CN105783766A - 物体轮廓检测系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开一种物体轮廓检测系统，包含激光源、讯号接收装置及讯号处理装置，其中激光源可发出激光形成激光扫描幕墙；讯号接收装置接收激光扫描幕墙遇物体反射的距离信息及角度信息；讯号处理装置包含有坐标换算模块及轮廓产生模块，坐标换算模块对讯号接收装置接收反射讯号中的距离信息与角度信息进行换算，形成多个物体的坐标位置信息，轮廓产生模块再将多个物体的坐标位置信息连接成物体轮廓；藉由本发明的物体轮廓判断系统，可以快速判断通过激光扫描幕墙的物体轮廓，具有抗干扰、分辨率高、精度高、误差小、稳定性好、速度快等优点。

Description

物体轮廓检测系统

【技术领域】

本发明涉及一种物体轮廓检测系统，尤其是一种以激光扫描方式进行物体轮廓检测的系统。

【背景技术】

我国城市化进程日益加快，城市交通需求量明显提高，交通道路拥挤的情况越来越严重，影响了居民正常通勤，加重了环境污染，限制了城市功能的正常发挥。

多车道自由流电子收费技术(Multi-LaneFreeFlowETC，简称MLFF)可以有抒解城市交通中收费的人力、拥挤及污染等问题，所谓多车道自由流电子收费技术是指，车辆在通过收费区时可以不受车道分隔限制、不需停车感应，由车辆自由行驶通过收费区，甚至在收费区范围中变换车道，均可由收费系统判断通过的车辆并自动进行计费。一般在多车道自由流电子收费技术中常见的有在车辆上装设车载单元(OBU)，同时在收费区装设路测单元(RSU)，利用微波通讯技术(DSRC)进行感应计费，或是在车上装置无线射频(RFID)标签，在收费区装设感应标签以对通过车辆进行感应；然而这样的方式存在诸多限制，例如OBU信号碰撞产生的干扰或是RFID因其他外在因素产生感应失败等问题，造成系统计费的失败。此外，有另外一种技术是基于对车辆轮廓进行识别后，根据系统识别车种及车型进行收费，然而，现有的轮廓识别方式仍存在著一定的误差，使得在车辆的车种及车型判断上仍有诸多问题而难以普及，因此，必要提出一种快速、精准的轮廓判断方法，以解决现有多车道自由流电子收费技术的瓶颈。

【发明内容】

为解决上述问题，本发明提供一种物体轮廓检测系统，包含主激光源、讯号接收装置及讯号处理装置，其中，主激光源可发出激光形成激光扫描幕墙；讯号接收装置接收激光扫描幕墙遇物体反射的距离信息及角度信息；讯号处理装置包含有坐标换算模块及轮廓产生模块，坐标换算模块对讯号接收装置接收反射讯号中的距离信息与角度信息进行换算，形成多个物体的坐标位置信息，轮廓产生模块将多个物体的坐标位置信息连接成物体轮廓。

更进一步的，还可以包含有轮廓杂讯处理模块，轮廓杂讯处理模块根据多个物体的位置坐标信息判断是否出现位置重叠、阻挡、遮蔽、阴影、悬空以及干扰物体，并调整物体轮廓。

更进一步的，坐标换算模块对距离信息与角度信息换算的方法，包含利用余弦函数计算物体与主激光源角度得出物体所在的水平位置坐标，及利用正弦函数计算物体与主激光源角度得出物体所在的高度位置坐标。

更进一步的，还可以包含有辅助激光源，辅助激光源设置于主激光源平行物体运动方向的后方，辅助激光源产生辅助激光扫描幕墙，激光扫描幕墙遇物体形成辅助距离信息及辅助角度信息；讯号处理装置的坐标换算模块换算辅助距离信息及辅助角度信息，形成多个物体的辅助坐标位置信息；轮廓产生模块根据辅助坐标位置信息形成辅助物体轮廓。

更进一步的，包含信息分析模块，信息分析模块根据物体接触激光扫描幕墙的时间，及物体接触辅助激光扫描幕墙的时间计算物体的长度及物体的运动速度。

此外，本发明再提供一种物体轮廓检测系统，包含多个主激光源、讯号接收装置、讯号控制装置及讯号处理装置，其中，多个主激光源为并排设置，并可发出激光形成激光扫描幕墙；讯号接收装置接收激光扫描幕墙遇物体反射的距离信息及角度信息；讯号处理装置包含坐标换算模块及轮廓产生模块，坐标换算模块对讯号接收装置接收反射讯号中的距离信息与角度信息进行换算，形成多个物体的坐标位置信息；讯号控制装置整合坐标位置信息，并将整合后的坐标位置信息传送至讯号处理装置的所述轮廓产生模块；轮廓产生模块根据整合后的坐标位置信息形成物体的轮廓。

更进一步的，讯号控制装置整合坐标位置信息包含合并重复的位置坐标及合并属于同一个物体的位置坐标。

更进一步的，还可以包含有轮廓杂讯处理模块，轮廓杂讯处理模块根据多个物体的位置坐标信息判断是否出现位置重叠、阻挡、遮蔽、阴影、悬空以及干扰物体，并调整物体轮廓。

更进一步的，坐标换算模块对距离信息与角度信息换算的方法，包含利用余弦函数计算物体与主激光源角度得出物体所在的水平位置坐标，及利用正弦函数计算物体与主激光源角度得出物体所在的高度位置坐标。

更进一步的，还可以包含有多个辅助激光源，所述多个辅助激光源设置于主激光源后方。

更进一步的，前述的辅助激光源可产生辅助激光扫描幕墙，辅助激光扫描幕墙遇物体反射的辅助距离信息及辅助角度信息；讯号处理装置的坐标换算模块换算所述辅助距离信息及所述辅助角度信息，形成多个物体的辅助坐标位置信息；讯号控制装置整合所有辅助坐标位置信息，并将整合后的辅助坐标位置信息传送至轮廓产生模块；轮廓产生模块根据辅助坐标位置信息形成辅助物体轮廓。

更进一步的，包含信息分析模块，信息分析模块根据物体接触激光扫描幕墙的时间，及物体接触辅助激光扫描幕墙的时间计算物体的长度及物体的运动速度。

因此，本发明的有益效果是，利用激光扫描的方式快速并准确的判断物体或车辆的轮廓大小，同时具备有抗干扰、分辨率高、误差小、稳定性好等优点，有助于应用在多车道自由流电子收费技术中。

【附图说明】

图1为本发明物体轮廓检测系统示意图。

图2为主激光源形成激光扫描幕墙正面示意图，。

图3为物体与主激光源坐标位置正面示意图。

图4为物体被扫描点的坐标位置示意图。

图5为根据被扫描点坐标位置形成的物体轮廓示意图。

图6为辅助激光源装设位置示意图。

图7本发明另一实施例系统示意图。

图8为多个主激光源扫描物体示意图。

图9为为物体被扫描点的坐标位置示意图。

图10为根据被扫描点坐标位置形成的物体轮廓示意图。

图11为本发明激光扫描幕墙及辅助激光扫描幕墙扫描物体示意图。

【具体实施方式】

本发明主要揭露一种物体轮廓检测系统，其中激光信息解析与运用的基本原理已为相关技术领域的技术人员所熟知，故以下文中的说明，不再对激光信息作完整描述。同时，以下文中所对照的图式，主要表达与本发明特征有关的示意，并未亦不需要依据实际尺寸完整绘制，在先说明。

请参考图1及图2为本发明提供物体轮廓检测系统示意图及主激光源形成激光扫描幕墙正面示意图，包含主激光源1、讯号接收装置2及讯号处理装置3，其中，主激光源1可发出激光11形成激光扫描幕墙12(如图2所示)，当物体9进入激光扫描幕墙12时，激光11与物体9表面接触的位置即物体被扫描点A；讯号处理装置3包含有坐标换算模块31、轮廓产生模块32及轮廓杂讯处理模块33。请再参考图3，讯号处理装置2可以接收反射激光中包含的距离h信息和角度θ信息，坐标换算模块31根据讯号接收装置2接收的距离h信息与角度θ信息进行换算，得出物体被扫描点A的坐标位置信息(m,n)，坐标换算模块31换算物体被扫描点A的换算方法，是利用余弦函数计算物体9与主激光源1角度θ得出物体9所在的水平位置坐标，及利用正弦函数计算物体9与主激光源1角度θ得出物体9所在的高度位置坐标，在图3中：

1)整个有效截面宽度为X，高度为Y。

2)激光扫描仪的安装位置在截面坐标系统中的坐标位置为(x,y)。

3)物体的被扫描点在截面坐标系统中的坐标位置为(m,n)。

4)主激光源1与水平轴的夹角为θ。

由主激光源1的坐标(x,y)及夹角θ换算得出物体9的一个被扫描点坐标位置(m,n)方法如下：

截面坐标系内被扫描点的X轴坐标为：m＝x–h*cos(θ)

截面坐标系内被扫描点的Y轴坐标为：n＝y–h*sin(θ)

为了避免坐标系混乱，在本发明所有实施例中以XY截面中的最左下角为截面坐标系的原点，根据上述换算可得出物体9被扫描点在截面坐标系内的坐标为(m,n)。藉此，可将物体9被激光扫描幕墙12接触的所有被扫描点换算为坐标位置(m1,n1)、(m2,n₂)、(m₃,n₃)……(m₁₃,n₁₃)，如图4所示，具体被扫描点的数量多寡，可视主激光源1所形成的激光11紧密程度而定，图4中仅做为示意。轮廓产生模块32再将多个物体9的坐标位置(m,n)信息连接成物体轮廓90，如图5所示。轮廓杂讯处理模块33再根据多个物体9的位置坐标信息(m,n)判断是否出现位置重叠、阻挡、遮蔽、阴影、悬空以及干扰物体，以垂直算法、合并算法或平均算法调整物体轮廓90。

请参考图6，进一步还可以包含辅助激光源8，辅助激光源8设置于主激光源1平行物体9运动方向的后方，辅助激光源8产生辅助激光81并形成辅助激光扫描幕墙(图中未表示)，辅助激光扫描幕墙遇前述的物体9形成辅助反射激光(图中未表示)；讯号处理装置3的坐标换算模块31换算辅助反射讯号形成多个物体的辅助坐标位置信息B(o,p)；轮廓产生模块根据辅助坐标位置(o,p)信息形成辅助物体轮廓。

此外，请同时参考图7及图8，本发明再提供一种物体轮廓检测系统的实施例，本实施例中的物体轮廓检测系统具有多个激光源1、讯号接收装置2、讯号控制装置3及讯号处理装置4，其中，多个主激光源1为并排设置(如图8所示)，并可发出激光11组合形成激光扫描幕墙12；讯号处理装置3包含有坐标换算模块31、轮廓产生模块32及轮廓杂讯处理模块33，请参考前述图3，讯号处理装置2可接收反射激光中包含的距离h信息及角度θ信息，坐标换算模块31可以根据反射讯号13中的距离h信息与角度θ信息进行换算，得出物体被扫描点A的坐标位置(m,n)信息，坐标换算模块31换算物体被扫描点A坐标位置(m,n)信息的方法与前述利用余弦函数及正弦函数的方法相同，在此不再多加赘述。

由于在本实施例中，采用多个主激光源1所形成的激光扫描幕墙12对物体9进行扫描，因此不同的主激光源1会在同一个物体9上产生相同或不同的被扫描点，此时讯号控制装置4对所有的物体被扫描点坐标位置(m,n)信息进行整合，包含合并重复的位置坐标或合并属于同一个物体的位置坐标，并将整合后的坐标位置(m,n)信息传送至讯号处理装置3的轮廓产生模块32，物体9的多个被扫描点的坐标位置(m,n)信息经整合后，形成如图9所示的坐标位置(m,n)图形，轮廓产生模块32再根据整合后的坐标位置信息形成如图10所示的物体轮廓90。此外，为了提高物体轮廓90的精确度，轮廓杂讯处理模块33可进一步根据多个物体9的位置坐标(m,n)信息判断是否出现位置重叠、阻挡、遮蔽、阴影、悬空以及干扰物体，并以垂直算法、合并算法或平均算法调整物体轮廓90。

更进一步的，在本实施例中可以包含如同前实施例中的辅助激光源8，辅助激光源8的数量可以与主激光源1相同，辅助激光源8设置的位置可以与主激光源1前后对应设置，或是与主激光源1交错设置，在此并不加以限制。再者，在本实施例中的辅助激光源8与前述实施例中的辅助激光源8所采用的技术手段与信号的传递与前述实施例相同，藉由辅助激光源8产生如前述实施例所述的辅助物体轮廓。

请参考图11，在前述两个实施例中可以再包含有信息分析模块5，信息分析模块5可以利用物体9进入激光扫描幕墙12的时间与物体9进入辅助激光扫描幕墙82的时间量测物体9移动的速度及物体9的长度等信息。

在前述两个实施例中，垂直算法是指透过物体被扫描点的坐标位置判断物体边界，将物体边界的被扫描点做垂直运算处理；合并算法是将多个不同激光源扫描所得到的同一个物体的所有坐标点进行合并，以弥补单一个激光源对单一个物体扫描时产生阴影、遮蔽或角度的偏差；平均算法是透过不同位置激光源对物体进行扫描以判断物体长度，对于单一个物体具有异常高度或异常长度的，去除过长、过短的物体宽或高，然后以平均值进行运算处理。

更进一步的，在前述两个实施例中，单一个主激光源1形成激光扫描幕墙12对物体9进行扫描时，容易产生阴影斜坡现象，意即因激光直线投射的特性，加上主激光源1与物体9之间的角度，使得物体9有部分轮廓无法被激光扫描，虽然轮廓杂讯处理模块33会设置相应的算法对阴影斜坡或杂讯进行处理以增进物体9轮廓的精确度，但若在阴影中存在有其他物体，会被误判为阴影而处理掉影响精确度。由多个并排设置的主激光源1即可降低阴影斜坡现象的缺点，多个主激光源1可以从多个不同角度对物体9进行扫描，并在讯号控制装置4及轮廓杂讯处理模块33中对物体9的轮廓讯号进行合并处理，可最大程度降低因物体形状或角度问题对物体轮廓精确度的影响。

此外，主激光源1所产生的激光扫描幕墙12能够检测物体9的高度及宽度等信息，并进一步可记录物体9自进入激光扫描幕墙12到离开激光扫描幕墙12的时间，并藉此对物体9的流量进行统计，然而，由于物体外型的多样化以及不同物体的运度速度可能并不相同，因此通过辅助激光源8所产生的辅助激光扫描幕墙，可以更加精准的判断不同物体各自的运动速度。将主激光源1及辅助激光源8之间设置一个固定的距离，通常可以为1米，再根据物体9进入主激光源1的激光扫描幕墙12的时间及进入辅助激光源8的辅助激光扫描幕墙的时间来判断物体9的运动速度及物体9的长度，同时，可根据辅助激光源8产生的辅助物体轮廓来防制物体丢失或误判的情况。

因此，本发明主要是利用激光扫描的方式快速并准确的判断物体或车辆的轮廓大小，同时具备有抗干扰、分辨率高、误差小、稳定性好等优点，有助于应用在多车道自由流电子收费技术中。

以上所述仅为本发明较佳的实施方式，并非用以限定本发明的权利范围；同时以上的描述，对于相关技术领域专门人士应可明了及实施，因此其他未脱离本发明所揭示的精神下所完成的等效改变或修饰，均应包含在权利要求中。

Claims (10)

1.一种物体轮廓检测系统，包含主激光源、讯号接收装置及讯号处理装置，其特征在于：

所述主激光源发出激光形成激光扫描幕墙；

所述讯号接收装置接收所述激光扫描幕墙遇物体反射的距离信息及角度信息；

所述讯号处理装置包含坐标换算模块及轮廓产生模块，所述坐标换算模块对所述讯号接收装置接收所述距离信息与所述角度信息进行换算，形成多个所述物体的坐标位置信息，所述轮廓产生模块将多个所述物体的坐标位置信息连接成所述物体轮廓。

2.根据权利要求1所述的物体轮廓检测系统，其特征在于：进一步包含轮廓杂讯处理模块，所述轮廓杂讯处理模块根据多个所述物体的位置坐标信息判断是否出现位置重叠、阻挡、遮蔽、阴影、悬空以及干扰物体，并调整所述物体轮廓。

3.根据权利要求1所述的物体轮廓检测系统，其特征在于：所述坐标换算模块对所述距离信息与所述角度信息换算的方法，包含利用余弦函数计算所述物体与所述主激光源角度得出所述物体所在的水平位置坐标，及利用正弦函数计算所述物体与所述主激光源角度得出所述物体所在的高度位置坐标。

4.根据权利要求1-3任一项所述的物体轮廓检测系统，其特征在于：进一步包含辅助激光源，所述辅助激光源设置于所述主激光源平行所述物体运动方向的后方，所述辅助激光源产生辅助激光扫描幕墙，所述激光扫描幕墙遇所述物体反射的辅助距离信息及辅助角度信息；

所述讯号处理装置的所述坐标换算模块换算所述辅助距离信息及所述辅助角度信息，形成多个所述物体的辅助坐标位置信息；

所述轮廓产生模块根据所述辅助坐标位置信息形成所述辅助物体轮廓。

5.根据权利要求4所述的物体轮廓检测系统，其特征在于：进一步包含信息分析模块，所述信息分析模块根据所述物体接触所述激光扫描幕墙的时间，及所述物体接触辅助激光扫描幕墙的时间计算所述物体的长度及所述物体的运动速度。

6.一种物体轮廓检测系统，包含多个主激光源、讯号接收装置、讯号控制装置及讯号处理装置，其特征在于：

所述多个主激光源并排设置，发出激光形成激光扫描幕墙；

所述讯号接收装置接收所述激光扫描幕墙遇物体反射的距离信息及角度信息；

所述讯号处理装置包含坐标换算模块及轮廓产生模块，所述坐标换算模块对所述讯号接收装置接收所述距离信息与所述角度信息进行换算，形成多个所述物体的坐标位置信息；

所述讯号控制装置整合所述坐标位置信息，并将整合后的所述坐标位置信息传送至所述讯号处理装置的所述轮廓产生模块；

所述轮廓产生模块根据整合后的所述坐标位置信息形成所述物体的轮廓。

7.根据权利要求6所述的物体轮廓检测系统，其特征在于：进一步包含讯号控制装置及轮廓杂讯处理模块；

所述讯号控制装置整合所述坐标位置信息包含合并重复的位置坐标及合并属于同一个所述物体的位置坐标；

所述轮廓杂讯处理模块根据多个所述物体的位置坐标信息判断是否出现位置重叠、阻挡、遮蔽、阴影、悬空以及干扰物体，并调整所述物体轮廓。

8.根据权利要求6所述的物体轮廓检测系统，其特征在于：所述坐标换算模块对所述距离信息与所述角度信息换算的方法，包含利用余弦函数计算所述物体与所述主激光源角度得出所述物体所在的水平位置坐标，及利用正弦函数计算所述物体与所述主激光源角度得出所述物体所在的高度位置坐标。

9.根据权利要求6-8任一项所述的物体轮廓检测系统，其特征在于：进一步包含多个辅助激光源，所述多个辅助激光源设置于所述主激光源后方，所述辅助激光源产生辅助激光扫描幕墙；

所述讯号接收装置接收所述激光扫描幕墙遇物体反射的辅助距离信息及辅助角度信息；

所述讯号处理装置的所述坐标换算模块换算所述辅助距离信息及辅助角度信息，形成多个所述物体的辅助坐标位置信息；

所述讯号控制装置整合所述辅助坐标位置信息，并将整合后的所述辅助坐标位置信息传送至所述轮廓产生模块；

所述轮廓产生模块根据所述辅助坐标位置信息形成辅助物体轮廓。

10.根据权利要求9所述的物体轮廓检测系统，其特征在于：进一步包含信息分析模块，所述信息分析模块根据所述物体接触所述激光扫描幕墙的时间，及所述物体接触所述辅助激光扫描幕墙的时间计算所述物体的长度及所述物体的运动速度。