CN109031334A - 一种基于三维图像测距的安全监测系统与方法 - Google Patents

一种基于三维图像测距的安全监测系统与方法 Download PDF

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陈列
娄德元
杨奇彪
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Abstract

本发明共公开了一种基于三维图像测距的安全监测系统及方法，包括三维观测相机模块、FPGA调制解调模块、图像操控显示系统模块；FPGA调制解调模块将三维观测相机发出的光源调制成一定频率的脉冲或者连续调制波，然后返回三维观测相机模块；三维观测相机模块随即发出，监测周围环境；三维观测相机模块通过发射一定波长的光，经过FPGA调制解调模块处理后实现对物体的感应和三维成像，并将物体的三维图像信息传递给图像显示操控系统模块。本发明可应用于多种无人驾驶机车,可针对复杂环境，采用三维观测相机对周围环境进行监测，物体三维图像信息采集准确、迅速；结构稳定可靠、图像分辨率高，同时图像测距处理速度快。

Description

一种基于三维图像测距的安全监测系统与方法
技术领域
本发明属于3D成像、图像测距技术领域，涉及一种安全监测系统与方法，尤其涉及一种基于三维图像测距的安全监测系统与方法。
背景技术
随着现代科技的发展，汽车业发展迅猛，汽车智能化越来越高。在汽车智能化发展中，智能汽车安全监测系统已成为汽车安全的关键，由于汽车安全监测系统运用在各类高中低档车型，安全监测系统测距方法有很多，其中主要的测距方法有激光测距、毫米波测距、红外线测距和超声波测距等，但都以其原理复杂、计算复杂以及成本昂贵等缺点而不能得到广泛应用，因此结构简便、原理简单测距方法的出现已经迫在眉睫。
发明内容
本发明为解决现有安全监测系统测距方法原理复杂、过程复杂等缺点，提出了一种基于三维图像测距的安全监测系统与方法，本发明采用三维观测相机捕捉物体三维图像信息，通过图像测距算法对行进过程中的车距进行测量计算，及时获得物体的位置信息并及时报警，原理简单。
本发明的系统所采用的技术方案是：一种基于三维图像测距的安全监测系统，其特征在于：包括三维观测相机模块、FPGA调制解调模块、图像操控显示系统模块；
所述FPGA调制解调模块将三维观测相机发出的光源调制成一定频率的脉冲或者连续调制波，然后返回所述三维观测相机模块；所述三维观测相机模块随即发出，监测周围环境；
所述三维观测相机模块通过发射一定波长的光，实现对物体的感应和三维成像，并将物体的三维图像信息传递给图像显示操控系统模块。
本发明的方法所采用的技术方案是：一种基于三维图像测距的安全监测方法，其特征在于，包括以下步骤：
步骤1：启动机车，安全监测系统同时启动，设定一定的安全距离，设定完毕，三维观测相机模块向FPGA调制解调模块发射探测光；
步骤2：FPGA调制解调模块接收来自三维观测相机模块的光信号，通过信号调制电路将光信号转化成脉冲或者连续调制光波信号，并由信号输出端口返回三维观测相机模块，三维观测相机模块随即发出，监测周围环境；
步骤3：当机车周围区域内有物体出现时，光波信号立即进行探测，成像传感器将探测到的物体光学信号转化电子信号，并形成三维图像信息传递给图像操控显示系统模块；
步骤4：图像操控显示系统模块根据接收到的图像信息将图像显示在显示屏上，同时图像处理器根据物体三维图像和图像测距算法计算物体与机车距离，如果距离大于机车的安全距离，则继续行驶；如果距离小于机车的安全距离，则报警器报警，机车控制系统采取调整方向或者车速，驶出危险区域。
本发明的有益效果：
1、可应用于多种无人驾驶机车，可针对复杂环境，采用三维观测相机对周围环境进行监测，物体三维图像信息采集准确、迅速；
2、结构稳定可靠、图像分辨率高和图像测距处理速度快。
附图说明
图1为本发明实施例的系统结构示意图。
具体实施方式
为了便于本领域普通技术人员理解和实施本发明，下面结合附图及实施例对本发明作进一步的详细描述，应当理解，此处所描述的实施示例仅用于说明和解释本发明，并不用于限定本发明。
本发明要解决的问题是如何使监测系统测距过程简单、快速同时保证较高的精度，因此提出一种基于三维图像测距的安全监测系统与方法，能够解决现有安全监测系统存在的问题；本发明采用3D成像与图像处理相结合的方式，可针对复杂环境，可以提高物体三维图像信息采集的精准度和测距过程的快速性。
请见图1，本发明提供的一种基于三维图像测距的安全监测系统，包括三维观测相机模块1、FPGA调制解调模块2、图像操控显示系统模块3。
三维观测相机模块1结构包括光源发生器、成像传感器和信号接收器，通过发射一定波长的光，实现对目标的感应和成像，并将目标三维图像信息传递给图像显示操控系统模块3。
FPGA调制解调模块2结构包括带有FPGA芯片的集成电路、外围控制电路和信号调制电路，外围控制电路使FPGA芯片正常工作，并且提供信号的输入/输出接口；信号调制电路则将三维观测相机模块1发出的光源调制成一定频率的脉冲或者连续调制波。
图像操控显示系统模块3包括信号感应器、显示器、图像处理器和报警器，主要接收来自三维观测相机传输的三维图像信息，形成完整的物体图像，通过图像测距方法确定物体的位置，在超过设定的安全阈值时报警。
本实施例是将基于三维图像测距的安全监测系统安装于无人驾驶汽车，本实施例中，一般在无人驾驶汽车顶部四周安装多个三维图像测距的安全监测系统，组网联机工作，可以切换不同视角，视角范围覆盖整辆汽车的安全区域，其具体的实时跟踪方法如下：
步骤1：启动汽车，安全监测系统电源随之打开，系统各部分通电开始工作，设定汽车安全监测系统的安全距离为10米(如果是在高速行车时，可设置为100米以上)，设定完毕，三维观测相机模块1开始向FPGA调制解调模块2发射探测光源；
步骤2：FPGA调制解调模块2收集来自三维观测相机模块1的光信号，通过信号调制电路将光信号转化成脉冲或者连续调制光波信号，并由信号输出端口返回三维观测相机模块1，相机随即发出，监测周围环境；
步骤3：当汽车周围区域内有物体出现时，光波信号立即进行探测，成像传感器将探测到的目标光学信号转化电子信号，并形成三维图像信息传递给图像操控显示系统模块3；
步骤4：图像操控显示系统模块3根据接收到的三维图像信息将图像呈现在车内显示器上，此时图像处理器根据物体三维图像信息和已经编入系统的图像测距算法计算物体与汽车距离，如果距离大于10米的安全监测距离，则继续行驶；如果距离小于汽车10米的安全监测距离，则报警器报警，汽车控制系统采取调整方向或者车速等措施，驶出危险区域。
本实施例的图像测距算法，具体实现步骤包括以下子步骤：
步骤4.1：当FPGA调制解调模块(2)将来自三维观测相机模块(1)的光信号转化成脉冲调制波信号时，光源发射一段时间Δt，成像传感器对每个像素点进行反射光能量采样，同时使用两个反向的计算窗口C1、C2和相同的Δt时间，在采样时间内像素点按窗口开启电荷累积Q1和Q2，直至最终形成完整的图像，最后图像显示操控系统模块(3)中的图像处理器对形成的完整图像进行分析，根据公式(1)计算每个像素点对应的距离并测量物体的距离：
其中，c为光速常量；
步骤4.2：当FPGA调制解调模块(2)将来自三维观测相机模块(1)的光信号转化成连续调制波信号时，则采用多个采样窗口计量，每个窗口相位延时90°，即0°、180°、90°、270°，共4个，随后进行和步骤4.1相同的电荷累积，直至最终形成完整的图像，发射与反射光的相位差和测量距离d由如下计算公式，最后图像显示操控系统模块(3)中的图像处理器对形成的完整图像进行分析，根据公式(4)(5)计算每个像素点对应的距离并测量物体的距离：
I＝Q1-Q2 (2)
Q＝Q3-Q4 (3)
其中，f为光信号频率。
本发明的核心在于针对于不同载体、不同环境，提出了一种基于三维图像测距的安全监测系统与方法，本发明采用3D成像与图像处理相结合的方式，可针对复杂环境，可以提高物体三维图像信息采集的精准度和测距过程的快速性。该系统可以完成对载体周围环境的实时监测，及时将环境状况反馈给载体控制系统。所以，其保护并不限于上述实施例。显然，本领域的技术人员可以对本发明进行各种改动和变形而不脱离本发明的范围和精神，例如：使用不同的探测器，不同的外形，上述模块的不同组合方式，上述监测系统的不同组网等。倘若这些该动和变形属于本发明权利要求及其等同技术范围内，则本发明也意图包含这些改动和变形在内。

Claims (6)

1.一种基于三维图像测距的安全监测系统，其特征在于：包括三维观测相机模块(1)、FPGA调制解调模块(2)、图像操控显示系统模块(3)；
所述FPGA调制解调模块(2)将三维观测相机发出的光源调制成一定频率的脉冲或者连续调制波，然后返回所述三维观测相机模块(1)；所述三维观测相机模块(1)随即发出，监测周围环境；
所述三维观测相机模块(1)通过发射一定波长的光，经过FPGA调制解调模块(2)处理后实现对物体的感应和三维成像，并将物体的三维图像信息传递给图像显示操控系统模块(3)。
2.根据权利要求1所述的基于三维图像测距的安全监测系统，其特征在于：所述三维观测相机模块(1)包括光源发生器、成像传感器和信号接收器。
3.根据权利要求1所述的基于三维图像测距的安全监测系统，其特征在于：所述FPGA调制解调模块(2)包括带有FPGA芯片的集成电路、外围控制电路和信号调制电路，所述外围控制电路使FPGA芯片正常工作，并且提供信号的输入/输出接口；所述信号调制电路用于将所述三维观测相机模块(1)发出的光源调制成一定频率的脉冲或者连续调制波。
4.根据权利要求1-3任意一项所述的基于三维图像测距的安全监测系统，其特征在于：所述图像操控显示系统模块(3)包括信号感应器、图像显示器、图像处理器和报警器，用于接收来自所述三维观测相机模块(1)传输的三维图像信息，形成完整的物体三维图像，通过图像测距方法检测物体的位置，当超过设定的安全阈值时报警。
5.一种基于三维图像测距的安全监测方法，其特征在于，包括以下步骤：
步骤1：启动机车，安全监测系统同时启动，设定一定的安全距离，设定完毕，三维观测相机模块(1)向FPGA调制解调模块(2)发射探测光；
步骤2：FPGA调制解调模块(2)接收来自三维观测相机模块(1)的光信号，通过信号调制电路将光信号转化成脉冲或者连续调制光波信号，并由信号输出端口返回三维观测相机模块(1)，三维观测相机模块(1)随即发出，监测周围环境；
步骤3：当机车周围区域内有物体出现时，光波信号立即进行探测，成像传感器将探测到的物体光学信号转化电子信号，并形成三维图像信息传递给图像操控显示系统模块(3)；
步骤4：图像操控显示系统模块(3)根据接收到的图像信息将图像显示在显示屏上，同时图像处理器根据物体三维图像和图像测距算法计算物体与机车距离，如果距离大于机车的安全距离，则继续行驶；如果距离小于机车的安全距离，则报警器报警，机车控制系统采取调整方向或者车速，驶出危险区域。
6.根据权利要求5所述的基于三维图像测距的安全监测方法，其特征在于，步骤4中所述图像测距算法，具体实现步骤包括以下子步骤：
步骤4.1：当FPGA调制解调模块(2)将来自三维观测相机模块(1)的光信号转化成脉冲调制波信号时，光源发射一段时间Δt，成像传感器对每个像素点进行反射光能量采样，同时使用两个反向的计算窗口C1、C2和相同的Δt时间，在采样时间内像素点按窗口开启电荷累积Q1和Q2，直至最终形成完整的图像，最后图像显示操控系统模块(3)中的图像处理器对形成的完整图像进行分析，根据公式(1)计算每个像素点对应的距离并测量物体的距离：
其中，c为光速常量；
步骤4.2：当FPGA调制解调模块(2)将来自三维观测相机模块(1)的光信号转化成连续调制波信号时，则采用多个采样窗口计量，每个窗口相位延时90°，即0°、180°、90°、270°，共4个，随后进行和步骤4.1相同的电荷累积，直至最终形成完整的图像，发射与反射光的相位差和测量距离d由如下计算公式，最后图像显示操控系统模块(3)中的图像处理器对形成的完整图像进行分析，根据公式(4)(5)计算每个像素点对应的距离并测量物体的距离：
I＝Q1-Q2 (2)
Q＝Q3-Q4 (3)
其中，f为光信号频率。
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Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US5694203A (en) * 1995-01-31 1997-12-02 Kabushikikaisha Wacom Distance camera device having light gate for extracting distance information
CN102547355A (zh) * 2010-12-21 2012-07-04 三星电子株式会社 图像传感器和操作该图像传感器的方法
CN104931974A (zh) * 2015-06-15 2015-09-23 中国科学院上海光学精密机械研究所 基于光源调制解调的icmos高速三维成像激光雷达
CN106791497A (zh) * 2016-12-15 2017-05-31 哈尔滨工业大学 一种脉冲增益调制式单像素三维成像系统及方法
CN207354504U (zh) * 2017-04-25 2018-05-11 湘潭大学 一种频率与曝光可调的飞行时间三维成像装置
CN108279421A (zh) * 2018-01-28 2018-07-13 深圳新亮智能技术有限公司 带有高分辨率彩色图像的飞行时间相机

Patent Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US5694203A (en) * 1995-01-31 1997-12-02 Kabushikikaisha Wacom Distance camera device having light gate for extracting distance information
CN102547355A (zh) * 2010-12-21 2012-07-04 三星电子株式会社 图像传感器和操作该图像传感器的方法
CN104931974A (zh) * 2015-06-15 2015-09-23 中国科学院上海光学精密机械研究所 基于光源调制解调的icmos高速三维成像激光雷达
CN106791497A (zh) * 2016-12-15 2017-05-31 哈尔滨工业大学 一种脉冲增益调制式单像素三维成像系统及方法
CN207354504U (zh) * 2017-04-25 2018-05-11 湘潭大学 一种频率与曝光可调的飞行时间三维成像装置
CN108279421A (zh) * 2018-01-28 2018-07-13 深圳新亮智能技术有限公司 带有高分辨率彩色图像的飞行时间相机

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