CN110830732B - 用于自动驾驶系统的曝光时间获取装置及方法 - Google Patents
用于自动驾驶系统的曝光时间获取装置及方法 Download PDFInfo
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Abstract
本发明公开了一种用于自动驾驶系统的曝光时间获取装置及方法，曝光时间获取装置包括：GPS接收机、计算单元及图像采集单元；GPS接收机用以输出第一信号及第二信号；计算单元电性连接于GPS接收机，计算单元根据第一信号对自身时钟进行同步；图像采集单元电性连接于GPS接收机及计算单元，图像采集单元根据第二信号进行曝光成像获得图像数据，计算单元接收并处理图像数据获得图像采集单元的曝光时间。
Description
技术领域
本发明涉及一种曝光时间获取装置及方法，具体地说，尤其涉及一种用于自动驾驶系统的曝光时间获取装置及方法。
背景技术
目前现有的自动驾驶系统中，摄像头作为一种低成本、高可靠性、能获取丰富纹理信息的传感器，被广泛应用于自动驾驶感知模块中。为使自动驾驶感知模块更加精确、鲁棒，除摄像头外，往往需要GPS、毫米波雷达、激光雷达等等其他传感器进行补充。这时，为了融合不同传感器感知的数据，需要对各个传感器进行精确的时间同步、获取传感器所得数据的准确时间。否则若将不同时刻的传感器感知数据进行融合，会造成额外的误差，影响自动驾驶系统的准确性与安全性。
在主计算单元中进行数据处理时，由于网络传输等延迟，主计算单元接收到传感器信息的时间，并不等于传感器获取到信息的时间。尤其是摄像头，同时存在曝光时间、成像时间、网络传输等延迟，总延迟往往能达到10毫秒至30毫秒之多。如果忽略这个延迟，会对系统精确度造成很大的影响。对于GPS接收机与激光雷达，由于自带时钟并且均同步至GPS时间，其感知信息中均直接包含其对应时间，在数据处理时直接使用即可。但对于摄像头，目前广泛使用的设备均不带有绝对时钟，无法从图像信息中获取曝光时间。目前几乎所有自动驾驶系统中，均不得不忽略图像信息的延迟，采用主计算单元接收到图像信息的时间来做为摄像头的曝光时间，也由此在系统中引入了不可避免的误差，影响了系统的精确性和安全性。
因此急需开发一种克服上述缺陷的用于自动驾驶系统的曝光时间获取装置及方法。
发明内容
本发明所要解决的技术问题在于提供一种用于自动驾驶系统的曝光时间获取装置，其中，包括：
GPS接收机，用以输出第一信号及第二信号；
计算单元，电性连接于所述GPS接收机，所述计算单元根据所述第一信号对自身时钟进行同步；
图像采集单元，电性连接于所述GPS接收机及所述计算单元，所述图像采集单元根据所述第二信号进行曝光成像获得图像数据，所述计算单元接收并处理所述图像数据获得所述图像采集单元的曝光时间。
上述的曝光时间获取装置，其中，所述GPS接收机包括：
第一信号输出模块，电性连接于所述计算单元，所述第一信号输出模块输出所述第一信号至所述计算单元；
第二信号校准模块，将所述第二信号与一标准信号进行校准；
第二信输出模块，电性连接于所述第二信号校准模块及所述图像采集单元，所述第二信输出模块输出校准后的所述第二信号至所述图像采集单元。
上述的曝光时间获取装置，其中，所述图像采集单元包括：
设置模块，设置所述图像采集单元的触发方式；
采集模块，电性连接于所述第二信输出模块，所述采集模块根据所述第二信号进行曝光成像获得所述图像数据；
输出模块，电性连接于所述采集模块及所述计算单元，所述输出模块实时输出所述图像数据至所述计算单元。
上述的曝光时间获取装置，其中，所述计算单元包括：
同步模块，电性连接于所述第一信号输出模块，所述同步模块根据所述第一信号对自身时钟进行同步；
当前时间获取模块，电性连接于所述输出模块，所述当前时间获取模块根据所述图像数据获取当前时间；
计算模块，根据所述当前时间及所述第二信号获得所述曝光时间。
上述的曝光时间获取装置，其中，所述第二信号的上升沿与所述标准信号的上升沿同步，所述采集模块根据所述第二信号的上升沿进行曝光成像。
本发明还提供一种用于自动驾驶系统的曝光时间获取方法，其中，包括：
通过GPS接收机输出第一信号及第二信号；
计算单元根据所述第一信号对自身时钟进行同步；
图像采集单元根据所述第二信号进行曝光成像获得图像数据；
计算单元接收并处理所述图像数据获得所述图像采集单元的曝光时间。
上述的曝光时间获取方法，其中，通过GPS接收机输出第一信号及第二信号的步骤中包括：
通过第一信号输出模块输出所述第一信号至所述计算单元；
通过第二信号校准模块将所述第二信号与一标准信号进行校准；
通过第二信输出模块输出校准后的所述第二信号至所述图像采集单元。
上述的曝光时间获取方法，其中，图像采集单元根据所述第二信号进行曝光成像获得图像数据的步骤中包括：
设置所述图像采集单元的触发方式；
采集模块根据所述第二信号进行曝光成像获得所述图像数据；
输出模块实时输出所述图像数据至所述计算单元。
上述的曝光时间获取方法，其中，计算单元接收并处理所述图像数据获得所述图像采集单元的曝光时间的步骤中包括：
当前时间获取模块根据所述图像数据获取当前时间；
计算模块根据所述当前时间及所述第二信号获得所述曝光时间。
上述的曝光时间获取方法，其中，所述第二信号的上升沿与所述标准信号的上升沿同步，所述采集模块根据所述第二信号的上升沿进行曝光成像。
本发明针对于现有技术其功效在于：本发明为在不改变现有系统结构、硬件设备的前提下，通过软件、驱动系统的改进，以一种无成本、简便易用的方式，获取摄像头图像对应的精确曝光时间，以此来消除摄像头图像延迟带来的系统误差，增强系统的精确性和安全性。
附图说明
图1为本发明曝光时间获取装置的结构示意图；
图2为第二信号与标准信号校准示意图；
图3为本发明曝光时间获取方法的流程图；
图4为图3中步骤S1的分步骤流程图；
图5为图3中步骤S3的分步骤流程图；
图6为图3中步骤S4的分步骤流程图。
其中，附图标记：
GPS接收机 11
第一信号输出模块 111
第二信号校准模块 112
第二信输出模块 113
计算单元 12
同步模块 121
当前时间获取模块 122
计算模块 123
图像采集单元 13
设置模块 131
采集模块 132
输出模块 133
具体实施方式
兹有关本发明的详细内容及技术说明，现以一较佳实施例来作进一步说明，但不应被解释为对本发明实施的限制。
请参照图1，图1为本发明曝光时间获取装置的结构示意图。如图1所示，本发明的曝光时间获取装置包括：GPS接收机11、计算单元12及图像采集单元13；GPS接收机11用以输出第一信号及第二信号；计算单元12电性连接于所述GPS接收机11，所述计算单元12根据所述第一信号对自身时钟进行同步；图像采集单元13电性连接于所述GPS接收机11及所述计算单元12，所述图像采集单元13根据所述第二信号进行曝光成像获得图像数据，所述计算单元12接收并处理所述图像数据获得所述图像采集单元13的曝光时间。
其中，在本实施例中，计算单元12通过GPS接收机11输出的PTP(高精度时间同步协议)授时信号同步至GPS时间，以此来确保系统中所有单元均同步至统一的时间来源，换言之，PTP授时信号为本发明的第一信号；GPS接收机11通过GPS天线获取精确的GPS时间，GPS接收机11通过可变频率触发信号来控制图像采集单元13的曝光时间，换言之，可变频率触发信号为本发明的第二信号；其中第一信号和第二信号可以同时输出或分时输出。
需要说明的是，在本实施例中以图像采集单元13为摄像头装置为较佳的实施方式，摄像头装置被设置为采用外部触发信号的方式进行曝光成像，但本发明并不以此为限。
进一步地，所述GPS接收机11包括：第一信号输出模块111、第二信号校准模块112及第二信输出模块113；第一信号输出模块111电性连接于所述计算单元12，所述第一信号输出模块111输出所述第一信号至所述计算单元12；第二信号校准模块112将所述第二信号与一标准信号进行校准；第二信输出模块113电性连接于所述第二信号校准模块112及所述图像采集单元13，所述第二信输出模块113输出校准后的所述第二信号至所述图像采集单元13。
请参照图2，图2为第二信号与标准信号校准示意图。如图2所示，在本实施例中，所述标准信号为秒脉冲信号，通过第二信号校准模块112使得所述第二信号的上升沿与所述标准信号的上升沿同步，以使所述采集模块122根据所述第二信号的上升沿进行曝光成像获得图像数据。
具体地说，如图2所示，以GPS接收机11触发图像采集单元13以10HZ频率进行曝光为例。由于秒脉冲信号是严格与GPS接收机11时间对齐的，因此图2中秒脉冲信号上升沿严格对应GPS接收机11的1秒、2秒…所在的时刻。由于第二信号与秒脉冲信号对齐，在图2中10HZ频率的情况下，第二信号的上升沿严格对应GPS 1.0秒，1.1秒，1.2秒，1.3秒，1.4秒，1.5秒，1.6秒，1.7秒，1.8秒，1.9秒所在的时刻。此外，第二信号的上升沿严格对应图像采集单元13的曝光时间。如果将这些时刻赋予对应的图像，则可得到无延迟的准确曝光时间。
再进一步地，所述图像采集单元13包括：设置模块131、采集模块132及输出模块133；设置模块131设置所述图像采集单元13的触发方式，其中在本实施例中，通过设置模块131设置所述图像采集单元13触发方式为采用外部触发信号的方式进行曝光成像；采集模块132电性连接于所述第二信输出模块113，所述采集模块132根据所述第二信号进行曝光成像获得所述图像数据；输出模块133电性连接于所述采集模块132及所述计算单元12，所述输出模块133实时输出所述图像数据至所述计算单元12。
更进一步地，所述计算单元12包括：同步模块121、当前时间获取模块122及计算模块123；同步模块121电性连接于所述第一信号输出模块111，所述同步模块121根据所述第一信号对自身时钟进行同步；当前时间获取模块122电性连接于所述输出模块133，所述当前时间获取模块122根据所述图像数据通过系统函数获取当前时间；计算模块123根据所述当前时间及所述第二信号获得所述曝光时间。
具体地说，在本实施例中，由于曝光时间、成像时间、网络延迟的存在，计算单元接收到图像的时间会存在一定的延迟。对于图2所示的第二信号，计算模块123接收到图像的时间很可能为1.02秒，1.13秒，1.219秒，1.328秒，1.421秒，1.527秒，1.615秒，1.721秒，1.822秒，1.927秒。现有系统中，只能用此时刻作为摄像头曝光时刻，产生额外误差。在本发明中，我们在时钟已经与GPS时间进行同步的计算单元中处理摄像头图像时，对接收到图像数据通过系统函数获取当前时间T，将当前时间T乘以第二信号的频率Freq后，向下取整，再除以第二信号的频率Freq，将获得的时间T1作为图像对应的曝光时间，用于后续计算，即T1＝floor(T×Freq)/Freq。例如以上频率为10HZ的示例中，对接收到图像的时间进行1/10＝0.1秒的取整，忽略之后延迟带来的时间，得到摄像头准确曝光时间为1.0秒，1.1秒1.2秒，1.3秒，1.4秒，1.5秒，1.6秒，1.7秒，1.8秒，1.9秒。
值得注意的是本发明需要确保图像采集单元13的延迟小于周期，目前，在所有自动驾驶系统中均满足该需求，否则需要调整图像采集单元13频率、优化传输延迟等。
请参照图3-图6，图3为本发明曝光时间获取方法的流程图；图4为图3中步骤S1的分步骤流程图；图5为图3中步骤S3的分步骤流程图；图6为图3中步骤S4的分步骤流程图。如图3-6所示，本发明用于自动驾驶系统的曝光时间获取方法，包括：
步骤S1：通过GPS接收机输出第一信号及第二信号；
步骤S2：计算单元根据所述第一信号对自身时钟进行同步；
步骤S3：图像采集单元根据所述第二信号进行曝光成像获得图像数据；
步骤S4：计算单元接收并处理所述图像数据获得所述图像采集单元的曝光时间。
进一步地，步骤S1中包括：
步骤S11：通过第一信号输出模块输出所述第一信号至所述计算单元；
步骤S12：通过第二信号校准模块将所述第二信号与一标准信号进行校准；
步骤S13通过第二信输出模块输出校准后的所述第二信号至所述图像采集单元。
再进一步地，步骤S3步骤中包括：
步骤S31：设置模块设置所述图像采集单元的触发方式；
步骤S32：采集模块根据所述第二信号进行曝光成像获得所述图像数据；
步骤S33：输出模块实时输出所述图像数据至所述计算单元。
更进一步地，步骤S4中包括：
步骤S41：当前时间获取模块根据所述图像数据获取当前时间；
步骤S42：计算模块根据所述当前时间及所述第二信号获得所述曝光时间。
其中，所述第二信号的上升沿与所述标准信号的上升沿同步，所述采集模块根据所述第二信号的上升沿进行曝光成像。
其中，所述标准信号为秒脉冲信号。
需要说明的是，本发明的曝光时间获取方法以上述步骤顺序为较佳的实施方式，但本发明并不以此为限。
综上所述，本发明以一种成本低且简便易用的方式获取精确曝光时间，以此来消除图像延迟带来的系统误差，增强自动驾驶系统的精确性和安全性。
上述仅为本发明的较佳实施例而已，并非用来限定本发明实施的范围，在不背离本发明精神及其实质的情况下，熟悉本领域的技术人员当可根据本发明作出各种相应的改变和变形，但这些相应的改变和变形都应属于本发明所附的权利要求的保护范围。
Claims (8)
1.一种用于自动驾驶系统的曝光时间获取装置，其特征在于，包括：
GPS接收机，包括：
第一信号输出模块，电性连接于计算单元，所述第一信号输出模块输出所述第一信号至所述计算单元；
第二信号校准模块，将所述第二信号与一标准信号进行校准；
第二信号输出模块，电性连接于所述第二信号校准模块及图像采集单元，所述第二信号输出模块输出校准后的所述第二信号至所述图像采集单元；
计算单元，电性连接于所述GPS接收机，所述计算单元根据所述第一信号对自身时钟进行同步；
图像采集单元，电性连接于所述GPS接收机及所述计算单元，所述图像采集单元根据所述第二信号进行曝光成像获得图像数据，所述计算单元接收并处理所述图像数据获得所述图像采集单元的曝光时间。
2.如权利要求1所述的曝光时间获取装置，其特征在于，所述图像采集单元包括：
设置模块，设置所述图像采集单元的触发方式；
采集模块，电性连接于所述第二信号输出模块，所述采集模块根据所述第二信号进行曝光成像获得所述图像数据；
输出模块，电性连接于所述采集模块及所述计算单元，所述输出模块实时输出所述图像数据至所述计算单元。
3.如权利要求2所述的曝光时间获取装置，其特征在于，所述计算单元包括：
同步模块，电性连接于所述第一信号输出模块，所述同步模块根据所述第一信号对自身时钟进行同步；
当前时间获取模块，电性连接于所述输出模块，所述当前时间获取模块根据所述图像数据获取当前时间；
计算模块，根据所述当前时间及所述第二信号获得所述曝光时间。
4.如权利要求2所述的曝光时间获取装置，其特征在于，所述第二信号的上升沿与所述标准信号的上升沿同步，所述采集模块根据所述第二信号的上升沿进行曝光成像。
5.一种用于自动驾驶系统的曝光时间获取方法，其特征在于，包括：
通过GPS接收机输出第一信号及第二信号；步骤包括：
通过第一信号输出模块输出所述第一信号至计算单元；
通过第二信号校准模块将所述第二信号与一标准信号进行校准；
通过第二信号输出模块输出校准后的所述第二信号至图像采集单元；
计算单元根据所述第一信号对自身时钟进行同步；
图像采集单元根据所述第二信号进行曝光成像获得图像数据；
计算单元接收并处理所述图像数据获得所述图像采集单元的曝光时间。
6.如权利要求5所述的曝光时间获取方法，其特征在于，图像采集单元根据所述第二信号进行曝光成像获得图像数据的步骤中包括：
设置模块设置所述图像采集单元的触发方式；
采集模块根据所述第二信号进行曝光成像获得所述图像数据；
输出模块实时输出所述图像数据至所述计算单元。
7.如权利要求6所述的曝光时间获取方法，其特征在于，计算单元接收并处理所述图像数据获得所述图像采集单元的曝光时间的步骤中包括：
当前时间获取模块根据所述图像数据获取当前时间；
计算模块根据所述当前时间及所述第二信号获得所述曝光时间。
8.如权利要求6所述的曝光时间获取方法，其特征在于，所述第二信号的上升沿与所述标准信号的上升沿同步，所述采集模块根据所述第二信号的上升沿进行曝光成像。
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