CN110774934B - 应用于车辆换电的视觉分析系统及方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种应用于车辆换电的视觉分析系统及方法。所述视觉分析系统包括至少一图像采集模块、图像分析模块和换电控制模块；所述图像采集模块用于采集实际图像，所述实际图像中包含车辆的电池外箱的图像；所述图像分析模块用于根据所述实际图像获取所述电池外箱的空间状态信息；所述换电控制模块用于根据所述电池外箱的空间状态信息生成调控指令并将所述调控指令发送至用于为所述车辆更换电池包的换电设备，所述调控指令用于命令所述换电设备调整自身的空间状态信息。本发明能够通过采集的实际图像准确识别出电池外箱，进而确定所述电池外箱的空间状态信息，依此调整换电设备，保证电池包更换的成功率。

Description

应用于车辆换电的视觉分析系统及方法

技术领域

本发明属于换电控制领域，尤其涉及一种应用于车辆换电的视觉分析系统及方法。

背景技术

目前，汽车尾气的排放仍然是环境污染问题的重要因素，为了治理汽车尾气，人们研制出了天然汽车、氢燃料汽车、太阳能汽车和电动汽车以替代燃油型汽车。而其中最具有应用前景的是电动汽车。目前的电动汽车主要包括直充式和快换式两种。

快换式的电动汽车在其电池包进行更换时，需要换电设备行走至车辆的下方，以将车辆上原有的电池包从电池外箱中取下，然后将新的电池包安装到电池外箱中，现有的换电设备常常由于无法准确定位到电池外箱的位置而不能取下电池包或安装新的电池包，从而造成电池包更换失败，甚至损坏电池外箱或电池包的关联结构。

发明内容

本发明要解决的技术问题是为了克服现有技术中换电设备无法准确定位到电池外箱的位置而不能从电池外箱取下电池包或安装新的电池包到电池外箱，从而造成电池包更换失败的缺陷，提供一种应用于车辆换电的视觉分析系统及方法。

本发明是通过以下技术方案解决上述技术问题的：

本发明提供一种应用于车辆换电的视觉分析系统，所述视觉分析系统包括至少一图像采集模块、图像分析模块和换电控制模块；

所述图像采集模块用于采集实际图像并将所述实际图像发送至所述图像分析模块，所述实际图像中包含车辆的电池外箱的图像；

所述图像分析模块用于根据所述实际图像获取所述电池外箱的空间状态信息，并将所述电池外箱的空间状态信息发送至所述换电控制模块；

所述换电控制模块用于根据所述电池外箱的空间状态信息生成调控指令并将所述调控指令发送至用于为所述车辆更换电池包的换电设备，所述调控指令用于命令所述换电设备调整自身的空间状态信息以适应所述电池外箱的空间状态信息。

较佳地，所述图像采集模块设置于所述换电设备上，或，设置于所述车辆停泊的平台上。

较佳地，所述空间状态信息包括位置信息，所述图像分析模块包括位置分析子模块；

所述位置分析子模块用于根据所述实际图像获取所述电池外箱的位置信息，并将所述电池外箱的位置信息发送至所述换电控制模块；

所述调控指令包括位置移动指令，所述换电控制模块还用于根据所述电池外箱的位置信息生成所述位置移动指令，所述位置移动指令用于命令所述换电设备移动自身位置至目标位置，所述目标位置与所述电池外箱的位置相关。

较佳地，当所述换电设备的目标任务是将所述换电设备上的电池包放入所述电池外箱时，所述目标位置为所述电池包与所述电池外箱对准的位置。

较佳地，当所述换电设备的目标任务是将所述车辆上的电池包取下时，所述目标位置为所述换电设备上的换电解锁机构与所述电池外箱上的触发解锁机构对准的位置，所述触发解锁机构与所述换电解锁机构相匹配，用于触发所述电池包从所述车辆上解锁。

较佳地，根据所述电池外箱的位置信息生成所述位置移动指令，包括：

获取所述电池外箱的位置信息和所述目标位置的位置信息；

比较所述电池外箱的位置信息与所述目标位置的位置信息的差值；

生成位置移动指令，所述位置移动指令用于命令所述换电设备向减小所述差值的方向移动。

较佳地，所述空间状态信息包括姿态信息，所述图像分析模块包括姿态分析子模块；

所述姿态分析子模块用于根据所述实际图像获取所述电池外箱的姿态信息，并将所述电池外箱的姿态信息发送所述换电控制模块；

所述调控指令包括姿态调整指令，所述换电控制模块还用于根据所述电池外箱的姿态信息生成所述姿态调整指令，所述姿态调整指令用于命令所述换电设备调整自身姿态以使得所述换电设备上的换电机构与所述电池外箱姿态相同。

较佳地，所述电池外箱的姿态信息包括：所述电池外箱与所述车辆停泊的平台的夹角；

根据所述实际图像获取所述电池外箱与所述车辆停泊的平台的夹角，包括：

从所述实际图像中提取所述电池外箱的图像轮廓；

判断所述图像轮廓与所述电池外箱与所述平台平行设置时的标准图像轮廓是否相同：

若是，则判定所述电池外箱与所述平台的夹角为0；

若否，则通过所述图像轮廓相对于所述标准图像轮廓的变形程度确定所述电池外箱与所述平台的夹角。

较佳地，所述电池外箱的姿态信息包括：所述电池外箱与所述车辆停泊的平台的夹角；

根据所述实际图像获取所述电池外箱与所述车辆停泊的平台的相对位置关系，包括：

通过所述实际图像自带的景深信息确定所述电池外箱的至少两个特征部位的相对高度差；

判断所述至少两个特征部位的相对高度差是否为0：

若是，则判定所述电池外箱与所述平台的夹角为0；

若否，则通过所述至少两个特征部位的相对高度差确定所述电池外箱与所述平台的夹角。

较佳地，所述电池外箱为长方体，所述至少两个特征部位为所述电池外箱的至少两个顶角。

较佳地，所述电池外箱的姿态信息包括：所述电池外箱的设置方向；

根据所述实际图像获取所述电池外箱的设置方向，包括：

从所述实际图像中提取所述电池外箱的图像轮廓；

判断所述图像轮廓与所述电池外箱以基准方向设置时的标准图像轮廓是否相同：

若是，则判定所述电池外箱的设置方向为所述基准方向；

若否，则通过所述图像轮廓相对于所述标准图像轮廓的旋转程度确定所述电池外箱的设置方向与所述基准方向的夹角。

较佳地，所述图像采集模块采集所述实际图像时的角度与所述标准图像轮廓的采集角度相同。

较佳地，所述图像采集模块还用于在所述换电设备执行完所述调控指令后再次采集所述实际图像。

较佳地，所述换电控制模块还用于在所述换电设备自身的空间状态信息已适应所述电池外箱的空间状态信息时向所述换电设备发送停泊指令，所述停泊指令用于命令所述换电设备保持当前的空间状态信息直至再次接收到指令。

较佳地，再次接收到的指令包括：从所述电池外箱中取下电池包的指令，或，将所述换电设备上的电池包安装到所述电池外箱的指令。

较佳地，所述图像采集模块与所述图像分析模块通过有线或无线通信连接；

和/或，所述图像分析模块与所述换电控制模块通过有线或无线通信连接；

和/或，所述换电控制模块与所述换电设备通过有线或无线通信连接。

较佳地，所述图像采集模块配有红外照明光源，所述红外照明光源用于在环境光的亮度小于阈值时开启。

较佳地，所述图像采集模块为根据所述电池外箱自动变焦的摄像头或相机。

本发明还提供一种应用于车辆换电的视觉分析方法，所述视觉分析方法包括：

采集实际图像，所述实际图像中包含车辆的电池外箱的图像；

根据所述实际图像获取所述电池外箱的空间状态信息；

根据所述电池外箱的空间状态信息命令所述换电设备调整自身的空间状态信息以适应所述电池外箱的空间状态信息。

较佳地，所述空间状态信息包括位置信息，根据所述实际图像获取所述电池外箱的空间状态信息的步骤包括：；

根据所述实际图像获取所述电池外箱的位置信息；

命令所述换电设备调整自身的空间状态信息以适应所述电池外箱的空间状态信息的步骤包括：

命令所述换电设备移动自身位置至目标位置，所述目标位置与所述电池外箱的位置相关。

较佳地，当所述换电设备的目标任务是将所述换电设备上的电池包放入所述电池外箱时，所述目标位置为所述电池包与所述电池外箱对准的位置。

较佳地，当所述换电设备的目标任务是将所述车辆上的电池包取下时，所述目标位置为所述换电设备上的换电解锁机构与所述电池外箱上的触发解锁机构对准的位置，所述触发解锁机构与所述换电解锁机构相匹配，用于触发所述电池包从所述车辆上解锁。

较佳地，其特征在于，命令所述换电设备移动自身位置以使得所述换电设备上换电机构与所述电池外箱位置对准的步骤，包括：

获取所述电池外箱的位置信息和所述目标位置的位置信息；

比较所述电池外箱的位置信息与所述目标位置的位置信息的差值；

生成位置移动指令，所述位置移动指令用于命令所述换电设备向减小所述差值的方向移动。

较佳地，所述空间状态信息包括姿态信息，根据所述实际图像获取所述电池外箱的空间状态信息的步骤包括：

根据所述实际图像获取所述电池外箱的姿态信息；

命令所述换电设备调整自身的空间状态信息以适应所述电池外箱的空间状态信息的步骤包括：命令所述换电设备调整自身姿态以使得所述换电设备上的换电机构与所述电池外箱姿态相同。

较佳地，所述电池外箱的姿态信息包括：所述电池外箱与所述车辆停泊的平台的夹角；

根据所述实际图像获取所述电池外箱与所述车辆停泊的平台的夹角，包括：

从所述实际图像中提取所述电池外箱的图像轮廓；

判断所述图像轮廓与所述电池外箱与所述平台平行设置时的标准图像轮廓是否相同：

若是，则判定所述电池外箱与所述平台的夹角为0；

若否，则通过所述图像轮廓相对于所述标准图像轮廓的变形程度确定所述电池外箱与所述平台的夹角。

较佳地，所述电池外箱的姿态信息包括：所述电池外箱与所述车辆停泊的平台的夹角；

根据所述实际图像获取所述电池外箱与所述车辆停泊的平台的相对位置关系，包括：

通过所述实际图像自带的景深信息确定所述电池外箱的至少两个特征部位的相对高度差；

判断所述至少两个特征部位的相对高度差是否为0：

若是，则判定所述电池外箱与所述平台的夹角为0；

若否，则通过所述至少两个特征部位的相对高度差确定所述电池外箱与所述平台的夹角。

较佳地，所述电池外箱为长方体，所述至少两个特征部位为所述电池外箱的至少两个顶角。

较佳地，所述电池外箱的姿态信息包括：所述电池外箱的设置方向；

根据所述实际图像获取所述电池外箱的设置方向，包括：

从所述实际图像中提取所述电池外箱的图像轮廓；

判断所述图像轮廓与所述电池外箱以基准方向设置时的标准图像轮廓是否相同：

若是，则判定所述电池外箱的设置方向为所述基准方向；

若否，则通过所述图像轮廓相对于所述标准图像轮廓的旋转程度确定所述电池外箱的设置方向与所述基准方向的夹角。

较佳地，采集所述实际图像时的角度与所述标准图像轮廓的采集角度相同。

较佳地，所述视觉分析方法还包括：

在所述换电设备调整完自身的空间状态信息后再次采集所述实际图像。

较佳地，所述视觉分析方法还包括：在所述换电设备自身的空间状态信息已适应所述电池外箱的空间状态信息时命令所述换电设备保持当前的空间状态信息直至再次接收到指令。

较佳地，再次接收到的指令包括：从所述电池外箱中取下电池包的指令，或，将所述换电设备上的电池包安装到所述电池外箱的指令。

较佳地，所述视觉分析方法还包括：在环境光的亮度小于阈值时开启红外照明光源。

较佳地，采集实际图像的步骤利用根据所述电池外箱自动变焦的摄像头或相机实现。

在符合本领域常识的基础上，上述各优选条件，可任意组合，即得本发明各较佳实例。

本发明的积极进步效果在于：本发明能够通过采集的实际图像准确识别出电池外箱，进而确定所述电池外箱的空间状态信息，依此调整换电设备，可以准确地从电池外箱取下电池包或安装新的电池包到电池外箱，保证电池包更换的成功率。

附图说明

图1为本发明实施例1的一种应用于车辆换电的视觉分析系统的示意框图；

图2为本发明实施例1的一种图像采集模块11的安装示意图；

图3为本发明实施例2的一种应用于车辆换电的视觉分析系统的示意框图；

图4为本发明实施例2的目标位置示意图；

图5为本发明实施例3的一种图像采集模块11的安装示意图；

图6为电池外箱以基准方向X设置时的标准图像轮廓示意图；

图7为实际图像中所述电池外箱的图像轮廓；

图8为图6和图7重合后的示意图；

图9为本发明实施例4的一种应用于车辆换电的视觉分析系统的示意框图；

图10为本发明实施例5的一种应用于车辆换电的视觉分析方法的流程图；

图11为本发明实施例6的一种应用于车辆换电的视觉分析方法的流程图；

图12为本发明实施例6的步骤531的流程图；

图13为本发明实施例7的一种应用于车辆换电的视觉分析方法的流程图；

图14为本发明实施例7的步骤522的一种流程图；

图15为本发明实施例7的步骤522的另一种流程图；

图16为本发明实施例7的步骤522的再一种流程图；

图17为本发明实施例8的一种应用于车辆换电的视觉分析方法的流程图。

具体实施方式

下面通过实施例的方式进一步说明本发明，但并不因此将本发明限制在所述的实施例范围之中。

实施例1

图1为本实施例的一种应用于车辆换电的视觉分析系统10。所述视觉分析系统10包括至少一图像采集模块11、图像分析模块12和换电控制模块13。所述图像采集模块11与所述图像分析模块12可以通过有线或无线通信连接；所述图像分析模块12与所述换电控制模块13可以通过有线或无线通信连接；所述换电控制模块13与用于为车辆更换电池的换电设备40通过有线或无线通信连接。其中，有线通信连接包括但不限于通过线缆连接，无线通信连接包括但不限于通过2G、3G、4G、蓝牙等通信方式连接。

所述图像采集模块11用于采集实际图像并将所述实际图像发送至所述图像分析模块12，所述实际图像中包含车辆的电池外箱的图像。

所述图像分析模块12用于根据所述实际图像获取所述电池外箱的空间状态信息，并将所述电池外箱的空间状态信息发送至所述换电控制模块13。

所述换电控制模块13用于根据所述电池外箱的空间状态信息生成调控指令并将所述调控指令发送至所述换电设备40，所述调控指令用于命令所述换电设备40调整自身的空间状态信息以适应所述电池外箱的空间状态信息。

本实施例的视觉分析系统10，通过所述图像采集模块11实现图像采集，通过所述图像分析模块12实现图像分析，准确获取所述电池外箱的空间状态信息，依此调整换电设备40。所述视觉分析系统10可以应用于从电池外箱取下电池包过程中对所述电池外箱的定位，也可应用于将安装新的电池包到电池外箱过程中对所述电池外箱的定位，保证电池包更换的成功率。

为了进一步保证对换电设备40调整到位，所述图像采集模块11还可以用于在所述换电设备40执行完所述调控指令后再次采集所述实际图像。然后，通过所述图像分析模块12、所述换电控制模块13根据再次采集的实际图像再次分析、调控所述换电设备40。

本实施例中，所述图像采集模块11可以设置于所述换电设备40上。所述换电设备40通常可能包括将新的或满电电池装入电池外箱的功能，或者包括将车辆上原有的缺电电池从电池外箱取下的功能，或者同时兼具上述两种功能。所述图像采集模块11还可以设置于所述车辆停泊的平台上。所述平台可以为在换电过程中供车辆停泊的专用平台或是其他普通平台。当然本发明并不局限于此，在其他实施例中，所述图像采集模块11还可以设置于能够采集到所述电池外箱的图像的其他位置。

所述图像采集模块11的数量可以依所述电池外箱的具体结构、成本要求、调控精度要求等实际情况而定。在所述图像采集模块11的数量超过一个时，该些图像采集模块11可以全部设置于同一区域，如全部均设置于所述换电设备40上或全部均设置于上述的平台上；该些图像采集模块11还可以分散设置于不同区域，如部分设置于所述换电设备40上且其他部分设置于上述的平台上。每个所述图像采集模块11的图像采集角度可以有所不同，实现全方位的图像采集。图2给出了一种图像采集模块11的安装示意图。车辆20停泊于平台30上，平台30高于地平面且中间具有镂空区域A，换电设备40位于镂空区域A的下方。图中示出了4个图像采集模块11，其中两个图像采集模块11设置于平台30上且靠近镂空区域A，另外两个图像采集模块11设置于换电设备40的顶部。

为了提高图像采集的清晰度、电池外箱的空间状态分析精度，所述图像采集模块11优选为根据所述电池外箱自动变焦的摄像头或相机。

又考虑到所述电池外箱通常设置于车辆的底部，换电环境通常比较黑暗，对实际图像的清晰度会造成影响，本实施例中，所述图像采集模块11优选地配有红外照明光源，所述图像采集模块11在采集所述实际图像前会自动检测环境光的亮度，所述红外照明光源用于在环境光的亮度小于阈值时开启。其中，所述阈值可根据摄像头或相机的性能要求而定。

实施例2

本实施例提供了一种应用于车辆换电的视觉分析系统，其是对实施例1的视觉分析系统的进一步改进，能够分析出所述电池外箱的位置信息，并根据所述电池外箱的位置信息移动换电设备的位置。

图3示出了本实施例的视觉分析系统10。本实施例中，所述空间状态信息包括位置信息，所述位置信息可以为三维坐标信息。所述图像分析模块12包括位置分析子模块121。所述位置分析子模块用于根据所述实际图像获取所述电池外箱的位置信息，并将所述电池外箱的位置信息发送至所述换电控制模块13。

所述换电控制模块13生成的调控指令包括位置移动指令。所述换电控制模块13还用于根据所述电池外箱的位置信息生成所述位置移动指令，所述位置移动指令用于命令所述换电设备40移动自身位置至目标位置，所述目标位置与所述电池外箱的位置相关。

当所述换电设备40执行不同的目标任务时，所述目标位置也会有所不同。

本实施例中，当所述换电设备40的目标任务是将所述换电设备40上的电池包放入所述电池外箱时，所述目标位置为所述电池包与所述电池外箱对准的位置。以图4为例，换电设备40位于所述平台的下方，当所述换电设备40停泊于目标位置D时，所述换电设备40上的电池包B与电池外箱C对准，换电设备40举升电池包即可将电池包放入电池外箱内。

在其他实施例中，当所述换电设备40的目标任务是将所述车辆上的电池包取下时，所述目标位置为所述换电设备40上的换电解锁机构与所述电池外箱上的触发解锁机构对准的位置，所述触发解锁机构与所述换电解锁机构相匹配，用于触发所述电池包从所述车辆上解锁。即，换电设备40位于所述平台的下方，当所述换电设备40停泊于目标位置时，所述换电解锁机构与所述触发解锁机构对准，换电设备40举升所述换电解锁机构即可将所述换电解锁机构插入所述触发解锁机构，从而解锁电池包。本发明对于所述换电解锁机构和所述触发解锁机构的具体结构不做限定。

具体地，根据所述电池外箱的位置信息生成所述位置移动指令，包括：

获取所述电池外箱的位置信息和所述目标位置的位置信息；

比较所述电池外箱的位置信息与所述目标位置的位置信息的差值；

生成位置移动指令，所述位置移动指令用于命令所述换电设备40向减小所述差值的方向移动。

其中，所述差值主要是在水平方向上的差值，可将所述电池外箱投影至所述换电设备40所在的平面，计算所述电池外箱与所述目标位置的距离差，通过所述位置移动指令弥补所述距离差。

本实施例的视觉分析系统10能够准确确定所述电池外箱的位置信息，实现高精度的换电设备40的位置调整。

实施例3

本实施例提供了一种应用于车辆换电的视觉分析系统，其是对实施例1的视觉分析系统的进一步改进，能够分析出所述电池外箱的姿态信息，并根据所述电池外箱的姿态信息调整换电设备的换电机构的姿态。

图5示出了本实施例的视觉分析系统10。本实施例中，所述空间状态信息包括姿态信息。所述图像分析模块12包括姿态分析子模块122。所述姿态分析子模块用于根据所述实际图像获取所述电池外箱的姿态信息，并将所述电池外箱的姿态信息发送所述换电控制模块13。

所述换电控制模块13生成的调控指令包括姿态调整指令。所述换电控制模块13还用于根据所述电池外箱的姿态信息生成所述姿态调整指令，所述姿态调整指令用于命令所述换电设备40调整自身姿态以使得所述换电设备40上的换电机构与所述电池外箱姿态相同。

具体地，所述电池外箱的姿态信息可以包括：所述电池外箱与所述车辆停泊的平台的夹角。

所述换电控制模块13根据所述实际图像获取所述电池外箱与所述车辆停泊的平台的夹角，一种具体实现包括：

从所述实际图像中提取所述电池外箱的图像轮廓；

判断所述图像轮廓与所述电池外箱与所述平台平行设置时的标准图像轮廓是否相同，其中所述标准图像轮廓是预先采集的，判断比较图像时主要是比较两个图像中电池外箱是否相同，可以忽略图像中可能被一同采集到的其他图像，如电池外箱周围的车底构造等：

若是，则判定所述电池外箱与所述平台的夹角为0；

若否，则通过所述图像轮廓相对于所述标准图像轮廓的变形程度确定所述电池外箱与所述平台的夹角。

其中，所述图像采集模块11采集所述实际图像时的角度优选地与所述标准图像轮廓的采集角度相同。以所述电池外箱为长方体为例，那么，所述电池外箱与所述平台平行设置时，从所述电池外箱的正下方采集的所述电池外箱的标准图像轮廓应当为一个矩形。若同样从所述电池外箱的正下方采集的实际图像中所述电池外箱的图像轮廓是矩形，则说明所述电池外箱的图像轮廓与所述标准图像轮廓平行，即所述电池外箱也与所述平台平行。反之，若同样从所述电池外箱的正下方采集的实际图像中所述电池外箱的图像轮廓不是矩形，如存在不是直角的顶角，则说明所述电池外箱的图像轮廓与所述标准图像轮廓不平行，即所述电池外箱与所述平台不平行，通过所述图像轮廓中顶角的角度可以进一步确定所述电池外箱与所述平台的夹角。

需要说明的是，考虑到不同的车型、不同的电池外箱对应的标准图像轮廓可能不同，所述换电控制模块13通常需要预存多种车型、多种电池外箱对应的标准图像轮廓，在换电前或换电过程中，确定换电车辆的车型、电池外箱，从预存的标准图像轮廓中选择车辆对应的标准图像轮廓，进而进行后续的比较。

所述换电控制模块13根据所述实际图像获取所述电池外箱与所述车辆停泊的平台的相对位置关系，另一种具体实现包括：

通过所述实际图像自带的景深信息确定所述电池外箱的至少两个特征部位的相对高度差；

判断所述至少两个特征部位的相对高度差是否为0：

若是，则判定所述电池外箱与所述平台的夹角为0；

若否，则通过所述至少两个特征部位的相对高度差确定所述电池外箱与所述平台的夹角。

还是以所述电池外箱为长方体为例，所述电池外箱与所述平台平行设置时从所述电池外箱的正下方采集的所述电池外箱的实际图像中，所述电池外箱的各特征部位的相对高度差应当为0，即在同一平面中，与所述平台的夹角为0。若所述电池外箱的各特征部位存在相对高度差，即所述电池外箱与所述平台不平行，通过所述相对高度差可以进一步确定所述电池外箱与所述平台的夹角。其中，所述至少两个特征部位为所述电池外箱的至少两个顶角。

另外，所述换电控制模块13可以根据实际情况采用上述的两种实现中的任意一种。

本实施例中，所述电池外箱的姿态信息还可以包括：所述电池外箱的设置方向。

所述换电控制模块13根据所述实际图像获取所述电池外箱的设置方向，一种具体实现包括：

从所述实际图像中提取所述电池外箱的图像轮廓；

判断所述图像轮廓与所述电池外箱以基准方向设置时的标准图像轮廓是否相同，其中所述标准图像轮廓是预先采集的，判断比较图像时主要是比较两个图像中电池外箱是否相同，可以忽略图像中可能被一同采集到的其他图像，如电池外箱周围的车底构造等：

若是，则判定所述电池外箱的设置方向为所述基准方向；

若否，则通过所述图像轮廓相对于所述标准图像轮廓的旋转程度确定所述电池外箱的设置方向与所述基准方向的夹角。

其中，所述图像采集模块11采集所述实际图像时的角度与所述标准图像轮廓的采集角度相同。

还是以所述电池外箱为长方体为例，图6示出了所述电池外箱以基准方向X设置时的标准图像轮廓P0。图7示出了所述实际图像中所述电池外箱的图像轮廓P1。将图6和图7重合后得到图8(虚线表示标准图像轮廓P0，实线表示实际图像中的图像轮廓P1)，所述图像轮廓P1与所述标准图像轮廓P0不同，确定所述电池外箱的设置方向与所述基准方向X的夹角α。

同样需要说明的是，考虑到不同的车型、不同的电池外箱对应的标准图像轮廓可能不同，所述换电控制模块13通常需要预存多种车型、多种电池外箱对应的标准图像轮廓，在换电前或换电过程中，确定换电车辆的车型、电池外箱，从预存的标准图像轮廓中选择车辆对应的标准图像轮廓，进而进行后续的比较。

实施例4

综合实施例1、实施例2和实施例3的视觉分析系统10，形成本实施例的一种应用于车辆换电的视觉分析系统，如图9所示，其包括：图像采集模块11、图像分析模块12、换电控制模块13。所述图像分析模块12包括实施例2的位置分析子模块和实施例3的姿态分析子模块122。所述图像采集模块11、所述位置分析子模块121、所述姿态分析子模块122和所述换电控制模块13具体参见实施例1、实施例2和实施例3的相应说明，在此不再赘述。

另外，本实施例的所述换电控制模块13还用于在所述换电设备40自身的空间状态信息已适应所述电池外箱的空间状态信息时向所述换电设备40发送停泊指令，所述停泊指令用于命令所述换电设备40保持当前的空间状态信息直至再次接收到指令。

当所述换电设备40的目标任务是将所述换电设备40上的电池包放入所述电池外箱时，再次接收到的指令包括：将所述换电设备40上的电池包安装到所述电池外箱的指令。

在其他实施例中，当所述换电设备40的目标任务是将所述车辆上的电池包取下时，再次接收到的指令包括：从所述电池外箱中取下电池包的指令。

实施例5

图10为本实施例的一种应用于车辆换电的视觉分析方法。所述视觉分析方法包括：

步骤51：采集实际图像，所述实际图像中包含车辆的电池外箱的图像。

步骤52：根据所述实际图像获取所述电池外箱的空间状态信息。

步骤53：根据所述电池外箱的空间状态信息命令所述换电设备调整自身的空间状态信息以适应所述电池外箱的空间状态信息。

本实施例的视觉分析方法通过图像采集、图像分析，准确获取所述电池外箱的空间状态信息，依此调整换电设备。所述视觉分析方法可以应用于从电池外箱取下电池包过程中对所述电池外箱的定位，也可应用于将安装新的电池包到电池外箱过程中对所述电池外箱的定位，保证电池包更换的成功率。

为了进一步保证对换电设备调整到位，所述视觉分析方法还可以包括：

在所述换电设备调整完自身的空间状态信息后再次采集所述实际图像。然后，根据再次采集的实际图像再次执行步骤52获取所述电池外箱的空间状态信息、步骤53调控所述换电设备。

本实施例中，为了提高图像采集的清晰度、电池外箱的状态分析精度，步骤51利用根据所述电池外箱自动变焦的至少一摄像头或相机实现。所述摄像头或相机可以设置于换电设备上。所述换电设备用于为所述车辆提供换电服务，通常可能包括将新的或满电电池装入电池外箱的功能，或者包括将车辆上原有的缺电电池从电池外箱取下的功能，或者同时兼具上述两种功能。所述摄像头或相机还可以设置于所述车辆停泊的平台上。所述平台可以为在换电过程中供车辆停泊的专用平台或是其他普通平台。当然本发明并不局限于此，在其他实施例中，所述摄像头或相机还可以设置于能够采集到所述锁止机构的图像的其他位置。

所述摄像头或相机的数量可以依所述锁止机构的具体结构、成本要求、锁止精度要求等实际情况而定。在所述摄像头或相机的数量超过一个时，该些摄像头或相机可以全部设置于同一区域，如全部均设置于所述换电设备上或全部均设置于上述的平台上；该些摄像头或相机还可以分散设置于不同区域，如部分设置于所述换电设备上且其他部分设置于上述的平台上。

又考虑到所述电池外箱通常设置于车辆的底部，换电环境通常比较黑暗，对实际图像的清晰度会造成影响，本实施例中，所述视觉分析方法还包括：在环境光的亮度小于阈值时开启红外照明光源。例如在摄像头或相机配置红外照明光源，所述方法在采集所述实际图像前会自动检测环境光的亮度，若环境光的亮度小于阈值时则开启摄像头或相机上的红外照明光源。其中，所述阈值可根据摄像头或相机的性能要求而定。

本实施例的视觉分析方法可以采用实施例1的视觉分析系统实现。

实施例6

本实施例提供了一种应用于车辆换电的视觉分析方法，其是对实施例5的视觉分析系统的进一步改进，能够分析出所述电池外箱的位置信息，并根据所述电池外箱的位置信息移动换电设备的位置。

图11示出了本实施例的视觉分析方法。本实施例中，所述空间状态信息包括位置信息，所述位置信息可以为三维坐标信息。

步骤52具体包括：

步骤521：根据所述实际图像获取所述电池外箱的位置信息。

步骤53具体包括：

步骤531：命令所述换电设备移动自身位置至目标位置，所述目标位置与所述电池外箱的位置相关。

当所述换电设备执行不同的目标任务时，所述目标位置也会有所不同。

本实施例中，当所述换电设备的目标任务是将所述换电设备上的电池包放入所述电池外箱时，所述目标位置为所述电池包与所述电池外箱对准的位置。在其他实施例中，当所述换电设备40的目标任务是将所述车辆上的电池包取下时，所述目标位置为所述换电设备40上的换电解锁机构与所述电池外箱上的触发解锁机构对准的位置，所述触发解锁机构与所述换电解锁机构相匹配，用于触发所述电池包从所述车辆上解锁。

如图12所示，步骤531的具体流程包括：

步骤5311：获取所述电池外箱的位置信息和所述目标位置的位置信息；

步骤5312：比较所述电池外箱的位置信息与所述目标位置的位置信息的差值；

步骤5313：生成位置移动指令，所述位置移动指令用于命令所述换电设备向减小所述差值的方向移动。

其中，所述差值主要是在水平方向上的差值，可将所述电池外箱投影至所述换电设备所在的平面，计算所述电池外箱与所述目标位置的距离差，通过所述位置移动指令弥补所述距离差。

本实施例的视觉分析方法能够准确确定所述电池外箱的位置信息，实现高精度的换电设备的位置调整。

本实施例的视觉分析方法可以采用实施例2的视觉分析系统实现。

实施例7

本实施例提供了一种应用于车辆换电的视觉分析方法，其是对实施例5的视觉分析系统的进一步改进，能够分析出所述电池外箱的姿态信息，并根据所述电池外箱的姿态信息调整换电设备的换电机构的姿态。

图13示出了本实施例的视觉分析方法。本实施例中，所述空间状态信息包括姿态信息。步骤52具体包括：

步骤522：根据所述实际图像获取所述电池外箱的姿态信息。

步骤53具体包括：

步骤532：命令所述换电设备调整自身姿态以使得所述换电设备上的换电机构与所述电池外箱姿态相同。

具体地，所述电池外箱的姿态信息可以包括：所述电池外箱与所述车辆停泊的平台的夹角。步骤522根据所述实际图像获取所述电池外箱与所述车辆停泊的平台的夹角，一种具体流程，如图14所示，包括：

步骤5221：从所述实际图像中提取所述电池外箱的图像轮廓；

步骤5222：判断所述图像轮廓与所述电池外箱与所述平台平行设置时的标准图像轮廓是否相同，其中所述标准图像轮廓是预先采集的，判断比较图像时主要是比较两个图像中电池外箱是否相同，可以忽略图像中可能被一同采集到的其他图像，如电池外箱周围的车底构造等：

若是，则判定所述电池外箱与所述平台的夹角为0；

若否，则通过所述图像轮廓相对于所述标准图像轮廓的变形程度确定所述电池外箱与所述平台的夹角。

其中，采集所述实际图像时的角度优选地与所述标准图像轮廓的采集角度相同。

以所述电池外箱为长方体为例，那么，所述电池外箱与所述平台平行设置时，从所述电池外箱的正下方采集的所述电池外箱的标准图像轮廓应当为一个矩形。若同样从所述电池外箱的正下方采集的实际图像中所述电池外箱的图像轮廓是矩形，则说明所述电池外箱的图像轮廓与所述标准图像轮廓平行，即所述电池外箱也与所述平台平行。反之，若同样从所述电池外箱的正下方采集的实际图像中所述电池外箱的图像轮廓不是矩形，如存在不是直角的顶角，则说明所述电池外箱的图像轮廓与所述标准图像轮廓不平行，即所述电池外箱与所述平台不平行，通过所述图像轮廓中顶角的角度可以进一步确定所述电池外箱与所述平台的夹角。

需要说明的是，考虑到不同的车型、不同的电池外箱对应的标准图像轮廓可能不同，所述方法通常需要预存多种车型、多种电池外箱对应的标准图像轮廓，在换电前或换电过程中，确定换电车辆的车型、电池外箱，从预存的标准图像轮廓中选择车辆对应的标准图像轮廓，进而进行后续的比较。

步骤522根据所述实际图像获取所述电池外箱与所述车辆停泊的平台的夹角，另一种具体流程，如图15所示，包括：

步骤5221’：通过所述实际图像自带的景深信息确定所述电池外箱的至少两个特征部位的相对高度差；

步骤5222’：判断所述至少两个特征部位的相对高度差是否为0：

若是，则判定所述电池外箱与所述平台的夹角为0；

若否，则通过所述至少两个特征部位的相对高度差确定所述电池外箱与所述平台的夹角。

还是以所述电池外箱为长方体为例，所述电池外箱与所述平台平行设置时从所述电池外箱的正下方采集的所述电池外箱的实际图像中，所述电池外箱的各特征部位的相对高度差应当为0，即在同一平面中，与所述平台的夹角为0。若所述电池外箱的各特征部位存在相对高度差，即所述电池外箱与所述平台不平行，通过所述相对高度差可以进一步确定所述电池外箱与所述平台的夹角。其中，所述至少两个特征部位为所述电池外箱的至少两个顶角。

另外，步骤522可以根据实际情况采用上述的两种实现中的任意一种。

本实施例中，所述电池外箱的姿态信息还可以包括：所述电池外箱的设置方向。步骤522根据所述实际图像获取所述电池外箱的设置方向，如图16所示，包括：

步骤5221”：从所述实际图像中提取所述电池外箱的图像轮廓；

步骤5222”：判断所述图像轮廓与所述电池外箱以基准方向设置时的标准图像轮廓是否相同，其中所述标准图像轮廓是预先采集的，判断比较图像时主要是比较两个图像中电池外箱是否相同，可以忽略图像中可能被一同采集到的其他图像，如电池外箱周围的车底构造等：

若是，则判定所述电池外箱的设置方向为所述基准方向；

若否，则通过所述图像轮廓相对于所述标准图像轮廓的旋转程度确定所述电池外箱的设置方向与所述基准方向的夹角。

其中，采集所述实际图像时的角度与所述标准图像轮廓的采集角度相同。

同样需要说明的是，考虑到不同的车型、不同的电池外箱对应的标准图像轮廓可能不同，所述方法通常需要预存多种车型、多种电池外箱对应的标准图像轮廓，在换电前或换电过程中，确定换电车辆的车型、电池外箱，从预存的标准图像轮廓中选择车辆对应的标准图像轮廓，进而进行后续的比较。

本实施例的视觉分析方法可以采用实施例3的视觉分析系统实现。

实施例8

综合实施例5、实施例6和实施例7的视觉分析方法，形成本实施例的一种应用于车辆换电的视觉分析方法，如图17所示，其包括：

步骤51：采集实际图像，所述实际图像中包含车辆的电池外箱的图像。

步骤521：根据所述实际图像获取所述电池外箱的位置信息。

步骤522：根据所述实际图像获取所述电池外箱的姿态信息。

步骤531：命令所述换电设备移动自身位置至目标位置，所述目标位置与所述电池外箱的位置相关。

步骤532：命令所述换电设备调整自身姿态以使得所述换电设备上的换电机构与所述电池外箱姿态相同。

其中，上述的各步骤具体参见实施例5、实施例6和实施例7的相应说明，在此不再赘述。

另外，本实施例的视觉分析方法还包括：

步骤54：在所述换电设备自身的空间状态信息已适应所述电池外箱的空间状态信息时命令所述换电设备保持当前的空间状态信息直至再次接收到指令。

当所述换电设备的目标任务是将所述换电设备上的电池包放入所述电池外箱时，再次接收到的指令包括：将所述换电设备上的电池包安装到所述电池外箱的指令。

在其他实施例中，当所述换电设备的目标任务是将所述车辆上的电池包取下时，再次接收到的指令包括：从所述电池外箱中取下电池包的指令。

本实施例的视觉分析方法可以采用实施例4的视觉分析系统实现。

虽然以上描述了本发明的具体实施方式，但是本领域的技术人员应当理解，这些仅是举例说明，本发明的保护范围是由所附权利要求书限定的。本领域的技术人员在不背离本发明的原理和实质的前提下，可以对这些实施方式做出多种变更或修改，但这些变更和修改均落入本发明的保护范围。

Claims (30)

1.一种应用于车辆换电的视觉分析系统，其特征在于，所述视觉分析系统包括至少一图像采集模块、图像分析模块和换电控制模块；

所述图像采集模块用于采集实际图像并将所述实际图像发送至所述图像分析模块，所述实际图像中包含车辆的电池外箱的图像；

所述图像分析模块用于根据所述实际图像获取所述电池外箱的空间状态信息，并将所述电池外箱的空间状态信息发送至所述换电控制模块；

所述换电控制模块用于根据所述电池外箱的空间状态信息生成调控指令并将所述调控指令发送至用于为所述车辆更换电池包的换电设备，所述调控指令用于命令所述换电设备调整自身的空间状态信息以适应所述电池外箱的空间状态信息；其中，

所述空间状态信息包括姿态信息，所述电池外箱的姿态信息包括：所述电池外箱与所述车辆停泊的平台的夹角；

根据所述实际图像获取所述电池外箱与所述车辆停泊的平台的夹角，包括：

从所述实际图像中提取所述电池外箱的图像轮廓；

判断所述图像轮廓与所述电池外箱与所述平台平行设置时的标准图像轮廓是否相同：

若是，则判定所述电池外箱与所述平台的夹角为0；

若否，则通过所述图像轮廓相对于所述标准图像轮廓的变形程度确定所述电池外箱与所述平台的夹角；

或，

通过所述实际图像自带的景深信息确定所述电池外箱的至少两个特征部位的相对高度差；

判断所述至少两个特征部位的相对高度差是否为0：

若是，则判定所述电池外箱与所述平台的夹角为0；

若否，则通过所述至少两个特征部位的相对高度差确定所述电池外箱与所述平台的夹角。

2.如权利要求1所述的视觉分析系统，其特征在于，所述图像采集模块设置于所述换电设备上，或，设置于所述车辆停泊的平台上。

3.如权利要求1所述的视觉分析系统，其特征在于，所述空间状态信息包括位置信息，所述图像分析模块包括位置分析子模块；

所述位置分析子模块用于根据所述实际图像获取所述电池外箱的位置信息，并将所述电池外箱的位置信息发送至所述换电控制模块；

所述调控指令包括位置移动指令，所述换电控制模块还用于根据所述电池外箱的位置信息生成所述位置移动指令，所述位置移动指令用于命令所述换电设备移动自身位置至目标位置，所述目标位置与所述电池外箱的位置相关。

4.如权利要求3所述的视觉分析系统，其特征在于，当所述换电设备的目标任务是将所述换电设备上的电池包放入所述电池外箱时，所述目标位置为所述电池包与所述电池外箱对准的位置。

5.如权利要求3所述的视觉分析系统，其特征在于，当所述换电设备的目标任务是将所述车辆上的电池包取下时，所述目标位置为所述换电设备上的换电解锁机构与所述电池外箱上的触发解锁机构对准的位置，所述触发解锁机构与所述换电解锁机构相匹配，用于触发所述电池包从所述车辆上解锁。

6.如权利要求3-5中任意一项所述的视觉分析系统，其特征在于，根据所述电池外箱的位置信息生成所述位置移动指令，包括：

获取所述电池外箱的位置信息和所述目标位置的位置信息；

比较所述电池外箱的位置信息与所述目标位置的位置信息的差值；

生成位置移动指令，所述位置移动指令用于命令所述换电设备向减小所述差值的方向移动。

7.如权利要求1所述的视觉分析系统，其特征在于，所述图像分析模块包括姿态分析子模块；

所述姿态分析子模块用于根据所述实际图像获取所述电池外箱的姿态信息，并将所述电池外箱的姿态信息发送所述换电控制模块；

所述调控指令包括姿态调整指令，所述换电控制模块还用于根据所述电池外箱的姿态信息生成所述姿态调整指令，所述姿态调整指令用于命令所述换电设备调整自身姿态以使得所述换电设备上的换电机构与所述电池外箱姿态相同。

8.如权利要求1所述的视觉分析系统，其特征在于，所述电池外箱为长方体，所述至少两个特征部位为所述电池外箱的至少两个顶角。

9.如权利要求1所述的视觉分析系统，其特征在于，所述电池外箱的姿态信息包括：所述电池外箱的设置方向；

根据所述实际图像获取所述电池外箱的设置方向，包括：

从所述实际图像中提取所述电池外箱的图像轮廓；

判断所述图像轮廓与所述电池外箱以基准方向设置时的标准图像轮廓是否相同：

若是，则判定所述电池外箱的设置方向为所述基准方向；

若否，则通过所述图像轮廓相对于所述标准图像轮廓的旋转程度确定所述电池外箱的设置方向与所述基准方向的夹角。

10.如权利要求1或9所述的视觉分析系统，其特征在于，所述图像采集模块采集所述实际图像时的角度与所述标准图像轮廓的采集角度相同。

11.如权利要求1所述的视觉分析系统，其特征在于，所述图像采集模块还用于在所述换电设备执行完所述调控指令后再次采集所述实际图像。

12.如权利要求1所述的视觉分析系统，其特征在于，所述换电控制模块还用于在所述换电设备自身的空间状态信息已适应所述电池外箱的空间状态信息时向所述换电设备发送停泊指令，所述停泊指令用于命令所述换电设备保持当前的空间状态信息直至再次接收到指令。

13.如权利要求12所述的视觉分析系统，其特征在于，再次接收到的指令包括：从所述电池外箱中取下电池包的指令，或，将所述换电设备上的电池包安装到所述电池外箱的指令。

14.如权利要求1所述的视觉分析系统，其特征在于，所述图像采集模块与所述图像分析模块通过有线或无线通信连接；

和/或，所述图像分析模块与所述换电控制模块通过有线或无线通信连接；

和/或，所述换电控制模块与所述换电设备通过有线或无线通信连接。

15.如权利要求1所述的视觉分析系统，其特征在于，所述图像采集模块配有红外照明光源，所述红外照明光源用于在环境光的亮度小于阈值时开启。

16.如权利要求1所述的视觉分析系统，其特征在于，所述图像采集模块为根据所述电池外箱自动变焦的摄像头或相机。

17.一种应用于车辆换电的视觉分析方法，其特征在于，所述视觉分析方法包括：

采集实际图像，所述实际图像中包含车辆的电池外箱的图像；

根据所述实际图像获取所述电池外箱的空间状态信息；

根据所述电池外箱的空间状态信息命令换电设备调整自身的空间状态信息以适应所述电池外箱的空间状态信息；其中，

所述空间状态信息包括姿态信息，所述电池外箱的姿态信息包括：所述电池外箱与所述车辆停泊的平台的夹角；

根据所述实际图像获取所述电池外箱与所述车辆停泊的平台的夹角，包括：

从所述实际图像中提取所述电池外箱的图像轮廓；

判断所述图像轮廓与所述电池外箱与所述平台平行设置时的标准图像轮廓是否相同：

若是，则判定所述电池外箱与所述平台的夹角为0；

若否，则通过所述图像轮廓相对于所述标准图像轮廓的变形程度确定所述电池外箱与所述平台的夹角；

或，

通过所述实际图像自带的景深信息确定所述电池外箱的至少两个特征部位的相对高度差；

判断所述至少两个特征部位的相对高度差是否为0：

若是，则判定所述电池外箱与所述平台的夹角为0；

若否，则通过所述至少两个特征部位的相对高度差确定所述电池外箱与所述平台的夹角。

18.如权利要求17所述的视觉分析方法，其特征在于，所述空间状态信息包括位置信息，根据所述实际图像获取所述电池外箱的空间状态信息的步骤包括：

根据所述实际图像获取所述电池外箱的位置信息；

命令所述换电设备调整自身的空间状态信息以适应所述电池外箱的空间状态信息的步骤包括：

命令所述换电设备移动自身位置至目标位置，所述目标位置与所述电池外箱的位置相关。

19.如权利要求18所述的视觉分析方法，其特征在于，当所述换电设备的目标任务是将所述换电设备上的电池包放入所述电池外箱时，所述目标位置为所述电池包与所述电池外箱对准的位置。

20.如权利要求18所述的视觉分析方法，其特征在于，当所述换电设备的目标任务是将所述车辆上的电池包取下时，所述目标位置为所述换电设备上的换电解锁机构与所述电池外箱上的触发解锁机构对准的位置，所述触发解锁机构与所述换电解锁机构相匹配，用于触发所述电池包从所述车辆上解锁。

21.如权利要求18-20中任意一项所述的视觉分析方法，其特征在于，命令所述换电设备移动自身位置以使得所述换电设备上换电机构与所述电池外箱位置对准的步骤，包括：

获取所述电池外箱的位置信息和所述目标位置的位置信息；

比较所述电池外箱的位置信息与所述目标位置的位置信息的差值；

生成位置移动指令，所述位置移动指令用于命令所述换电设备向减小所述差值的方向移动。

22.如权利要求17所述的视觉分析方法，其特征在于，根据所述实际图像获取所述电池外箱的空间状态信息的步骤包括：

根据所述实际图像获取所述电池外箱的姿态信息；

命令所述换电设备调整自身的空间状态信息以适应所述电池外箱的空间状态信息的步骤包括：命令所述换电设备调整自身姿态以使得所述换电设备上的换电机构与所述电池外箱姿态相同。

23.如权利要求17所述的视觉分析方法，其特征在于，所述电池外箱为长方体，所述至少两个特征部位为所述电池外箱的至少两个顶角。

24.如权利要求22所述的视觉分析方法，其特征在于，所述电池外箱的姿态信息包括：所述电池外箱的设置方向；

根据所述实际图像获取所述电池外箱的设置方向，包括：

从所述实际图像中提取所述电池外箱的图像轮廓；

判断所述图像轮廓与所述电池外箱以基准方向设置时的标准图像轮廓是否相同：

若是，则判定所述电池外箱的设置方向为所述基准方向；

若否，则通过所述图像轮廓相对于所述标准图像轮廓的旋转程度确定所述电池外箱的设置方向与所述基准方向的夹角。

25.如权利要求17或24所述的视觉分析方法，其特征在于，采集所述实际图像时的角度与所述标准图像轮廓的采集角度相同。

26.如权利要求17所述的视觉分析方法，其特征在于，所述视觉分析方法还包括：

在所述换电设备调整完自身的空间状态信息后再次采集所述实际图像。

27.如权利要求17所述的视觉分析方法，其特征在于，所述视觉分析方法还包括：在所述换电设备自身的空间状态信息已适应所述电池外箱的空间状态信息时命令所述换电设备保持当前的空间状态信息直至再次接收到指令。

28.如权利要求27所述的视觉分析方法，其特征在于，再次接收到的指令包括：从所述电池外箱中取下电池包的指令，或，将所述换电设备上的电池包安装到所述电池外箱的指令。

29.如权利要求17所述的视觉分析方法，其特征在于，所述视觉分析方法还包括：在环境光的亮度小于阈值时开启红外照明光源。

30.如权利要求17所述的视觉分析方法，其特征在于，采集实际图像的步骤利用根据所述电池外箱自动变焦的摄像头或相机实现。

Images