基于激光的车头与障碍物间距离检测装置及方法
【专利摘要】本发明公开了一种基于激光的车头与障碍物间距离检测装置及方法。装置包括控制系统和检测系统，控制系统安装在车内，检测系统安装在车头前，控制系统包括第一单片机、缓冲器、显示屏与按键，显示屏与按键连接到第一单片机；检测系统包括第二单片机、激光管、扩束镜和执行装置，扩束镜水平安装在激光管的前面，激光管通过激光开关电路连接到第二单片机，执行装置与第二单片机连接；第一单片机与第二单片机之间采用有线通信或者无线通信。执行装置可以采用摄像头或者电机以及光电门等装置。本发明能实现在车快要撞到墙体之前驾驶员能够准确获知距离信息，并且不受障碍物材料可以吸收声波，或者过于纤细而无法反射声波引起的盲区。
【专利说明】基于激光的车头与障碍物间距离检测装置及方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及一种将低能量激光经过扩束后，照射到物体上产生可见的漫反射，再通过标线或车前盖等固有标记来检测、警示车头与障碍物之间安全距离的装置及方法，实现泊车过程中安全距离的高效测试及控制。
【背景技术】
[0002]汽车作为一种现代的交通工具，在做狭窄车位的侧方停车时，因为驾驶员经验不足或者不熟悉车况的情况下，出现“视觉盲区”，经常碰撞到前车或墙壁等障碍物，造成经济损失。尤其是在能见度较低的天气或者是晚上，此类小事故经常发生。
[0003]现在针对预防擦碰开发的设备主要有两类:
[0004]一是雷达，由显示器，控制器，传感器构成，能以声音或者更为直观的显示告知驾驶员周围障碍物的情况，雷达的优点在于鲁棒性较好，受泥水等污染的干扰的较小，测试距离较为精确，不占用驾驶员的视线，不分散驾驶员注意力，雷达的缺点在于，无法探测纤细的物体，也无法探测沟渠，过于低矮的物体也会落在盲区无法探测，对于吸收声波材料的障碍物无法准确探测。第二种是使用摄像头，其原理是将车后的情况用摄像头拍摄以后通过视频线缆传输到前面的显示屏进行显示，优点是较为直观，其缺点是驾驶员需要处理的信息量较大，无法做出预警，泥水容易污染摄像头，而且易分散驾驶员对于车身其它部位的注意力，造成其他事故(比如侧向刮蹭)，这种装置由于驾驶员不同或视力差异容易引起的估算不准，成本高昂。
【发明内容】
[0005]本发明的目的是克服上述现有技术中的设备安装不方便、检测有死角、驾驶员需要处理的信息量大等缺陷，提供一种基于激光的车头与障碍物间距离检测装置。本发明的另外一个目的是提供该装置的检测方法。
[0006]本发明采用的技术方案是:
[0007]基于激光的车头与障碍物间距离检测装置，包括控制系统和检测系统，控制系统安装在车内，检测系统安装在车头前，控制系统包括第一单片机、缓冲器、显示屏与按键，显示屏与按键连接到第一单片机；检测系统包括第二单片机、激光管、扩束镜和执行装置，扩束镜水平安装在激光管的前面，激光管通过激光开关电路连接到第二单片机，执行装置与第二单片机连接；第一单片机与第二单片机之间采用有线通信或者无线通信。
[0008]所述执行装置包括电机、减速轮系、光电管、编码盘和电机驱动电路，激光管安装在减速轮系的输出轴上，减速轮系接电机的输入轴，电机的输出轴一端接编码盘，光电管安装在编码盘边缘，并且与编码盘不接触；在电机输出轴另外一端加装光电门，电机的两电极接到电机驱动电路上，光电管的输出端和电机驱动电路的输入端接到第二单片机的相应IO口上。
[0009]具有上述执行装置的检测装置的检测步骤如下:[0010](I)首先驾驶员根据自身的座高确定车辆与障碍物的安全距离，即激光管发出的光线被车头挡住落入驾驶员视线盲区时的距离，记录此时激光管发出的光线与水平面的夹角Θ并存储到控制系统的第一单片机中；
[0011](2)当驾驶员通过按键输入信息，第一单片机检测到信息之后处理并转换为相应指令，发送到显示屏和检测系统的第二单片机；第二单片机接受到指令以后，控制激光管的开关；车辆需要更换驾驶员时，新的驾驶员根据自身的座高再次确定车辆与障碍物的安全距离，计算此时激光管发出的光线与水平面的夹角Θ'，然后检测系统的第二单片机接受到指令以后，判断目前需要的夹角Θ'与步骤(I)记录的夹角Θ是否相等，如果不相等，则第二单片机控制电机的转动，从而调整激光管的角度达到目前需要的夹角;
[0012](3)驾驶员行驶车辆，当与障碍物的距离到达安全距离值时，激光管发出的光线被遮住，提醒驾驶员停车。
[0013]进一步地，所述执行装置为摄像头，安装在车头的车牌附近。
[0014]具有上述执行装置的检测装置的检测步骤如下:
[0015](I)首先驾驶员根据自身的座高确定车辆与障碍物的安全距离，即激光管发出的光线被车头挡住落入驾驶员视线盲区时的距离；
[0016](2)当驾驶员通过按键输入信息，第一单片机检测到信息之后处理并转换为相应指令，发送到显示屏和检测系统的第二单片机；第二单片机接受到指令以后，控制激光管的开关;
[0017](3)激光管通电后，利用摄像头拍摄一张图片，关闭激光管，再利用摄像头拍摄一张图片，将两次得到图片做减法运算，再进行二值化处理，得到只剩激光照射部分有白色的图像，检测最低点，即可得到离车最近物体与车辆之间的距离；
[0018](4)驾驶员行驶车辆，摄像头使用步骤(3)所述的图像处理技术自动判别距离，当与障碍物的距离到达安全距离值时，激光管发出的光线被遮住，提醒驾驶员停车。
[0019]本发明的有益效果是:
[0020]1、本发明能实现在车快要撞到墙体之前驾驶员能够准确获知距离信息，并且不受障碍物材料可以吸收声波，或者过于纤细而无法反射声波引起的盲区。
[0021]2、本发明根据不同的驾驶员能够自动调节激光角度，增强普适性，不会因为视力不同，坐高不同，车型车况不熟系等原因弓I起误判。
[0022]3、本发明相对于摄像头的设备而言，驾驶员处理的信息少，使用直观，而且成本低廉，适于普及和推广。
【专利附图】
【附图说明】
[0023]图1为本发明工作原理示意图，1:障碍物相对于车头运动方向，2:安全位置的障碍物，3:危险位置的障碍物，4-1、4-2、4-3:激光照射在相应障碍物上的位置，5:激光发射器安装位置，6:驾驶员可见区域，7:驾驶员视野盲区，8:驾驶员眼睛位置；
[0024]图2工作原理及数学证明；
[0025]图3实施例1的装置结构示意图；
[0026]图4激光管角度控制系统原理图，Θ O为输入角度，Θ O’为输出角度；
[0027]图5装置校准及使用流程图；[0028]图6单片机工作模式图。
【具体实施方式】
[0029]如图1所示，当车头向障碍物2靠近时，可以认为是障碍物相对于车头在逐渐靠近，这个时候激光管5发出的激光面被障碍物所截，阻挡，在障碍物上的位置会顺着4-1，4-2，4-3的顺序逐渐下降，直到照射到危险位置的障碍物3，光线被车头盖住，从可见区域6落到视野盲区7，这是驾驶员看不见相应部分的光线。
[0030]如图2所示，以激光发射器所在点为原点，横向X、纵向I。设激光在障碍物上高度为Hq，遮挡视线的车盖的高度为Hz，驾驶员的坐高为Hr，障碍物离人的距离为Sq,车盖遮挡点为Sz，驾驶员与激光发射器的垂直距离为Sr，激光发射器仰角为Φ，驾驶员的视线俯角为Θ，则有:
[0031]
【权利要求】
1.基于激光的车头与障碍物间距离检测装置，包括控制系统和检测系统，控制系统安装在车内，检测系统安装在车头前，其特征在于，控制系统包括第一单片机、缓冲器、显示屏与按键，显示屏与按键连接到第一单片机；检测系统包括第二单片机、激光管、扩束镜和执行装置，扩束镜水平安装在激光管的前面，激光管通过激光开关电路连接到第二单片机，执行装置与第二单片机连接；第一单片机与第二单片机之间采用有线通信或者无线通信。
2.根据权利要求1所述的基于激光的车头与障碍物间距离检测装置，其特征在于，所述执行装置包括电机、减速轮系、光电管、编码盘和电机驱动电路，激光管安装在减速轮系的输出轴上，减速轮系接电机的输入轴，电机的输出轴一端接编码盘，光电管安装在编码盘边缘，并且与编码盘不接触；在电机输出轴另外一端加装光电门，电机的两电极接到电机驱动电路上，光电管的输出端和电机驱动电路的输入端接到第二单片机的相应IO 口上。
3.根据权利要求1所述的基于激光的车头与障碍物间距离检测装置，其特征在于，所述执行装置为摄像头，安装在车头的车牌附近。
4.如权利要求2所述的基于激光的车头与障碍物间距离检测装置的方法，其特征在于，具体检测步骤如下: (1)首先驾驶员根据自身的座高确定车辆与障碍物的安全距离，即激光管发出的光线被车头挡住落入驾驶员视线盲区时的距离，记录此时激光管发出的光线与水平面的夹角Θ并存储到控制系统的第一单片机中； (2)当驾驶员通过按键输入信息，第一单片机检测到信息之后处理并转换为相应指令，发送到显示屏和检测系统的第二单片机；第二单片机接受到指令以后，控制激光管的开关；车辆需要更换驾驶员时，新的驾驶员根据自身的座高再次确定车辆与障碍物的安全距离，计算此时激光管发出的光线与水平面的夹角Θ '，然后检测系统的第二单片机接受到指令以后，判断目前需要的夹角Θ'与步骤(I)记录的夹角Θ是否相等，如果不相等，则第二单片机控制电机的转动，从而调整激光管的角度达到目前需要的夹角Θ '； (3)驾驶员行驶车辆，当与障碍物的距离到达安全距离值时，激光管发出的光线被遮住，提醒驾驶员停车。
5.根据权利要求3所述的基于激光的车头与障碍物间距离检测装置的方法，其特征在于，具体检测步骤如下: (1)首先驾驶员根据自身的座高确定车辆与障碍物的安全距离，即激光管发出的光线被车头挡住落入驾驶员视线盲区时的距离； (2)当驾驶员通过按键输入信息，第一单片机检测到信息之后处理并转换为相应指令，发送到显示屏和检测系统的第二单片机；第二单片机接受到指令以后，控制激光管的开关; (3)激光管通电后，利用摄像头拍摄一张图片，关闭激光管，再利用摄像头拍摄一张图片，将两次得到图片做减法运算，再进行二值化处理，得到只剩激光照射部分有白色的图像，检测最低点，即可得到离车最近物体与车辆之间的距离； (4)驾驶员行驶车辆，摄像头使用步骤(3)所述的图像处理技术自动判别距离，当与障碍物的距离到达安全距离值时，激光管发出的光线被遮住，提醒驾驶员停车。
【文档编号】B60R1/00GK103640522SQ201310595170
【公开日】2014年3月19日 申请日期:2013年11月21日 优先权日:2013年11月21日
【发明者】梁军, 陈小波, 陈龙, 葛慧敏, 袁逸凡, 李世浩 申请人:江苏大学