CN113917480A - 一种基于激光雷达的车头避让系统和车头识别方法 - Google Patents
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Abstract
本申请提供了一种基于激光雷达的车头避让系统和车头识别方法，系统包括：激光雷达，用于采集雷达到被检车辆的一系列极坐标组成的图像数据；辐射成像检查系统，用于发射X射线并扫描被检车辆，完成辐射成像；以及输入端与所述激光雷达连接，输出端与所述辐射成像检查系统连接的车头识别控制器，用于接收雷达图像数据，并控制所述辐射成像系统发出射线。当车头刚好过射线口时，能够控制辐射成像检查系统从集装箱开始扫描车身，有效避开车头，保护驾驶室司机人员免受射线伤害，同时又能完整扫描集装箱。解决了传统辐射成像检查系统，对被检集装箱进行全车辐射扫描，而驾驶室人员没有任何的安全防护，给驾驶室人员带来潜在伤害的问题。
Description
技术领域
本发明涉及辐射成像技术领域，特别涉及一种基于激光雷达的车头避让系统和车头识别方法。
背景技术
集装箱成像检查系统广泛应用于海关、民航机场和铁路运输系统中。利用辐射成像原理，在不打开集装箱的情况下，成像检查系统扫描被检集装箱，检查箱内是否携带违禁物品。
然而，目前绝大多数辐射成像检查系统都是对被检车辆进行全车辐射扫描，包括车头的辐射扫描，X射线作为一种具有强辐射的电磁波，这无疑对车头驾驶室的人员带来潜在伤害。
发明内容
有鉴于此，本发明的主要目的是解决在完整扫描集装箱时，驾驶室人员容易受射线伤害的问题。
本发明提供一种基于激光雷达的车头避让系统，包括：激光雷达，用于采集雷达到被检车辆的一系列极坐标组成的图像数据；辐射成像检查系统，用于发射X射线并扫描被检车辆，完成辐射成像；以及输入端与所述激光雷达连接，输出端与所述辐射成像检查系统连接的车头识别控制器，用于接收雷达图像数据，并控制所述辐射成像系统发出射线。
在本发明的一些实施方式中，所述辐射成像检查系统包括X射线发射装置和与所述X射线发射装置连接的成像探测器，其中，所述X射线发射装置用于发射X射线，所述成像探测器用于扫描被检车辆，并完成辐射成像。
在本发明的一些实施方式中，所述车头识别控制器固定安装在所述X射线发射装置内，并与所述X射线发射装置连接。
本发明还提供一种基于激光雷达的车头识别方法，包括：步骤S101，基于雷达垂直角纠偏算法安装激光雷达；步骤S102，当通道内的预设位置有车辆时，激光雷达获取激光雷达的安装点与当前车头前沿端点之间的距离d0以及激光雷达的安装点至当前车头前沿端点的连线与竖直方向的夹角θ0，使计算当前车头前沿与激光雷达之间的水平距离D0＝d0sinθ0；步骤S103，激光雷达沿着车头轮廓扫描并获取某一位置的像素，通过获取激光雷达与某一位置之间的距离d1以及激光雷达的安装点至某一位置的连线与竖直方向的夹角θ1，计算某一位置与激光雷达之间的高度h1＝H0-d1cosθ1；
步骤S104，当某一位置与激光雷达10之间的高度h1大于下一位置与激光雷达10之间的高度，判断某一位置与所述激光雷达10之间的水平距离D1与当前车头前沿与激光雷达10之间的水平距离D0之间的差值是否大于第一预设值且小于第二预设值；步骤S105，若某一位置与所述激光雷达之间的水平距离D1与当前车头前沿与激光雷达之间的水平距离D0之间的差值大于第一预设值且小于第二预设值，则计算车头长度HeadLen＝D1-D0。
在本发明的一些实施方式中，在步骤S105之后，所述方法还包括：根据激光雷达获取的当前车辆的速度值Speed，控制车头识别控制器设定X射线发射装置的启停时间间隔Second＝HeadLen/Speed。
本发明提供的一种基于激光雷达的车头避让系统和车头识别方法，利用激光雷达采集被检车辆图像数据，准确识别车头长度。当车头刚好过射线口时，能够控制辐射成像检查系统从集装箱开始扫描车身，有效避开车头，保护驾驶室司机人员免受射线伤害，同时又能完整扫描集装箱。解决了传统辐射成像检查系统，对被检集装箱进行全车辐射扫描，而驾驶室人员没有任何的安全防护，给驾驶室人员带来潜在伤害的问题。
附图说明
图1为本发明一实施方式的一种基于激光雷达的车头避让系统的结构框图；
图2为本发明一实施方式的无集装箱车头识别模型示意图；
图3为本发明一实施方式的无集装箱车头避让算法流程图；
图4为本发明一实施方式的有集装箱车头识别模型示意图；
图5为本发明一实施方式的有集装箱车头避让算法流程图；
图6为本发明一实施方式的雷达垂直角纠偏三角示意图。
其中，上述附图包括以下附图标记：
10、激光雷达；20、辐射成像检查系统；21、X射线发射装置；22、成像探测器；30、车头识别控制器。
具体实施方式
下面结合附图和实施例对本申请作进一步的详细说明。可以理解的是，此处所描述的具体实施例仅仅用于解释相关发明，而非对该发明的限定。另外还需要说明的是，为了便于描述，附图中仅示出了与有关发明相关的部分。需要说明的是，在不冲突的情况下，本申请中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。下面将参考附图并结合实施例来详细说明本申请。
请参阅图1，其示出了本申请的一种基于激光雷达的车头避让系统，包括：激光雷达10，用于采集雷达到被检车辆的一系列极坐标组成的图像数据；辐射成像检查系统20，用于发射X射线并扫描被检车辆，完成辐射成像；以及输入端与所述激光雷达10连接，输出端与所述辐射成像检查系统20连接的车头识别控制器30，用于接收雷达图像数据，并控制所述辐射成像系统20发出射线。
应用本实施例的技术方案，利用激光雷达10采集被检车辆图像数据，准确识别车头长度。当车头刚好过射线口时，车头识别控制器30能够控制辐射成像检查系统20从集装箱开始扫描车身，有效避开车头，保护驾驶室司机人员免受射线伤害，同时又能完整扫描集装箱。解决了传统辐射成像检查系统，对被检集装箱进行全车辐射扫描，而驾驶室人员没有任何的安全防护，给驾驶室人员带来潜在伤害的问题。
在一些可选的实施例中，所述辐射成像检查系统20包括X射线发射装置21和与所述X射线发射装置连接的成像探测器22，其中，所述X射线发射装置21用于发射X射线，所述成像探测器22用于扫描被检车辆，并完成辐射成像。
具体地，所述车头识别控制器30固定安装在所述X射线发射装置21内，并与所述X射线发射装置21连接。
由于被检车辆，车头形状各异，有的载有集装箱，有的不载集装箱的平板拖车，有的车头与车厢齐平等，车头识别困难。需要对各种车头进行分类，提取车头主要特征，开发车头识别算法。下面对被检车归类：无集装箱的车头识别和有集装箱的车头识别。
图2是本发明实施例的无集装箱车头识别模型示意图。它的特点是车头最高，车头后面是平板架子，无集装箱。根据这一特点，设计无集装箱的车头识别算法。
请参阅图3，无集装箱的车头识别方法包括以下步骤：
步骤S101，系统需要检测通道内是否有车。
步骤S102，当检测到通道内有车时，系统获取激光雷达10与当前车头前沿之间的距离d0以及激光雷达10的安装点至当前车头前沿端点的连线与竖直方向的夹角θ0，使计算当前车头前沿与激光雷达10之间的水平距离D0＝d0sinθ0；
步骤S103，沿着车头轮廓扫描并获取一个车头位置的像素，通过获取激光雷达10与某一位置之间的距离d1以及激光雷达(10)的安装点至某一位置的连线与竖直方向的夹角θ1，计算某一位置与激光雷达10之间的高度h1＝H0-d1cosθ1；
步骤S104，再次获取下一个位置的车身高度：h2＝H0-d2cosθ2，保存对应的角度θ2；
步骤S105，判断某一位置与激光雷达10之间的高度h1大于下一位置与激光雷达10之间的高度，其中，下一位置指的是某一位置的下一个位置，例如，检测的位置包括位置点1、位置点2、位置点3、位置点4；当某一位置为位置点2时，下一位置仅指位置点3。
步骤S106，当某一位置与激光雷达10之间的高度h1大于下一位置与激光雷达10之间的高度时，判断某一位置与所述激光雷达10之间的水平距离D1与当前车头前沿与激光雷达10之间的水平距离D0之间的差值是否大于1.3m且小于3m；
步骤S107，若某一位置与所述激光雷达10之间的水平距离D1与当前车头前沿与激光雷达10之间的水平距离D0之间的差值大于1.3m且小于3m，则计算车头长度HeadLen＝D1-D0；
步骤S108，根据激光雷达10获取的当前车辆的速度值Speed，控制车头识别控制器30设定X射线发射装置21的启停时间间隔Second＝HeadLen/Speed。
在本实施例的方法中，通过判断某一位置与所述激光雷达10之间的水平距离D1与当前车头前沿与激光雷达10之间的水平距离D0之间的差值是否大于1.3m且小于3m，能够降低由于车头上部有凸起或堆放有其他物品时，造成车头识别有误的现象发生，从而有效地提高了车头识别的准确度。
图4是本发明实施例的有集装箱车头识别模型示意图。它的特点是车头后面载有集装箱，集装箱高度比车头高，车头与集装箱之间的缝隙很小。
请参阅图5，有集装箱的车头识别方法包括以下步骤：
步骤S201，系统需要检测通道内是否有车。
当检测到通道内有车时，则进入步骤S202，从车头前沿依次扫描车头各个像素，依次比较各个像素对应的车头高度hi、hj。
步骤S203，当hj＞hi条件成立，则进入步骤S204，说明目前扫描到的车头hj点最高，将该点数值保存在缓存HeightMax中。
继续扫描车头，如步骤S205，当车头前沿到车身扫描的水平距离大于4米时，则雷达停止当前扫描。
进入步骤S206，雷达对车头进行第二轮扫描，再次从车头前沿开始读取车头前端像素水平距离：D0＝d0sinθ0和对应的角度θ0；继续读取一个车头像素的车头高度：h2＝H0-d2cosθ2和对应的角度θ2。当h2比车厢最高点小，则继续读取下一个车头像素的车头高度：hi＝H0-dicosθi和对应的角度θi。
步骤S207，当hi接近车厢最高点HeightMax时，则θi点为车头避让位置。
步骤S208，此时再判断θi对应的水平距离：D1＝disinθi比θ0对应的车头前沿水平距离D0大于1.3m且小于3m时，则识别到有效的车头。
步骤S209，计算车头长度：HeadLen＝disinθi-d0sinθ0。
步骤S210，根据雷达测速Speed，车头避让控制系统产生车头避让定时：Second＝HeadLen/Speed。当车头刚过射线口时，控制辐射成像检查系统从集装箱开始扫描车辆，实现了有集装箱的车头避让。
图6是本发明实施例的雷达垂直角纠偏三角示意图。由于雷达并不能做到垂直安装，总存在一定的偏移角，导致车头避让不完整。假设雷达垂直安装，如图6所示，雷达垂直中线OC与左右60°夹角线分别为OA、OB。但实际上雷达中线OC与地面不垂直，垂直线而是OC′，与左右60°夹角线分别为OA′、OB′。这样，OA′与OA形成了偏差角θ，需要求出这个偏角，做修正补偿。根据泰勒级数展开式，当偏差角θ很小时，
则有：sin(θ)≈θ； (1)
OA′与OA差值：ΔL＝L1-2*L2； (2)
又
将(1)(2)式代入(3)式中，得
将偏差角θ换算成角度
公式：
将(4)式代入(5)式中，计算出校正偏角：
从式(6)可知，只需雷达测出OA、OB，即L1、L2，可计算出雷达偏移角度，修正偏移角度。
以上所述的仅是本发明的一些实施方式。对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明创造构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。
Claims (5)
1.一种基于激光雷达的车头避让系统，其特征在于，包括：
激光雷达(10)，用于采集雷达到被检车辆的一系列极坐标组成的图像数据；
辐射成像检查系统(20)，用于发射X射线并扫描被检车辆，完成辐射成像；以及
输入端与所述激光雷达(10)连接，输出端与所述辐射成像检查系统(20)连接的车头识别控制器(30)，用于接收雷达图像数据，并控制所述辐射成像系统(20)发出射线。
2.根据权利要求1所述的一种基于激光雷达的车头避让系统，其特征在于，所述辐射成像检查系统(20)包括X射线发射装置(21)和与所述X射线发射装置连接的成像探测器(22)，其中，所述X射线发射装置(21)用于发射X射线，所述成像探测器(22)用于扫描被检车辆，并完成辐射成像。
3.根据权利要求2所述的一种基于激光雷达的车头避让系统，其特征在于，所述车头识别控制器(30)固定安装在所述X射线发射装置(21)内，并与所述X射线发射装置(21)连接。
4.一种基于激光雷达的车头识别方法，其特征在于，包括：
步骤S101，基于雷达垂直角纠偏算法安装激光雷达(10)；
步骤S102，当通道内的预设位置有车辆时，激光雷达(10)获取激光雷达(10)的安装点与当前车头前沿端点之间的距离d0以及激光雷达(10)的安装点至当前车头前沿端点的连线与竖直方向的夹角θ0，使计算当前车头前沿与激光雷达(10)之间的水平距离D0＝d0sinθ0；
步骤S103，激光雷达(10)沿着车头轮廓扫描并获取某一位置的像素，通过获取激光雷达(10)与某一位置之间的距离a1以及激光雷达(10)的安装点至某一位置的连线与竖直方向的夹角θ1，计算某一位置与激光雷达(10)之间的高度h1＝H0-d1cosθ1；
步骤S104，当某一位置与激光雷达(10)之间的高度h1大于下一位置与激光雷达(10)之间的高度时，判断某一位置与所述激光雷达(10)之间的水平距离D1与当前车头前沿与激光雷达(10)之间的水平距离D0之间的差值是否大于第一预设值且小于第二预设值；
步骤S105，若某一位置与所述激光雷达(10)之间的水平距离D1与当前车头前沿与激光雷达(10)之间的水平距离D0之间的差值大于第一预设值且小于第二预设值，则计算车头长度HeadLen＝D1-D0。
5.根据权利要求4所述的一种基于激光雷达的车头识别方法，其特征在于，在步骤S105之后，所述方法还包括：根据激光雷达(10)获取的当前车辆的速度值Speed，控制车头识别控制器(30)设定X射线发射装置(21)的启停时间间隔Second＝HeadLen/Speed。
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