一种激光定标与图像合成智能障碍识别系统的制作方法

本发明涉及智能避障技术领域，具体是涉及一种基于激光定标与图像识别相结合的障碍识别系统。

背景技术：

目前智能避障技术有微波雷达、视觉图像、超声波、激光雷达、gps导航和规划路径等方法，这些方法都能具有一定的避障能力，但同时也存在很多问题，至今没有更加完备的避障技术。

智能避障技术目前主要存在的问题有：响应速度慢、探测距离短、距离探测精度差、目标方位探测精度差、目标解析度差、适应环境能力差、软件难度大、成本高等，这些都制约了避障技术的应用。产生这些问题的主要原因在于没有哪一种技术能够适应避障的所有要求，所以要真正实现避障智能化，必须采用多种技术手段，弥补各自技术的不足。

依据视觉图像进行避障是一种成熟技术，主要优势在于视场开阔，与使用环境匹配度高，硬件难度小，而这种方法的缺点也很突出：软件难度大、处理数据量大、响应速度慢、受环境影响大、目标解析能力差。特别是现有的视觉避障技术对表面灰度等级均匀的目标或细长的线目标探测能力很差，甚至探测失败。具体来说，现有视觉图像技术采用多幅图像进行对比，分析出物体的边缘以及确定一些具有距离和方位测量参考价值的点，根据这些参考点得到障碍物相关信息。如果障碍物边缘本身特征不典型或者背景干扰大，直接从图像中分析得到障碍物位置的难度势必很大，软件量大是必然的，还要建立相关数学模型和模糊度分析。即使这样，还是会存在识别速度很慢和探测失败的风险。如一堵光滑的白墙，在远处，视觉图像也许还能发现它的存在，但是越到近处就越难发现，更无法测量距离，因为在近处时白墙的像点没有任何特征。再如，空中一条电力线，视觉图像法在运动过程中可能会发现它的存在，但是在一些特殊角度上却无法进行距离测量(如电力线与图像传感器像素的横行或纵列平行)，其原因也是电力线的像点没有参考的价值。像这些特殊的障碍物体，如果只是被识别但不能被定位还好，至多避障失败或避障时间太长，但是连障碍物的识别都没有可能性，其后果是很危险的，更有可能带来毁灭性的隐患。视觉图像避障技术为了克服不利因素，就会与超声、微波、gps等联合使用，但超声、微波、gps与视觉图像的结合会带来系统复杂、成本抬高、响应速度降低的问题。

技术实现要素：

发明目的：本发明目的在于针对现有技术的不足，提供一种激光定标与图像合成智能障碍识别系统，充分利用视觉图像识别法的优势，并弥补其不足，精确识别定位障碍的同时，降低识别系统的硬件成本和软件成本。

技术方案：本发明所述激光定标与图像合成智能障碍识别系统，包括视觉图像识别部分、激光定标部分和控制中心；

所述激光定标部分包括激光驱动与调制模组和激光器，其中：

激光器为连续或脉冲激光器，向待识别区域发出激光；

激光驱动与调制模组作为激光器的驱动与调制单元，向所述激光器发送激光调制信号，并向控制中心提供激光调制信号相应的接收依据；

所述视觉图像识别部分包括图像传感器和图像传感器驱动与数据处理模组，其中；

图像传感器用于拍摄待识别区域图像，并将图像转换为对应关系的电信号数据发送给图像传感器驱动与数据处理模组；

图像传感器驱动与数据处理模组为图像传感器的驱动电路，接收图像传感器发送的图像电信号数据，并将图像电信号数据结合由控制中心转发的激光调制信号相应的接收依据，处理为待识别区域障碍物数值和方位数据后发送至控制中心；

所述控制中心控制所述视觉图像识别部分和激光定标部分工作，并为两部分提供接入端口，进行数据交换。

本发明进一步优选地技术方案为，所述激光驱动与调制模组向激光器发送的激光调制信号根据激光器的具体参数调制。

作为优选地，该激光调制信号由激光驱动与调制模组、图像传感器驱动与数据处理模组或控制中心调制。

优选地，所述激光定标部分还包括光学变换模组，所述光学变换模组将激光器发出的激光变换为所需特征的投射激光。

优选地，所述控制中心为微控制单元。

优选地，该微控制单元为智能设备搭载的微控制单元。

优选地，该微控制单元为独立的微控制单元，且还接有接口电路，控制中心通过接口电路与智能设备通讯，向智能设备发送待识别区域障碍物数值和方位数据。

优选地，所述视觉图像识别部分、激光定标部分和控制中心分别设置有供电电源，或通过电源管理器共用一个供电电源。

有益效果：为了发挥视觉图像法的优势，并弥补其不足，本发明提供了激光定标与图像合成智能识别障碍系统，由于结合激光定标，无论是可供分析的像素，还是目标与背景的区分度都变得更加明晰。这种方法也摆脱了单一视觉图像依靠多幅图像比对处理的繁琐运算，更摆脱了图像相关变换与处理，只采用相关点的数值分析即可达到目标，从而使硬件成本和软件成本降低的同时使软件处理量和难度也降低了很多，进而提高了避障系统的响应速度和适应能力。

附图说明

图1为本发明的系统框图。

具体实施方式

下面通过附图对本发明技术方案进行详细说明，但是本发明的保护范围不局限于所述实施例。

实施例：一种激光定标与图像合成智能障碍识别系统，包括视觉图像识别部分、激光定标部分、控制中心和电源管理器。视觉图像识别部分、激光定标部分和控制中心通过电源管理器共用一个供电电源，电源管理器可以是独立的也可以与相关设备共用，具有可控制、高效率、低噪声、低成本电路架构，且动态响应速度高，满足激光脉冲调制需求。所述控制中心为微控制单元。该微控制单元还接有接口电路，控制中心通过接口电路与其他智能设备通讯。

所述激光定标部分包括激光驱动与调制模组、激光器和光学变换模组，其中：

激光器为连续或脉冲激光器，向待识别区域发出激光，激光波长根据实际情况确定，以适用不同要求和领域；激光作为首选定标光源，但其它类型的光束也可以作为定标备用光源，如led光，可有利于成本、功耗和emc处理，满足不同需求。

光学变换模组将激光器发出的激光变换为所需特征的投射激光，目的是加强激光和环境光的区别，提高系统对目标的识别能力。光学变换模组根据激光器作匹配设计，使作用范围可控，提高激光的利用率，降低功耗，降低激光管要求。

激光驱动与调制模组作为激光器的驱动与调制单元，向所述激光器发送激光调制信号，并向控制中心提供激光调制信号相应的接收依据；同时激光驱动与调制模组兼顾激光器保护，防止激光器损坏。该激光调制信号根据激光器的具体参数调制，可以由激光驱动与调制模组自身调制，也可以是图像传感器驱动与数据处理模组或控制中心调制后通过激光驱动与调制模组发出，这样有利于成本和功耗控制、emc设计。

所述视觉图像识别部分包括图像传感器和图像传感器驱动与数据处理模组；

图像传感器用于拍摄待识别区域图像，并将图像转换为对应关系的电信号数据发送给图像传感器驱动与数据处理模组。

图像传感器驱动与数据处理模组为图像传感器的驱动电路，接收图像传感器发送的图像电信号数据，并将图像电信号数据结合由控制中心转发的激光调制信号相应的接收依据，处理为待识别区域障碍物数值和方位数据后发送至控制中心。

采用激光定标和图像合成避障技术有效地解决了现有视觉图像法的弊端。现有视觉图像法之所以存在避障失败原因就是障碍物的像点失去了参考价值，而激光定标恰恰就是让其像点恢复参考价值。

激光定标与图像合成避障技术就是采用激光在图像传感器探测区域内投射具有特定信息的激光，这些激光遇到障碍物时就会在其表面上投射出激光点或线。这些点或线也可以具有动态显现，其对应像点与非激光点的像点将有明显区别，这就给计算确定了具有参考价值的点。有了定标，无论障碍物表面灰度等级如何或障碍物形状如何，激光都会在其表面投射激光点，所以其像点不再是雷同的了。就像一堵白墙或一根电力线，有了激光定标，白墙或电力线表面显然出现明显标识了，根据图像对这些标识的读取即可计算出距离和方位，明显提高了避障能力。

激光定标有两个特点：定标图形和光源调制。这两个特点在其像点上就体现在光强差异大和像点闪烁，显然给信息提取带来极大利好。从这里很容易发现：普通光源也可作为定标使用，只是定标特征没有激光显著，应用受限罢了。激光定标有三个优势：一个是定标能量集中；另一个是可以通过滤色片进行提取，对环境光抑制明显；最后就是光学变换容易，因为激光为单色光也是偏振光，取得定标图形难度小。

激光定标和图像合成避障技术显著特点：障碍物探测能力强和响应速度高。探测能力强基于激光定标让障碍物无法藏身，而响应速度高也是基于激光定标使数据分析量大大减少的结果。由于激光定标和图像合成避障技术不需要分析物体边缘，只是对激光成像点进行分析，所以实际处理过程中与图像处理技术没有很大关联性，也就避开了图像运算的相关限制。避开图像运算相关限制的又一个利好就是图像传感器成为一个普通的光电传感器，其驱动就没有严格限制了，所以无论是驱动速度还是像素位置都可以灵活使用了。这样，图像传感器不需要特殊的驱动电路就可以运行，硬件成本和软件难度都有所降低。软件难度降低就在于只需计算定标点的数据，其它像点只做参考，并且计算结果只要距离和方位数据。还有在计算过程中只对实时数据进行，不需前后多幅图像比对，所以硬件要求降低同时，计算量小，运算速度得到提高，又是提高避障响应速度的一个利好。

如上所述，尽管参照特定的优选实施例已经表示和表述了本发明，但其不得解释为对本发明自身的限制。在不脱离所附权利要求定义的本发明的精神和范围前提下，可对其在形式上和细节上作出各种变化。