CN106842187A - 一种相控阵扫描与视频图像处理融合定位装置及其方法 - Google Patents

一种相控阵扫描与视频图像处理融合定位装置及其方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开一种相控阵扫描与视频图像处理融合定位装置及其方法，包括天线馈线、数据与控制线和依次连接的相控阵与摄像头面板、连接部件、系统主板；所述连接部件为空心圆柱体，所述天线馈线、数据与控制线安装在连接部件内；所述相控阵与摄像头面板上设置有天线单元和摄像头，所述相控阵与摄像头面板左表面安装天线单元和摄像头，右表面的正中连接连接部件；所述系统主板包括相控阵移相器模块、FPGA模块、MCU模块、RAM/ROM模块、天线单元馈电接口、摄像头数据接口、USB接口。本发明能够在探测识别信标的同时，计算出探测器与信标的相对位置，极大提高系统的定位精度，同时也减小了定位系统在全局层面上的复杂度。

Description

一种相控阵扫描与视频图像处理融合定位装置及其方法
技术领域
本发明涉及一种相控阵扫描与视频图像处理融合定位装置及其方法，属于移动定位技术领域。
背景技术
目前公知的主要定位技术器材可以分为射频/微波雷达以及视频摄像头。射频/微波雷达只能够探知障碍物的距离，而视频摄像头只能够分辨定位信标的身份。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是提供一种能够集成，具有体积小，精度高，探测范围广的相控阵扫描与视频图像处理融合定位装置及其方法。
本发明解决上述技术问题所采用的技术方案是：一种相控阵扫描与视频图像处理融合定位装置，包括天线馈线、数据与控制线和依次连接的相控阵与摄像头面板、连接部件、系统主板；
所述连接部件为空心圆柱体，所述天线馈线、数据与控制线安装在连接部件内；
所述相控阵与摄像头面板上设置有天线单元和摄像头，所述相控阵与摄像头面板左表面安装天线单元和摄像头，右表面的正中连接连接部件；
所述系统主板包括相控阵移相器模块、FPGA模块、MCU模块、RAM/ROM模块、天线单元馈电接口、摄像头数据接口、USB接口，所述相控阵移相器模块通过射频总线与天线单元馈电接口连接，所述FPGA模块通过数据总线与摄像头数据接口连接，所述相控阵移相器模块分别与FPGA模块、MCU模块连接，所述RAM/ROM 模块也分别与FPGA模块、MCU模块连接，所述FPGA模块、MCU模块之间相互连接，所述MCU模块与USB接口连接；
所述天线馈线一端连接天线单元，另一端连接天线单元馈电接口，所述数据与控制线一端连接摄像头，另一端连接摄像头数据接口。
进一步的是，所述天线单元的个数为16个，形成4×4的天线阵列均布在相控阵与摄像头面板左表面，摄像头位于相控阵与摄像头面板左表面正中。
一种相控阵扫描与视频图像处理融合定位方法，该方法包括以下步骤：
S10、将注册过的特征点(即信标)存储到RAM/ROM模块内；
S20、通过摄像头采集当前场景的图像信息；
S30、再通过FPGA模块对图像信息进行特征点匹配，定位到注册过的特征点(即信标)；
S40、利用相控阵对当前场景进行快速扫描，扫描数据经过FPGA模块处理生产当前场景的深度图；
S50、将当前场景的图像信息和当前场景的深度图同时载入FPGA模块内进行比对，得出图像信息中特征点在深度图中对应的位置；
S60、最后根据深度图所包含的信息测算出摄像头和相控阵相对于注册过的特征点(即信标)的位置。
本发明的有益效果：本发明为高集成度的定位探测器材，能够在探测识别信标的同时，计算出探测器与信标的相对位置，极大提高系统的定位精度，同时也减小了定位系统在全局层面上的复杂度。
附图说明
图1为本发明的结构示意图；
图中所示：1-相控阵与摄像头面板，2-连接部件，3-系统主板，4-天线单 元，5-摄像头，12-USB接口。
具体实施方式
下面结合实施例对本发明的具体实施方式做进一步的描述，并不因此将本发明限制在所述的实施例范围之中。
如图1所示，本发明的一种相控阵扫描与视频图像处理融合定位装置，包括天线馈线、数据与控制线和依次连接的相控阵与摄像头面板1、连接部件2、系统主板3；所述连接部件2为空心圆柱体，所述天线馈线、数据与控制线安装在连接部件2内；
所述相控阵与摄像头面板1上设置有天线单元4和摄像头5，摄像头5拥有60度的拍摄视角，分辨率达到1080p，所述相控阵与摄像头面板1左表面安装天线单元4和摄像头5，右表面的正中连接连接部2；
所述系统主板3包括相控阵移相器模块、FPGA模块、MCU模块、RAM/ROM模块、天线单元馈电接口、摄像头数据接口、USB接口12，
其中天线单元馈电接口主要由SMA接头组成，摄像头数据接口为24位高速数据串口，USB接口12也为高速数据串口。所述相控阵移相器模块通过射频总线与天线单元馈电接口连接，所述FPGA模块通过数据总线与摄像头数据接口连接，所述相控阵移相器模块分别与FPGA模块、MCU模块连接，所述RAM/ROM模块也分别与FPGA模块、MCU模块连接，所述FPGA模块、MCU模块之间相互连接，所述MCU模块与USB接口12连接；
所述天线馈线一端连接天线单元4，另一端连接天线单元馈电接口，所述数据与控制线一端连接摄像头5，另一端连接摄像头数据接口。
为了使得天线单元能在相控阵与摄像头面板1正前方的60度视角(FOV)内完成波束扫描，因此优选的实施方式是，所述天线单元4的个数为16个，形 成4×4的天线阵列均布在相控阵与摄像头面板1左表面，摄像头5位于相控阵与摄像头面板1左表面正中。16个天线单元4分成4行4列均匀分布在相控阵与摄像头面板1表面上。
上述装置中MCU模为系统的主控制器，主控制器完成系统的主要控制任务。FPGA模块完成摄像头5数据的算法处理工作。RAM/ROM模块用于记录数据。相控阵移相器模块，收到MCU模块的指令，完成对天线单元4的馈电移相工作；相控阵移相器模块的结构如图所示。由于相控阵需要对正前方的60度视角进行立体扫描，因此阵列的移相需要能够在水平与垂直方向进行。故而移相器系统分为两层，第一层产生行方向(垂直方向)扫描，第二层产生列方向(水平方向)扫描。通过对两层移相器的控制，可以达到视角范围内的全方位扫描要求。USB接口12以便与不同系统的上位机进行交互；该部分兼容最新的USB3.0协议。
一种相控阵扫描与视频图像处理融合定位方法，该方法包括以下步骤：
S10、将注册过的特征点(即信标)存储到RAM/ROM模块(内；
S20、通过摄像头5采集当前场景的图像信息；
S30、再通过FPGA模块对图像信息进行特征点匹配，定位到注册过的特征点(即信标)；
S40、利用相控阵对当前场景进行快速扫描，扫描数据经过FPGA模块处理生产当前场景的深度图；
S50、将当前场景的图像信息和当前场景的深度图同时载入FPGA模块内进行比对，得出图像信息中特征点在深度图中对应的位置；
S60、最后根据深度图所包含的信息测算出摄像头5和相控阵相对于注册过的特征点(即信标)的位置。
具体的为：在某一个探测时间点，通过MCU模块的控制，首先由相控阵与 摄像头面板1上的摄像头5对当前场景60度视角范围采集图像信息。该图像被传送至FPGA模块内部进行特征点匹配，如果发现注册过的特征点(即找到信标)，则记录下该图像。该图像命名为F1，F1同时被存入主板上的RAM/ROM模块单元备用。第二步，相控阵与摄像头面板1相控阵开始工作。在MCU的控制下，FPGA模块输出/接收脉冲信号，并实时调节相控阵移相器单元，完成相控阵对摄像头5正前方60度视角范围进行快速扫描。扫描过程中产生的数据输入FFPGA模块进行处理，最终生成场景的深度图F2。深度图F2可以理解为相控阵与摄像头面板1以及摄像头5正视视角下场景的等高线图。第三步，F1与F2同时载入FFPGA模块进行比对。由于F1与F2的观察视角一致，并且F1包含的信息为可是线路信息，故而通过对比可以得出F1中特征点在F2中对应的位置，从而根据F2所包含的信息可以测算出当前探测器相对信标的位置。该位置信息通过MCU模块处理，经由USB接口12上传至上位机。
所以本发明通过采用射频/微波定位与视频定位融合的定位方法，并设计了一种高集成度的定位探测器材，能够在探测识别信标的同时，计算出探测器与信标的相对位置，极大提高系统的定位精度，同时也减小了定位系统在全局层面上的复杂度。

Claims (3)

1.一种相控阵扫描与视频图像处理融合定位装置，其特征在于，包括天线馈线、数据与控制线和依次连接的相控阵与摄像头面板(1)、连接部件(2)、系统主板(3)；
所述连接部件(2)为空心圆柱体，所述天线馈线、数据与控制线安装在连接部件(2)内；
所述相控阵与摄像头面板(1)上设置有天线单元(4)和摄像头(5)，所述相控阵与摄像头面板(1)左表面安装天线单元(4)和摄像头(5)，右表面的正中连接连接部件(2)；
所述系统主板(3)包括相控阵移相器模块、FPGA模块、MCU模块、RAM/ROM模块、天线单元馈电接口、摄像头数据接口、USB接口(12)，所述相控阵移相器模块通过射频总线与天线单元馈电接口连接，所述FPGA模块通过数据总线与摄像头数据接口连接，所述相控阵移相器模块分别与FPGA模块、MCU模块连接，所述RAM/ROM模块也分别与FPGA模块、MCU模块连接，所述FPGA模块、MCU模块之间相互连接，所述MCU模块与USB接口(12)连接；
所述天线馈线一端连接天线单元(4)，另一端连接天线单元馈电接口，所述数据与控制线一端连接摄像头(5)，另一端连接摄像头数据接口。
2.根据权利要求1所述的一种相控阵扫描与视频图像处理融合定位装置，其特征在于，所述天线单元(4)的个数为16个，形成4×4的天线阵列均布在相控阵与摄像头面板(1)左表面，摄像头(5)位于相控阵与摄像头面板(1)左表面正中。
3.权利要求1或2所述的一种相控阵扫描与视频图像处理融合定位方法，其特征在于，该方法包括以下步骤：
S10、将注册过的特征点(即信标)存储到RAM/ROM模块内；
S20、通过摄像头(5)采集当前场景的图像信息；
S30、再通过FPGA模块对图像信息进行特征点匹配，定位到注册过的特征点(即信标)；
S40、利用相控阵对当前场景进行快速扫描，扫描数据经过FPGA模块处理生产当前场景的深度图；
S50、将当前场景的图像信息和当前场景的深度图同时载入FPGA模块内进行比对，得出图像信息中特征点在深度图中对应的位置；
S60、最后根据深度图所包含的信息测算出摄像头(5)和相控阵相对于注册过的特征点(即信标)的位置。
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