基于激光和图像处理的车辆侧倾角动态测量方法及装置制造方法及图纸

本发明专利技术公开一种基于激光和图像处理的车辆侧倾角动态测量方法及装置，所述测量方法为：在车辆上沿车辆横向并列安装两个激光器和一个成像单元作为测量单元，激光器和成像单元水平共线，并保证激光照射地面上的线型光斑在成像单元视野之内；激光器竖直向下发射线激光，在地面上形成平行于车辆纵轴方向的线型光斑，成像单元实时竖直向下拍摄视频；处理单元实时读取视频数据并提取出每一帧画面，并提取画面中激光光斑所在中位置；根据两条激光光斑的相对位置，可以计算车辆相对地面的侧倾角。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及车辆运动状态检测领域，更具体地，涉及一种基于激光和图像处理的车辆侧倾角动态测量方法及装置。
技术介绍
车辆侧倾角是车辆运动过程中的一个重要参数，研究车辆侧倾角的动态变化可以增加对车辆运动规律的了解，为对车辆的安全控制策略提供依据。目前已有不少车辆安全控制技术和装置应用到车辆中，例如防抱死刹车系统ABS、车辆稳定性控制系统VSC等等。这些装置的良好运行依赖于精确的车辆运动状态数据。另外，车辆侧倾角与车辆载重、车辆质心高度等参数关系密切，获知车辆侧倾角对了解车辆的整体状态具有重要帮助。因此，在实时获取车辆侧倾角对车辆的整体控制具有重要作用。目前对车辆侧倾角的实时测量广泛采用惯性传感器，即通过加速度计和陀螺仪传感器分别获取车辆3个正交方向的加速度和角速度数据。在地心重力的作用下，加速度计检测到的加速度值随着车辆侧倾角的变化而变化，由此可以计算得到车辆侧倾角。但是普通加速度计一方面存在静态漂移和动态漂移，另一方面数据噪声太大，导致精度低下，从而需要结合动态性能较好的陀螺仪传感器进行融合滤波处理。但是，由于惯性传感器不稳定、同时受到车辆本身加速度等因素的影响，仅仅使用普通惯性传感器仍然难以检测出比较精确地车辆侧倾角。而高精度的惯性传感器采用性能良好的传感器元件和优秀的滤波算法，同时结合GPS差分定位方式来校正误差，因而精度相对比较高。但是高精度惯性传感器价格高昂，目前无法获得广泛应用。
技术实现思路
为了克服目前车辆惯性传感器测量车辆侧倾角精度不够高和不稳定的缺点，本专利技术提出一种基于激光和图像处理的车辆侧倾角动态测量方法，本专利技术的测量单元具有比较高的精度，而且受车辆运动的干扰小，能够有效降低测量噪声，同时数据处理和计算的复杂度比较低，能够实时、便捷计算车辆的侧倾角。本专利技术的又一目的是提出一种基于激光和图像处理的车辆侧倾角动态测量装置。针对上述问题，本专利技术提出以下技术方案：一种基于激光和图像处理的车辆侧倾角动态测量方法，包括：成像单元、两个线激光光源沿车辆横向水平并列安装，激光照射到地面的红色线型光斑平行于车辆纵向，各测量组件与车辆形成一种特殊的几何关系；成像单元拍摄两个激光光源打在地面的红色线型光斑，并传输图像到处理单元，激光光源和成像单元安装在车辆外部，且激光及成像单元中轴线均与地面垂直。对激光光源、成像单元进行校准；处理单元对激光图像进行分析计算，得到车辆侧倾角；所述处理单元对车辆侧倾角的分析计算过程为：根据激光光源、成像单元、地面光斑与车辆之间的几何关系得到运算关系式；处理单元从视频流中读取出每一帧图像；抽取图像中的某些行的像素数据，做二值化处理，识别出激光图线上的某些像素点；根据激光图线上的像素点得到各激光光线在图像上的直线表达式，从而得到两条激光图线的像素距离；由激光图线的像素距离及相关几何关系式计算车辆侧倾角。本专利技术的工作原理：折线ABCDE为简化的车辆三自由度侧倾模型。激光光源、地面激光光线、成像单元与车辆之间形成一种几何测量模型。当车辆无侧倾时，激光照射到地面上的两道线型光斑的距离为JF，两道激光在图像上的距离为l1。当车辆发生侧倾时，两道激光图线的距离为l2。根据成像原理，有根据几何关系有IGHG=AJAH,]]>其中AJ=c+dcosφ-(a+b)tanφ.]]>令k=l2l1,]]>根据以上各式可以得到由于车辆侧倾角一般小于10°，当(对应角度-30°～30°)时有，sinφ≈φcosφ≈1,]]>因此可以得到简化的车辆侧倾角计算表达式根据简化后的表达式，只需要标定AC＝a+b及CE＝c+d及l1为需要标定的值。载车辆运动侧倾时，从图像上实时计算l2，得到k，代入车辆侧倾角计算表达式得到车辆侧倾角度。假设成像单元安装在位置A的时候，则同理可得到计算车辆侧倾角的表达式为了方便说明，下文只讨论成像单元安装在B点的情况。本专利技术使用激光光源来发出信号信息，由于激光具有直线传播的特性，具有很高的精度和稳定性，不受车辆加速度等因素的影响，因此照射到地面的光线信号能够比较精确地反映车辆侧倾角。成像单元通过摄影的方式不断的拍摄得到激光信号信息。由于成像单元与激光光源基本保持相对静止，因而拍摄的图像不会产生明显模糊。在图像处理过程中只抽取某些行的像素来提取激光图线，同时车辆侧倾角计算表达式简单，输入变量少，因此运算速度比较快，实时性良好。一种基于激光和图像处理的车辆侧倾角动态测量装置，包括以下几个部分：独立的两个激光光源；电连接的成像单元和处理单元；激光光源和成像单元沿车辆横向水平并排，安装于车体的底部，光源中轴线垂直于路面；成像单元垂直于路面拍摄照射到地面的线型激光光斑；成像单元不断从图像中提取出激光信号信息，实时计算车辆侧倾角。其中处理单元对图像的处理分析和计算过程主要包括：从成像单元读取每一帧图像数据；抽取出图像中的某些行的像素数据并做二值化处理，提取出激光图线上的像素点；根据像素点计算出每道激光图线的直线表达式并计算出其像素距离；把激光图线的像素距离代入车辆侧倾角计算表达式得到车辆侧倾角。与目前常用的车辆侧倾角检测技术相比，本检测方案的特点在于：采用激光作为输出信号，有效降低噪声干扰，提高检测精度；激光光源、成像单元等和车体之间形成一种便于计算的几何关系；成像单元能够比较精确地检测到地面激光光线随着车辆侧倾的变化量；处理单元通过快速的图像处理和简单运算可以实时、便捷地得到车辆侧倾角。附图说明图1是本专利技术中车辆侧倾角测量装置的流程图。图2是本专利技术车辆侧倾角测量过程中信号传递流程图。图3是车辆侧倾示意图。图4是一种常用的车辆三自由度侧倾模型，是对图1车辆侧倾的简化。图5是本专利技术为方便计算而采用的一种三维正交坐标系，其中坐标原点位于水平面，并且处于车辆四个轮的中心位置。X轴指向车辆纵向，即车辆前进方向。Y轴指向车辆前进方向的左侧，即车辆横向。Z轴垂直于XOY平面，即垂直于地面。图6是本专利技术构建的一种计算车辆侧倾角的几何模型。其中，折线ABCDE为简化的车辆三自由度侧倾模型，D位于车体的侧倾旋转轴上，A、B、C均位于车体上，延车辆横向水平安装。A、B两点为两个线激光光源的位置，成像单元也安装于B点。。每个激光光源以β大小的发射角垂直向下发出激光，打在地面光线m、n分别与X轴平行，即X||m||n。J、F分别为m、n上的点，JF平行于Y轴本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种基于激光和图像处理的车辆侧倾角动态测量方法，其特征在于，成像单元、两个线激光光源沿车辆横向水平并列安装，激光照射到地面的红色线型光斑平行于车辆纵向，激光光源、成像单元、地面光斑与车辆之间形成几何关系；成像单元拍摄两个激光光源打在地面的红色线型光斑，并传输图像到处理单元，激光光源和成像单元安装在车辆外部，且激光及成像单元中轴线均与地面垂直，对激光光源、成像单元进行校准；处理单元对激光图像进行分析计算，得到车辆侧倾角；所述处理单元对车辆侧倾角的分析计算过程为：根据激光光源、成像单元、地面光斑与车辆之间的几何关系得到运算关系式；处理单元从激光图像的视频流中读取出每一帧图像；抽取图像中的某些行的像素数据，做二值化处理，识别出激光图线上的某些像素点；根据激光图线上的像素点得到各激光光线在图像上的直线表达式，从而得到两条激光图线的像素距离；由激光图线的像素距离及相关几何关系式计算车辆侧倾角。

【技术特征摘要】
1.一种基于激光和图像处理的车辆侧倾角动态测量方法，其特征在于，
成像单元、两个线激光光源沿车辆横向水平并列安装，激光照射到地面的红色线型光斑平行于车辆纵向，激光光源、成像单元、地面光斑与车辆之间形成几何关系；
成像单元拍摄两个激光光源打在地面的红色线型光斑，并传输图像到处理单元，激光光源和成像单元安装在车辆外部，且激光及成像单元中轴线均与地面垂直，对激光光源、成像单元进行校准；
处理单元对激光图像进行分析计算，得到车辆侧倾角；
所述处理单元对车辆侧倾角的分析计算过程为：根据激光光源、成像单元、地面光斑与车辆之间的几何关系得到运算关系式；处理单元从激光图像的视频流中读取出每一帧图像；抽取图像中的某些行的像素数据，做二值化处理，识别出激光图线上的某些像素点；根据激光图线上的像素点得到各激光光线在图...

【专利技术属性】
技术研发人员：张辉，杨永强，庄文盛，龚文森，
申请(专利权)人：中山大学，
类型：发明
国别省市：广东;44