一种基于激光散斑图像处理的车速测量方法及装置与流程

本发明涉及车辆控制技术，尤其涉及一种基于激光散斑图像处理的车速测量方法及装置。

背景技术

有效获得当前的车速信息是保证驾驶员安全驾驶的基本前提。现有车辆通过电机转速换算和制动防抱死系统(antilockbrakesystem，abs)两种模式获得当前的车速信息。利用电机转速换算的方法检测精度不高，在车辆驱动轮出现打滑或者抱死时，无法获取有效的车速信息。通过abs系统获取的方法，可以在车辆驱动轮出现打滑或者抱死时，获取有效的车辆信息，但是abs系统经常发生故障，导致无法获得精确的车速信息，影响驾驶员的判断。

技术实现要素：

本发明的目的在于提供一种基于激光散斑图像处理的车速测量方法及装置，提高车速测量的精度和可靠性。

实现本发明目的的技术解决方案为：基于激光散斑图像处理的车速测量方法，包括以下步骤：

步骤1、实时监控abs系统的运行状态，若abs系统正常工作，则继续监控；否则进入步骤2；

步骤2、设置采样间隔时间t；

步骤3、每隔采样时间t，发射激光束至路面，并采集激光束经地表反射后形成的激光散斑图；

步骤4、根据连续两次采样的图像，判断采样的有效性，若采样有效，则进入步骤6，否则，返回步骤2调整采样时间t；

步骤5、对比计算图像的重叠部分，计算车速和方向。

基于激光散斑图像处理的车速测量装置，包括逻辑起停模块、检测模块和图像处理模块，其中：

逻辑起停模块，用于监测abs系统状态，在abs系统发生故障时，控制检测模块工作；

检测模块，包括激光发射器和激光接收模块，所述激光发射器发射激光束到路面，所述激光接收模块接收经路面反射的激光，得到散斑图像；

图像处理模块，包括信号调理电路和数字图像处理模块，所述信号调理电路用于将检测模块接收的模拟电流信号放大、a/d转换后，送到数字图像处理模块；所述数字图像处理模块对比计算数字图像数据，得到车速。

本发明与现有技术相比，其显著优点为：本发明可以协助abs系统进行车速测量，在车辆驱动轮出现打滑或者抱死，或者abs系统出现故障时，仍能精确测量车速，提高了测量的可靠性。

附图说明

图1是本发明车速测量方法的流程图。

图2是本发明检测模块车辆安装位置示意图。

图3是本发明散斑成像的原理图。

图4是本发明车速测量的信号流向图。

图5是本发明车速测量装置的框架图。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施方式，进一步说明本发明方案。

如图1所示，基于激光散斑图像处理的车速测量方法，包括以下步骤：

步骤1、实时监控abs系统的运行状态，若abs系统正常工作，则继续监控；否则进入步骤2；

步骤2、设置采样间隔时间t；

步骤3、每隔采样时间t，发射激光束至路面，并采集激光束经地表反射后形成的激光散斑图；

步骤4、根据连续两次采样的图像，判断采样的有效性，若采样有效，则进入步骤6，否则，返回步骤2调整采样时间t；

判断采样的有效性的具体方法为：

步骤4.1、利用surf特征点检测算法，分别计算两幅图的特征点集a和特征点集b；

步骤4.2、利用surf特征点匹配算法，匹配点集a和点集b；

步骤4.3、利用ransac算法，去除两个点集的误匹配；

步骤4.4、若去除误匹配后的匹配点少于设置的最小阈值，则判定两幅图没有重叠部分，此次采集无效；若去除误匹配后的匹配点大于设置的最大阈值，则判定两幅图几乎重合，此次采集无效，否则，判定采集有效。

定时采样间隔时间t并非定值，而是根据采集无效性的类型可调节的，其变更规则为：

若判定两幅图没有重叠部分，则是因为采样频率过低，间隔时间过长导致，需要缩短定时采样间隔时间；

若判定两幅图几乎重合，则是因为采样频率过低高，间隔时间过短导致，需要延长定时采样间隔时间。

步骤5、对比计算图像的重叠部分，计算车速和方向，具体方法为：

步骤5.1、建立点集a的元素和点集b元素的关系式：

设(x,y)为点集a的元素，(x’,y’)为点集b中与(x,y)匹配的点，为全仿射变换阵，为旋转变换矩阵，为平移变换矩阵，则一组匹配点对应方程为：

将其展开，即得：

步骤5.2、代入任意3对匹配点，利用最小方差原理，求最优矩阵m和b，目标函数表示为：

式中，a(i)、b(i)表示代入的第i对点；

步骤5.3、根据旋转变换矩阵m，求解旋转角度θ，得到车辆转动角度：

步骤5.4、根据平移变换矩阵b，求解车辆位移s：

步骤5.5、根据车辆车辆的位移s和采样间隔时间t，求解车辆速度v：

如图2-5所示，基于激光散斑图像处理的车速测量装置，包括逻辑起停模块、检测模块和图像处理模块，其中：

逻辑起停模块，用于监测abs系统状态，进而判断和控制是否开启检测模块，在abs系统正常工作时，继续监控，在abs系统发生故障时，控制检测模块工作。逻辑起停模块还包括控制模块，用于调整检测模块的采样间隔时间t。本发明中逻辑起停模块可由任意一款配置适宜的mcu承担，安装于汽车内部控制部分。

检测模块，用于激光束的发射以及接收，从而生成激光散斑图。如图2所示，检测模块包括激光发射器2和激光接收模块1，激光发射器2以一定角度将激光束斜射到粗糙的地面，发生漫反射，由于激光束的相干性较高，经过粗糙物体表面发生散射后，很容易形成激光散斑图；激光接收模块01正对着地面接收激光散斑图像，并在ccd上成像。将检测模块安装在汽车底盘上，即可实现车速的测量，不需要再改造汽车本体。本发明中ccd采用面阵列ccd，可以直接将光学信号转换为模拟电流信号，经过放大和a/d转换，可以实现图像的获取，得到数字信号。

图像处理模块，包括信号调理电路和数字图像处理模块，信号调理电路用于将检测模块接收的模拟电流信号放大、a/d转换后，送到数字图像处理模块；数字图像处理模块对比计算数字图像数据，得到车速。所述数字图像处理模块可以由一款配置适宜的高速dsp承担，安装于汽车内部的控制部分。