专利名称：一种基于双摄像头的实时实景匹配车载导航装置的制作方法
技术领域：
本实用新型属于车载导航技术领域，具体涉及基于双摄像头的实时实景匹配车载导航装置。
背景技术：
现有便携式车载导航装置一般是通过简化的地图模型进行导航的。导航仪中的地图模型通常是把俯视角度的实景地图进行一系列的简化和修整，只保留主要干道和重要的建筑物，忽略道路边细节，这样就能大大减少地图的信息量，方便导航仪存储和保证显示的及时性。在导航的过程的，当前位置通过GPS全球定位来确定，目的地则通过用户输入，然后在地图上搜索出相应的地点。接着根据地图上的道路信息，计算出当前位置到目的地的路径，然后开始导航，这就是现有的导航系统的工作过程。应用简化的地图模型有一定的优势:信息量相对较少，方便储存；能快速显示和切换，对主要道路情况显示清晰及时；指向明确，用户可轻松得到指示等。这种地图模型能满足用户日常的需求，在道路不太复杂的情况下指向明确，走错的概率很低，因此也成为了市面上主流的导航配置。简化的地图模型对主要干道的导航能发挥很好的作用，但在有多条分支，路况复杂的地段，这种地图提供的信息非常有限，因此用户常常不能得到准确的指示。比如在有多个路口的环形干道上，用户常常会因为相邻路口靠得太近而走错道路。造成这种失误的原因，一种可能是简化的地图忽视了某些较小的路口，造成地图显示信息与实际不符，另一种可能是因为路口之间距离太短，定位精度不能区分出当前的转向。另外，随着城市道路的快速发展，道路已经形成了立体发展的趋势，高架桥在许多城市已经成为重要的道路方式。然而由于GPS是通过经纬度来实现平面定位的，对于同一经纬度上的海拔高度是无法区分的，因此常常会出现在高架桥上导航信息错乱的情况，其原因就是导航仪无法准确判断当前位置。另外，一些路边的的障碍，道路的施工改建等，也在一定程度上影响导航的质量。因此，用户希望一种实时的实景导航地图。但实景地图导航实现的难度很大，首先地图信息量太大，要浪费大量的空间去储存；其次，因为实景画面上信息量太多，道路指向不清晰等，在实景影像上计算导航指向难度大，计算复杂。综述上面的原因，实景导航技术还处于开发研究阶段，要实现实景导航，则需要想办法克服以上困能。
实用新型内容本实用新型针对现有导航系统存在的无法定位高架桥等多层道路结构的正确位置，对道路的改建和修整不能及时反映等问题，提出了一种基于双摄像头的实时实景匹配车载导航装置。本实用新型在普通的导航地图导航的基础上，采用普通摄像头和红外摄像头结合的方法，通过普通摄像头采集实时影像显示在导航仪屏幕，红外摄像头采集的图像则与原有的导航地图进行匹配，因此就可以把导航地图上的导航指示映射到实景图上，完成实景导航。本实用新型可以避免占用大量的储存空间来储存实景地图，计算量少，响应快，成本低。本实用新型通过如下技术方案实现。—种基于双摄像头的实时实景匹配车载导航装置，其包括贴片式显示器及显示器驱动单元模块，控制存储处理单元模块，导航信息接收天线模块，彩色摄像头，红外摄像头、USB输出模块和电源模块；其中控制处理存储单元模块包括控制处理器、存储器、外部控制开关和麦克风，所述导航信息接收天线模块，彩色摄像头，红外摄像头、USB输出模块、电源模块、存储器、外部控制开关和麦克风均分别与控制处理器连接，所述彩色摄像头，红外摄像头用于采集当前的道路信息，所述控制处理存储单元模块在非实景地图模式下能根据用户当前的位置通过GPS定位系统进行导航，并能将彩色摄像头和红外摄像头采集的图像与非实景地图进行匹配，实现实时实景匹配导航。进一步的，所述彩色摄像头和红外摄像头均采用模块式封装，位于整个装置的背部，并且水平紧靠排列。进一步的，所述外部控制开关包括“电源开关”、“显示信息开关”、“语音输入开关”和“语音设置开关”按键，分别用于完成开关机、选择是非实景地图导航显示还是实景地图导航显示、是否用语音控制和是否设置控制语音命令。与现有技术相比，本实用新型的优点有:1.装置简单，可在现有的导航装置上扩展功能，成本低。2.解决高架桥等多层道路结构无法定位的问题，实现高架桥导航的准备定位。3.能及时反映道路的改建情况，记录并输出新的道路信息。4.实景导航采用创新的匹配方法，克服了传统实景导航存储成本高，路径计算困难的问题。5.采用双摄像头设计，既降低了匹配算法的复杂度和计算量，保证实时性；同时采用红外摄像头，对夜间实景导航的实现提供了保障。6.本装置成本低，设计简单，可通过传统的导航装置改造而成，降低了设计成本。
图1是实施方式中导航装置的主要组成框图。图2是实施方式中导航装置的背面示意图。图3是实施方式中导航装置的二维地图显示模式下的多层道路导航示意图。图4是实施方式中导航装置实景地图匹配和实景图显示流程图。图5是实施方式中导航装置实景导航具体流程图。
具体实施方式
以下结合附图和实例对本实用新型的实施作进一步说明，但本实用新型的实施和保护不限于此。本实施方式导航装置结构如图1所示。本装置包括贴片式显示器及显示器驱动单元模块I，控制存储处理单元模块2，导航信息接收天线模块3，彩色摄像头4，红外摄像头5、USB输出模块6和电源模块7。其中控制处理存储单元模块2由控制处理器、存储器、外部控制开关和麦克风组成。其中外部控制开关键有“电源开关”、各类“显示信息”开关、“语音输入”和“语音设置”等五类开关，分别完成开机、选择是非实景地图导航显示还是实景地图导航显示等其它信息显示、是否用语音控制和是否设置控制语音命令等功能。本装置中的彩色摄像头4和红外摄像头5均采用模块式封装，减少装置的整体体积。由于需要同时采集同一实景，所以这两个单元必须放置在装置的背部，并且水平排列，这样当本实用新型装置在使用过程中，显示屏是正对用户的，而两摄像头则对着行驶方向的正前方，采集当前的道路信息，并且由于两摄像头水平紧靠排列，所以其采集到的图像只存在水平位移的差别，通过简单处理就能找到两图像的中心重合部分。装置中的USB输出模块6采用标准USB2.0接口，负责将存储的新道路信息输出到上位机，方便用户查看和记录。本装置在导航过程中，若出现实景和原导航地图匹配不成功的情况，系统会自动计算并判断是否存在新路径并记录当前相关数据，用户可通过USB模块输出。本实施方式中，装置总体形状为一个贴片式超薄长方体，其背面示意图如图2所示。正面为显示界面和控制开关组成；背面由两个摄像头，单独天线接收模块、电路模块和电源模块组成。整个装置超薄轻巧，因而能够很容易安全地固定在驾驶员比较方便观看的位置，比如贴在方向盘前面的面板或挡风玻璃等位置上。本装置包括两种导航显示模式:一是非实景地图导航，二是实时的实景地图导航。本装置的第一个显示模式为非实景地图导航模式，显示上与市面一般的导航仪基本一致。非实景地图预先储存在导航仪内，地图的更新可通过网络进行或者用户自行下载更新包并烧录到导航仪中。目前市面上有多款非实景地图导航地图可免费使用，所以本系统选择其中一款移植即可，地图的路径计算和信息也非常成熟，不需要进行额外的改进。本实用新型装置的非实景导航模式结合现有的导航系统和本系统独创的实景匹配模式，解决了现有导航系统无法定位高架桥的问题，并能主动发现和存储新道路信息。在非实景地图模式下，本装置工作方式流程如下:用户当前的位置通过导航仪中的GPS定位系统确定，用户需要输入目的地，然后地图会自动计算出行驶路径并根据路径进行导航。同时本装置会自动识别并开启实景匹配功能。实景匹配工作过程如下:系统在后台自动打开红外摄像头，红外摄像头采集当前的影像并传输到控制储存单元模块，控制单元接收到红外摄像头的影像信息后进行分析。由于道路和道路旁都有明显的隔绝带，其温度差距较为明显，在红外画面上就体现得非常明显，因此可以通过简单的灰度值划分来得到道路的轮廓。首先选中画面中心偏下的一个小区域，将区域内所有点的灰度值作平均，得到灰度值D。，然后设定路面灰度值差系数K，对整个图像将灰度值范围在(De-K, Dc+K)范围内与范围外的点的灰度值二极化，则可得到道路的轮廓。由于本装置在导航时，红外摄像头始终是对着正前方路面，因此其采集到的图像中心偏下的一定是道路，因此我们可以通过简单的选取这一范围内的部分作平均值代表道路的灰度值。至于K的选取与路面的温差有关，但由于路面温差一般较小，因此K不必选太大的值(具体可根据实际情况简单选定)。具体的实现流程如图4所示。通过红外影像提取道路轮廓后，下一步就是与预先存储的非实景地图进行匹配。由于非实景地图色调单一，而经处理后的红外图像轮廓清晰，因此可以通过简单的基于灰度值重合算法实现匹配。取非实景地图当前位置的MXN范围作为基准模板，并作二值化处理，得到基于非实景地图的道路轮廓图P1，并记下当前导航指向标志的坐标位置DP(DP为一个坐标集合)。将处理后的红外图像按比例d伸缩成MXN大小，作为目标模板，记为P2。通过式(I)计算P1与P2的灰度值重合度P:
权利要求1.种基于双摄像头的实时实景匹配车载导航装置，其特征在于包括贴片式显示器及显示器驱动单元模块(1)，控制存储处理单元模块(2)，导航信息接收天线模块(3)，彩色摄像头(4)，红外摄像头(5)、USB输出模块(6)和电源模块(7);其中控制处理存储单元模块(2)包括控制处理器、存储器、外部控制开关和麦克风，所述导航信息接收天线模块(3)，彩色摄像头(4)，红外摄像头(5 )、USB输出模块(6 )、电源模块(7 )、存储器、外部控制开关和麦克风均分别与控制处理器连接，所述彩色摄像头(4)，红外摄像头(5)用于采集当前的道路信息，所述控制处理存储单元模块(2)在非实景地图模式下能根据用户当前的位置通过GPS定位系统进行导航，并能将彩色摄像头(4)和红外摄像头(5)采集的图像与非实景地图进行匹配，实现实时实景匹配导航。
2.据权利要求1所述的基于双摄像头的实时实景匹配车载导航装置，其特征在于所述彩色摄像头(4)和红外摄像头(5)均采用模块式封装，位于整个装置的背部，并且水平紧靠排列。
3.据权利要求1所述的基于双摄像头的实时实景匹配车载导航装置，其特征在于所述外部控制开关包括“电源开关”、“显示信息开关”、“语音输入开关”和“语音设置开关”按键，分别用于完成开关机、选择是非实景地图导航显示还是实景地图导航显示、是否用语音控制和是否设置控制语音命令。
专利摘要本实用新型公开一种基于双摄像头的实时实景匹配车载导航装置。所述导航方法在普通的导航地图导航的基础上，采用普通摄像头和红外摄像头结合的方式，通过普通摄像头采集实时影像显示在导航仪屏幕，红外摄像头采集的图像则与原有的导航地图进行匹配，因此就可以把导航地图上的导航指示映射到实景图上，完成实景导航。所述装置包括贴片式显示器及显示器驱动单元模块，控制存储处理单元模块，导航信息接收天线模块，彩色摄像头，红外摄像头、USB输出模块和电源模块；所述彩色摄像头和红外摄像头均与导航装置的控制处理器连接。本实用新型装置结构简单，可以避免占用大量的储存空间来储存实景地图，计算量少，响应快，成本低。
文档编号G01C21/30GK202928589SQ20122063292
公开日2013年5月8日 申请日期2012年11月26日 优先权日2012年11月26日
发明者宁更新, 樊国勇, 韦岗, 张军 申请人:华南理工大学