一种基于捷联惯导和面阵相机的汽车自助训练装置及方法制造方法及图纸

本发明专利技术公开了一种基于捷联惯导和面阵相机的汽车自助训练装置及方法，包括2个面阵相机，车内客户端，液晶屏和扬声器。面阵相机用于采集车辆起始位置的图像信息，系统通过面阵相机采集的图像信息获得车辆的初始位置和初始姿态角。车内客户端内集成2.4G射频模块、MCU模块和数字式捷联导航装置，用于获取车辆行进过程中的实际位置和姿态角并计算车辆当前位置与理想位置的偏差。液晶屏用于显示车辆的偏移量。扬声器用于提示学员。本发明专利技术能使学员进行自助式的学习，提高学习兴趣，增加学习效率，缩短学习时间。

Self service training device and method for automobile based on strap down inertial navigation and plane array camera

The invention discloses an automobile self-help training device and a method based on a strap down inertial navigation system and a plane array camera, which comprises 2 plane array cameras, a vehicle interior client, a liquid crystal screen and a loudspeaker. The camera is used to collect the image information of the initial position of the vehicle, and the initial position and the initial attitude angle of the system are obtained by the image information acquired by the camera. The 2.4G module, the MCU module and the digital strapdown navigation system are used to obtain the actual position and attitude angle of the vehicle during the course of the vehicle, and to calculate the deviation between the current position and the ideal position of the vehicle. The LCD screen is used to display the offset of the vehicle. Speaker for prompting students. The present invention can help the students to study by themselves, improve the learning interest, increase the learning efficiency and shorten the study time.

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及车辆检测
，具体涉及一种基于捷联惯导和面阵相机的汽车自助训练装置及方法。
技术介绍
随着我国轿车市场区域饱和的同时，驾校间的竞争也日趋激烈。如何降低成本、提高学员的训练效率，困扰着各个驾校的经营者们。如果能够实现驾校训练的部分自动化，将能节省大量的人力，并有利于驾校的进一步经营和发展。
技术实现思路
针对上述问题，本专利技术提供了一种基于捷联导航和面阵相机的汽车自助训练方法，用于学员驾驶车辆自助式学习倒库或侧方停车，包括以下步骤：步骤1，将2个面阵相机分别安装在车辆车头的两侧，当学员开始练习倒库或侧方停车时，通过2个面阵相机探测车辆与倒库或侧方停车起始线之间的相对位置关系以获取车辆的初始位置和初始横摆角；步骤2，确定车辆在倒库或侧方位停车过程中需要转向的每个转向点处的坐标，根据得到的车辆初始位置和初始横摆角，利用插值法对理想行车路径进行曲线拟合；步骤3，获取车辆在倒库或侧方位停车过程中的实时位置和横摆角；步骤4，根据车辆倒库或侧方位过程中的车辆质心位置坐标(X(w)，Y(w))和车身横摆角θ，求得理想路径向车身横摆角θ所在线的法线，该法线的长度即为车辆位置偏移量d；步骤5，通过安装在驾驶室前的显示屏进行显示车辆位置偏移量d，若学员调整车辆的方向正确，则显示屏上显示的车辆位置偏移量d减小；若学员调整车辆的方向错误，则显示屏上显示的车辆位置偏移量d增加，以达到学员驾驶车辆自助式倒库或侧方停车；车辆驾驶室还安装有扬声器：若车辆的行驶路径向左偏移理想路径时，扬声器发出语音“车辆向左偏移”；若车辆的行驶路径向右偏移理想路径时，扬声器发出语音“车辆向右偏移”。进一步地，步骤1中所述的获取车辆的初始位置和初始横摆角包括：步骤11，通过2个面阵相机拍摄车库地标线图像，将该地标线图像作为原始图像，并对原始图像进行降噪预处理，得到预处理图像；步骤12，将预处理图像的颜色空间由BGR转换为HSV，并对预处理图像进行二值化处理，得到二值化图像；步骤13，对二值化图像进行边缘提取后，检测边缘提取后二值图像中的直线，并提取出直线处的像素点，将所述像素点的坐标进行拟合，得到车库地标线在图像坐标系中的斜率k1,k2和截距d1,d2；步骤14，通过(式1)、(式2)和(式3)计算车辆的初始位置和初始横摆角，即车辆横摆角θ0和车辆中心点与边线的水平距离D1,D2：式中，aij、bij、cij、m、n、q为标定系数。进一步地，步骤2中所述的插值法具体为三次样条插值法。进一步地，步骤3中所述的获取车辆在倒库或侧方位停车过程中的实时位置和横摆角包括：步骤31，获取车辆实时的角速度信号ω，并对ω进行滤波处理；步骤32，通过(式4)计算得到车辆的实时横摆角θ：θt＝θt-1+∫ωdt+θ0(式4)其中，t为车辆倒库或侧方位停车过程中的时刻值，t＝1,2,…，ω为车辆实时的角速度信号；步骤33，采集车辆实时的加速度信号a(B),并对a(B)进行滤波处理；步骤34，通过(式5)和(式6)计算得到车辆质心在大地坐标系下的坐标X(w)和Y(w)：X(w)＝∫∫(a(B)cosθdt)+X0(式5)Y(w)＝∫∫(a(B)sinθdt)+Y0(式6)其中，X(w)和Y(w)分别为车辆质心在大地坐标系下的坐标，θ为车辆的实时横摆角，X0、Y0分别为车辆质心的初始坐标。进一步地，通过(式7)对步骤31所述的ω进行滤波处理：其中，t为车辆倒库或侧方位停车过程中的时刻值，t＝1,2,…，K为滤波系数，为t时刻角速度信号估计值。本专利技术还提供了一种基于捷联导航和面阵相机的汽车自助训练装置，用于学员驾驶车辆自助式学习倒库或侧方停车，包括图像采集模块、预设理想路径模块、实时获取模块、获取偏移量模块、自助驾驶模块；所述图像采集模块包括2个面阵相机，所述2个面阵相机分别安装在车辆靠近车头的两侧，用于当学员开始练习倒库或侧方停车时，通过2个面阵相机探测车辆与通过2个面阵相机探测车辆与倒库或侧方停车起始线之间的相对位置关系以获取车辆的初始位置和初始横摆角；所述预设理想路径模块用于确定车辆在倒库或侧方位停车过程中需要转向的每个转向点处的坐标，根据得到的车辆初始位置和初始横摆角，利用插值法对理想行车路径进行曲线拟合；所述实时获取模块用于获取车辆在倒库或侧方位停车过程中的实时位置和横摆角；所述获取偏移量模块用于根据车辆倒库或侧方位过程中的车辆质心位置坐标(X(w)，Y(w))和车身横摆角θ，求得理想路径向车身横摆角θ所在线的法线，该法线的长度即为车辆位置偏移量d；所述自助驾驶模块包括显示屏和扬声器，通过安装在驾驶室前的显示屏进行显示车辆位置偏移量d，若学员调整车辆的方向正确，则显示屏上显示的车辆位置偏移量d减小；若学员调整车辆的方向错误，则显示屏上显示的车辆位置偏移量d增加，以达到学员驾驶车辆自助式倒库或侧方停车；车辆驾驶室还安装有扬声器：若车辆的行驶路径向左偏移理想路径时，扬声器发出语音“车辆向左偏移”；若车辆的行驶路径向右偏移理想路径时，扬声器发出语音“车辆向右偏移”。进一步地，图像采集模块中所述的获取车辆的初始位置和初始横摆角包括：步骤11，通过2个面阵相机拍摄车库地标线图像，将该地标线图像作为原始图像，并对原始图像进行降噪预处理，得到预处理图像；步骤12，将预处理图像的颜色空间由BGR转换为HSV，并对预处理图像进行二值化处理，得到二值化图像；步骤13，对二值化图像进行边缘提取(Caany算子)后，检测边缘提取后图像中的直线，并提取出直线处的像素点，根据所述像素点的坐标进行拟合，得到车库地标线在图像坐标系中的斜率k1,k2和截距d1,d2；步骤14，通过(式1)、(式2)和(式3)计算车辆的初始位置和初始横摆角，即车辆横摆角θ0和车辆中心点与边线的水平距离D1,D2：式中，aij、bij、cij、m、n、q为标定系数。进一步地，预设理想路径模块中所述的插值法具体为三次样条插值法。进一步地，实时获取模块中所述的获取车辆在倒库或侧方位停车过程中的实时位置和横摆角包括：步骤31，获取车辆实时的角速度信号ω，并对ω进行滤波处理；步骤32，通过(式4)计算得到车辆的实时横摆角θ：θt＝θt-1+∫ωdt+θ0(式4)其中，t为车辆倒库或侧方位停车过程中的时刻值，t＝1,2,…，ω为车辆实时的角速度信号；步骤33，采集车辆实时的加速度信号a(B),并对a(B)进行滤波处理；步骤34，通过(式5)和(式6)计算得到车辆质心在大地坐标系下的坐标X(w)和Y(w)：X(w)＝∫∫(a(B)cosθdt)+X0(式5)Y(w)＝∫∫(a(B)sinθdt)+Y0(式6)其中，X(w)和Y(w)分别为车辆质心在大地坐标系下的坐标，θ为车辆的实时横摆角，X0、Y0分别为车辆质心的初始坐标。进一步地，通过(式7)对步骤31所述的ω进行滤波处理：其中，t为车辆倒库或侧方停车过程中的时刻值，t＝1,2,…，K为滤波系数，为t时刻角速度信号估计值。与现有技术相比，本专利技术具有以下技术效果：本专利技术通过安装于车辆靠近车头两侧的2个面阵相机探测车辆与倒库或侧方停车起点的起始相对位置关系，并生成理想的车辆行进路径，然后在车辆行进过程中利用捷联导航装置实时地获取车辆的姿态和位置信息，并与理想路径进本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种基于捷联导航和面阵相机的汽车自助训练方法，用于学员驾驶车辆自助式学习倒库或侧方停车，其特征在于，包括以下步骤：步骤1，将2个面阵相机分别安装在车辆车头的两侧，当学员开始练习倒库或侧方停车时，通过2个面阵相机探测车辆与倒库或侧方停车起始线之间的相对位置关系以获取车辆的初始位置和初始横摆角；步骤2，确定车辆在倒库或侧方位停车过程中需要转向的每个转向点处的坐标，根据得到的车辆初始位置和初始横摆角，利用插值法对理想行车路径进行曲线拟合；步骤3，获取车辆在倒库或侧方位停车过程中的实时位置和横摆角；步骤4，根据车辆倒库或侧方位过程中的车辆质心位置坐标(X(w)，Y(w))和车身横摆角θ，求得理想路径向车身横摆角θ所在线的法线，该法线的长度即为车辆位置偏移量d；步骤5，通过安装在驾驶室前的显示屏进行显示车辆位置偏移量d，若学员调整车辆的方向正确，则显示屏上显示的车辆位置偏移量d减小；若学员调整车辆的方向错误，则显示屏上显示的车辆位置偏移量d增加，以达到学员驾驶车辆自助式倒库或侧方停车；车辆驾驶室还安装有扬声器：若车辆的行驶路径向左偏移理想路径时，扬声器发出语音“车辆向左偏移”；若车辆的行驶路径向右偏移理想路径时，扬声器发出语音“车辆向右偏移”。...

【技术特征摘要】
1.一种基于捷联导航和面阵相机的汽车自助训练方法，用于学员驾驶车辆自助式学习倒库或侧方停车，其特征在于，包括以下步骤：步骤1，将2个面阵相机分别安装在车辆车头的两侧，当学员开始练习倒库或侧方停车时，通过2个面阵相机探测车辆与倒库或侧方停车起始线之间的相对位置关系以获取车辆的初始位置和初始横摆角；步骤2，确定车辆在倒库或侧方位停车过程中需要转向的每个转向点处的坐标，根据得到的车辆初始位置和初始横摆角，利用插值法对理想行车路径进行曲线拟合；步骤3，获取车辆在倒库或侧方位停车过程中的实时位置和横摆角；步骤4，根据车辆倒库或侧方位过程中的车辆质心位置坐标(X(w)，Y(w))和车身横摆角θ，求得理想路径向车身横摆角θ所在线的法线，该法线的长度即为车辆位置偏移量d；步骤5，通过安装在驾驶室前的显示屏进行显示车辆位置偏移量d，若学员调整车辆的方向正确，则显示屏上显示的车辆位置偏移量d减小；若学员调整车辆的方向错误，则显示屏上显示的车辆位置偏移量d增加，以达到学员驾驶车辆自助式倒库或侧方停车；车辆驾驶室还安装有扬声器：若车辆的行驶路径向左偏移理想路径时，扬声器发出语音“车辆向左偏移”；若车辆的行驶路径向右偏移理想路径时，扬声器发出语音“车辆向右偏移”。2.如权利要求1所述的汽车自助训练方法，其特征在于，步骤1中所述的获取车辆的初始位置和初始横摆角包括：步骤11，通过2个面阵相机拍摄车库地标线图像，将该地标线图像作为原始图像，并对原始图像进行降噪预处理，得到预处理图像；步骤12，将预处理图像的颜色空间由BGR转换为HSV，并对预处理图像进行二值化处理，得到二值化图像；步骤13，对二值化图像进行边缘提取后，检测边缘提取后二值图像中的直线，并提取出直线处的像素点，将所述像素点的坐标进行拟合，得到车库地标线在图像坐标系中的斜率k1,k2和截距d1,d2；步骤14，通过(式1)、(式2)和(式3)计算车辆的初始位置和初始横摆角，即车辆横摆角θ0和车辆中心点与边线的水平距离D1,D2：式中，aij、bij、cij、m、n、q为标定系数。3.如权利要求1所述的汽车自助训练方法，其特征在于，步骤2中所述的插值法具体为三次样条插值法。4.如权利要求1所述的汽车自助训练方法，其特征在于，步骤3中所述的获取车辆在倒库或侧方位停车过程中的实时位置和横摆角包括：步骤31，获取车辆实时的角速度信号ω，并对ω进行滤波处理；步骤32，通过(式4)计算得到车辆的实时横摆角θ：θt＝θt-1+∫ωdt+θ0(式4)其中，t为车辆倒库或侧方位停车过程中的时刻值，t＝1,2,…，ω为车辆实时的角速度信号；步骤33，采集车辆实时的加速度信号a(B),并对a(B)进行滤波处理；步骤34，通过(式5)和(式6)计算得到车辆质心在大地坐标系下的坐标X(w)和Y(w)：X(w)＝∫∫(a(B)cosθdt)+X0(式5)Y(w)＝∫∫(a(B)sinθdt)+Y0(式6)其中，X(w)和Y(w)分别为车辆质心在大地坐标系下的坐标，θ为车辆的实时横摆角，X0、Y0分别为车辆质心的初始坐标。5.如权利要求4所述的汽车自助训练方法，其特征在于，通过(式7)对步骤31所述的ω进行滤波处理：其中，t为车辆倒库或侧方位停车过程中的时刻值，t＝1,2,…，K为滤波系数，为t时刻角速度信号估计值。6.一种基于捷联导航和面阵相机的汽车自助训练装置，用于学员驾驶车辆自助式学习倒库或侧方停车，其特征在于，包括图像采集模...

【专利技术属性】
技术研发人员：姚银花，蹇小平，吴学勤，米伟，吴金峰，
申请(专利权)人：长安大学，
类型：发明
国别省市：陕西;61