CN111043974B - 一种基于车载测量道沿高度系统的测量方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种基于车载测量道沿高度系统的测量方法，包括激光测距仪、摄像机和直线往复装置；激光测距仪和摄像机位于同一水平高度，均位于车头或车尾的竖直面上，激光测距仪前端和摄像机前端的镜头均朝向车辆外侧，朝向车辆前进或倒退方向，摄像机镜头倾斜朝下，角度固定；激光测距仪中间部位与车头或车尾铰接，激光测距仪的转动方向为竖直方向，激光测距仪末端与直线往复装置的输出端铰接，直线往复装置固定在车头或车尾上，直线往复装置输出端传动至激光测距仪末端的方向为竖直方向；直线往复装置连接有单片机，单片机和摄像机连接车载电脑。能够在不下车的情况下便捷的测量出待通过道沿及路障的高度，避免剐蹭底盘，损伤车辆。

Description

一种基于车载测量道沿高度系统的测量方法

技术领域

本发明属于汽车领域，涉及一种基于车载测量道沿高度系统的测量方法。

背景技术

目前在车辆日常行驶及停车中都经常碰到需要上下道沿的情况，包括一些停车位就在道沿上设立，另外还有各种乡野烂路，乡村路障等，然而各种型号的汽车底盘高度不一，大多数家用轿车在遇见这种状况时，司机一般通过后视镜或倒车影像对道沿高度进行主管判断，但后视镜或倒车影像的画面跟肉眼直接观看的画面会有视觉偏差，容易使司机判断不准确，对通过性产生怀疑乃至经常剐蹭底盘，如果能够直接告诉司机道沿的高度，则能够使司机直接判断出能否安全的行驶上道沿。

发明内容

本发明的目的在于克服上述现有技术的缺点，提供一种基于车载测量道沿高度系统的测量方法，能够在不下车的情况下便捷的测量出待通过道沿及路障的高度，避免剐蹭底盘，损伤车辆。

为达到上述目的，本发明采用以下技术方案予以实现：

一种基于车载测量道沿高度系统的测量方法，包括激光测距仪、摄像机和直线往复装置；

激光测距仪和摄像机位于同一水平高度，均位于车头或车尾的竖直面上，激光测距仪前端和摄像机前端的镜头均朝向车辆外侧，朝向车辆前进或倒退方向，摄像机镜头倾斜朝下，角度固定；激光测距仪中间部位与车头或车尾铰接，激光测距仪的转动方向为竖直方向，激光测距仪末端与直线往复装置的输出端铰接，直线往复装置固定在车头或车尾上，直线往复装置输出端传动至激光测距仪末端的方向为竖直方向；

直线往复装置连接有单片机，单片机和摄像机连接车载电脑。

优选的，直线往复装置位于车头或车尾顶部，激光测距仪末端铰接有竖直的传动杆前端，传动杆采用L杆，传动杆末端与直线往复装置输出端连接；直线往复装置运动方向与车辆前进方向垂直，并且与竖直方向垂直。

进一步，当传动杆为竖直时，激光测距仪与水平面夹角为0°。

进一步，直线往复装置采用电机、齿轮和齿条组成的直线传动机构，车头或车尾顶部设置有齿条，齿条与车头或车尾顶部滑动连接，齿条的长度方向及滑动方向均与车头或车尾的竖直面平行，齿条与传动杆末端铰接，电机的输出轴连接齿轮，齿轮与齿条啮合。

优选的，直线往复装置采用电动推杆，电动推杆末端固定在车头或车尾的竖直面上，前端与激光测距仪底部铰接。

优选的，摄像机通过连接块与车头或车尾的竖直面连接，连接块侧面为直角三角形，连接块一个直角边固定在车头或车尾的竖直面上，连接块另一个直角边朝下，摄像机底部靠末端位置设置在连接块的斜边上。

优选的，激光测距仪与车头或车尾通过连接杆铰接，连接杆数量为两根，两根连接杆的前端分别铰接在激光测距仪两侧，两根连接杆的末端均固定在车头或车尾的竖直面上。

一种基于上述任意一项所述装置的车载测量道沿高度的方法，包括以下步骤；

步骤一，获取摄像机高度；

步骤二，打开摄像头与激光测距仪，当激光测距仪的测距目标点移动至待测道沿的竖直面时，摄像头拍摄三通道图像，激光测距仪测量当前摄像机与待测道沿竖直面的直线距离，并根据摄像机高度及摄像机与待测道沿竖直面的直线距离，通过勾股定理，得到摄像机与待测道沿竖直面的水平距离；

步骤三，对三通道图像进行固定长度的剪切，使三通道图像两侧边均包含待测道沿；

步骤四，获取三通道图像的像素点数，从三通道图像中提取出待测道沿竖直面区域，随后计算出该区域内的像素点数，并计算出该区域内像素点数与三通道图像的像素点数的比值N；

步骤五，对已知高度的对比道沿进行步骤一至步骤四处理，得到摄像机与对比道沿竖直面在不同水平距离下，对比道沿竖直面在三通道图像中像素点数的比值M1，进而得到水平距离和像素点数比值的关系；

步骤六，根据摄像机与待测道沿竖直面水平距离和摄像机与对比道沿竖直面水平距离的比值，到摄像机与对比道沿在实际水平距离下，对比道沿竖直面在三通道图像中像素点数的比值M2，根据N和M2的比值，进而得到待测道沿的高度。

优选的，提取出待测道沿竖直面区域的具体过程为；

步骤1，从三通道图像中提取出B通道图像，对B通道图像进行自动阈值分割及特征提取，从图像中提取出道沿竖直面及与道沿类似部分；

步骤2，对B通道图像采用腐蚀处理进行滤波，去除掉因路面斑点等形成的麻点；

步骤3，对B通道图像进行连通域操作，将道沿竖直面与道沿类似部分割开；

步骤4，用面积特征进行排除，排除与道沿类似的部分；

步骤5，对道沿竖直面区域进行外围轮廓提取，并绘制其最小外接矩形，得到待测道沿竖直面区域。

进一步，对B通道图像进行连通域操作之前，用相同大小的结构元素对B通道图像进行膨胀。与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：

本发明通过采用固定角度的摄像机进行道沿拍摄，采用激光测距仪进行道沿测距，通过直线往复装置和激光测距仪的连接，使激光测距仪的测距目标点能进行移动，能够获取道沿图片，并且检测出车辆与道沿距离。

本发明所述方法，通过得到待测道沿竖直面区域内像素点数与三通道图像的像素点数的比值，并且提前进行对比例实验，得出水平距离和像素点数比值的关系，根据摄像机与待测道沿竖直面水平距离和摄像机与对比道沿竖直面水平距离的比值，到摄像机与对比道沿在实际水平距离下，对比道沿竖直面在三通道图像中像素点数的比值，从而得到待测道沿的高度。能够在不下车的情况下便捷的测量出待通过道沿及路障的高度，随后根据自己车身底盘高度判断能否通过，避免剐蹭底盘，损伤车辆。

附图说明

图1为本发明的装置结构示意图；

图2为本发明的电动推杆连接示意图；

图3为本发明的拍摄的道沿图像；

图4为本发明的剪切后的图像；

图5为本发明的初步筛选出的道沿区域；

图6为本发明的最终筛选出的道沿区域。

其中：1-电机；2-齿轮；3-齿条；4-传动杆；5-激光测距仪；6-摄像机；7-连接杆；8-连接块；9-电动推杆。

具体实施方式

下面结合附图对本发明做进一步详细描述：

如图1所示，为本发明所述的测量道沿高度的系统，包括激光测距仪5、摄像机6和直线往复装置。

直线往复装置连接有单片机，单片机和摄像机6连接车载电脑。

激光测距仪5和摄像机6位于同一水平高度，均位于车头或车尾的竖直面上，激光测距仪5前端和摄像机6前端的镜头位于同一竖直面且均朝向车辆外侧，朝向车辆前进或倒退方向，摄像机6镜头倾斜朝下，角度固定。摄像机6通过连接块8与车头或车尾的竖直面连接，连接块8侧面为直角三角形，连接块8一个直角边固定在车头或车尾的竖直面上，连接块8另一个直角边朝下，摄像机6底部靠末端位置设置在连接块8的斜边上。

激光测距仪5中间部位通过连接杆7与车头或车尾铰接，连接杆7数量为两根，两根连接杆7的前端分别设置有铰接孔，激光测距仪5两侧设置有铰接轴，铰接轴穿过铰接孔并铰接，两根连接杆7的末端均固定在车头或车尾的竖直面上，激光测距仪5的转动方向为竖直方向。

直线往复装置为两种，一种为直线往复装置固定在车头或车尾顶部，直线往复装置输出端传动至激光测距仪5末端的方向为竖直方向。直线往复装置采用电机1、齿轮2和齿条3组成的直线传动机构，车头或车尾顶部设置有齿条3，车头或车尾顶部设置有导槽，齿条3滑动连接在导槽中，齿条3的长度方向及滑动方向均与车头或车尾的竖直面平行，齿条3与传动杆4末端铰接，电机1的输出轴连接齿轮2，齿轮2与齿条3啮合。激光测距仪5末端通过第一万向轴铰接有竖直的传动杆4前端，传动杆4采用L杆，传动杆4末端与齿条3一端通过第二万向轴铰接。当传动杆4为竖直时，激光测距仪5与水平面夹角为0°，当传动杆4与竖直方向产生夹角时，传动杆4将激光测距仪5末端向上提。

如图2所示，直线往复装置的另一种为直线往复装置采用电动推杆9，电动推杆9末端固定在车头或车尾的竖直面上，前端通过第三万向轴与激光测距仪5底部铰接。

本发明所述道沿高度测量方法，包括以下步骤。

步骤一，距离测量：打开摄像头与激光测距仪5，通过单片机控制电机1的转动，齿轮2与电机1输出杆相连接，通过齿轮2带动齿条3的移动，齿条3的移动可以带动传动杆4的位移，通过传动杆4调整激光测距仪5前端与水平面的夹角，通过摄像头确认激光测距仪5的测距目标点位于待测道沿竖直面上，测得当前摄像机6与待测道沿竖直面的距离，通过已知的摄像机6高度，并且由于摄像机6角度固定，根据勾股定理，也便获得了摄像机6与待测道沿竖直面的水平距离。

步骤二，图像拍摄：当确认摄像机6与待测道沿竖直面的水平距离之后，摄像机6拍摄包含待测道沿竖直面的三通道图像以备算法处理，获得的待处理的三通道图像如图3所示。因为考虑到边缘的情况，有时拍摄的三通道图像并不全包含待测道沿竖直面，对拍摄得到的三通道图像进行固定长度的剪切处理，剪切之后的三通道图像纵向高度不变，横向从中部取原三通道图像的一半，使三通道图像两侧边均包含待测道沿，剪切之后的三通道图像不影响算法处理，提高了适应性。剪切之后的三通道图像如图4所示。

步骤三，图像处理：首先对剪切之后的待处理三通道图像计算其包含像素点的个数留作最后比较使用。根据路面的颜色特点，对剪切之后待处理的三通道图像进行单通道图像提取，本实施例中提取出B通道图像以备进一步处理。随后对B通道图像进行自动阈值分割及特征提取，从图像中提取出待测道沿竖直面及与道沿类似物品。之后用对图像用腐蚀处理进行滤波，去除掉因路面斑点等形成的麻点，腐蚀处理之后用相同大小的结构元素对图像进行膨胀，尽可能消除腐蚀对待测道沿竖直面区域的影响。膨胀处理之后，对图像进行连通域操作，将待测道沿竖直面与道沿类似物分割开，使其成为相互不连通的区域，随后用面积特征进行选择，可以排除与道沿相似的区域，图像中只留下待测道沿竖直面区域。由于道沿形状不规则、掉漆、坑洼等因素导致虽然成功选取出了待测道沿竖直面区域，但是不可避免的包含各种孔洞，如图5所示。通过对选出的待测道沿竖直面区域进行外围轮廓提取，并绘制其最小外接矩形，这个矩形的区域便是待测道沿的竖直面区域，可以避免各种孔洞、不规则等导致的像素点缺失，最终提取的待测道沿竖直面区域如图6所示。计算出待测道沿竖直面区域内的像素点数，并计算该区域内像素点数与三通道图像的像素点数的比值N。

步骤四，数据处理：选取一个已知高度的对比道沿，对比道沿道牙高度可根据车的底盘高度确定，例如车底盘高度为10厘米。

将对比道沿进行步骤一至步骤四处理，得到摄像机6与对比道沿在不同水平距离下，对比道沿竖直面在三通道图像中像素点数的比值M1；事先测量得到在1米距离下拍摄照片中10厘米道牙像素占比为10%，2米距离下拍摄照片中10厘米的道牙像素占比为5%，因为随着距离的增加，一幅图像中道牙和背景的像素点是成平方的关系减小的。所以可以根据摄像机6与对比道沿竖直面不同水平距离，及不同水平距离下的M值，得到水平距离和像素点数比值的关系。

步骤五，实际高度获取：根据摄像机6与待测道沿竖直面水平距离和摄像机6与对比道沿竖直面水平距离的比值，和水平距离和像素点数比值的关系，得到摄像机6与对比道沿在实际水平距离下，对比道沿竖直面在三通道图像中像素点数的比值M2，根据N和M2的比值，进而得到待测道沿的高度。

通过车辆的底盘高度与待测道沿的高度对比，若底盘高度不小于待测道沿的高度，则可以顺利通过待测道沿，若底盘高度小于待测道沿的高度，则无法顺利通过待测道沿。

以上内容仅为说明本发明的技术思想，不能以此限定本发明的保护范围，凡是按照本发明提出的技术思想，在技术方案基础上所做的任何改动，均落入本发明权利要求书的保护范围之内。

Claims (9)

1.一种基于车载测量道沿高度系统的测量方法，其特征在于，所述系统包括激光测距仪（5）、摄像机（6）和直线往复装置；

激光测距仪（5）和摄像机（6）位于同一水平高度，均位于车头或车尾的竖直面上，激光测距仪（5）前端和摄像机（6）前端的镜头均朝向车辆外侧，朝向车辆前进或倒退方向，摄像机（6）镜头倾斜朝下，角度固定；激光测距仪（5）中间部位与车头或车尾铰接，激光测距仪（5）的转动方向为竖直方向，激光测距仪（5）末端与直线往复装置的输出端铰接，直线往复装置固定在车头或车尾上，直线往复装置输出端传动至激光测距仪（5）末端的方向为竖直方向；

直线往复装置连接有单片机，单片机和摄像机（6）连接车载电脑；

所述方法包括以下步骤；

步骤一，获取摄像机（6）高度；

步骤二，打开摄像头与激光测距仪（5），当激光测距仪（5）的测距目标点移动至待测道沿的竖直面时，摄像头拍摄三通道图像，激光测距仪（5）测量当前摄像机（6）与待测道沿竖直面的直线距离，并根据摄像机（6）高度及摄像机（6）与待测道沿竖直面的直线距离，通过勾股定理，得到摄像机（6）与待测道沿竖直面的水平距离；

步骤三，对三通道图像进行固定长度的剪切，使三通道图像两侧边均包含待测道沿；

步骤四，获取三通道图像的像素点数，从三通道图像中提取出待测道沿竖直面区域，随后计算出该区域内的像素点数，并计算出该区域内像素点数与三通道图像的像素点数的比值N；

步骤五，对已知高度的对比道沿进行步骤一至步骤四处理，得到摄像机（6）与对比道沿竖直面在不同水平距离下，对比道沿竖直面在三通道图像中像素点数的比值M1，进而得到水平距离和像素点数比值的关系；

步骤六，根据摄像机（6）与待测道沿竖直面水平距离和摄像机（6）与对比道沿竖直面水平距离的比值，到摄像机（6）与对比道沿在实际水平距离下，对比道沿竖直面在三通道图像中像素点数的比值M2，根据N和M2的比值，进而得到待测道沿的高度。

2.根据权利要求1所述的一种基于车载测量道沿高度系统的测量方法，其特征在于，直线往复装置位于车头或车尾顶部，激光测距仪（5）末端铰接有竖直的传动杆（4）前端，传动杆（4）采用L杆，传动杆（4）末端与直线往复装置输出端连接；直线往复装置运动方向与车辆前进方向垂直，并且与竖直方向垂直。

3.根据权利要求2所述的一种基于车载测量道沿高度系统的测量方法，其特征在于，当传动杆（4）为竖直时，激光测距仪（5）与水平面夹角为0°。

4.根据权利要求2所述的一种基于车载测量道沿高度系统的测量方法，其特征在于，直线往复装置采用电机（1）、齿轮（2）和齿条（3）组成的直线传动机构，车头或车尾顶部设置有齿条（3），齿条（3）与车头或车尾顶部滑动连接，齿条（3）的长度方向及滑动方向均与车头或车尾的竖直面平行，齿条（3）与传动杆（4）末端铰接，电机（1）的输出轴连接齿轮（2），齿轮（2）与齿条（3）啮合。

5.根据权利要求1所述的一种基于车载测量道沿高度系统的测量方法，其特征在于，直线往复装置采用电动推杆（9），电动推杆（9）末端固定在车头或车尾的竖直面上，前端与激光测距仪（5）底部铰接。

6.根据权利要求1所述的一种基于车载测量道沿高度系统的测量方法，其特征在于，摄像机（6）通过连接块（8）与车头或车尾的竖直面连接，连接块（8）侧面为直角三角形，连接块（8）一个直角边固定在车头或车尾的竖直面上，连接块（8）另一个直角边朝下，摄像机（6）底部靠末端位置设置在连接块（8）的斜边上。

7.根据权利要求1所述的一种基于车载测量道沿高度系统的测量方法，其特征在于，激光测距仪（5）与车头或车尾通过连接杆（7）铰接，连接杆（7）数量为两根，两根连接杆（7）的前端分别铰接在激光测距仪（5）两侧，两根连接杆（7）的末端均固定在车头或车尾的竖直面上。

8.根据权利要求1所述的一种基于车载测量道沿高度系统的测量方法，其特征在于，提取出待测道沿竖直面区域的具体过程为；

步骤1，从三通道图像中提取出B通道图像，对B通道图像进行自动阈值分割及特征提取，从图像中提取出道沿竖直面及与道沿类似部分；

步骤2，对B通道图像采用腐蚀处理进行滤波，去除掉因路面斑点形成的麻点；

步骤3，对B通道图像进行连通域操作，将道沿竖直面与道沿类似部分割开；

步骤4，用面积特征进行排除，排除与道沿类似的部分；

步骤5，对道沿竖直面区域进行外围轮廓提取，并绘制其最小外接矩形，得到待测道沿竖直面区域。

9.根据权利要求8所述的一种基于车载测量道沿高度系统的测量方法，其特征在于，对B通道图像进行连通域操作之前，用相同大小的结构元素对B通道图像进行膨胀。

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