CN205068167U

CN205068167U - 一种基于图像处理的双车联动智能校正系统

Info

Publication number: CN205068167U
Application number: CN201520863031.XU
Authority: CN
Inventors: 宋华军; 周光兵; 卓文君; 肖波涛; 任鹏; 刘芬
Original assignee: China University of Petroleum East China
Current assignee: China University of Petroleum East China
Priority date: 2015-11-02
Filing date: 2015-11-02
Publication date: 2016-03-02
Anticipated expiration: 2025-11-02

Abstract

本实用新型涉及一种校正系统，尤其是一种基于图像处理的双车联动智能校正系统。包括遥控器模块、智能校正模块、核心控制器、车体，所述遥控器模块、智能校正模块、车体分别与核心控制器相连，所述遥控器模块包括按键、遥控器控制模块、摇杆、无线模块，所述按键、摇杆、无线模块分别与遥控器控制模块连接，所述智能校正模块包括前车、摄像头、图像处理器、测距模块，所述摄像头一端与前车连接，另一端与图像处理器连接，所述测距模块与图像处理器连接。有益效果：操作灵活、安全系数高，双车联动系统的设计克服了传统移动平台车无法运送较大物体的缺点；通过双车联动系统，使两辆车姿态一致的运送大型重物，弥补单车的不足，提高了运输效率。

Description

一种基于图像处理的双车联动智能校正系统

技术领域

本发明涉及一种校正系统，尤其是一种基于图像处理的双车联动智能校正系统。

背景技术

移动平台车广泛应用于航空航天、军事、民用、服务业等多个领域。在运输超长、超重型设备时，考虑到效率和成本问题，多采用双车联动的方式，即两辆车同步地运输货物。

传统意义上的双车联动，需要两个司机操作，不可避免的的就会出现两台车在起动，运行，停车时存在不同步现象，使两台车的负荷出现变化，严重影响了运输工作的进行，甚至会造成事故。利用遥控器同时控制两车运动看起来是一种比较好的解决方案。但是由于地面摩擦力等因素的影响，两车在速度和方向仍会有所偏差。为此，需要提出一种智能校正的方法使两车同步。

发明内容

本发明旨在解决上述问题，提供了一种基于图像处理的双车联动智能校正系统，通过无线模块控制两车运动，后车装载智能校正平台，通过测距模块分析两车距离，通过摄像头实时获取前车图像并进行处理后获取前车方向，得到偏移量[ΔX,ΔY,α]，进行PID控制，得出校正速度[v_x，v_y，w_z]，实现自身姿态校正，其采用的技术方案如下：

一种基于图像处理的双车联动智能校正系统，包括遥控器模块、智能校正模块、核心控制器、车体，所述遥控器模块、智能校正模块、车体分别与核心控制器相连，所述遥控器模块包括按键、遥控器控制模块、摇杆、无线模块，所述按键、摇杆、无线模块分别与遥控器控制模块连接，所述智能校正模块包括前车、摄像头、图像处理器、测距模块，所述摄像头一端与前车连接，另一端与图像处理器连接，所述测距模块与图像处理器连接。

所述按键、摇杆固定在遥控器面板上，所述的遥控器控制模块、无线模块固定在遥控器面板内，所述的摄像头、图像处理器、测距模块固定在车体前方，所述的核心控制器安装在车体内。

所述遥控器模块通过无线模块与核心控制器连接，所述智能校正模块通过图像处理器与核心控制器连接。

所述遥控器模块通过无线模块向核心控制器发送指令控制双车运动。

所述摄像头采集前车信息，并送入图像处理器，图像处理器经过分析后向核心控制器发送参数信息。

所述核心控制器接收来自遥控器模块和智能校正模块的控制指令，并对车体进行控制。

本发明具有如下优点：操作灵活、安全系数高，双车联动系统的设计克服了传统移动平台车无法运送较大物体的缺点；通过双车联动系统，使两辆车姿态一致的运送大型重物，弥补单车的不足，提高了运输效率。

附图说明

图1：一种基于图像处理的双车联动智能校正系统的控制原理简图；

图2：一种基于图像处理的双车联动智能校正系统的控制原理图；

图3：一种基于图像处理的双车联动智能校正系统遥控器的结构示意图；

图4：一种基于图像处理的双车联动智能校正系统移动平台车的结构示意图；

图5：一种基于图像处理的双车联动智能校正系统的校正原理流程图；

图6：一种基于图像处理的双车联动智能校正系统的校准目标示意图；

图7：一种基于图像处理的双车联动智能校正系统的校正场景示意图；

图8：一种基于图像处理的双车联动智能校正系统的测定后车偏移角度示意图；

图9：一种基于图像处理的双车联动智能校正系统的PID控制图；

符号说明：

1.遥控器模块、11.按键、12.遥控器控制模块、13.摇杆、14.无线模块、2.智能校正模块、21.前车、22.摄像头、23.图像处理器、24.测距模块、3.核心控制器、4.车体。

具体实施方式

下面结合附图和实例对本发明作进一步说明：

如图1-4所示，本发明一种基于图像处理的双车联动智能校正系统，包括遥控器模块(1)、智能校正模块(2)、核心控制器(3)、车体(4)，所述遥控器模块(1)、智能校正模块(2)、车体(4)分别与核心控制器(3)相连，所述遥控器模块(1)包括按键(11)、遥控器控制模块(12)、摇杆(13)、无线模块(14)，所述按键(11)、摇杆(13)、无线模块(14)分别与遥控器控制模块(12)连接，所述智能校正模块(2)包括前车(21)、摄像头(22)、图像处理器(23)、测距模块(24)，所述摄像头(22)一端与前车(21)连接，另一端与图像处理器(23)连接，所述测距模块(24)与图像处理器(23)连接。

所述按键(11)、摇杆(13)固定在遥控器面板上，所述遥控器控制模块(12)、无线模块(14)固定在遥控器面板内，所述摄像头(22)、图像处理器(23)、测距模块(24)固定在车体(4)前方，所述核心控制器(3)安装在车体(4)内。

所述遥控器模块(1)通过无线模块(14)与核心控制器(3)连接，所述智能校正模块(2)通过图像处理器(23)与核心控制器(3)连接。

所述遥控器模块(1)通过无线模块(14)向核心控制器(3)发送指令控制双车运动。

所述摄像头(22)采集前车(21)信息，并送入图像处理器(23)，图像处理器(23)经过分析后向核心控制器(3)发送参数信息。

所述核心控制器(3)接收来自遥控器模块(1)和智能校正模块(2)的控制指令，并对车体(4)进行控制。

a.双车联动智能校正系统的校正原理

如图5所示，要使得前后车能够方向一致、距离为D₀、且相对静止的运输货物，但后车存在偏移角度α以及距离偏移。因此采用后车通过图像处理进行智能校正的校正方法。其中，校准图像为图6所示的黑框，粘贴在前车后方。黑框上边长L；左右边长R。车体(4)初始化完成之后，开始采集图像数据。由图像横向中线为初始位置左右扫描，提取左右边线的横坐标值，再由纵向中线为初始位置上下进行扫描，提取上下边线的纵坐标值，得到纵坐标，从而确定图形，得到图形左右边长和边距信息，将数据保存作为标准参数。根据成像规律的焦距公式，当后车与前车(21)存在偏移时，所采集到的图形左右边长和边距会发生变化。计算得出此时后车的偏移信息，并转换为车体控制量，由核心控制器(3)对后车车体(4)进行微调。

焦距公式(1)和(2)是智能校正系统的重要理论依据：

F＝v×D/V(1)

F＝h×D/H(2)式中，F为镜头的焦距长度；V为拍摄对象的纵向尺寸；H为拍摄对象的横向尺寸；D为镜头至拍摄对象之间的距离；v为光感原件的纵向尺寸；h为光感原件的横向尺寸。

双车联动智能校正系统采用1/4CCD变焦镜头，可达27倍变焦，图像分辨率720*576。同时通过激光测距模块(24)，我们能够获得两车距离D；通过图像采集能够获得：目标成像左边长像素数M_左、目标成像右边长像素数M_右、目标成像上边长像素数N、目标中心点偏移像素值Q。将前车(21)作为基准，当后车发生偏移时，根据这些数据进行车体(4)的智能校正。

双车联动智能校正系统的校正场景示意图如图7所示，此时后车存在偏转角α以及左右偏移ΔX、前后偏移ΔY。

b.车体偏移量的测定

1)测定后车偏移角度α

由上边长成像规律，其目标图像等效替代为平行于后车、长度为L_X、距离D_X的物体成像，如图8所示。由三角形正余弦定理，推出：

L_{X} = \frac{4 {D_{X}}^{2} L c o s α}{4 {D_{X}}^{2} - L^{2} \sin^{2} α} - - - (3)

将(3)式带入焦距公式(2)，得

式中，h_上为成像上边长；α为后车偏移角度；L为目标上边长；

由左边长成像规律，带入焦距公式(1)，得

式中，v_左为成像左边长；

由右边长成像规律，带入焦距公式(1)，得

式中，v_右为成像右边长；

将式(5)式(6)相除，得

式中，M_左为目标成像左边长像素数；M_右为目标成像右边长像素数；

结合式(4)和式(7)，消去D_X；推出：

采用摄像头传感器为1/4CCD，传感器成像尺寸h：3.2mm；v：2.4mm、对应分辨率720*576，根据比例关系：

式中：N为成像上边长像素数；可推出此时旋转角度：

2)测定中心左右偏移量ΔX

将目标图像中心点左右偏移，带入焦距公式(2)，得

式中，ΔX为左右偏移距离；z_像为成像中心偏移距离；D₁为激光测距模块测出当前两车距离；

将比例关系：带入式(8)，推得左右偏移：

3)测定前后偏移量ΔY

测距模块(24)测出的距离D₁与标准距离D₀作差，求得前后偏移量：

ΔY＝D₁cosα-D₀(12)

c.PID控制

为了迅速准确的响应，根据后车左右偏移ΔX，前后偏移ΔY，偏转角度α分别对移动平台车[v_x，v_y，w_z]的三个控制量进行PID控制。

c o n t r o l = K_{p} \times (1 + \frac{T_{s}}{T_{i}} + \frac{T_{d}}{T_{s}}) \times e (k) - K_{p} \times (1 + 2 \times \frac{T_{d}}{T_{s}}) \times e (k - 1) + K_{p} \times \frac{T_{d}}{T_{s}} \times e (k - 2) - - - (13)

式中：K_p为比例系数；T_i为积分系数；T_d为微分系数；T_s为采样周期；e(k)为k时刻姿态偏差。

经过多次测试，根据经验对参数K_p，T_i，T_d进行调整，使智能校正系统能够准确快速的反应。根据控制量大小决定[v_x，v_y，w_z]大小，使后车进行自身姿态校正，控制过程如图9所示。

本发明使用时，首先打开两车车体(4)和遥控器的电源开关，当运送较大货物时，将两辆运输车前后放置，通过遥控器模块(1)控制两车同步运动。由于摩擦力等因素的影响两车出现微小误差，后车可通过测距模块(24)获得两车距离参数，通过摄像头(22)与图像处理器(23)进行图像处理从而获取前车方向参数，核心控制器(3)进行分析后进行自身姿态调整，使两车保持相对静止，实现双车联动。

其智能校正过程如下：

首先，经过图像处理器(23)分析前车左右长度变化，测定当前时刻后车偏移角度α；

然后，分析前车(21)中心点偏移量ΔX；

最后，根据测距模块(24)测出的两车距离偏差ΔY；

根据偏差值[ΔX,ΔY,α]，通过PID控制得到控制车体(4)的速度量[v_x，v_y，w_z]，使后车进行校正，从而保持两车姿态一致。

优选的，车体(4)采用mecanum轮，mecanum轮技术的全方位运动设备可以实现前行、横移、斜行、旋转及其组合等运动方式。

优选的，通过zigbee无线模块(14)控制车体(4)运动，操作灵活。

优选的，通过PID算法对速度控制量进行优化，使后车能够迅速准确的进行智能校正。

优选的，采用基于图像处理的双车联动系统，通过图像处理器(23)实现两车姿态一致，相对静止后运送大件货物，减少了运输成本。

上面以举例方式对本发明进行了说明，但本发明不限于上述具体实施例，凡基于本发明所做的任何改动或变型均属于本发明要求保护的范围。

Claims

1.一种基于图像处理的双车联动智能校正系统，其特征在于：包括遥控器模块(1)、智能校正模块(2)、核心控制器(3)、车体(4)，所述遥控器模块(1)、智能校正模块(2)、车体(4)分别与核心控制器(3)相连，所述遥控器模块(1)包括按键(11)、遥控器控制模块(12)、摇杆(13)、无线模块(14)，所述按键(11)、摇杆(13)、无线模块(14)分别与遥控器控制模块(12)连接，所述智能校正模块(2)包括前车(21)、摄像头(22)、图像处理器(23)、测距模块(24)，所述摄像头(22)一端与前车(21)连接，另一端与图像处理器(23)连接，所述测距模块(24)与图像处理器(23)连接。

2.根据权利要求1所述的一种基于图像处理的双车联动智能校正系统，其特征在于：所述遥控器模块(1)通过无线模块(14)与核心控制器(3)连接，所述智能校正模块(2)通过图像处理器(23)与核心控制器(3)连接。

3.根据权利要求1所述的一种基于图像处理的双车联动智能校正系统，其特征在于：所述遥控器模块(1)通过无线模块(14)向核心控制器(3)发送指令控制双车运动。

4.根据权利要求1所述的一种基于图像处理的双车联动智能校正系统，其特征在于：所述摄像头(22)采集前车(21)信息，并送入图像处理器(23)，图像处理器(23)经过分析后向核心控制器(3)发送参数信息。

5.根据权利要求1所述的一种基于图像处理的双车联动智能校正系统，其特征在于：所述核心控制器(3)接收来自遥控器模块(1)和智能校正模块(2)的控制指令，并对车体(4)进行控制。