CN117858297A - 一种基于可控led阵列的距离感应控制方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及LED智能控制技术领域，具体涉及一种基于可控LED阵列的距离感应控制方法，该方法包括以下步骤：S100.确认可控LED阵列与后方物体的距离范围，在后方物体上生成一个光点图案，使该光点图案能被图像采集装置完整、清晰地采集；S200.根据图像采集装置采集的图像，确定光点图案在图像中的投影点的位置；S300.根据光点图案在世界坐标系中的位置，以及光点图案在图像中的投影点，计算出可控LED阵列与后方物体的距离。本发明的目的在于提供一种基于可控LED阵列的距离感应控制方法，解决了汽车倒车测距需要多个距离传感器导致成本过高的问题。
Description
技术领域
本发明涉及LED智能控制技术领域，具体涉及一种基于可控LED阵列的距离感应控制方法。
背景技术
测距是指通过各类传感器检测物体与物体之间的距离，常用的有超声波测距、毫米波测距、激光测距以及摄像头测距等，其中除摄像头测距外的几种测距方式都依赖于专用测距传感器，成本很高，如何使用摄像头的画面进行距离的测算一直是一个研发热点。
在车库内倒车时，由于车辆之间、车辆与其它物体之间的距离往往较近，需要时刻注意车辆距离，防止车辆的刮蹭。专用测距传感器的准确性较高，但是作用面很窄，需要设置多个传感器才能实现一个面（如车辆的正面、背面或者侧面）的测距，而摄像头具有拍摄面宽、成本低的特点，如何利用摄像头更准确地测量距离是需要解决的问题。
发明内容
为了克服现有技术中存在的缺点和不足，本发明的目的在于提供一种基于可控LED阵列的距离感应控制方法，解决了汽车倒车测距需要多个距离传感器导致成本过高的问题。
本发明是通过以下技术方案实现的：
一种基于可控LED阵列的距离感应控制方法，包括以下步骤：
S100. 确认可控LED阵列与后方物体的距离范围，在后方物体上生成一个光点图案，使该光点图案能被图像采集装置完整、清晰地采集；
S200. 根据图像采集装置采集的图像，确定光点图案在图像中的投影点的位置；
S300. 根据光点图案在世界坐标系中的位置，以及光点图案在图像中的投影点，计算出可控LED阵列与后方物体的距离。
结合第一方面，进一步的，步骤S200包括：
S201. 将图像采集装置采集的图像的像素大小确认为可控LED阵列的光点图案；
S202. 确认光点图案的齐次坐标，将该齐次坐标确认为投影点的坐标。
结合第一方面，进一步的，步骤S300包括：
S301. 将投影点的坐标转换为像素坐标；
S302. 将像素坐标转换为世界坐标。
结合第一方面，进一步的，在步骤S301中，像素坐标的计算方法为：
；
其中，和/>分别表示投影点/>在图像中的横坐标和纵坐标，/>、/>和 />分别表示投影点的/>、/>和/>坐标。
结合第一方面，进一步的，在步骤S302中，世界坐标的计算方法为：
；
其中，是光点图案在世界坐标系中的位置，/>是摄像头的旋转矩阵，/>是摄像头的内参矩阵，/>是摄像头的平移向量，/>和/>分别表示投影点在图像中的横坐标和纵坐标。
结合第一方面，进一步的，在步骤S300中，将可控LED阵列的中心点的坐标表示为齐次坐标，可控LED阵列与后方物体的距离的计算方法为：
；
其中，是可控LED阵列与后方物体的距离，/>是光点图案在世界坐标系中的位置，/>是可控LED阵列的中心点的坐标，/>、/>和/>分别表示光点图案的/>、/>和/>坐标，/>，/>和/>分别表示可控LED阵列的中心点的/> 、/>和/>坐标。
结合第一方面，进一步的，还包括步骤S400：根据可控LED阵列的几何参数、以及图像采集装置的内参和外参，计算出光点图案的理想投影点，该计算方法为：
；
其中，是光点图案在图像中的理想投影点，/>是摄像头的内参矩阵，/>是摄像头的旋转矩阵，/>是可控LED阵列的矩阵，/>是摄像头的平移向量。
结合第一方面，进一步的，还包括步骤S500：根据相似度方程计算出投影点和投影点的相似度，相似度方程的计算方法如下：
；
其中，是理想的投影点，/>是实际的投影点，/>表示点乘，/>表示范数。
第二方面，本发明提供了使用了上述控制方法的装置，其包括：
多个可独立控制、并具有多种颜色及亮度的可控LED阵列；
图像采集装置，用于获取可控LED阵列与后方物体反射或折射后的图像信息，以获取当前可控LED阵列与后方物体的相对位置及距离信息；
辅助显示模块，用于根据图像采集装置采集的图像信息，计算出可控LED阵列与后方物体的距离，并以数字、图形或者声音的方式输出该距离信息；
距离感应控制模块，根据可控LED阵列与后方物体距离的大小，调整可控LED阵列的亮灭状态。
第三方面，所述存储介质用于存储指令；
所述处理器用于根据所述指令进行操作以执行如上所述方法的步骤。
本发明的有益效果：
本发明的一种基于可控LED阵列的距离感应控制方法，该方法可以通过可控LED阵列的光点图案，提供一种人工标记，增强图像的特征，无需使用多个距离传感器即可提高图像的识别率和测距精度，相比于现有的测距方法以及专用测距传感器，具有成本低、安装方便、覆盖面广、准确性高等特点。
附图说明
利用附图对本发明作进一步说明，但附图中的实施例不构成对本发明的任何限制，对于本领域的普通技术人员，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据以下附图获得其它的附图。
图1为本发明控制方法的流程图。
具体实施方式
为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图对本发明的具体实施方式做详细的说明。在下面的描述中阐述了很多具体细节以便于充分理解本发明。但是本发明能够以很多不同于在此描述的其它方式来实施，本领域技术人员可以在不违背本发明内涵的情况下做类似改进，因此本发明不受下面公开的具体实施例的限制。
在本发明的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“长度”、“宽度”、“厚度”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”、“顺时针”、“逆时针”、“轴向”、“径向”、“周向”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。
此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括至少一个该特征。在本发明的描述中，“多个”的含义是至少两个，例如两个，三个等，除非另有明确具体的限定。
测距是指通过各类传感器检测物体与物体之间的距离，常用的有超声波测距、毫米波测距、激光测距以及摄像头测距等，其中除摄像头测距外的几种测距方式都依赖于专用测距传感器，成本很高，如何使用摄像头的画面进行距离的测算一直是一个研发热点。
在车库内倒车时，由于车辆之间、车辆与其它物体之间的距离往往较近，需要时刻注意车辆距离，防止车辆的刮蹭。专用测距传感器的准确性较高，但是作用面很窄，需要设置多个传感器才能实现一个面（如车辆的正面、背面或者侧面）的测距，而摄像头具有拍摄面宽、成本低的特点，如何利用摄像头更准确地测量距离是需要解决的问题。
实施例
为了解决上述问题，本实施例公开了一种装置，其包括：
多个可独立控制、并具有多种颜色及亮度的可控LED阵列；
图像采集装置，用于获取可控LED阵列与后方物体反射或折射后的图像信息，以获取当前可控LED阵列与后方物体的相对位置及距离信息；
辅助显示模块，用于根据图像采集装置采集的图像信息，计算出可控LED阵列与后方物体的距离，并以数字、图形或者声音的方式输出该距离信息；
距离感应控制模块，根据可控LED阵列与后方物体距离的大小，调整可控LED阵列的亮灭状态。
进一步的，本实施例还公开了一种应用于上述装置的基于可控LED阵列的距离感应控制方法，其包括以下步骤：
一种基于可控LED阵列的距离感应控制方法，包括以下步骤：
S100. 确认可控LED阵列与后方物体的距离范围，在后方物体上生成一个光点图案，使该光点图案能被图像采集装置完整、清晰地采集；
S200. 根据图像采集装置采集的图像，确定光点图案在图像中的投影点的位置；
S300. 根据光点图案在世界坐标系中的位置，以及光点图案在图像中的投影点，计算出可控LED阵列与后方物体的距离。
结合第一方面，进一步的，步骤S300包括：
S301. 将投影点的坐标转换为像素坐标；
S302. 将像素坐标转换为世界坐标。
在实际使用时，假设可控LED阵列的行数和列数分别是3和3，即m=n=3，那么P是一个3×3的矩阵。假设车辆与后方物体的距离d是1.5米，车辆的速度v是1米/秒，车辆的方向θ是向右倾斜10度，即d=1.5，v=1，θ=10。假设可控LED阵列的几何参数是：宽度为0.3米，高度为0.2米，中心点的坐标为(0.15,-0.1,0)，即W=0.3，H=0.2，C=(0.15,-0.1,0)。假设摄像头的内参矩阵是：焦距为1000像素，主点的坐标为(500,500)，无畸变，即。假设摄像头的外参矩阵是：旋转角度为(0,0,0)，平移向量为(0,0,2)，即/>，/>。摄像头采集的图像是I，假设其大小为1000×1000像素，其内容为车辆后方的物体和可控LED阵列的光点图案；图像采集装置（即摄像头）获取的光点图案在图像中的投影点是/>，其齐次坐标为/>，即 />。
进一步的，在得到投影点的坐标后，则进行步骤S301：像素坐标的计算方法为：
；
其中，和/>分别表示投影点/>在图像中的横坐标和纵坐标，/>、/>和 />分别表示投影点的/>、/>和/>坐标。
进一步的，在步骤S302中，世界坐标的计算方法为：
；
其中，是光点图案在世界坐标系中的位置，/>是摄像头的旋转矩阵，/>是摄像头的内参矩阵，/>是摄像头的平移向量，/>和/>分别表示投影点在图像中的横坐标和纵坐标。
结合第一方面，进一步的，在步骤S300中，将可控LED阵列的中心点的坐标表示为齐次坐标，可控LED阵列与后方物体的距离的计算方法为：
；
其中，是可控LED阵列与后方物体的距离，/>是光点图案在世界坐标系中的位置，/>是可控LED阵列的中心点的坐标，/>、/>和/>分别表示光点图案的/>、/>和/>坐标，，/>和/>分别表示可控LED阵列的中心点的/> 、/>和/>坐标。
实施例
在本实施例中，所述方法还包括步骤S400：根据可控LED阵列的几何参数、以及图像采集装置的内参和外参，计算出光点图案的理想投影点，该计算方法为：
；
其中，是光点图案在图像中的理想投影点，/>是摄像头的内参矩阵，/>是摄像头的旋转矩阵，/>是可控LED阵列的矩阵，/>是摄像头的平移向量。
而可控LED阵列的矩阵生成公式可以表示为：，函数表示为。
根据可控LED阵列的生成公式，可以得到该矩阵为：
；
而投影点的坐标的计算方式为：
；
其中，和/>分别表示光点在可控发光单元阵列中的行索引和列索引，从0到2变化，例如/>，/>表示右上角的光点。
需要说明的是，上述车辆与后方物体的距离可通过本实施例最终测得的距离获取，也就是说，本实施例的可控LED阵列是可根据当前测得的距离对自身进行负反馈，调整可控LED阵列的亮灭状态，以达到更适合当前环境的亮灭状态。
另外，还可控制可控LED阵列直接使用一个固定的光点图案，以提升系统整体的相应速率。
其中，是光点图案在图像中的理想投影点，/>是摄像头的内参矩阵，/>是摄像头的旋转矩阵，/>是光点图案在世界坐标系中的位置，/>是摄像头的平移向量。
实施例
在本实施例中，所述方法还包括步骤S500：根据相似度方程计算出投影点和投影点/>的相似度，相似度方程的计算方法如下：
；
其中，是理想的投影点，/>是实际的投影点，/>表示点乘，/>表示范数。
根据这个相似度方程，我们可以对实际的投影点进行优化，提升鲁棒性，具体的方法如下：
定义一个目标函数，即最大化相似度，即。
使用梯度下降法或其他优化算法，求解的最优值，即。
将优化后的投影点作为最终的结果，用于计算相机的位姿和物体的距离。
实施例
本发明还提供了一种计算机设备，包括处理器及存储介质；
所述存储介质用于存储指令；
所述处理器用于根据所述指令进行操作以执行实施例1或2所述方法的步骤。
实施例
本发明实施例还提供一种计算机可读存储介质，其上存储有实施例4所示的计算机程序，该程序被处理器执行时实现实施例1所述方法的步骤。
综上，本发明的一种基于可控LED阵列的距离感应控制方法、装置、计算机设备以及计算机可读存储介质，该方法可以通过可控LED阵列的光点图案，提供一种人工标记，增强图像的特征，无需使用多个距离传感器即可提高图像的识别率和测距精度，相比于现有的测距方法以及专用测距传感器，具有成本低、安装方便、覆盖面广、准确性高等特点。
本领域内的技术人员应明白，本申请的实施例可提供为方法、系统、或计算机程序产品。因此，本申请可采用完全硬件实施例、完全软件实施例、或结合软件和硬件方面的实施例的形式。而且，本申请可采用在一个或多个其中包含有计算机可用程序代码的计算机可用存储介质（包括但不限于磁盘存储器、CD-ROM、光学存储器等）上实施的计算机程序产品的形式。
本申请是参照根据本申请实施例的方法、设备（系统）、和计算机程序产品的流程图和／或方框图来描述的。应理解可由计算机程序指令实现流程图和／或方框图中的每一流程和／或方框、以及流程图和／或方框图中的流程和／或方框的结合。可提供这些计算机程序指令到通用计算机、专用计算机、嵌入式处理机或其他可编程数据处理设备的处理器以产生一个机器，使得通过计算机或其他可编程数据处理设备的处理器执行的指令产生用于实现在流程图一个流程或多个流程和／或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的装置。
这些计算机程序指令也可存储在能引导计算机或其他可编程数据处理设备以特定方式工作的计算机可读存储器中，使得存储在该计算机可读存储器中的指令产生包括指令装置的制造品，该指令装置实现在流程图一个流程或多个流程和／或方框图一个方框或多个方框中指定的功能。
这些计算机程序指令也可装载到计算机或其他可编程数据处理设备上，使得在计算机或其他可编程设备上执行一系列操作步骤以产生计算机实现的处理，从而在计算机或其他可编程设备上执行的指令提供用于实现在流程图一个流程或多个流程和／或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的步骤。
最后应当说明的是，以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对本发明保护范围的限制，尽管参照较佳实施例对本发明作了详细地说明，本领域的普通技术人员应当理解，可以对本发明的技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本发明技术方案的实质和范围。
Claims (9)
1.一种基于可控LED阵列的距离感应控制方法，其特征在于，包括以下步骤：
S100. 确认可控LED阵列与后方物体的距离范围，在后方物体上生成一个光点图案，使该光点图案能被图像采集装置完整、清晰地采集；
S200. 根据图像采集装置采集的图像，确定光点图案在图像中的投影点的位置；
S300. 根据光点图案在世界坐标系中的位置，以及光点图案在图像中的投影点，计算出可控LED阵列与后方物体的距离；
该方法还包括以下装置：
多个可独立控制、并具有多种颜色及亮度的可控LED阵列；
图像采集装置，用于获取可控LED阵列与后方物体反射或折射后的图像信息，以获取当前可控LED阵列与后方物体的相对位置及距离信息；
辅助显示模块，用于根据图像采集装置采集的图像信息，计算出可控LED阵列与后方物体的距离，并以数字、图形或者声音的方式输出该距离信息；
距离感应控制模块，根据可控LED阵列与后方物体距离的大小，调整可控LED阵列的亮灭状态。
2.根据权利要求1所述的一种基于可控LED阵列的距离感应控制方法，其特征在于，步骤S200包括：
S201. 将图像采集装置采集的图像的像素大小确认为可控LED阵列的光点图案；
S202. 确认光点图案的齐次坐标，将该齐次坐标确认为投影点的坐标。
3.根据权利要求2所述的一种基于可控LED阵列的距离感应控制方法，其特征在于，步骤S300包括：
S301. 将投影点的坐标转换为像素坐标；
S302. 将像素坐标转换为世界坐标。
4.根据权利要求3所述的一种基于可控LED阵列的距离感应控制方法，其特征在于，在步骤S301中，像素坐标的计算方法为：
；
其中，和/>分别表示投影点/>在图像中的横坐标和纵坐标，/>和 />分别表示投影点的/>、/>和/>坐标。
5.根据权利要求4所述的一种基于可控LED阵列的距离感应控制方法，其特征在于，在步骤S302中，世界坐标的计算方法为：
；
其中，是光点图案在世界坐标系中的位置，/>是摄像头的旋转矩阵，/>是摄像头的内参矩阵，/>是摄像头的平移向量，/>和/>分别表示投影点在图像中的横坐标和纵坐标。
6.根据权利要求5所述的一种基于可控LED阵列的距离感应控制方法，其特征在于，在步骤S300中，将可控LED阵列的中心点的坐标表示为齐次坐标，可控LED阵列与后方物体的距离的计算方法为：
；
其中，是可控LED阵列与后方物体的距离，/>是光点图案在世界坐标系中的位置，/>是可控LED阵列的中心点的坐标，/>、/>和/>分别表示光点图案的/>、/>和/>坐标，/>，和/>分别表示可控LED阵列的中心点的/> 、/>和/>坐标。
7.根据权利要求5所述的一种基于可控LED阵列的距离感应控制方法，其特征在于，还包括步骤S400：根据可控LED阵列的几何参数、以及图像采集装置的内参和外参，计算出光点图案的理想投影点，该计算方法为：
；
其中，是光点图案在图像中的理想投影点，/>是摄像头的内参矩阵，/>是摄像头的旋转矩阵，/>是可控LED阵列的矩阵，/>是摄像头的平移向量。
8.根据权利要求7所述的一种基于可控LED阵列的距离感应控制方法，其特征在于，还包括步骤S500：根据相似度方程计算出投影点和/>投影点的相似度，相似度方程的计算方法如下：
；
其中，是理想的投影点，/>是实际的投影点，/>表示点乘，/>表示范数。
9.一种计算机设备，其特征在于，
包括处理器及存储介质；
所述存储介质用于存储指令；
所述处理器用于根据所述指令进行操作以执行如权利要求1～8任一项所述方法的步骤。
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