基于激光和图像处理的车辆侧倾角动态测量方法及装置的制造方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及车辆运动状态检测领域，更具体地，涉及一种基于激光和图像处理的 车辆侧倾角动态测量方法及装置。
【背景技术】
[0002] 车辆侧倾角是车辆运动过程中的一个重要参数，研究车辆侧倾角的动态变化可以 增加对车辆运动规律的了解，为对车辆的安全控制策略提供依据。目前已有不少车辆安全 控制技术和装置应用到车辆中，例如防抱死刹车系统ABS、车辆稳定性控制系统VSC等等。这 些装置的良好运行依赖于精确的车辆运动状态数据。另外，车辆侧倾角与车辆载重、车辆质 心高度等参数关系密切，获知车辆侧倾角对了解车辆的整体状态具有重要帮助。因此，在实 时获取车辆侧倾角对车辆的整体控制具有重要作用。
[0003] 目前对车辆侧倾角的实时测量广泛采用惯性传感器，即通过加速度计和陀螺仪传 感器分别获取车辆3个正交方向的加速度和角速度数据。在地心重力的作用下，加速度计检 测到的加速度值随着车辆侧倾角的变化而变化，由此可以计算得到车辆侧倾角。但是普通 加速度计一方面存在静态漂移和动态漂移，另一方面数据噪声太大，导致精度低下，从而需 要结合动态性能较好的陀螺仪传感器进行融合滤波处理。但是，由于惯性传感器不稳定、同 时受到车辆本身加速度等因素的影响，仅仅使用普通惯性传感器仍然难以检测出比较精确 地车辆侧倾角。而高精度的惯性传感器采用性能良好的传感器元件和优秀的滤波算法，同 时结合GPS差分定位方式来校正误差，因而精度相对比较高。但是高精度惯性传感器价格高 昂，目前无法获得广泛应用。
【发明内容】
[0004] 为了克服目前车辆惯性传感器测量车辆侧倾角精度不够高和不稳定的缺点，本发 明提出一种基于激光和图像处理的车辆侧倾角动态测量方法，本发明的测量单元具有比较 高的精度，而且受车辆运动的干扰小，能够有效降低测量噪声，同时数据处理和计算的复杂 度比较低，能够实时、便捷计算车辆的侧倾角。
[0005] 本发明的又一目的是提出一种基于激光和图像处理的车辆侧倾角动态测量装置。
[0006] 针对上述问题，本发明提出以下技术方案：
[0007] -种基于激光和图像处理的车辆侧倾角动态测量方法，包括：
[0008] 成像单元、两个线激光光源沿车辆横向水平并列安装，激光照射到地面的红色线 型光斑平行于车辆纵向，各测量组件与车辆形成一种特殊的几何关系；
[0009] 成像单元拍摄两个激光光源打在地面的红色线型光斑，并传输图像到处理单元， 激光光源和成像单元安装在车辆外部，且激光及成像单元中轴线均与地面垂直。对激光光 源、成像单元进行校准；
[0010] 处理单元对激光图像进行分析计算，得到车辆侧倾角；
[0011] 所述处理单元对车辆侧倾角的分析计算过程为:根据激光光源、成像单元、地面光 斑与车辆之间的几何关系得到运算关系式;处理单元从视频流中读取出每一帧图像;抽取 图像中的某些行的像素数据，做二值化处理，识别出激光图线上的某些像素点;根据激光图 线上的像素点得到各激光光线在图像上的直线表达式，从而得到两条激光图线的像素距 离；由激光图线的像素距离及相关几何关系式计算车辆侧倾角。
[0012] 本发明的工作原理:折线AB⑶E为简化的车辆三自由度侧倾模型。激光光源、地面 激光光线、成像单元与车辆之间形成一种几何测量模型。当车辆无侧倾时，激光照射到地面 上的两道线型光斑的距离为JF，两道激光在图像上的距离为h。当车辆发生侧倾时，两道激 光图线的距离为1 2。根据成像原理，有t = @，根据几何关系有i，其中 ^=c+^b-(〇+州anfK令根据以上各式可以得到由于 车辆侧倾角一般小于10°，当-f s Wf (对应角度-30°~30°)时有，·，因此可以得到 简化的车辆侧倾角计算表达式0?^^。根据简化后的表达式，只需要标定AC = a+b及 CE = c+d及li为需要标定的值。载车辆运动侧倾时，从图像上实时计算h，得到k，代入车辆侧 倾角计算表达式得到车辆侧倾角度。假设成像单元安装在位置A的时候，则同理可得到计算 车辆侧倾角的表达式为了方便说明，下文只讨论成像单元安装在B点的情 kb 况。
[0013] 本发明使用激光光源来发出信号信息，由于激光具有直线传播的特性，具有很高 的精度和稳定性，不受车辆加速度等因素的影响，因此照射到地面的光线信号能够比较精 确地反映车辆侧倾角。成像单元通过摄影的方式不断的拍摄得到激光信号信息。由于成像 单元与激光光源基本保持相对静止，因而拍摄的图像不会产生明显模糊。在图像处理过程 中只抽取某些行的像素来提取激光图线，同时车辆侧倾角计算表达式简单，输入变量少，因 此运算速度比较快，实时性良好。
[0014] 一种基于激光和图像处理的车辆侧倾角动态测量装置，包括以下几个部分:独立 的两个激光光源；电连接的成像单元和处理单元;激光光源和成像单元沿车辆横向水平并 排，安装于车体的底部，光源中轴线垂直于路面;成像单元垂直于路面拍摄照射到地面的线 型激光光斑;成像单元不断从图像中提取出激光信号信息，实时计算车辆侧倾角。
[0015] 其中处理单元对图像的处理分析和计算过程主要包括:从成像单元读取每一帧图 像数据;抽取出图像中的某些行的像素数据并做二值化处理，提取出激光图线上的像素点； 根据像素点计算出每道激光图线的直线表达式并计算出其像素距离;把激光图线的像素距 离代入车辆侧倾角计算表达式得到车辆侧倾角。
[0016] 与目前常用的车辆侧倾角检测技术相比，本检测方案的特点在于:采用激光作为 输出信号，有效降低噪声干扰，提高检测精度;激光光源、成像单元等和车体之间形成一种 便于计算的几何关系;成像单元能够比较精确地检测到地面激光光线随着车辆侧倾的变化 量;处理单元通过快速的图像处理和简单运算可以实时、便捷地得到车辆侧倾角。
【附图说明】
[0017] 图1是本发明中车辆侧倾角测量装置的流程图。
[0018] 图2是本发明车辆侧倾角测量过程中信号传递流程图。
[0019] 图3是车辆侧倾示意图。
[0020] 图4是一种常用的车辆三自由度侧倾模型，是对图1车辆侧倾的简化。
[0021]图5是本发明为方便计算而采用的一种三维正交坐标系，其中坐标原点位于水平 面，并且处于车辆四个轮的中心位置。X轴指向车辆纵向，即车辆前进方向。Y轴指向车辆前 进方向的左侧，即车辆横向。Z轴垂直于Χ0Υ平面，即垂直于地面。
[0022] 图6是本发明构建的一种计算车辆侧倾角的几何模型。其中，折线ABCDE为简化的 车辆三自由度侧倾模型，D位于车体的侧倾旋转轴上，A、B、C均位于车体上，延车辆横向水平 安装。A、B两点为两个线激光光源的位置，成像单元也安装于B点。。每个激光光源以β大小的 发射角垂直向下发出激光，打在地面光线m、n分别与X轴平行，即X| |m| |n<J、F分别为m、n上 的点，JF平行于Y轴，是激光光源照射到地面上的两道线型光斑的距离。辅助虚线AH垂直于 AB并且经过J点。辅助虚线BG垂直于AB并且经过F点。AH、BG长度保持h不变，即h = c+d。I为直 线BJ和HG的交点。AB、BC、CD、DE长度分别为a、b、c、d。
[0023] 图7是本发明中车辆侧倾后的几何模型，Φ为车辆侧倾角。由于激光光源位置固定 不变，并且辅助虚线AH、BG长度保持，当车辆发生角度为Φ的侧倾后，J、F、I、H、G位置发生相 应变化。
[0024]图8中的红色亮线是成像单元拍摄到的两个线激光光源照射到地面的两道相互平 行的线型光斑。
[0025]图9是处理单元对拍摄到的图像进行二值化处理后的图像。
[0026]图10红色直线是处理单元提取出来的激光线，1为两激光图线之间的距离。
[0027] 附图中的示例性说明只是本发明的一种【具体实施方式】，不能理解为对本专利的限 制。附图中某些组件的尺寸缩放、型号选取及其他任何微小调整均属于本专利的权利范畴 之内。本发明中的某些非关键性细节没有--详述，但不影响对本发明的理解及权利要求。
【具体实施方式】
[0028] 为了更好地理解本发明专利，下面结合附图和具体实施案例对本发明的技术方案 做进一步的说明。<