【技术实现步骤摘要】
本专利技术属于车辆控制，涉及一种基于激光点阵图案成像的路面障碍物预警装置及方法。
技术介绍
1、车辆在高速行驶中，路面障碍物常常会擦伤底盘或者剧烈颠簸，现有的多采用汽车防撞雷达，它能够自动发现可能与汽车发生碰撞的车辆、行人，或其他障碍物体，发出警报或同时驱动汽车实施制动或规避等措施，以避免碰撞的发生。
2、现有的汽车防撞预警装置多采用汽车防撞雷达，如中国专利：一种汽车防撞毫米波雷达系统(申请号201610341257.2)、汽车防撞雷达信号处理方法和系统(申请号202010499072.0)，雷达通过天线向外发射电磁波信号后，接收目标的反射回波，通过中央控制单元进行处理，经合理决策后，以声、光及触觉等多种方式告知或警告驾驶员，或及时对汽车做出主动干预，从而保证驾驶过程的安全性和舒适性，减少事故发生几率。其存在的问题是雷达有效探测区域和距离受限，且容易出现误判，此外障碍物目标不直观，很有必要研制一种基于图像识别的路面障碍物预警装置及方法。
技术实现思路
1、本专利技术的目的是提供一种基于激光点阵图案成像的车辆防碰撞预警装置及方法，在汽车的前保险杠或车顶的位置处安装朝向路面的点阵光源和摄像头，通过对畸变光点图像的处理，识别到路面障碍物的信息，进而对驾驶员进行预警或者对无人车进行避障控制。
2、本专利技术的技术方案如下：
3、一种基于激光点阵图案成像的路面障碍物预警装置，包括探测模块、中央控制单元和告警单元，所述的探测模块包括安装在车辆的车身前部的点阵
4、上述基于激光点阵图案成像的路面障碍物预警装置中，点阵光源包括激光器和激光器前端设置的衍射元件，衍射元件对激光扩束并输出二维阵列光点。
5、上述基于激光点阵图案成像的路面障碍物预警装置中，所述的衍射元件为二维微透镜阵列或透射式位相光栅。
6、上述基于激光点阵图案成像的路面障碍物预警装置中，激光器的输出波长为肉眼不可见的近红外波段，在摄像头的前端安装有与激光波长相匹配的窄带滤光片。
7、上述基于激光点阵图案成像的路面障碍物预警装置中，激光器的波长为850nm或915nm，在摄像头的前端安装有中心波长为850nm或915nm的窄带滤光片。
8、上述基于激光点阵图案成像的路面障碍物预警装置中，点阵光源和摄像头安装在车顶或者车辆的前保险杠中部位置；告警单元为液晶显示屏或扬声器。
9、上述基于激光点阵图案成像的路面障碍物预警装置中，凹坑或凸起障碍物的信息包括凹坑或凸起障碍物的位置、轮廓大小和轮廓内的高低起伏参数。
10、一种基于激光点阵图案成像的路面障碍物预警方法，包括以下步骤：
11、【1】点阵光源按照设定的角度入射至平整的路面，中央控制单元控制摄像头获取平整路面的二维光点阵列的标准图像，并进行存储；
12、【2】中央控制单元控制摄像头实时获取车辆行驶中路面的二维光点阵列图像，并与事先存储的标准图像进行比对，得到二维光点的畸变信息；
13、【3】中央控制单元根据二维光点阵列的畸变信息，计算得到凹坑或凸起障碍物的分布位置、轮廓大小和轮廓内畸变光点的高低起伏参数，并周期性发送探测结果至车辆控制平台；
14、【4】探测结果一旦超出设定的阈值，则发出报警信号至告警单元，或由车辆控制平台自动控制无人车进行避障；
15、所述的高低起伏参数包括凸起障碍物的高度和凹坑障碍物的深度值。
16、上述基于激光点阵图案成像的路面障碍物预警方法中，步骤【3】中凹坑或凸起障碍物的分布位置、轮廓大小和轮廓内的高低起伏参数的判断依据如下：
17、凹坑或凸起障碍物的分布位置根据图像畸变光点的分布位置，以及光源和摄像头的成像参数计算得到；
18、凹坑或凸起障碍物的轮廓大小根据图像相邻畸变光点围成的区域，以及光源和摄像头的成像参数计算得到；
19、高低起伏参数根据轮廓内畸变光点沿车辆行驶方向的位移，以及光源和摄像头的成像参数计算得到。
20、上述基于激光点阵图案成像的路面障碍物预警方法中，轮廓内畸变光点的高低起伏参数计算公式为：
21、bc＝ac*ctg(θ)
22、其中bc为障碍物畸变光点在成像面上的位移；ac为障碍物畸变光点的高低起伏值；θ为障碍物畸变光点与摄像头之间连线与地面的夹角。
23、本专利技术具有以下的有益技术效果：
24、一、本专利技术采用一种基于激光辅助的障碍物主动探测方法，在汽车前保险杠或车顶处安装障碍物探测模块，行驶时实时路面探测，并周期性发送探测结果报文，一旦探测得到超出阈值的障碍物即可告警，从而达到提醒驾驶员，智能车辆也可以根据收到的探测结果报文主动减速，起到保护汽车及行人的目的；相比于传统的雷达障碍物预警，图像探测结果更直观，且探测距离和区域可控，不容易出现误判。
25、二、本专利技术采用摄像机拍摄的路面点阵激光图像，并与平整路面的二维光点阵列的标准图像进行比对，获取二维光点的扭曲等畸变信息，进而获得凹坑或凸起障碍物的分布位置、轮廓大小和轮廓内的高低起伏参数，并周期性给高精装置发送探测结果报文，从而达到提醒驾驶员，智能车辆也可以通过探测结果报文主动减速避障，保护车辆及行人。实施中摄像头只需要对视频中点阵光斑进行识别，并与事先获取的标准图像中的点阵光斑进行比对，进而对数量较少的畸变光斑图像点的位置变化信息进行简单的计算处理，相比于普通的摄像头对全景图像处理实现障碍预警，具有原理算法可靠、运算处理速度快、成本低等特点，从而满足了高速行驶的需求；同时该方法能够快速准确地探测到障碍物并恢复出其表面三维信息，可以探测正负障碍的存在，并具有很强的鲁棒性。
26、三、本专利技术的二维光点采用激光器经过二维微透镜阵列进行衍射后获取，使得有效探测光点的亮度较高，再在摄像机前配以激光波长相匹配的窄带滤光片对背景光和杂光进行过滤，满足了夜间和白天的全天候探测需求，具有较高的探测灵敏度。
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1.一种基于激光点阵图案成像的路面障碍物预警装置，其特征在于：包括探测模块、中央控制单元和告警单元(9)，所述的探测模块包括安装在车辆(1)的车身前部的点阵光源(2)和摄像头(3)；所述的点阵光源(2)沿设定的角度朝向路面(5)出射光束(6)，且在路面(5)上形成二维阵列光点(11)；中央控制单元控制摄像头(3)实时采集二维光点阵列图像，并与将点阵光源(2)照射到平整路面的标准图像进行比对，获取二维光点的畸变信息，从而计算得到路面凹坑或凸起障碍物(4)的信息，然后周期性发送探测结果至车辆控制平台；探测结果一旦超出设定的阈值，则发出报警信号至告警单元(9)，或由车辆控制平台自动控制无人车进行避障。
2.根据权利要求1所述的基于激光点阵图案成像的路面障碍物预警装置，其特征在于：点阵光源(2)包括激光器(21)和激光器前端设置的衍射元件(22)，衍射元件(22)对激光扩束并输出二维阵列光点(11)。
3.根据权利要求2所述的基于激光点阵图案成像的路面障碍物预警装置，其特征在于：所述的衍射元件(22)为二维微透镜阵列或透射式位相光栅。
4.根据权利要求
5.根据权利要求4所述的基于激光点阵图案成像的路面障碍物预警装置，其特征在于：激光器(21)的波长为850nm或915nm，在摄像头的前端安装有中心波长为850nm或915nm的窄带滤光片。
6.根据权利要求1所述的基于激光点阵图案成像的路面障碍物预警装置，其特征在于：点阵光源(2)和摄像头(3)安装在车顶或者车辆的前保险杠中部位置；告警单元(9)为液晶显示屏或扬声器。
7.根据权利要求1所述的基于激光点阵图案成像的路面障碍物预警装置，其特征在于：凹坑或凸起障碍物的信息包括凹坑或凸起障碍物的位置、轮廓大小和轮廓内的高低起伏参数。
8.一种利用权利要求1-7任意之一的基于激光点阵图案成像的路面障碍物预警方法，其特征在于，包括以下步骤：
9.根据权利要求8所述的基于激光点阵图案成像的路面障碍物预警方法，其特征在于，步骤【3】中凹坑或凸起障碍物的分布位置、轮廓大小和轮廓内的高低起伏参数的判断依据如下：
10.根据权利要求9所述的基于激光点阵图案成像的路面障碍物预警方法，其特征在于：
...【技术特征摘要】
1.一种基于激光点阵图案成像的路面障碍物预警装置，其特征在于：包括探测模块、中央控制单元和告警单元(9)，所述的探测模块包括安装在车辆(1)的车身前部的点阵光源(2)和摄像头(3)；所述的点阵光源(2)沿设定的角度朝向路面(5)出射光束(6)，且在路面(5)上形成二维阵列光点(11)；中央控制单元控制摄像头(3)实时采集二维光点阵列图像，并与将点阵光源(2)照射到平整路面的标准图像进行比对，获取二维光点的畸变信息，从而计算得到路面凹坑或凸起障碍物(4)的信息，然后周期性发送探测结果至车辆控制平台；探测结果一旦超出设定的阈值，则发出报警信号至告警单元(9)，或由车辆控制平台自动控制无人车进行避障。
2.根据权利要求1所述的基于激光点阵图案成像的路面障碍物预警装置，其特征在于：点阵光源(2)包括激光器(21)和激光器前端设置的衍射元件(22)，衍射元件(22)对激光扩束并输出二维阵列光点(11)。
3.根据权利要求2所述的基于激光点阵图案成像的路面障碍物预警装置，其特征在于：所述的衍射元件(22)为二维微透镜阵列或透射式位相光栅。
4.根据权利要求1所述的基于激光点阵图案成像的路面障碍物预警装置，其特征在于：激光器...
【专利技术属性】
技术研发人员：刘根贤，崔海，金前文，陈建军，周哲，罗煜森，曾卫东，伍菲菲，舒琴，
申请(专利权)人：湖南航天经济发展有限公司，
类型：发明
国别省市：
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