br>[0029] 现有的车辆侧倾角测量方案存在传感器噪声大，数据精度低的缺点，导致难以得 到精确的结果。为了克服这些技术困难，本发明不采用力学传感器作为测量单元，而采用信 号精度比较高的光学传感器。本发明构建了由激光光源、成像单元、激光照射到地面的光线 与车辆形成的一种易于计算的几何关系。通过视频图像可以方便地得到地面激光信号的变 化。本发明的测量单元信号精度高，输入变量少，计算复杂度低，而且成本比较低，因此适合 用于车辆侧倾角测量。
[0030] 一种基于激光和图像的车辆侧倾角的测量方法，其工作原理如下：三自由度车辆 侧倾模型是目前是常用的车辆侧倾模型，如图3~图5所示。本发明将结合本模型来介绍车 辆侧倾角测量原理。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，如图6、图7所示。当车辆发生侧倾时，两道激光在图像上的距离 为12。根据成像原理，有H，根据几何关系有| = 其中# (?+印_。令 ，根据以上各式可以得由于车辆侧倾角一般小于10°， 当（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 达式知_(A。长度AC = a+b及CE = c+d及11为需要标定的值。载车辆运动侧倾时，从图 像上实时计算12,得到k，代入车辆侧倾角计算表达式得到车辆侧倾角度。
[0031] 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斑能够比较精确地 反映车辆侧倾角的变化。成像单元通过摄像的方式不断地获取激光信号信息。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像，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。
[0032] 基于以上原理，本发明提出一种激光和图像相结合的车辆侧倾角的测量方法。本 测量方法组成部分包括:两个水平并列的线激光光源，垂直于路面向下发射激光，在地面上 形成两道明亮的线型光斑;成像单元垂直于路面向下拍摄地面激光光斑;处理单元从成像 单元读取每一帧图像的数据，提取出激光图线并计算车辆侧倾角。
[0033] 基于以上测量方法，下面提出车辆侧倾角的测量方案:首先在车辆的车体的下面 沿车辆横向水平并列安装两个线激光光源，然后分别标定激光光源、成像大单元到车体侧 倾旋转轴的水平距离及到地面的垂直距离。激光光源向下发射激光，成像单元拍摄地面线 型光斑形成图像。处理单元的计算过程为:抽取某些行的图像数据;对抽取的数据进行二值 化，提取出激光像素点；通过激光像素点计算出激光图线;计算两道激光的图像距离，代入 车辆侧倾角计算表达式，得到车辆侧倾角。
[0034] 基于以上车辆侧倾角测量方法，下面结合附图和测量方案做进一步的说明。
[0035] 本发明所述一种基于激光和图像的车辆侧倾角的动态测量装置，其车辆侧倾角测 量方法具体实施步骤如下：
[0036] 步骤一:在车体底部外侧水平沿车辆横向水平并列安装两个激光光源。安装一个 成像单元，并与其中一个激光光源位置基本重合，距离路面垂直高度30~50cm。所用成像单 元可以拍摄RGB 24位彩图。为保证图像质量，成像单元应支持480 X 320或更高的分辨率。两 个激光光源应保持一定距离，约30~50cm，照射到地面形成的线型光斑必须在成像单元视 野之内，并且每道光斑与车辆纵向平行。
[0037] 步骤二:在车辆无侧倾的条件下，标定激光光源、成像大单元到车体侧倾旋转轴的 水平及到路面的垂直距离，两道激光图线在图像上的初始距离。
[0038]步骤三：当车辆运动时，激光光源一直发射激光，在地面形成两道平行的红色激光 线型光斑，如图8所示。为了保证测量侧倾角检测的实时性，成像单元按每秒30帧左右的速 度拍摄激光光斑。激光信号通过成像单元在图像上形成两道平行的红色图线。
[0039]步骤四：从图像像素点p(i，j)(i表示图像行，j表示图像列)提取激光信号。为了降 低运算量，只抽取部分行的像素来处理，并保证所选取的行与激光图线相交。设定红色激光 图像的红色分量阈值，对选取的图像作二值化处理，提取出激光图像上的点 j 2 )、p ( i 3，j 3 )、p ( i 4，j4 )......根据最小二乘法得到激光图像的表达式y = kx+b。为了计算方 便，在安装成像单元时使图像行或列与激光图线平行，这里选择列平行，则激光表达式可表 示成Χ = Χ'。两道激光的图线可分别表示为Χ1 = Χ1'、Χ2 = Χ2'，其图像距离为1 = Χ1_Χ2,车辆无 侧倾时长度为ll·。
[0040] 步骤五:在车辆运动过程中，实时计算激光图线距离1，如图10所示。得到比例系数 * = f。将比例系数代入车辆侧倾角表达式釦^，得到车辆侧倾角。为了提高计算精 度，计算过程采用低通滤波等方法对输入变量做一定的滤波处理。
[0041] 步骤六:不断重复步骤四和步骤五，得到车辆动态侧倾的实时角度值。
[0042] 经过初步试验，本发明在测量车辆静态侧倾角时具有非常高的精度，计算结果误 差在0.5°以内，并且一般小于0.3°。计算结果已包括装置安装误差、操作误差、简化计算所 带来的误差。在动态测量情况下，激光信号亦随着车辆侧倾相应发生明显变化，因此本发明 可用于车辆侧倾角动态测量。
[0043] 附图中几何模型各部分相对位置可以发生一定程度的变化，成像单元可安装于任 何一个激光光源所在位置。所用测量装置的部件也有多种类型。任何基于本发明车辆侧倾 角测量模型的方案修改和【具体实施方式】均在本发明的权利保护范畴之内。
【主权项】
1. 一种基于激光和图像处理的车辆侧倾角动态测量方法，其特征在于， 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，激光光源、成像单元、地面光斑与车辆之间形成几何关系； 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； 处理单元对激光图像进行分析计算，得到车辆侧倾角； 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；处理单元从激光图像的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。2. -种基于激光和图像处理的车辆侧倾角动态测量装置，其特征在于，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； 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。
【专利摘要】本发明公开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，所述测量方法为：在车辆上沿车辆横向并列安装两个激光器和一个成像单元作为测量单元，激光器和成像单元水平共线，并保证激光照射地面上的线型光斑在成像单元视野之内；激光器竖直向下发射线激光，在地面上形成平行于车辆纵轴方向的线型光斑，成像单元实时竖直向下拍摄视频；处理单元实时读取视频数据并提取出每一帧画面，并提取画面中激光光斑所在中位置；根据两条激光光斑的相对位置，可以计算车辆相对地面的侧倾角。
【IPC分类】G01B11/26
【公开号】CN105651207
【申请号】
【发明人】张辉, 杨永强, 庄文盛, 龚文森
【申请人】中山大学
【公开日】2016年6月8日
【申请日】2016年2月23日