本實用新型涉及一種相控陣掃描與視頻圖像處理融合定位裝置，屬于移動定位技術領域。

背景技術：

目前公知的主要定位技術器材可以分為射頻/微波雷達以及視頻攝像頭。射頻/微波雷達只能夠探知障礙物的距離，而視頻攝像頭只能夠分辨定位信標的身份。

技術實現要素：

本實用新型所要解決的技術問題是提供一種能夠集成，具有體積小，精度高，探測范圍廣的相控陣掃描與視頻圖像處理融合定位裝置。

本實用新型解決上述技術問題所采用的技術方案是：一種相控陣掃描與視頻圖像處理融合定位裝置，包括天線饋線、數據與控制線和依次連接的相控陣與攝像頭面板、連接部件、系統主板；

所述連接部件為空心圓柱體，所述天線饋線、數據與控制線安裝在連接部件內；

所述相控陣與攝像頭面板上設置有天線單元和攝像頭，所述相控陣與攝像頭面板左表面安裝天線單元和攝像頭，右表面的正中連接連接部件；

所述系統主板包括相控陣移相器模塊、FPGA模塊、MCU模塊、RAM/ROM模塊、天線單元饋電接口、攝像頭數據接口、USB接口，所述相控陣移相器模塊通過射頻總線與天線單元饋電接口連接，所述FPGA模塊通過數據總線與攝像頭數據接口連接，所述相控陣移相器模塊分別與FPGA模塊、MCU模塊連接，所述RAM/ROM 模塊也分別與FPGA模塊、MCU模塊連接，所述FPGA模塊、MCU模塊之間相互連接，所述MCU模塊與USB接口連接；

所述天線饋線一端連接天線單元，另一端連接天線單元饋電接口，所述數據與控制線一端連接攝像頭，另一端連接攝像頭數據接口。

進一步的是，所述天線單元的個數為16個，形成4×4的天線陣列均布在相控陣與攝像頭面板左表面，攝像頭位于相控陣與攝像頭面板左表面正中。

一種相控陣掃描與視頻圖像處理融合定位方法，該方法包括以下步驟：

S10、將注冊過的特征點(即信標)存儲到RAM/ROM模塊(9)內；

S20、通過攝像頭(5)采集當前場景的圖像信息；

S30、再通過FPGA模塊(7)對圖像信息進行特征點匹配，定位到注冊過的特征點(即信標)；

S40、利用相控陣對當前場景進行快速掃描，掃描數據經過FPGA模塊(7) 處理生產當前場景的深度圖；

S50、將當前場景的圖像信息和當前場景的深度圖同時載入FPGA模塊(7) 內進行比對，得出圖像信息中特征點在深度圖中對應的位置；

S60、最后根據深度圖所包含的信息測算出攝像頭(5)和相控陣相對于注冊過的特征點(即信標)的位置。

本實用新型的有益效果：本實用新型為高集成度的定位探測器材，能夠在探測識別信標的同時，計算出探測器與信標的相對位置，極大提高系統的定位精度，同時也減小了定位系統在全局層面上的復雜度。

附圖說明

圖1為本實用新型的結構示意圖；

圖2為本實用新型的系統主板的結構示意圖；

圖3為本實用新型的相控陣圖；

圖4為本實用新型的流程示意圖。

圖中所示：1-相控陣與攝像頭面板，2-連接部件，3-系統主板，4-天線單元，5-攝像頭，6-相控陣移相器模塊，7-FPGA模塊、8-MCU模塊、9-RAM/ROM模塊、10-天線單元饋電接口、11-攝像頭數據接口、12-USB接口。

具體實施方式

下面結合實施例對本實用新型的具體實施方式做進一步的描述，并不因此將本實用新型限制在所述的實施例范圍之中。

如圖1、2所示，本實用新型的一種相控陣掃描與視頻圖像處理融合定位裝置，包括天線饋線、數據與控制線和依次連接的相控陣與攝像頭面板1、連接部件2、系統主板3；所述連接部件2為空心圓柱體，所述天線饋線、數據與控制線安裝在連接部件2內；

所述相控陣與攝像頭面板1上設置有天線單元4和攝像頭5，攝像頭5擁有60度的拍攝視角，分辨率達到1080p，所述相控陣與攝像頭面板1左表面安裝天線單元4和攝像頭5，右表面的正中連接連接部2；

所述系統主板3包括相控陣移相器模塊6、FPGA模塊7、MCU模塊8、RAM/ROM 模塊9、天線單元饋電接口10、攝像頭數據接口11、USB接口12，

其中天線單元饋電接口10主要由SMA接頭組成，攝像頭數據接口11為24位高速數據串口，USB接口12也為高速數據串口。所述相控陣移相器模塊6通過射頻總線與天線單元饋電接口10連接，所述FPGA模塊7通過數據總線與攝像頭數據接口11連接，所述相控陣移相器模塊6分別與FPGA模塊7、MCU模塊8連接，所述RAM/ROM模塊9也分別與FPGA模塊7、MCU模塊8連接，所述FPGA模塊7、MCU模塊8之間相互連接，所述MCU模塊8與USB接口12連接；

所述天線饋線一端連接天線單元4，另一端連接天線單元饋電接口10，所述數據與控制線一端連接攝像頭5，另一端連接攝像頭數據接口11。

為了使得天線單元能在相控陣與攝像頭面板1正前方的60度視角(FOV) 內完成波束掃描，因此優(yōu)選的實施方式是，所述天線單元4的個數為16個，形成4×4的天線陣列均布在相控陣與攝像頭面板1左表面，攝像頭5位于相控陣與攝像頭面板1左表面正中。16個天線單元4分成4行4列均勻分布在相控陣與攝像頭面板1表面上。

上述裝置中MCU模塊8為系統的主控制器，主控制器完成系統的主要控制任務。FPGA模塊7完成攝像頭5數據的算法處理工作。RAM/ROM模塊用于記錄數據。相控陣移相器模塊6，收到MCU模塊8的指令，完成對天線單元4的饋電移相工作；相控陣移相器模塊6的結構如圖3所示。由于相控陣需要對正前方的60度視角進行立體掃描，因此陣列的移相需要能夠在水平與垂直方向進行。故而移相器系統分為兩層，第一層產生行方向(垂直方向)掃描，第二層產生列方向(水平方向)掃描。通過對兩層移相器的控制，可以達到視角范圍內的全方位掃描要求。USB接口12以便與不同系統的上位機進行交互；該部分兼容最新的USB3.0協議。

一種相控陣掃描與視頻圖像處理融合定位方法，該方法包括以下步驟：

S10、將注冊過的特征點(即信標)存儲到RAM/ROM模塊(9)內；

S20、通過攝像頭(5)采集當前場景的圖像信息；

S30、再通過FPGA模塊(7)對圖像信息進行特征點匹配，定位到注冊過的特征點(即信標)；

S40、利用相控陣對當前場景進行快速掃描，掃描數據經過FPGA模塊(7) 處理生產當前場景的深度圖；

S50、將當前場景的圖像信息和當前場景的深度圖同時載入FPGA模塊(7) 內進行比對，得出圖像信息中特征點在深度圖中對應的位置；

S60、最后根據深度圖所包含的信息測算出攝像頭(5)和相控陣相對于注冊過的特征點(即信標)的位置。

具體的為：在某一個探測時間點，通過MCU模塊8的控制，首先由相控陣與攝像頭面板1上的攝像頭5對當前場景60度視角范圍采集圖像信息。該圖像被傳送至FPGA模塊7內部進行特征點匹配，如果發(fā)現注冊過的特征點(即找到信標)，則記錄下該圖像。該圖像命名為F1，F1同時被存入主板上的RAM/ROM 模塊9單元備用。第二步，相控陣與攝像頭面板1相控陣開始工作。在MCU的控制下，FPGA模塊7輸出/接收脈沖信號，并實時調節(jié)相控陣移相器單元，完成相控陣對攝像頭5正前方60度視角范圍進行快速掃描。掃描過程中產生的數據輸入FFPGA模塊7進行處理，最終生成場景的深度圖F2。深度圖F2可以理解為相控陣與攝像頭面板1以及攝像頭5正視視角下場景的等高線圖。第三步，F1 與F2同時載入FFPGA模塊7進行比對。由于F1與F2的觀察視角一致，并且F1 包含的信息為可是線路信息，故而通過對比可以得出F1中特征點在F2中對應的位置，從而根據F2所包含的信息可以測算出當前探測器相對信標的位置。該位置信息通過MCU模塊8處理，經由USB接口12上傳至上位機。

所以本實用新型通過采用射頻/微波定位與視頻定位融合的定位方法，并設計了一種高集成度的定位探測器材，能夠在探測識別信標的同時，計算出探測器與信標的相對位置，極大提高系統的定位精度，同時也減小了定位系統在全局層面上的復雜度。