视觉雷达系统技术方案

本发明专利技术揭示了一种视觉雷达系统，包括光学反射镜片、旋转装置、图像采集装置及控制和图像处理单元，其中旋转装置带动光学反射镜片进行旋转从而将不同角度的光线反射到图像采集装置中，控制和图像处理单元用以控制旋转装置及图像采集装置，并且对图像采集装置采集的图像进行加工处理，获取外部环境完整的图像。

【技术实现步骤摘要】
视觉雷达系统
本专利技术属于电子
，特别是指一种视觉雷达系统。
技术介绍
对于目标物体的探测，通常采用激光雷达技术或双目视觉技术。其中激光雷达是以发射激光束探测目标的位置、速度等特征量的雷达系统。其工作原理是向目标发射探测信号(激光束)，然后将接收到的从目标反射回来的信号(目标回波)与发射信号进行比较，作适当处理后就可获得目标的有关信息，如目标距离、方位、高度、速度、姿态、甚至形状等参数，从而对飞机、导弹等目标进行探测、跟踪和识别。它由激光发射机、光学接收机、转台和信息处理系统等组成，激光器将电脉冲变成光脉冲发射出去，光接收机再把从目标反射回来的光脉冲还原成电脉冲，送到显示器。飞行时间(TimeofFlight，即TOF)技术是一种进行光飞行时间测量的方式。这种方式顾名思义就是发射出一道激光，然后利用光电二极管来进行激光的回波检测，再使用一个很高精度的计时器去测量光波发射到目标物引起反馈再回来的时间差，根据光速具有不变性，再将时间差乘以光速就可以得到目标物体的距离，而这个就是被现在主流的各大工业级别的激光雷达所采用的距离测量的方式，激光雷达的优势表现在持续360度的能见度和精准的深度信息。双目视觉技术是模拟人类视觉原理，利用计算机被动感知距离的方法。其主要是从两个或者多个点观察一个物体，获取在不同视角下的图像，根据图像之间像素的匹配关系，通过三角测量原理计算出像素之间的偏移来获取物体的三维信息。得到了物体的景深信息，就可以计算出物体与相机之间的实际距离、物体三维大小、两点之间实际距离。目前也有很多研究机构进行三维物体识别，来解决2D算法无法处理遮挡，姿态变化的问题，提高物体的识别率。双目立体视觉测量方法具有效率高、精度合适、系统结构简单、成本低等优点，非常适合于制造现场的在线、非接触产品检测和质量控制。对运动物体(包括动物和人体形体)测量中，由于图像获取是在瞬间完成的，因此立体视觉方法是一种更有效的测量方法。为了精确地求得某个点在三维空间里的深度信息，需要获得的参数有焦距、视差、摄像头中心距；为了获得某个点的X坐标和Y坐标，还需要知道左右像平面的坐标系与立体坐标系中原点的偏移。因此双目立体视觉测量方法需要进行三个步骤：相机标定、图像校正、立体匹配。其精度要受相机性能、光照和基线长度(两台相机之间距离)影响。基线长度影响双目测距精度，长基线对于远距离物体测距精度越高；相反，短基线对近距离物体的测距精度越高。而实际应用中，基线是固定的，因为基线变动需要重新标定。相较于激光雷达的360度视野，双目立体视觉的视角更窄。360度全景摄像头采用鱼眼式全景成像光学系统，或者将安装在不同位置和角度的多个180度广角摄像机所提供的图像，经过图像处理单元矫正和拼接后，形成一幅360度全景图像。其中鱼眼式全景镜头会让图像产生畸变，会给后期图像处理和人眼辨识带来很多困难。因此，基于视觉图像处理的360度精准深度信息技术复杂度高。
技术实现思路
本专利技术的目的在于提供一种视觉雷达系统，用以解决激光雷达成本过高和双目视觉的局限性的问题。为实现上述目的，实施本专利技术的视觉雷达系统，其中该视觉雷达系统包括光学反射镜片、旋转装置、图像采集装置及控制和图像处理单元，其中旋转装置带动光学反射镜片进行旋转从而将不同角度的光线反射到图像采集装置中，控制和图像处理单元用以控制旋转装置及图像采集装置，并且对图像采集装置采集的图像进行加工处理，获取外部环境完整的图像。较佳地，该旋转装置包括固定光学反射镜片的旋转圆盘，固定旋转圆盘的托盘及带动旋转圆盘转动的步进电机，通过步进电机的驱动，旋转圆盘可以旋转360度，同时光学反射镜片随旋转圆盘一起转动。较佳地，该图像采集装置为基于CCD或CMOS图像传感器的单目相机或TOF的单目相机，光学反射镜片旋转一周完成多个角度拍照后，经过控制和图像处理单元矫正和拼接后形成360度全景图像。较佳地，该图像采集装置为基于CCD或CMOS图像传感器的单目相机，光学反射镜片旋转一周完成多个角度拍照后，基于不同角度图像的视差，控制和图像处理单元利用图像采集装置采集的图像构建360度全景深度图像。较佳地，该图像采集装置为TOF单目相机，光字反射镜片旋转一周完成多个角度拍照后，控制和图像处理单元矫正和拼接后形成的360度全景深度图像。较佳地，在能够通过光学反射镜片反射到图像采集装置的旋转圆盘上设有一些标签或标志位，把这些标签或标志位通过图像处理标定为几个固定角度的位置，用以调整步进电机的精度。较佳地，该旋转圆盘上设置一开孔，底部放置一激光光源，激光透过开孔反射到图像采集装置，通过拍照而调整步进电机的精度。较佳地，光学反射镜片与旋转圆盘之间的夹角可调整。与现有技术相比较，本专利技术利用图像采集装置在光学反射镜片旋转一周的过程中完成多个角度图像采集，之后控制和图像处理单元对图像进行处理形成全景图片，从而可以实现各种目标和障碍物检测。【附图说明】图1为实施本专利技术的视觉雷达系统的组成结构示意图。图2为实施本专利技术的视觉雷达系统工作原理示意图。【具体实施方式】请参阅图1所示，为实施本专利技术的视觉雷达系统的组成结构示意图。实施本专利技术的视觉雷达系统包括光学反射镜片10、旋转装置、图像采集装置15及控制和图像处理单元16，其中旋转装置带动光学反射镜片10进行旋转从而将不同角度的光线反射到图像采集装置15中，如此图像采集装置15可以采集到外部环境不同角度的图像，控制和图像处理单元16用以控制旋转装置及图像采集装置15，并且对图像采集装置15采集的图像进行加工处理，以获取外部环境完整的图像。在具体实施时，该旋转装置包括固定光学反射镜片10的旋转圆盘11，固定旋转圆盘11的托盘12及带动旋转圆盘11转动的步进电机13。通过步进电机13的驱动，旋转圆盘11可以旋转360度，同时光学反射镜片10也随旋转圆盘11一起转动。其中为获得更大的视角，光学反射镜片10与旋转圆盘11之间的夹角可以调节。根据实际需要，外部也可以加装防尘罩。该图像采集装置15可为基于CCD、CMOS图像传感器的单目相机或TOF单目相机。另外，该视觉雷达系统还包括一支架14，用以支撑图像采集装置15等结构件。步进电机13与旋转圆盘11之间可通过齿轮等传动机构进行传动。为了防止光学反射镜片10旋转带来的动感模糊(motionblur)，控制和图像处理单元16确保旋转装置和图像采集装置同步，即，控制和图像处理单元16控制旋转装置旋转到一定角度后图像采集装置15再开始拍照(trigger)。并且，也可以通过在能够通过光学反射镜片10反射到图像采集装置15的旋转圆盘11上预设一些标签或标志位(marker)，比如圆点或圆孔，或者也可以是打孔后在底部放置激光。把这些标签或标志位通过图像处理可以标定为几个固定角度的位置，在步进电机13精度不够时(如步进电机会因为发热等因素精度降低)，可以一次来调整步进电机13的精度。如图2所示，当旋转装置带动光学反射镜片10旋转一周并完成多个角度拍照后，经过控制和图像处理单元16矫正和拼接后，可以形成一幅360度全景图像。因为旋转圆盘11的半径和步进电机13旋转的角度是已知的，控制和图像处理单元16主要包括图像的变换(单应性或者仿射变换)和拼接。对于基于C本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种视觉雷达系统，其特征在于：该视觉雷达系统包括光学反射镜片、旋转装置、图像采集装置及控制和图像处理单元，其中旋转装置带动光学反射镜片进行旋转从而将不同角度的光线反射到图像采集装置中，控制和图像处理单元用以控制旋转装置及图像采集装置，并且对图像采集装置采集的图像进行加工处理，获取外部环境完整的图像。

【技术特征摘要】
1.一种视觉雷达系统，其特征在于：该视觉雷达系统包括光学反射镜片、旋转装置、图像采集装置及控制和图像处理单元，其中旋转装置带动光学反射镜片进行旋转从而将不同角度的光线反射到图像采集装置中，控制和图像处理单元用以控制旋转装置及图像采集装置，并且对图像采集装置采集的图像进行加工处理，获取外部环境完整的图像。2.如权利要求1所述的视觉雷达系统，其特征在于：该旋转装置包括固定光学反射镜片的旋转圆盘，固定旋转圆盘的托盘及带动旋转圆盘转动的步进电机，通过步进电机的驱动，旋转圆盘可以旋转360度，同时光学反射镜片随旋转圆盘一起转动。3.如权利要求1所述的视觉雷达系统，其特征在于：该图像采集装置为基于CCD或CMOS图像传感器的单目相机或TOF的单目相机，光学反射镜片旋转一周完成多个角度拍照后，经过控制和图像处理单元矫正和拼接后形成360度全景图像。4.如权利要求1所述的视觉雷达系统，其特征在于：该图像采集...

【专利技术属性】
技术研发人员：汪奕辰，安星如，
申请(专利权)人：汪奕辰，安星如，
类型：发明
国别省市：上海,31