而出現(xiàn)光條"消 失"的現(xiàn)象，原理如圖6(d)所示。
[0054]水障礙輪廓的提??；對連續(xù)帖的多幅圖像進行處理，根據(jù)線結(jié)構(gòu)光光條遇水的變 化特性可W對水坑形狀進行掃描提取。圖7是線結(jié)構(gòu)光光條遇到水坑時二維光條掃描過程 示意。在線結(jié)構(gòu)光二值灰度化圖像中，水、地交界處光條灰度值會發(fā)生突變。將連續(xù)多帖圖 像中的突變點記錄、存儲并連接起來，就可W繪制出水體的外圍輪廓圖，并計算出水體的長 度和寬度。稱根據(jù)線結(jié)構(gòu)光條灰度值突變特征進行水障礙檢測識別的算法為"黑洞"算法。 [00巧]本申請?zhí)岢龅木€結(jié)構(gòu)光傳感器用于遠距離的水障礙檢測。由于線結(jié)構(gòu)光和地面之 間的夾角比較小，激光光線遇到水體的時候，大部分光線被反射，極少發(fā)生折射；所W此處 不考慮水深檢測，而只是進行車體前方路面水障礙輪廓的提取。根據(jù)輪廓圖得到水體的長 度和寬度，再根據(jù)行車能力判斷是否避障。
[0056] 本文傳感器僅用于小水體檢測（例如水珪），而不適用于大水體（例如池塘和湖 泊）。
[0057] 上述雖然結(jié)合附圖對本發(fā)明的【具體實施方式】進行了描述，但并非對本發(fā)明保護范 圍的限制，所屬領(lǐng)域技術(shù)人員應(yīng)該明白，在本發(fā)明的技術(shù)方案的基礎(chǔ)上，本領(lǐng)域技術(shù)人員不 需要付出創(chuàng)造性勞動即可做出的各種修改或變形仍在本發(fā)明的保護范圍W內(nèi)。
【主權(quán)項】
1. 一種基于線結(jié)構(gòu)光的遠距離障礙感知傳感器，其特征是，包括：激光發(fā)射器，用于在 計算機的控制下發(fā)射線結(jié)構(gòu)光到被測目標(biāo)區(qū)域； 激光測距儀，用于測量激光發(fā)射器到發(fā)射的線結(jié)構(gòu)光條的距離； CCD成像系統(tǒng)，用于捕獲被測目標(biāo)區(qū)域包含線結(jié)構(gòu)光光條的圖像并傳送至計算機； 計算機，通過測量收到激光脈沖的幅度獲得探測對象的反射激光的強度，通過激光測 距儀獲得探測對象的距離，再通過圖像處理系統(tǒng)對得到的線結(jié)構(gòu)光光條的圖像進行處理， 得到目標(biāo)信息，計算機實時與激光發(fā)射器、激光測距儀及CCD成像系統(tǒng)通信繼而實現(xiàn)對遠 距離障礙的全天時檢測。2. 如權(quán)利要求1所述的一種基于線結(jié)構(gòu)光的遠距離障礙感知傳感器，其特征是，所述 激光發(fā)射器包括激光器及與之按一定角度配合安裝的偏擺鏡，計算機對激光器的傾角控制 具體為對激光光源、偏擺鏡和激光測距儀的云臺傾角控制，三者傾角保持一致性。3. 如權(quán)利要求1所述的一種基于線結(jié)構(gòu)光的遠距離障礙感知傳感器，其特征是，所述 圖像處理系統(tǒng)包括：圖像探測器、信號處理器、圖像處理器依次相連，圖像處理器將處理后 的圖像輸出至計算機，圖像探測器的傾角控制主要是計算機對CCD的云臺傾角控制。4. 如權(quán)利要求2所述的一種基于線結(jié)構(gòu)光的遠距離障礙感知傳感器，其特征是，所述 激光器功率選擇和能探測的最大距離Rmax之間的關(guān)系，主要考慮大氣分子對激光的吸收和 懸浮微粒散射引起激光強度衰減，將激光光束在被測物體表面的反射看作郎伯反射，根據(jù) 激光光束在大氣中的傳輸特性，可以由以下公式推算：式中，Ptl激光器功率為，PnJt像機實現(xiàn)探測所需要的最小功率為，Aj束在識別物體 表面的光束截面積為，A。攝像機在物體表面的接收面積為，Ad為A。所對應(yīng)的攝像機靶面 處的面積為，0S物體表面發(fā)現(xiàn)與光束光軸的夾角激光束的入射角為，0 <!光軸與被測物體 表面法線之間的夾角為，P識別物體的表面反射率為，A激光器波長；Aci指定波長，取值 0.61或0.55ym;Rv波長X^處得氣象學(xué)距離，也稱作可視距離；q經(jīng)驗常數(shù)，取值與氣象學(xué) 距尚Rv有關(guān)。5. 如權(quán)利要求2所述的一種基于線結(jié)構(gòu)光的遠距離障礙感知傳感器，其特征是，激光 器與偏擺鏡配合產(chǎn)生線結(jié)構(gòu)光的時候，偏擺鏡和激光器需要對準(zhǔn)、光條位置確定和追蹤，線 結(jié)構(gòu)光條的調(diào)整過程如下：首先，在傳感器設(shè)備未通電的情況下，將激光器和偏擺鏡云臺調(diào) 水平，確保激光器出光口和偏擺鏡的鏡面中心對齊；其次，檢查供電電源和控制信號大小， 確保激光器功率調(diào)到所需大小，通電；第三，通過相機鏡頭找尋車前線結(jié)構(gòu)光條；第四，觀 察光條位置，根據(jù)云臺上的三個方向傾角傳感器返回的值微調(diào)云臺傾角，直至光條投向車 前指定位置。6. 如權(quán)利要求5所述的一種基于線結(jié)構(gòu)光的遠距離障礙感知傳感器，其特征是，根據(jù) 云臺上的三個方向傾角傳感器返回的值微調(diào)云臺傾角，直至光條投向車前指定位置具體的 調(diào)整規(guī)律如下：偏擺鏡云臺俯仰角0可以調(diào)整光條的遠近；水平轉(zhuǎn)角a可以調(diào)整光條的 左右位置，順時針調(diào)a光條向右移動，連續(xù)調(diào)整a直至光條位于車前路面正中；如果光條 傾斜，不垂直于行車方向，則需要調(diào)整偏擺鏡云臺的傾斜轉(zhuǎn)角0。7. 如權(quán)利要求1所述的一種基于線結(jié)構(gòu)光的遠距離障礙感知傳感器，其特征是，CCD接 收光學(xué)系統(tǒng)通過分色棱鏡實現(xiàn)多光譜，將從同一個鏡頭入射的同軸光分別投射至2片CCD 傳感器上，使得2片CCD上的圖像可以獲得完全一致的視角，從而實現(xiàn)可見光和近紅外光譜 的分離。8. 如權(quán)利要求7所述的一種基于線結(jié)構(gòu)光的遠距離障礙感知傳感器，其特征是，兩個 CXD和計算機之間分別通過圖像處理器、幀存儲器、以太網(wǎng)卡及GigE網(wǎng)口相連，GigE網(wǎng)口與 計算機通f目。9. 如權(quán)利要求1所述的一種基于線結(jié)構(gòu)光的遠距離障礙感知傳感器，其特征是，圖像 處理器對線結(jié)構(gòu)光圖像的處理包括對圖像進行濾波處理和對光條中心線的提取兩部分；首 先采用基于排序的自適應(yīng)極值中值的濾波方法對圖像中的椒鹽噪聲進行快速有效的濾除， 同時考慮對光條邊緣細節(jié)信息的保護；然后通過基于Hessian矩陣求取光條法線方向的方 法，把光條中心亞像素坐標(biāo)提取出來。10. 如權(quán)利要求1所述的一種基于線結(jié)構(gòu)光的遠距離障礙感知傳感器，其特征是，計算 機對目標(biāo)信息進行判斷時：當(dāng)遇到凹坑或者凸起的障礙時，光條在障礙邊沿處會發(fā)生變形； 對于凹坑，結(jié)構(gòu)光光線在坑邊沿處出現(xiàn)折彎現(xiàn)象，坑內(nèi)部分的光投射到前方坑內(nèi)壁上，坑內(nèi) 的光條在坑外地面的前方，折線沿著坑邊沿方向彎曲，對于凸起的障礙，和凹坑光線變化相 反，光線在凸起邊沿處折彎； 計算機對目標(biāo)信息進行判斷時利用"黑洞"算法對水障礙輪廓的提取，具體為：當(dāng)遇到 水坑的時候，計算機對連續(xù)幀的多幅圖像進行處理，根據(jù)線結(jié)構(gòu)光光條遇水的變化特性可 以對水坑形狀進行掃描提取，在線結(jié)構(gòu)光二值灰度化圖像中，水、地交界處光條灰度值會發(fā) 生突變，將連續(xù)多幀圖像中的突變點記錄、存儲并連接起來，就可以繪制出水體的外圍輪廓 圖，并計算出水體的長度和寬度。
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種基于線結(jié)構(gòu)光的遠距離障礙感知傳感器，包括：激光發(fā)射器，用于在計算機的控制下發(fā)射線結(jié)構(gòu)光到被測目標(biāo)區(qū)域；激光測距儀，用于測量到激光發(fā)射系統(tǒng)發(fā)射的線結(jié)構(gòu)光條的距離；CCD成像系統(tǒng)，用于捕獲被測目標(biāo)區(qū)域的部分散射光并傳送至計算機；計算機，通過測量收到激光脈沖的幅度獲得探測對象的反射激光的強度，通過激光測距儀獲得探測對象的距離，再通過圖像處理系統(tǒng)對得到的線結(jié)構(gòu)光圖像進行處理，得到目標(biāo)信息。本發(fā)明為了滿足越野條件下無人車對障礙物的檢測識別，采用新型線結(jié)構(gòu)光視覺傳感器，對車輛前方最遠可到百米的水障礙、凹凸障礙物進行全天時檢測識別。
【IPC分類】G01C11/02
【公開號】CN104964672
【申請?zhí)枴緾N201510369293
【發(fā)明人】邵海燕, 楊玉娥, 張輝, 馬玉真, 宋方臻, 韓青, 孫選
【申請人】濟南大學(xué)
【公開日】2015年10月7日
【申請日】2015年6月29日