本發(fā)明涉及汽車主動(dòng)安全技術(shù)領(lǐng)域，涉及一種基于編碼激光與雙目視覺的輔助駕駛系統(tǒng)及方法。

背景技術(shù)：

汽車的普及為越來越多的人提供了更加便捷的出行方式，然而伴隨著便捷的是交通事故的頻繁發(fā)生，這使更多人的財(cái)產(chǎn)甚至生命安全面臨著嚴(yán)重的威脅。

安全駕駛的實(shí)現(xiàn)很大一部分取決于駕駛員能否在行車過程中時(shí)刻保持安全距離,而相對于人眼結(jié)合經(jīng)驗(yàn)而言，借助物理儀器或裝置來判斷車輛與前方障礙的距離將更加準(zhǔn)確。

現(xiàn)代測距技術(shù)主要有超聲波、雷達(dá)、激光、攝影攝像等四種。其中，攝影攝像測距因其結(jié)構(gòu)簡單、測量精度高、成本較低等諸多優(yōu)勢而成為研究的熱點(diǎn)。

攝影攝像測距技術(shù)分為單目視覺和雙目視覺兩大類，其中雙目視覺以人眼為原型運(yùn)用仿生學(xué)原理設(shè)計(jì)而成，該測距方法采用兩個(gè)相同的攝像機(jī)(左、右)同時(shí)對一場景進(jìn)行圖像采集，然后提取左右圖像中相對應(yīng)的特征點(diǎn)并匹配其坐標(biāo)，通過算法計(jì)算出距離信息。

目前公知的雙目視覺測距技術(shù)在輔助駕駛上應(yīng)用時(shí)，存在如下問題：

一、由于汽車行駛環(huán)境的不確定性，導(dǎo)致從圖像中提取特征點(diǎn)困難，即攝像機(jī)所采集到的圖像中可能不存在明顯的特征點(diǎn)，此時(shí)所測距離與真實(shí)距離之間存在較大差異甚至測距不可實(shí)現(xiàn)。

二、適用性較低。同樣的道路條件下，行車安全距離很大程度上取決于汽車的行駛速度，若將安全距離設(shè)置為某一固定值，則測距裝置可能會(huì)在汽車不應(yīng)該減速的情況下提醒駕駛員減速慢行，從而干擾了駕駛員的正常操作。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的是提供一種基于編碼激光與雙目視覺的輔助駕駛系統(tǒng)及方法，解決了現(xiàn)有技術(shù)中存在的問題，即在處理圖像的過程中提取特征點(diǎn)困難且預(yù)設(shè)的安全距離未能與多變的車速相匹配。

本發(fā)明是通過以下技術(shù)手段實(shí)現(xiàn)上述技術(shù)目的的。

一種基于編碼激光與雙目視覺的輔助駕駛系統(tǒng)，其特征在于，主要由車速傳感器、編碼激光源、圖像采集模塊、信號處理模塊、信號輸出模塊組成；

所述編碼激光源用于發(fā)出帶有特定編碼且波長大于800nm的激光，即紅外光，人眼無法識(shí)別激光光束和光斑；所述編碼激光源裝于車輛上、能夠照射到車輛前方的位置；

所述圖像采集模塊包括右側(cè)攝像頭、左側(cè)攝像頭、右側(cè)濾鏡、左側(cè)濾鏡、圖像傳輸線路；右側(cè)攝像頭、左側(cè)攝像頭分別通過圖像傳輸線路與信號處理模塊連接；所述右側(cè)攝像頭、左側(cè)攝像頭分別裝于所述編碼激光源兩側(cè)，且光源中心線與右側(cè)攝像頭、左側(cè)攝像頭光軸接近平行；右側(cè)攝像頭、左側(cè)攝像頭分別用于采集捕獲激光束照射在障礙物表面形成光斑的圖像，所述右側(cè)濾鏡、左側(cè)濾鏡分別設(shè)置在右側(cè)攝像頭、左側(cè)攝像頭前方，用于濾除部分可見光，使激光光斑從混雜的光線環(huán)境中分離出來；所述圖像傳輸線路用于將右側(cè)攝像頭、左側(cè)攝像頭采集的圖像傳輸至信號處理模塊；

所述車速傳感器用于實(shí)時(shí)檢測車輛的車速，并將車速信號傳輸至信號處理模塊；

所述信號處理模塊用于根據(jù)右側(cè)攝像頭、左側(cè)攝像頭采集圖像中光斑的坐標(biāo)、右側(cè)攝像頭與左側(cè)攝像頭光軸的距離L、鏡頭焦距f，計(jì)算激光斑與本車輛間的距離為本車輛與前方障礙物間的實(shí)際距離；并根據(jù)本車輛的車速給出本車輛與前方障礙物之間的安全距離S_max；

所述信號輸出模塊用于比較本車輛與前方障礙物間的實(shí)際距離和本車輛與前方障礙物之間的安全距離S_max，并根據(jù)比較結(jié)果發(fā)出警報(bào)。

優(yōu)選地，所述右側(cè)攝像頭、左側(cè)攝像頭均為數(shù)字式攝像頭。

優(yōu)選地，所述編碼激光源、右側(cè)攝像頭、左側(cè)攝像頭裝于車輛前擋風(fēng)玻璃上、后視鏡之后的位置。

優(yōu)選地，所述右側(cè)攝像頭、左側(cè)攝像頭采用支架相連。

基于編碼激光與雙目視覺的輔助駕駛方法，其特征在于，包括以下步驟：

(1)編碼激光源發(fā)出帶有特定編碼且波長大于800nm的激光，在車輛前方形成激光光斑，右側(cè)攝像頭、左側(cè)攝像頭透過右側(cè)濾鏡、左側(cè)濾鏡采集激光光斑的圖像，并通過圖像傳輸線路傳輸至信號處理模塊；車速傳感器用于實(shí)時(shí)檢測車輛的車速，并將車速信號傳輸至信號處理模塊；

(2)所述信號處理模塊根據(jù)右側(cè)攝像頭、左側(cè)攝像頭采集圖像中光斑的坐標(biāo)、右側(cè)攝像頭與左側(cè)攝像頭光軸的距離L、鏡頭焦距f，計(jì)算激光斑與本車輛間的距離為本車輛與前方障礙物間的實(shí)際距離；根據(jù)本車輛的車速給出本車輛與前方障礙物之間的安全距離S_max；

(3)信號輸出模塊比較本車輛與前方障礙物間的實(shí)際距離和本車輛與前方障礙物之間的安全距離S_max，并根據(jù)比較結(jié)果發(fā)出警報(bào)。

本發(fā)明的有益效果是：

本系統(tǒng)中使用了編碼激光源，在處理由左右攝像機(jī)捕獲到的圖像時(shí)，可直接以圖像上的激光光斑作為特征點(diǎn)，保證了測距的可實(shí)現(xiàn)性，提高了測距效率與測距精度；對激光的編碼處理便于濾除其他干擾光斑，為其普及奠定了基礎(chǔ)。根據(jù)不同的車速范圍設(shè)定不同的行車安全距離，保證了本測距裝置的適用性。

附圖說明

圖1是本發(fā)明的基于編碼激光與雙目視覺的輔助駕駛系統(tǒng)在車輛上的布置示意圖。

圖2是本發(fā)明所述的輔助駕駛系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)示意圖。

圖3是本明所述的輔助駕駛系統(tǒng)的工作流程圖。

圖4是所圖像采集的成像原理圖。

圖5是計(jì)算距離所采用的數(shù)學(xué)模型。

具體實(shí)施方式

下面結(jié)合附圖以及具體實(shí)施例對本發(fā)明作進(jìn)一步的說明，但本發(fā)明的保護(hù)范圍并不限于此。

本發(fā)明所述的基于編碼激光與雙目視覺的輔助駕駛系統(tǒng)，本輔助駕駛系統(tǒng)的主體在車輛上的布置位置選擇在前擋風(fēng)玻璃上、后視鏡之后，如附圖1所示，保證便于實(shí)施測距的同時(shí)不影響駕駛員正常的視覺。

所述的基于編碼激光與雙目視覺的輔助駕駛系統(tǒng)，如圖2所示，主要由車速傳感器、編碼激光源、圖像采集模塊、信號處理模塊、信號輸出模塊組成。

所述編碼激光源用于發(fā)出帶有特定編碼且波長大于800nm的激光，為不可見光且具有特定的編碼。所述編碼激光源裝于車輛上、能夠照射到車輛前方的位置。

所述圖像采集模塊包括右側(cè)攝像頭、左側(cè)攝像頭、右側(cè)濾鏡、左側(cè)濾鏡、圖像傳輸線路；右側(cè)攝像頭、左側(cè)攝像頭分別通過圖像傳輸線路與信號處理模塊連接；所述右側(cè)攝像頭、左側(cè)攝像頭分別裝于所述編碼激光源兩側(cè)，且光源中心線與右側(cè)攝像頭、左側(cè)攝像頭光軸接近平行；右側(cè)攝像頭、左側(cè)攝像頭分別透過濾鏡捕獲采集捕獲激光束照射在障礙物表面形成光斑的圖像，左側(cè)攝像頭與右側(cè)攝像頭采用支架相連。所述右側(cè)濾鏡、左側(cè)濾鏡分別設(shè)置在右側(cè)攝像頭、左側(cè)攝像頭前方，用于濾除部分可見光，使激光光斑從混雜的光線環(huán)境中分離出來；所述圖像傳輸線路用于將右側(cè)攝像頭、左側(cè)攝像頭采集的圖像傳輸至信號處理模塊；編碼激光源位于左側(cè)攝像頭與右側(cè)攝像頭之間,且光源中心線與左右鏡頭光軸接近平行；所采用的攝像頭為數(shù)字式攝像頭，其采集的圖像以數(shù)字信號的形式經(jīng)由圖像傳輸線路傳至信號處理模塊。

車速傳感器按現(xiàn)行的布置方式布置即可，所述車速傳感器用于實(shí)時(shí)檢測車輛的車速，并將車速信號傳輸至信號處理模塊；

所述信號處理模塊用于根據(jù)右側(cè)攝像頭、左側(cè)攝像頭采集圖像中光斑的坐標(biāo)、右側(cè)攝像頭與左側(cè)攝像頭光軸的距離L、鏡頭焦距f，計(jì)算激光斑與本車輛間的距離為本車輛與前方障礙物間的實(shí)際距離；并根據(jù)本車輛的車速給出本車輛與前方障礙物之間的安全距離S_max；

所述信號輸出模塊用于比較本車輛與前方障礙物間的實(shí)際距離和本車輛與前方障礙物之間的安全距離S_max，并根據(jù)比較結(jié)果發(fā)出警報(bào)。

基于編碼激光與雙目視覺的輔助駕駛系統(tǒng)工作流程如圖3所示，實(shí)施測距之前，編碼激光源發(fā)射帶有特定編碼且波長大于800nm的激光，在車輛前方障礙表面形成激光斑，右側(cè)攝像頭、左側(cè)攝像頭同時(shí)透過右側(cè)濾鏡、左側(cè)濾鏡采集激光光斑的圖像，圖像采集的成像原理如圖4所示。圖像以數(shù)字信號的形式經(jīng)由圖像傳輸線路傳至信號處理模塊。車速傳感器用于實(shí)時(shí)檢測車輛的車速，并將車速信號傳輸至信號處理模塊。

所述信號處理模塊根據(jù)右側(cè)攝像頭、左側(cè)攝像頭采集圖像中光斑的坐標(biāo)、右側(cè)攝像頭與左側(cè)攝像頭光軸的距離L、鏡頭焦距f，計(jì)算激光斑與本車輛間的距離，為本車輛與前方障礙物間的實(shí)際距離。

假設(shè)攝像頭每秒鐘采集圖像N幀，且在N幀圖像中若某個(gè)具有特定編碼的光斑的出現(xiàn)次數(shù)不小于則認(rèn)為該光斑是由本輔助駕駛系統(tǒng)發(fā)出的激光形成，將其定義為P。即右側(cè)攝像頭、左側(cè)攝像頭采集到的圖像中分別提取到編碼激光斑P_R、P_L。

現(xiàn)結(jié)合圖5說明本輔助駕駛系統(tǒng)在計(jì)算距離時(shí)所采用的算法原理：

信號處理模塊通過算法匹配編碼激光光斑P在左圖像中的坐標(biāo)P_L(u₁，v₁)、在右圖像中的坐標(biāo)P_R(u₂，v₂)。

已知左右鏡頭光軸的距離L，光斑P在左圖像中的坐標(biāo)P_L(u₁，v₁)、在右圖像中的坐標(biāo)P_R(u₂，v₂)，鏡頭焦距f，信號處理模塊根據(jù)以上參數(shù)通過算法計(jì)算出視差(u₁-u₂)，并最終計(jì)算出激光斑P與本車輛間的距離S。

經(jīng)計(jì)算，光斑P與本車輛間的距離S為：

$S=\frac{f\·\[L-(u_1-u_2)\]}{u_1-u_2}.$

信號處理模塊的內(nèi)置算法依據(jù)不同的車速范圍設(shè)定不同的行車安全距離S_max，車速[v₀,v₁)、[v₁,v₂)、[v₂,v₃)...對應(yīng)的行車安全距離分別為S₀、S₁、S₂...。假設(shè)經(jīng)速度傳感器測得車速在[v₁,v₂)范圍內(nèi)，則信號處理模塊將行車安全距離S_max置為S₁。

信號處理模塊將S與S_max作比較，若S≤S_max，則信號輸出模塊發(fā)出安全警報(bào)提醒駕駛員減速慢行。

所述實(shí)施例為本發(fā)明的優(yōu)選的實(shí)施方式，但本發(fā)明并不限于上述實(shí)施方式，在不背離本發(fā)明的實(shí)質(zhì)內(nèi)容的情況下，本領(lǐng)域技術(shù)人員能夠做出的任何顯而易見的改進(jìn)、替換或變型均屬于本發(fā)明的保護(hù)范圍。