CN200956032Y - 图像法机动车轮速、车速及定位测量仪 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及一种图像法机动车轮速、车速及定位测量仪。它由光学成像系统、CMOS感光传感器、数据处理芯片等组成。其原理是目标物经光学成像系统生成一个缩小实像到CMOS感光传感器上，数据处理芯片对CMOS感光传感器发送的数据计算分析，得出目标物在相应平面上X、Y的变量，根据使用目的输出相应车速、轮速或车辆位置。其优点在于测量精度高，结构简单，价格低廉，技术成熟，巧妙的解决了机动车辆的动态测量。车速、轮速测量仪可以应用在ABS防抱死制动系统中，避免由估算车速带来的弊端及低速时轮速无法检测的问题；车辆定位测量仪可以应用在城市公交、出租车等运营管理，定位精度高，不受城市建筑物影响，没有盲区。

Description

图像法机动车轮速、车速及定位测量仪

一、技术领域

本实用新型涉及一种图象法机动车轮速、车速及定位测量仪。

二、技术背景

现代机动车辆定位采用的GPS定位系统定位误差较大，且在楼房密集和隧道等卫星信号弱的地方无法使用。车速精确测量是用多普勒测速雷达，多普勒测速雷达十分昂贵，大多车辆的防抱死制动系统(ABS)中都只装有轮速传感器，先测出轮速，再根据轮速估计出车速，这个估计环节的误差造成汽车防抱死制动系统难以达到理想效果，是其设计开发的最大难点之一；同时车辆的轮速测量是采用磁传感器，不但结构复杂，而且对低速无法检测。

三、发明内容

本实用新型的目的是提供一种图象法机动车轮速、车速及定位测量仪。

本实用新型的组成包括：光学成像系统、CMOS感光传感器、数据处理芯片。其原理是采样面经光学成像系统成像到CMOS感光传感器上形成图像，CMOS感光传感器通过比较采样面上同一点在不同图像上的位置变化，得出采样面的X、Y变量，并把变量信息发送至数据处理芯片，数据处理芯片对采集的数据计算分析，按需要输出相应结果。如果采样面是一块地面，则测得的是车辆相对地面的X、Y变量，即车速；如果采样面是车轮上某一部位(如刹车片上的某一部位)，则测得的是车轮转动过程中，车轮上采样面的X、Y变量，既轮速；如果在车辆的两个不同位置上同时测量车辆相对地面上两个不同位置的采样面X、Y变化量，数据处理芯通过计算就可以确定连接上述两点的向量变化，给车辆定位。

本实用新型的CMOS感光传感器选用光电鼠标CMOS感光传感器。光电鼠标中的CMOS感光传感器由CMOS成像、DSP信号处理、SPI接口三部分组成。采样面通过透镜在CMOS感光传感器上生成影像，CMOS感光传感器把光学影象转化为矩阵电信号传输给DSP，DSP通过比较同一点在不同图象上的位置变化发出一个位移距离信号，SPI对信号整合处理输出。但是光电鼠标采用的是近距成像技术，其最大移动速度和最大加速度都不能满足机动车的使用要求。本实用新型采用的是远距成像技术，即远处采样面为S，经光学成像系统在CMOS感光传感器的感光块上生成一个实像s，前后之比K＝S/s为光学成像系统的修正系数。当K值一定时，采样面位移距离与CMOS感光传感器测量出的X、Y变量成正比，调整修正系数K，可以使CMOS感光传感器的测量范围满足使用要求。比如测量时速最大为220km/h车速(每秒速度为61m/s)，选用微软新一代IE4光电鼠标中的CMOS感光传感器，其像素数为22×22，采样(照相)频率为9000贞/秒。每贞采样的地面宽则为61m/9000贞＝6.8mm/贞，分辨率为6.8/22＝0.309mm。上述计算表明，对时速为220km/h车速测量仪，所用光学成像系统应使宽度大于6.8mm的地面成像到CMOS感光传感器，此时的测量精度为0.309mm。此精度将随着CMOS感光传感器技术的不断发展而提高。

本实用新型的优点在于测量精度高，结构简单，价格低廉，技术成熟，巧妙的解决了机动车辆的动态测量。车速、轮速测量仪可以应用在ABS防抱死制动系统中，避免由估算车速带来的弊端及低速时轮速无法检测的问题；车辆定位测量仪可以应用在城市公交、出租车等运营管理，定位精度高，不受城市建筑物影响，没有盲区。

四、附图说明

图1是本实用新型的系统结构图；

图2是本实用新型的透射法成像示意图。

图3是本实用新型的反射法光路示意图。

图4是本实用新型的车速测量示意图。

图5是本实用新型的轮速测量示意图。

图6是本实用新型的定位测量示意图。

五、具体实施例

如图1，采样面经光学成像系统(1)成像到CMOS感光传感器(2)上形成图像，CMOS感光传感器(2)通过比较同一点在不同图像上的位置变化，得出目标景物在平面X、Y上的变量，经转换处理，把变量信息发送至数据处理芯片(3)，数据处理芯片(3)对采集的数据计算分析，判断采样面的位置变化。

在图2中，远处采样面为S，经光学成像系统(1)在CMOS感光传感器(2)上生成一个实像为s，物高与像高之比K＝S/s为光学成像系统的修正系数，当K值一定时，采样面位移与CMOS感光传感器(2)测量出的X、Y变量成正比，调整修正系数K，可以使CMOS感光传感器(2)的测量范围满足使用要求。图3为反射法光路示意图。

在图4所示车速测量中，CMOS感光传感器(2)固定在机动车(5)上，其对应采样面是地面，即一块地面(4)经光学成像系统(1)成像到CMOS感光传感器(2)上，机动车运动时，上述地面(4)相对CMOS感光传感器(2)移动，CMOS感光传感器(2)通过比较地面(4)上特征点在不同图象上的位置变化，得出机动车辆相对地面的X、Y方向的变量，并把位置变化信息以一定数据格式发送至数据处理芯片(3)，数据处理芯片(3)对采集的数据计算分析，经过系数修正，计算出车速。

在图5所示轮速测量中，CMOS感光传感器(2)固定在机动车(5)上，采样面为车轮(6)的某一部位，如刹车片(7)上某一位置处，上述采样面经光学成像系统(1)成像到CMOS感光传感器(2)上，机动车运动时，刹车片(7)随车轮(6)转动，CMOS感光传感器(2)通过比较刹车片(7)上采样面特征点在不同图象上的位置变化，得出车轮(6)在其车轮面X、Y方向的变量，，数据处理芯片(3)对采集的数据计算分析，经过系数修正，计算出轮速。

图6中，在机动车(5)上的两个不同位置处，分别设置有光学成像系统(1)、CMOS感光传感器(2)，采样面是车身(5)上这两个不同位置相对的地面，即同时测量车身(5)上两个不同位置相对地面的X、Y方向变量，数据处理芯片(3)对采集的变量信息计算分析，结合原始位置坐标，可以得到某一时刻车身(5)上这两个不同位置的坐标值，进而确定上述两位置连线向量。如果假定地球正北方向N为地面坐标Y轴正方向，地球正东方向E为地面坐标X轴正方向，东正西负，则此向量与Y轴的夹角就是车辆(5)某一时刻行驶方向。根据行驶方向与地面坐标系X、Y轴方向关系，在前一时刻位置坐标上加或减后一时刻车辆(5)的X、Y变量，可以计算出当前车辆(5)的位置坐标。车辆定位测量仪可以应用在城市公交、出租车等。对于城市公交的低速度，其测量精度更高，比如城市公交时速最大为80km/h车速(每秒速度为22m/s)，选用微软新一代IE4光电鼠标中的CMOS感光传感器，每贞采样的地面宽则为22m/9000贞＝2.4mm/贞，分辨率为2.4/22＝0.109mm。此时的测量精度为0.109mm。由于车辆定位测量仪采用的是叠加法，误差虽小，但会不断的累计。为避免影响，针对公交车运营的特性，可在起点站设置标准原点坐标，对车辆起算坐标自动恢复，使误差归零。

需要说明的是选用的光学成像系统的修正系数K应满足使用要求，同时，能接受较大面积的入射光，以提高光照度。本系统备有辅助照明光源，当环境光线不足时，自动开启辅助照明光源，照亮采样面。

Claims (2)

1.一种图象法机动车轮速、车速测量仪，它由光学成像系统(1)、CMOS感光传感器(2)、数据处理芯片(3)构成，其特征是采样面经光学成像系统(1)生成一个实像到CMOS感光传感器(2)，CMOS感光传感器(2)与数据处理芯片(3)相连接。

2.一种图象法机动车定位测量仪，它由光学成像系统(1)、CMOS感光传感器(2)、数据处理芯片(3)构成，其特征是至少在车身的两个不同位置分别设置有光学成像系统(1)和CMOS感光传感器(2)，其采样面经光学成像系统(1)生成一个实像到CMOS感光传感器(2)，CMOS感光传感器(2)与数据处理芯片(3)相连接。

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