一种基于编码激光与双目视觉的辅助驾驶系统及方法与流程

本发明涉及汽车主动安全技术领域，涉及一种基于编码激光与双目视觉的辅助驾驶系统及方法。

背景技术：

汽车的普及为越来越多的人提供了更加便捷的出行方式，然而伴随着便捷的是交通事故的频繁发生，这使更多人的财产甚至生命安全面临着严重的威胁。

安全驾驶的实现很大一部分取决于驾驶员能否在行车过程中时刻保持安全距离,而相对于人眼结合经验而言，借助物理仪器或装置来判断车辆与前方障碍的距离将更加准确。

现代测距技术主要有超声波、雷达、激光、摄影摄像等四种。其中，摄影摄像测距因其结构简单、测量精度高、成本较低等诸多优势而成为研究的热点。

摄影摄像测距技术分为单目视觉和双目视觉两大类，其中双目视觉以人眼为原型运用仿生学原理设计而成，该测距方法采用两个相同的摄像机(左、右)同时对一场景进行图像采集，然后提取左右图像中相对应的特征点并匹配其坐标，通过算法计算出距离信息。

目前公知的双目视觉测距技术在辅助驾驶上应用时，存在如下问题：

一、由于汽车行驶环境的不确定性，导致从图像中提取特征点困难，即摄像机所采集到的图像中可能不存在明显的特征点，此时所测距离与真实距离之间存在较大差异甚至测距不可实现。

二、适用性较低。同样的道路条件下，行车安全距离很大程度上取决于汽车的行驶速度，若将安全距离设置为某一固定值，则测距装置可能会在汽车不应该减速的情况下提醒驾驶员减速慢行，从而干扰了驾驶员的正常操作。

技术实现要素：

本发明的目的是提供一种基于编码激光与双目视觉的辅助驾驶系统及方法，解决了现有技术中存在的问题，即在处理图像的过程中提取特征点困难且预设的安全距离未能与多变的车速相匹配。

本发明是通过以下技术手段实现上述技术目的的。

一种基于编码激光与双目视觉的辅助驾驶系统，其特征在于，主要由车速传感器、编码激光源、图像采集模块、信号处理模块、信号输出模块组成；

所述编码激光源用于发出带有特定编码且波长大于800nm的激光，即红外光，人眼无法识别激光光束和光斑；所述编码激光源装于车辆上、能够照射到车辆前方的位置；

所述图像采集模块包括右侧摄像头、左侧摄像头、右侧滤镜、左侧滤镜、图像传输线路；右侧摄像头、左侧摄像头分别通过图像传输线路与信号处理模块连接；所述右侧摄像头、左侧摄像头分别装于所述编码激光源两侧，且光源中心线与右侧摄像头、左侧摄像头光轴接近平行；右侧摄像头、左侧摄像头分别用于采集捕获激光束照射在障碍物表面形成光斑的图像，所述右侧滤镜、左侧滤镜分别设置在右侧摄像头、左侧摄像头前方，用于滤除部分可见光，使激光光斑从混杂的光线环境中分离出来；所述图像传输线路用于将右侧摄像头、左侧摄像头采集的图像传输至信号处理模块；

所述车速传感器用于实时检测车辆的车速，并将车速信号传输至信号处理模块；

所述信号处理模块用于根据右侧摄像头、左侧摄像头采集图像中光斑的坐标、右侧摄像头与左侧摄像头光轴的距离L、镜头焦距f，计算激光斑与本车辆间的距离为本车辆与前方障碍物间的实际距离；并根据本车辆的车速给出本车辆与前方障碍物之间的安全距离S_max；

所述信号输出模块用于比较本车辆与前方障碍物间的实际距离和本车辆与前方障碍物之间的安全距离S_max，并根据比较结果发出警报。

优选地，所述右侧摄像头、左侧摄像头均为数字式摄像头。

优选地，所述编码激光源、右侧摄像头、左侧摄像头装于车辆前挡风玻璃上、后视镜之后的位置。

优选地，所述右侧摄像头、左侧摄像头采用支架相连。

基于编码激光与双目视觉的辅助驾驶方法，其特征在于，包括以下步骤：

(1)编码激光源发出带有特定编码且波长大于800nm的激光，在车辆前方形成激光光斑，右侧摄像头、左侧摄像头透过右侧滤镜、左侧滤镜采集激光光斑的图像，并通过图像传输线路传输至信号处理模块；车速传感器用于实时检测车辆的车速，并将车速信号传输至信号处理模块；

(2)所述信号处理模块根据右侧摄像头、左侧摄像头采集图像中光斑的坐标、右侧摄像头与左侧摄像头光轴的距离L、镜头焦距f，计算激光斑与本车辆间的距离为本车辆与前方障碍物间的实际距离；根据本车辆的车速给出本车辆与前方障碍物之间的安全距离S_max；

(3)信号输出模块比较本车辆与前方障碍物间的实际距离和本车辆与前方障碍物之间的安全距离S_max，并根据比较结果发出警报。

本发明的有益效果是：

本系统中使用了编码激光源，在处理由左右摄像机捕获到的图像时，可直接以图像上的激光光斑作为特征点，保证了测距的可实现性，提高了测距效率与测距精度；对激光的编码处理便于滤除其他干扰光斑，为其普及奠定了基础。根据不同的车速范围设定不同的行车安全距离，保证了本测距装置的适用性。

附图说明

图1是本发明的基于编码激光与双目视觉的辅助驾驶系统在车辆上的布置示意图。

图2是本发明所述的辅助驾驶系统的结构示意图。

图3是本明所述的辅助驾驶系统的工作流程图。

图4是所图像采集的成像原理图。

图5是计算距离所采用的数学模型。

具体实施方式

下面结合附图以及具体实施例对本发明作进一步的说明，但本发明的保护范围并不限于此。

本发明所述的基于编码激光与双目视觉的辅助驾驶系统，本辅助驾驶系统的主体在车辆上的布置位置选择在前挡风玻璃上、后视镜之后，如附图1所示，保证便于实施测距的同时不影响驾驶员正常的视觉。

所述的基于编码激光与双目视觉的辅助驾驶系统，如图2所示，主要由车速传感器、编码激光源、图像采集模块、信号处理模块、信号输出模块组成。

所述编码激光源用于发出带有特定编码且波长大于800nm的激光，为不可见光且具有特定的编码。所述编码激光源装于车辆上、能够照射到车辆前方的位置。

所述图像采集模块包括右侧摄像头、左侧摄像头、右侧滤镜、左侧滤镜、图像传输线路；右侧摄像头、左侧摄像头分别通过图像传输线路与信号处理模块连接；所述右侧摄像头、左侧摄像头分别装于所述编码激光源两侧，且光源中心线与右侧摄像头、左侧摄像头光轴接近平行；右侧摄像头、左侧摄像头分别透过滤镜捕获采集捕获激光束照射在障碍物表面形成光斑的图像，左侧摄像头与右侧摄像头采用支架相连。所述右侧滤镜、左侧滤镜分别设置在右侧摄像头、左侧摄像头前方，用于滤除部分可见光，使激光光斑从混杂的光线环境中分离出来；所述图像传输线路用于将右侧摄像头、左侧摄像头采集的图像传输至信号处理模块；编码激光源位于左侧摄像头与右侧摄像头之间,且光源中心线与左右镜头光轴接近平行；所采用的摄像头为数字式摄像头，其采集的图像以数字信号的形式经由图像传输线路传至信号处理模块。

车速传感器按现行的布置方式布置即可，所述车速传感器用于实时检测车辆的车速，并将车速信号传输至信号处理模块；

所述信号处理模块用于根据右侧摄像头、左侧摄像头采集图像中光斑的坐标、右侧摄像头与左侧摄像头光轴的距离L、镜头焦距f，计算激光斑与本车辆间的距离为本车辆与前方障碍物间的实际距离；并根据本车辆的车速给出本车辆与前方障碍物之间的安全距离S_max；

所述信号输出模块用于比较本车辆与前方障碍物间的实际距离和本车辆与前方障碍物之间的安全距离S_max，并根据比较结果发出警报。

基于编码激光与双目视觉的辅助驾驶系统工作流程如图3所示，实施测距之前，编码激光源发射带有特定编码且波长大于800nm的激光，在车辆前方障碍表面形成激光斑，右侧摄像头、左侧摄像头同时透过右侧滤镜、左侧滤镜采集激光光斑的图像，图像采集的成像原理如图4所示。图像以数字信号的形式经由图像传输线路传至信号处理模块。车速传感器用于实时检测车辆的车速，并将车速信号传输至信号处理模块。

所述信号处理模块根据右侧摄像头、左侧摄像头采集图像中光斑的坐标、右侧摄像头与左侧摄像头光轴的距离L、镜头焦距f，计算激光斑与本车辆间的距离，为本车辆与前方障碍物间的实际距离。

假设摄像头每秒钟采集图像N帧，且在N帧图像中若某个具有特定编码的光斑的出现次数不小于则认为该光斑是由本辅助驾驶系统发出的激光形成，将其定义为P。即右侧摄像头、左侧摄像头采集到的图像中分别提取到编码激光斑P_R、P_L。

现结合图5说明本辅助驾驶系统在计算距离时所采用的算法原理：

信号处理模块通过算法匹配编码激光光斑P在左图像中的坐标P_L(u₁，v₁)、在右图像中的坐标P_R(u₂，v₂)。

已知左右镜头光轴的距离L，光斑P在左图像中的坐标P_L(u₁，v₁)、在右图像中的坐标P_R(u₂，v₂)，镜头焦距f，信号处理模块根据以上参数通过算法计算出视差(u₁-u₂)，并最终计算出激光斑P与本车辆间的距离S。

经计算，光斑P与本车辆间的距离S为：

$S=\frac{f\·\[L-(u_1-u_2)\]}{u_1-u_2}.$

信号处理模块的内置算法依据不同的车速范围设定不同的行车安全距离S_max，车速[v₀,v₁)、[v₁,v₂)、[v₂,v₃)...对应的行车安全距离分别为S₀、S₁、S₂...。假设经速度传感器测得车速在[v₁,v₂)范围内，则信号处理模块将行车安全距离S_max置为S₁。

信号处理模块将S与S_max作比较，若S≤S_max，则信号输出模块发出安全警报提醒驾驶员减速慢行。

所述实施例为本发明的优选的实施方式，但本发明并不限于上述实施方式，在不背离本发明的实质内容的情况下，本领域技术人员能够做出的任何显而易见的改进、替换或变型均属于本发明的保护范围。