CN109556832B - 一种具有天气模拟功能的相机在环测试试验台 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种具有天气模拟功能的相机在环测试试验台，包括有场景系统、环境感知系统和决策执行系统，其中场景系统内设置有显示器、下雨模拟装置和第一工控机，第一工控机和显示器相连接，环境感知系统内设置有相机和第二工控机，第二工控机与相机相连接，相机对应场景系统中的显示器和下雨模拟装置设置，相机能够实时拍摄显示器中的显示画面并把拍摄数据传输到第二工控机，决策执行系统内设置有中央处理器，中央处理器分别与第一工控机和第二工控机相连接。有益效果：试验台应用范围广泛，虚拟场景模拟器、相机、图像处理单元以及控制器均以硬件形式在环，对虚拟场景、图像处理单元、车辆控制模型分别进行独立、快速、柔性的测试。

Description

一种具有天气模拟功能的相机在环测试试验台

技术领域

本发明涉及一种相机在环测试试验台，特别涉及一种具有天气模拟功能的相机在环测试试验台。

背景技术

目前，对于无人驾驶车辆视觉部分测试还处于研究阶段，各大厂商和相关研究单位对无人驾驶车辆视觉部分的测试手段主要为道路测试和仿真测试。对于道路测试而言，需要大量的时间和成本，进行危险工况测试的难度也比较高。对于仿真测试，由于脱离了真实场景，结果不准确。

现阶段，仿真测试的研发主要针对于虚拟场景中的车辆和道路环境，对天气的影响却很少或没有考虑。实际上，对于车载视觉来讲，天气的不同导致的光线强弱不同将直接影响相机采集图像的质量。

发明内容

本发明的目的是为了解决现有车辆在进行仿真测试过程中天气因素考虑不充分的问题而提供的一种具有天气模拟功能的相机在环测试试验台。

本发明提供的具有天气模拟功能的相机在环测试试验台包括有场景系统、环境感知系统和决策执行系统，其中场景系统内设置有显示器、下雨模拟装置和第一工控机，第一工控机和显示器相连接，环境感知系统内设置有相机和第二工控机，第二工控机与相机相连接，相机对应场景系统中的显示器和下雨模拟装置设置，相机能够实时拍摄显示器中的显示画面并把拍摄数据传输到第二工控机，决策执行系统内设置有中央处理器，中央处理器分别与第一工控机和第二工控机相连接。

显示器装配在暗箱内的一侧，显示器的型号为华硕PA329Q型，相机对应显示器设置，相机卡接在支撑架上，相机在支撑架上的位置能够进行调整，相机的型号为sca-1300gc款工业相机，采用的镜头为H0514-MP2款镜头，相机和显示器之间装配有玻璃板用于模拟车辆的前挡风板。

下雨模拟装置包括有水箱、输水管、回水管、滴水架和回收盒，其中水箱设在暗箱的外部，水箱内装配有水泵，水箱通过输水管与滴水架相连接，输水管的进水口与水泵的出水口相连接，水箱内的水通过水泵和输水管被输送到滴水架内，滴水架设在显示器前方暗箱内的架体上，输水管与滴水架连接处设置有四通阀，滴水架上穿设有三条滴水管路，三条滴水管路通过四通阀与输水管相连接，回收盒设在滴水架的下部，回收盒通过回水管与水箱相连接，回收盒能够把滴水架滴落的水回收后通过回水管回流到水箱内。

输水管为波纹管，内径为20mm，四通阀与输水管相连的进口内径与输水管的内径一致，回水管为波纹管，内径为20mm，滴水架上三条滴水管路的滴水孔半径分别为1mm、1.5mm和2mm，四通阀与三条滴水管路相连的三个出口内径分别与三条滴水管路的内径相对应。

第一工控机、第二工控机和中央处理器均装配在暗箱下部支架的底板上，第一工控机采用研华主板aimb781，安装有MATlab/simulink和Panosim软件，第一工控机与显示器之间通过HDMI线进行连接，同时通过网线与中央处理器进行连接，第一工控机能够构建虚拟道路场景，并随中央处理器的处理实时更新虚拟道路场景，第二工控机采用研华主板aimb781，第二工控机能够对相机拍摄的画面进行处理和识别，并将处理结果发送给中央处理器，中央处理器为PXI主控器，中央处理器为PXI-1085型，中央处理器内安装有MATlab/simulink和Panosim软件，中央处理器能够建立车辆模型，中央处理器同时接收由环境感知系统处理的信息并进行决策执行。

本发明的工作原理：

本发明提供的具有天气模拟功能的相机在环测试试验台的具体工作原理如下：

一、通过Panosim和下雨模拟装置模拟雨天道路场景：

通过本发明设计的下雨模拟装置和显示器中显示的Panosim道路场景联合搭建本测试试验台所需要的场景部分。测试开始前，水箱中先储满水，试验时先开启水泵，水箱内的水经过输水管进入到四通阀的进口处，四通阀有三个旋钮，每一个旋钮分别对应控制滴水架的一条滴水管路。滴水架上穿设的三条滴水管路的滴水孔半径分别为1mm、1.5mm和2mm，四通阀与三条滴水管路相连的出口内径与之相对应，从设定滴水管路中流出的水将滴落在位于滴水架正下方的回收盒中，回收盒中的水通过回水管回流到水箱中，在模拟下雨的同时也可以做到雨水循环使用。这样，相机所拍摄的内容就是显示器中的视频流场景和下雨模拟装置的物理流的融合。通过滴水架顶部三条滴水管路的设计能够模拟三种雨量的场景设置，能够充分反应不同雨量下的场景状况。

二、通过相机和图像处理算法感知场景元素：

在进行测试前，先调整和固定相机的位置，使相机能够完整拍摄前方展示的雨天道路场景。相机通过数据线与第二工控机相连，将拍摄好的视频流传输给第二工控机，经过第二工控机内部的图像处理算法处理后，能够识别道路信息。以车道偏离场景为例，能够识别车道线位置和曲率等信息，完成对场景元素的感知。

三、通过中央处理器进行场景元素整合与车辆模型的决策与执行：

在完成场景元素感知后，第二工控机通过网线与中央处理器进行数据传输。以车道偏离场景为例，中央处理器会根据所设置好的车辆模型中的运动状态给出车道线曲率的阈值。将当前方摄像头识别的车道线曲率与给出的阈值进行比较，判断此时车辆是否正在偏离当前车道。如果是，Simulink中的控制模块会给出信号，使车辆回正。

四、测试结果的整理：

使用本发明所述的面向雨天场景的相机在环测试试验台进行测试，由于给出的虚拟场景是搭建好的，那么车辆是否回正，车辆从识别场景到开始回正的时间，图像处理单元识别的车道线曲率都是可以通过中央处理器、第一工控机和第二工控机得到的，均可以作为测试的评价指标。

本发明的有益效果：

本发明提供的具有天气模拟功能的相机在环测试试验台填补了目前无人驾驶领域研究的天气模拟场景的相应空白，本发明所述的试验台中的相机采用真实的相机进行测试，因为是硬件在环试验台，相较于虚拟测试，实验结果更加准确；相较于实车测试，能节省大量时间和成本。本发明实现了雨天的模拟，采用视频流形式的虚拟场景和真实的下雨模拟装置结合的方案来模拟雨天道路场景。因此能够在不改变试验台结构的基础上，通过独立的模拟下雨装置，为试验提供更加真实的工况。本发明中所述的下雨模拟装置能够进行雨滴直径分别为1mm,1.5mm和2mm的降水，通过四通阀上装配的分流阀对降水模式进行切换，从而在不改变试验台结构的前提下和虚拟场景的前提下，能够得到不同程度降雨条件下的实验结果。本发明采用暗箱的结构，能够排除自然光线对本实验的干扰，使实验结果更加准确。本发明提供的试验台应用范围广泛，虚拟场景模拟器、相机、图像处理单元以及控制器均以硬件形式在环，因此不仅可以对相机进行测试，还可以对虚拟场景、图像处理单元、车辆控制模型分别进行独立、快速、柔性的测试。

附图说明

图1为本发明所述试验台整体结构框图。

图2为本发明所述试验台整体结构示意图。

图3为本发明所述试验台内部结构示意图。

图4为本发明所述试验台中水箱俯视结构示意图。

上述图中的标注如下：

1、场景系统 2、环境感知系统 3、决策执行系统 4、显示器

5、下雨模拟装置 6、第一工控机 7、相机 8、第二工控机

9、中央处理器 10、暗箱 11、玻璃板 12、水箱 13、输水管

14、回水管 15、滴水架 16、回收盒 17、水泵 18、四通阀

19、支架 20、底板。

具体实施方式

请参阅图1至图4所示：

本发明提供的具有天气模拟功能的相机在环测试试验台包括有场景系统1、环境感知系统2和决策执行系统3，其中场景系统1内设置有显示器4、下雨模拟装置5和第一工控机6，第一工控机6和显示器4相连接，环境感知系统2内设置有相机7和第二工控机8，第二工控机8与相机7相连接，相机7对应场景系统1中的显示器4和下雨模拟装置5设置，相机7能够实时拍摄显示器4中的显示画面并把拍摄数据传输到第二工控机8，决策执行系统3内设置有中央处理器9，中央处理器9分别与第一工控机6和第二工控机8相连接。

显示器4装配在暗箱10内的一侧，显示器4的型号为华硕PA329Q型，相机7对应显示器4设置，相机7卡接在支撑架上，相机7在支撑架上的位置能够进行调整，相机7的型号为sca-1300gc款工业相机，采用的镜头为H0514-MP2款镜头，相机7和显示器4之间装配有玻璃板11用于模拟车辆的前挡风板。

下雨模拟装置5包括有水箱12、输水管13、回水管14、滴水架15和回收盒16，其中水箱12设在暗箱10的外部，水箱12内装配有水泵17，水箱12通过输水管13与滴水架15相连接，输水管13的进水口与水泵17的出水口相连接，水箱12内的水通过水泵17和输水管13被输送到滴水架15内，滴水架15设在显示器4前方暗箱10内的架体上，输水管13与滴水架15连接处设置有四通阀18，滴水架15上穿设有三条滴水管路，三条滴水管路通过四通阀18与输水管13相连接，回收盒16设在滴水架15的下部，回收盒16通过回水管14与水箱12相连接，回收盒16能够把滴水架15滴落的水回收后通过回水管14回流到水箱12内。

输水管13为波纹管，内径为20mm，四通阀18与输水管13相连的进口内径与输水管13的内径一致，回水管14为波纹管，内径为20mm，滴水架15上三条滴水管路的滴水孔半径分别为1mm、1.5mm和2mm，四通阀18与三条滴水管路相连的三个出口内径分别与三条滴水管路的内径相对应。

第一工控机6、第二工控机8和中央处理器9均装配在暗箱10下部支架19的底板20上，第一工控机6采用研华主板aimb781，安装有MATlab/simulink和Panosim软件，第一工控机6与显示器4之间通过HDMI线进行连接，同时通过网线与中央处理器9进行连接，第一工控机6能够构建虚拟道路场景，并随中央处理器9的处理实时更新虚拟道路场景，第二工控机8采用研华主板aimb781，第二工控机8能够对相机7拍摄的画面进行处理和识别，并将处理结果发送给中央处理器9，中央处理器9为PXI主控器，中央处理器9为PXI-1085型，中央处理器9内安装有MATlab/simulink和Panosim软件，中央处理器9能够建立车辆模型，中央处理器9同时接收由环境感知系统2处理的信息并进行决策执行。

本发明的工作原理：

本发明提供的具有天气模拟功能的相机在环测试试验台的具体工作原理如下：

一、通过Panosim和下雨模拟装置模拟雨天道路场景：

通过本发明设计的下雨模拟装置5和显示器4中显示的Panosim道路场景联合搭建本测试试验台所需要的场景部分。测试开始前，水箱12中先储满水，试验时先开启水泵17，水箱12内的水经过输水管13进入到四通阀18的进口处，四通阀18有三个旋钮，每一个旋钮分别对应控制滴水架15的一条滴水管路。滴水架15上穿设的三条滴水管路的滴水孔半径分别为1mm、1.5mm和2mm，四通阀18与三条滴水管路相连的出口内径与之相对应，从设定滴水管路中流出的水将滴落在位于滴水架15正下方的回收盒16中，回收盒16中的水通过回水管14回流到水箱12中，在模拟下雨的同时也可以做到雨水循环使用。这样，相机7所拍摄的内容就是显示器4中的视频流场景和下雨模拟装置5的物理流的融合。通过滴水架15顶部三条滴水管路的设计能够模拟三种雨量的场景设置，能够充分反应不同雨量下的场景状况。

二、通过相机和图像处理算法感知场景元素：

在进行测试前，先调整和固定相机7的位置，使相机7能够完整拍摄前方展示的雨天道路场景。相机7通过数据线与第二工控机8相连，将拍摄好的视频流传输给第二工控机8，经过第二工控机8内部的图像处理算法处理后，能够识别道路信息。以车道偏离场景为例，能够识别车道线位置和曲率等信息，完成对场景元素的感知。

三、通过中央处理器进行场景元素整合与车辆模型的决策与执行：

在完成场景元素感知后，第二工控机8通过网线与中央处理器9进行数据传输。以车道偏离场景为例，中央处理器9会根据所设置好的车辆模型中的运动状态给出车道线曲率的阈值。将当前方摄像头识别的车道线曲率与给出的阈值进行比较，判断此时车辆是否正在偏离当前车道。如果是，Simulink中的控制模块会给出信号，使车辆回正。

四、测试结果的整理：

使用本发明所述的面向雨天场景的相机7在环测试试验台进行测试，由于给出的虚拟场景是搭建好的，那么车辆是否回正，车辆从识别场景到开始回正的时间，图像处理单元识别的车道线曲率都是可以通过中央处理器9、第一工控机6和第二工控机8得到的，均可以作为测试的评价指标。

Claims (3)

1.一种具有天气模拟功能的相机在环测试试验台，包括有场景系统、环境感知系统和决策执行系统，其中场景系统内设置有显示器、下雨模拟装置和第一工控机，第一工控机和显示器相连接，环境感知系统内设置有相机和第二工控机，第二工控机与相机相连接，相机对应场景系统中的显示器和下雨模拟装置设置，相机能够实时拍摄显示器中的显示画面并把拍摄数据传输到第二工控机，决策执行系统内设置有中央处理器，中央处理器分别与第一工控机和第二工控机相连接，其特征在于：所述的下雨模拟装置包括有水箱、输水管、回水管、滴水架和回收盒，其中水箱设在暗箱的外部，水箱内装配有水泵，水箱通过输水管与滴水架相连接，输水管的进水口与水泵的出水口相连接，水箱内的水通过水泵和输水管被输送到滴水架内，滴水架设在显示器前方暗箱内的架体上，输水管与滴水架连接处设置有四通阀，滴水架上穿设有三条滴水管路，三条滴水管路通过四通阀与输水管相连接，回收盒设在滴水架的下部，回收盒通过回水管与水箱相连接，回收盒能够把滴水架滴落的水回收后通过回水管回流到水箱内；第一工控机、第二工控机和中央处理器均装配在暗箱下部支架的底板上，第一工控机采用研华主板aimb781，安装有MATlab/simulink和Panosim软件，第一工控机与显示器之间通过HDMI线进行连接，同时通过网线与中央处理器进行连接，第一工控机能够构建虚拟道路场景，并随中央处理器的处理实时更新虚拟道路场景，第二工控机采用研华主板aimb781，第二工控机能够对相机拍摄的画面进行处理和识别，并将处理结果发送给中央处理器，中央处理器为PXI主控器，中央处理器为PXI-1085型，中央处理器内安装有MATlab/simulink和Panosim软件，中央处理器能够建立车辆模型，中央处理器同时接收由环境感知系统处理的信息并进行决策执行。

2.根据权利要求1所述的一种具有天气模拟功能的相机在环测试试验台，其特征在于：所述的显示器装配在暗箱内的一侧，显示器的型号为华硕PA329Q型，相机对应显示器设置，相机卡接在支撑架上，相机在支撑架上的位置能够进行调整，相机的型号为sca-1300gc款工业相机，采用的镜头为H0514-MP2款镜头，相机和显示器之间装配有玻璃板用于模拟车辆的前挡风板。

3.根据权利要求1所述的一种具有天气模拟功能的相机在环测试试验台，其特征在于：所述的输水管为波纹管，内径为20mm，四通阀与输水管相连的进口内径与输水管的内径一致，回水管为波纹管，内径为20mm，滴水架上三条滴水管路的滴水孔半径分别为1mm、1.5mm和2mm，四通阀与三条滴水管路相连的三个出口内径分别与三条滴水管路的内径相对应。