CN105302135A - 基于双目视觉的助航灯光光强检测车导航与定位系统 - Google Patents
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Abstract
本发明主要公开了一种基于双目视觉的助航灯光光强检测车导航与定位方法，采用双目视觉技术探测检测车前方路面上助航灯在检测车坐标系下的坐标，与多普勒测距雷达数据进行融合，以其为参照物对检测车位姿进行精确定位与测量，引导检测车完成自动驾驶，使其沿助航灯中线行驶，同时可对检测车的横向偏移作补偿，并可精确测量检测车光强传感带与前方助航灯的距离。本发明为助航灯光强检测车的导航与定位提供了新的解决方案，提高了自动驾驶的引导精度，为检测车自动驾驶系统提供了可靠的测量数据，并可对检测车的横向偏移与纵向定位作精确地修正与补偿，优化了助航灯光强检测车的硬件设备。
Description
技术领域
本发明涉及机场车辆导航与定位领域，特别是涉及一种基于双目视觉的机场助航灯光强检测车导航与定位方法。
背景技术
机场跑道上的助航灯是确保飞机起飞、降落阶段飞行安全的重要设施，能够在夜间和能见度较差的天气情况下，作为机场跑道和滑行道的重要引导标志，为飞行员标出起飞、降落和滑行的路线。助航灯的工作状况、可靠性与飞机起落安全有着密切地关系，其性能会随着周围环境影响及自身寿命等因素出现问题，这样就会对机场的安全运行造成影响，因此对助航灯光光强检测十分重要。
助航灯光光强检测车是实现助航灯自动巡检的有效方式，检测车通过前方安装的光强传感器带探测助航灯光光强，然而由于驾驶员原因，检测车在行驶过程中可能会发生偏离助航灯中心的情况，根据光强测量原理，照度传感器水平扫描光束，并实时记录光束切面各个位置上的照度值，所以在一定范围内偏离助航灯中心线，对照度检测本身影响很小，即照度传感器仍能准确地获取灯光源的照度分布信息。如果偏离值增大，将会产生错误的测量结果，可能会得出装置安装在角落中或灯损坏等错误结论，因此需要采取相应措施避免或消除此类情况的发生；并且光强检测需要准确测得照度传感器与助航灯之间的距离，才能得到灯光的等光强分布图，作为助航灯工作状态的有效判定依据；与此同时，为避免车辆前照灯对助航灯光光强测量的影响，测量行驶过程中前照灯不允许开启，无法看到车辆行驶参照物，车辆行驶直线性难于保证，车辆驾驶测量员直接观测被测量跑道中线灯、跑道边灯(5000坎德拉-10000坎德拉)，造成视觉强烈疲劳，无法直接作为导航参照这些均要求对检测车的行驶轨迹作准确地导航与定位，基于上述三点原因，需要一定的辅助驾驶设备完成对检测车的自动导航与引导定位。
传统的检测车定位与导航依赖于视频传感器与多普勒测距雷达。其中视频传感器安装于车辆前端的光强传感带上，通过采集前方助航灯发出的灯光信号拟合助航灯中心，从而引导检测车行驶方向不偏离中线方向，视频传感器一般采集车辆前方两盏灯的灯光信号，由相似三角形原理可知，前方较大的中线偏离反映在视频传感器上只有较小的偏移，因此定位精度较差，且根据物体成像规律可知，不同距离处的助航灯光在视频端将形成不同大小的像，呈现近大远小的灯光图像，使驾驶员难以判断助航灯中线的位置，增大了视频引导的难度；而多普勒测距雷达通过频移脉冲计数方式测量车辆行驶距离，在长距离测量过程中，易产生累积误差，需要配合灯光定位系统利用固定的助航灯作参照物定期复位计数脉冲，消除累积误差，且被测距离易受车辆非直线行驶所产生的影响，同样存在测量精度差的问题。
发明内容
本发明主要解决的技术问题是提供一种基于双目视觉的助航灯光光强检测车导航与定位方法，能够同时实现对车体的横向偏离及纵向定位的测量，有效地提高了定位精度，形成一种全自动的检测车辅助驾驶系统。
为解决上述技术问题，本发明采用的技术方案是采用双目视觉技术系统探测检测车前方跑道中线灯、边灯在车辆坐标系下的坐标，以其为参照物对检测车进行精确定位，修正检测车的偏移与偏转，引导控制检测车行驶方向，使其尽量沿助航灯中线行驶，并可精确测量检测车光强传感带与前方助航灯的距离。本方法包括顺序进行的下列步骤：
(1)将视觉导航装置安装于车体顶部的支撑架上，并通过支撑架与光强传感带之间的相对位姿关系将相机坐标系统一至检测车坐标系，其中检测车坐标系定义为：光强传感带中点为原点，车身前向方向为x轴正方向，传感带方向为y轴正方向，竖直方向为z轴正方向；
(2)在检测车行驶过程中，视觉导航装置根据测量灯光系统类型，通过立体视觉三角测量原理实时确定车辆相对于被测灯光带的相对位姿(包含距最近灯光的水平投影距离、横向左右偏移量、偏航角数据)；
(3)依据所述步骤(2)测量得到的偏移量、偏航角数据，结合测距雷达测量单位时间的行驶距离(即车辆该时刻的车速)，可解算出闭环控制车辆自动驾驶的转向角，将调整数据传到车辆辅助驾驶系统即可调整检测车回复至对中直线行驶状态；
(4)依据所述步骤(2)测量至前灯距离数据，实现与测距雷达测量行驶距离数据的融合，修正车辆直线行驶带来的直线距离测量误差。
本发明的有益效果是：本发明为助航灯光强检测车的导航与定位提供了新的解决方案，通过采用双目视觉测量系统采集前方助航灯在检测车坐标系下的坐标作为参照物，实现检测车的自动驾驶，对检测车的横向偏移与纵向定位作精确地修正与补偿，优化、精简了助航灯光强检测车的硬件设备。
附图说明
图1是本发明的测量过程示意图；
图2是自动引导系统的工作流程示意图；
图3是检测中线助航灯时车体与预设行驶线成一定夹角的示意图；
图4是检测中线助航灯时车体与预设行驶线成一定夹角的示意图；
图5是检测边线助航灯时车体与预设行驶线成一定夹角的示意图；
图6是检测边线助航灯时车体与预设行驶线成一定夹角的示意图。
图中；1-检测车，2-支撑架，3-双目视觉测量系统，4-光强传感器带，5-边线助航灯，6-中线助航灯，7-驾驶室监控器，8-车体控制线，9-引导线。
具体实施方式
下面结合附图对本发明的较佳实施例进行详细阐述，以使本发明的优点和特征能更易于被本领域技术人员理解，从而对本发明的保护范围做出更为清楚明确的界定。
如图1所示，检测车主要由光强传感带和双目视觉测量系统组成，它们所对应的坐标系分别为检测车坐标系(O-XYZ)及相机坐标系(O′-X′Y′Z′)，本发明涉及到的检测车双目视觉导航与定位方法将包括安顺序进行的下列步骤：
(1)校准由两台相机视觉导航装置的内外参数，形成相机坐标系；
(2)将视觉导航装置安装于车体顶部的支撑架上，使其图像采集范围能够同时覆盖前方路面上两盏助航灯，并通过支撑架与光强传感带之间的相对位姿关系将相机坐标系统一至检测车坐标系，其中检测车坐标系定义为：光强传感带中点为原点，车身前向方向为x轴正方向，传感带方向为y轴正方向，竖直方向为z轴正方向；
(3)在检测车行驶过程中，视觉导航装置根据测量灯光系统类型(包含直线约束；中线灯的7.5m、15m、30m固定间距约束；边灯的30m、60m固定间距约束)，通过立体视觉三角测量原理实时确定车辆相对于被测灯光带的相对位姿(包含距最近灯光的水平投影距离d、横向左右偏移量Δd、偏航角数据θ)；
(4)依据步骤(3)测量得到的偏移量、偏航角数据，结合测距雷达测量单位时间的行驶距离(即车辆该时刻的车速)，可解算出闭环控制车辆自动驾驶的转向角，将调整数据传到车辆辅助驾驶系统即可调整检测车回复至对中直线行驶状态，调整流程示意图如图2所示。图3、图4示显示了检测车测量中线灯时不同位姿下的航向修正量的计算方式；
(5)依据步骤(3)测量至前灯距离数据，实现与测距雷达测量行驶距离数据的融合，修正车辆直线行驶带来的直线距离测量误差；
(6)由于边线灯一般为柱式助航灯，故检测车无法从其上方驶过，这时一般将光照度传感器横向伸出车体一段距离，然后检测车沿中线灯与边线灯的中线行驶，这时检测车不同位姿调整示意图如图5、图6所示。
以上所述仅为本发明的实施例，并非因此限制本发明的专利范围，凡是利用本发明说明书及附图内容所作的等效结构或等效流程变换，或直接或间接运用在其他相关的技术领域，均同理包括在本发明的专利保护范围内。
Claims (7)
1.基于双目视觉的助航灯光光强检测车导航与定位方法，其特征在于，采用双目视觉技术系统探测检测车前方跑道中线灯、边灯在车辆坐标系下的坐标，以其为参照物对检测车进行精确定位，修正检测车的偏移与偏转，引导控制检测车行驶方向，使其尽量沿助航灯中线行驶，并可精确测量检测车光强传感带与前方助航灯的距离；
具体按照如下步骤来实现：
(1)将视觉导航装置安装于车体顶部的支撑架上，并通过支撑架与光强传感带之间的相对位姿关系将相机坐标系统一至检测车坐标系，其中检测车坐标系定义为：光强传感带中点为原点，车身前向方向为x轴正方向，传感带方向为y轴正方向，竖直方向为z轴正方向；
(2)在检测车行驶过程中，视觉导航装置根据测量灯光系统类型，通过立体视觉三角测量原理实时确定车辆相对于被测灯光带的相对位姿(包含距最近灯光的水平投影距离、横向左右偏移量、偏航角数据)；
(3)依据所述步骤(2)测量得到的偏移量、偏航角数据，结合测距雷达测量单位时间的行驶距离(即车辆该时刻的车速)，可解算出闭环控制车辆自动驾驶的转向角，将调整数据传到车辆辅助驾驶系统即可调整检测车回复至对中直线行驶状态；
(4)依据所述步骤(2)测量至前灯距离数据，实现与测距雷达测量行驶距离数据的融合，修正车辆直线行驶带来的直线距离测量误差。
2.根据权利要求1所述的基于双目视觉的助航灯光光强检测车导航与定位方法，其特征在于，所述的双目视觉技术系统由两台测量相机组成，相机镜头前端的灰度减光片，以避免助航光前向光束太强而影响相机对助航灯的图像采集，并且双目视觉系统在安装前经过了预先的内外参数标定。
3.根据权利要求1所述的基于双目视觉的助航灯光光强检测车导航与定位方法，其特征在于，所述车辆坐标系的建立，以安装于车头部位的光强传感带中点为原点，车身前向方向为x轴正方向，传感带方向为y轴正方向，竖直方向为z轴正方向。
4.根据权利要求1所述的基于双目视觉的助航灯光光强检测车导航与定位方法，其特征在于，所述双目视觉技术系统的测量方法采用了多重约束解算前方助航灯坐标，包含了各种灯光的直线约束，中线灯的7.5m、15m、30m固定间距约束；边灯的30m、60m固定间距约束。
5.根据权利要求1所述的基于双目视觉的助航灯光光强检测车导航与定位方法，其特征在于，所述检测车位姿定位方法是通过立体视觉三角测量原理实时确定车辆相对于被测灯光带的相对位姿(包含距最近灯光的水平投影距离、横向左右偏移量、偏航角数据)。
6.根据权利要求1所述的基于双目视觉的助航灯光光强检测车导航与定位方法，其特征在于，所述的检测车自动驾驶方法采用测量偏移量、偏航角数据，并结合测距雷达测量单位时间的行驶距离(即车辆该时刻的车速)闭环控制车辆自动驾驶的转向角，直至车辆回复至对中直线行驶状态。
7.根据权利要求1所述的基于双目视觉的助航灯光光强检测车导航与定位方法，其特征在于，所述的检测车偏移修正方法采用了横向偏移量对检测车的横向偏移进行补偿，依据检测车至前灯距离数据，实现与测距雷达测量行驶距离数据的融合，修正车辆直线行驶带来的直线距离测量误差。
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