本实用新型涉及速度测量技术，尤其涉及一种速度测量系统及车辆。
背景技术：
测量车辆的位移和速度是交通行业中较为重要的基础测量项目。对于汽车而言，对车速进行测量可用于评价汽车的性能、道路状况、交通规则制定、事故鉴定、赛车等方面都有重要的意义。
现有的车速测量方式包括如下几种：
其一，采用光电感应设备或电磁感应设备设置在车轮上，通过测量车轮的转速来得到车速。但是车轮的充气状态、磨损状态和车载状态都会影响车轮的转速，因而所得到的车速精确度不高。
其二，利用全球定位系统测量车速，但该方法会受到全球定位系统的信号质量的影响，并且在实际应用中存在数据的延迟，使得测量得到的车速精确度不高。
其三，利用多普勒效应原理，采用雷达对车速进行测量。通常将雷达等测试设备安装在道路两旁或待测车辆所经过道路的上方，该测量方法容易受到雷达发射波与车辆行驶方向之间的夹角变化的影响，导致精确度不高。
其四，采用激光多普勒测速法、光栅滤波测速法等光学测量方法，虽然测量精度较高，但是采用的精密光学器件价格较昂贵，使得车速测量成本较高。
上述四种常用的车速测量方式，均存在一些缺陷，因此，急需一种具有较高测量精度且测量成本较低的车速测量方式。
技术实现要素：
本实用新型提供一种速度测量系统及车辆，用于降低速度测量成本且提高测量精确度。
本实用新型第一方面提供一种速度测量系统，包括：图像采集器和图像处理器，所述图像采集器固定设置在待测物体上，所述图像采集器的取景窗朝向地面，用于采集地面图像；所述图像处理器和图像采集器相连，所述图像处理器用于根据所述图像采集器采集到的连续的两幅地面图像计算得到所述待测物体的移动速度，所述连续的两幅图像中包括有相同的地面纹理。
如上所述的速度测量系统，还包括：照明设备；所述照明设备固定设置在待测物体上，用于照亮地面。
如上所述的速度测量系统，所述图像采集器垂直于地面拍摄。
如上所述的速度测量系统，所述图像采集器为高速摄像头。
如上所述的速度测量系统，所述照明设备包括：发光二极管驱动器以及与所述发光二极管驱动器相连的至少两个发光二极管。
如上所述的速度测量系统，所述照明设备垂直于地面。
如上所述的速度测量系统，所述图像采集器通过安装支架固定至待测物体上。
如上所述的速度测量系统，所述安装支架上设置有螺栓孔，以通过螺栓将所述图像采集器固定至待测物体上。
如上所述的速度测量系统，所述安装支架焊接在所述待测物体上。
本实用新型第二方面提供一种汽车，包括：如上所述的速度测量系统。
本实用新型提供的技术方案，通过采用图像采集器获取地面图像，采用图像处理器获取连续采集到的两幅地面图像，两幅地面图像中存在相同的地面纹理，根据地面纹理在两幅地面图像中的位置计算得到待测物体的移动速度。本实施例提供的技术方案，不会受到车轮状态、车载状态的影响，也不会受到外部通信信号、环境温度、测量角度等因素的影响，进而能够提高测量精度。并且相比于价格昂贵的精密光学器件，本实施例所提供的上述方案的成本较低，易于实现。
附图说明
图1为本实用新型实施例一提供的速度测量系统的结构示意图；
图2为本实用新型实施例四提供的速度测量方法的流程图；
图3为本实用新型实施例五提供的速度测量方法中计算待测物体移动的实际距离的流程图；
图4为本实用新型实施例六提供的速度测量装置的结构示意图。
具体实施方式
为使本实用新型实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本实用新型保护的范围。
实施例一
图1为本实用新型实施例一提供的速度测量系统的结构示意图。如图1所示，本实施例提供一种速度测量系统，包括：图像采集器11和图像处理器(图中未示出)，图像采集器11固定设置在待测物体(例如：车辆12)上，图像采集器11的取景窗(或称：镜头)朝向地面13，用于采集地面图像。图像处理器和图像采集器11相连，图像处理器用于根据图像采集器11采集到的连续的两幅地面图像计算得到待测物体的移动速度，连续的两幅图像中包括有相同的地面纹理。
具体的，将图像采集器11固定设置在待测物体上，且图像采集器11的镜头朝向地面，以在待测物体移动的过程中拍摄地面图像。本实施例中，以车辆12作为待测物体为例，对速度测量方法系统详细的说明。当然除了车辆12之外，人、或其它可移动的物体都可以作为待测物体，均可以采用本实施例所提供的技术方案来测量待测物体的移动速度。
图像处理器从图像采集器11中获取采集到的地面图像，并提取出其中连续采集到的两幅地面图像，地面上的某些部分会同时出现在通过图像采集器连续采集到的两幅图像中。进一步的，图像采集器可采用现有技术中常用的高速摄像头，其拍摄速度为每秒几百帧至几千帧。
例如：根据地面纹理特征不同，或者地面上存在颗粒物体，则呈现在地面图像中为不同的灰度值，然后对地面图像进行纹理特征分析，可确定出同时存在于连续采集到的两幅图像中的地面纹理。地面纹理在连续两幅地面图像中的位置是不同的，地面纹理在地面图像中移动的速度与待测物体移动的速度相同。
对地面图像进行纹理分析的方式可采用现有技术中常用的方式，本实施例不做限定。
地面纹理在地面图像中移动的速度与待测物体的移动速度相同，则根据地面图像与对应的实际地面之间的尺寸比例关系既可以计算得到待测物体的移动速度。本实施例并不限定具体的计算方式。
本实施例提供的技术方案，通过采用图像采集器获取地面图像，采用图像处理器获取连续采集到的两幅地面图像，两幅地面图像中存在相同的地面纹理，根据地面纹理在两幅地面图像中的位置计算得到待测物体的移动速度。本实施例提供的技术方案，不会受到车轮状态、车载状态的影响，也不会受到外部通信信号、环境温度、测量角度等因素的影响，进而能够提高测量精度。并且相比于价格昂贵的精密光学器件，本实施例所提供的上述方案的成本较低，易于实现。
实施例二
本实施例是在上述实施例的基础上，对速度测量系统进行进一步的优化。
上述速度测量系统中还可以包括照明设备14，照明设备14固定设置在待测物体(车辆12)上，用于发出强光照亮地面，以提高地面的亮度，保证图像采集器11能够采集到清晰的图像。
照明设备14可以为持续发光，也可以在图像采集器11的快门打开时才发光。照明设备14的具体发光方式本实施例不做限定。
照明设备14可采用现有技术中亮度较高的光源，例如：荧光灯，发光二极管等。本实施例中，照明设备14可采用发光二极管制成，具体的，照明设备14包括：发光二极管驱动器以及与发光二极管驱动器相连的至少两个发光二极管。
进一步的，上述图像采集器11可以垂直于地面13拍摄，也可以与地面13呈设定角度拍摄。图像采集器11可设置在车辆12的头部、尾部、侧面均可。
对应的，可根据图像采集器11的位置来设定照明设备14的位置，照明设备14可以垂直于地面13照射，也可以与地面13呈设定角度。
至于图像采集器11和照明设备14的安装方式，可采用焊接、螺接、铆接等方式。例如：可采用安装支架将图像采集器11固定至待测物体上，安装支架上开设螺栓孔，通过螺栓来固定图像采集器11。
照明设备14的安装方式可参照图像采集器11来设置。
本实施例所提供的技术方案，通过采用图像采集器获取地面图像，采用图像处理器获取连续采集到的两幅地面图像，两幅地面图像中存在相同的地面纹理，根据地面纹理在两幅地面图像中的位置计算得到待测物体的移动速度。本实施例提供的技术方案，不会受到车轮状态、车载状态的影响，也不会受到外部通信信号、环境温度、测量角度等因素的影响，进而能够提高测量精度。并且相比于价格昂贵的精密光学器件，本实施例所提供的上述方案的成本较低，易于实现。
实施例三
本实施例提供一种汽车，包括：如上述实施例所提供的速度测量系统。通过采用图像采集器获取地面图像，采用图像处理器获取连续采集到的两幅地面图像，两幅地面图像中存在相同的地面纹理，根据地面纹理在两幅地面图像中的位置计算得到待测物体的移动速度。本实施例提供的技术方案，不会受到车轮状态、车载状态的影响，也不会受到外部通信信号、环境温度、测量角度等因素的影响，进而能够提高测量精度。并且相比于价格昂贵的精密光学器件，本实施例所提供的上述方案的成本较低，易于实现。
实施例四
本实施例提供一种速度测量方法，该方法可以由速度测量系统中的图像处理器来执行。图2为本实用新型实施例四提供的速度测量方法的流程图，如图2所示，本实施例提供的速度测量方法包括如下几个步骤：
步骤201、图像处理器获取图像采集器连续采集到的两幅地面图像，两幅地面图像中包含有相同的地面纹理。
将图像采集器固定设置在待测物体上，且图像采集器的镜头朝向地面，以在待测物体移动的过程中拍摄地面图像。本实施例中，以车辆作为待测物体为例，对速度测量方法进行详细的说明。当然除了车辆之外，人、或其它可移动的物体都可以作为待测物体，均可以采用本实施例所提供的方法来测量待测物体的移动速度。
图像处理器从图像采集器中获取采集到的地面图像，并提取出其中连续采集到的两幅地面图像。
图像采集器可采用现有技术中常用的高速摄像头，其拍摄速度为每秒几百帧至几千帧。因此，地面上的某些部分会同时出现在通过图像采集器连续采集到的两幅图像中。例如：根据地面纹理特征不同，或者地面上存在颗粒物体，则呈现在地面图像中为不同的灰度值，然后对地面图像进行纹理特征分析，可确定出同时存在于连续采集到的两幅图像中的地面纹理。地面纹理在连续两幅地面图像中的位置是不同的，地面纹理在地面图像中移动的速度与待测物体移动的速度相同。
对地面图像进行纹理分析的方式可采用现有技术中常用的方式，本实施例不做限定。
步骤202、图像处理器根据地面纹理在两幅地面图像中的位置、地面图像尺寸及图像采集器距离地面的高度计算得到待测物体的移动速度。
地面纹理在地面图像中移动的速度与待测物体的移动速度相同，则根据地面图像与对应的实际地面之间的尺寸比例关系既可以计算得到待测物体的移动速度。
本实施例提供一种具体的计算方式：通过地面纹理在两幅地面图像中的位置、地面图像尺寸可以得到地面纹理在两幅地面图像中移动的距离。
由于地面纹理在地面图像中移动的速度与待测物体的移动速度相同，则根据采集到的地面图像尺寸与对应的实际地面的尺寸之间的比例，进而通过地面纹理在两幅地面图像中移动的距离计算得到待测物体在实际地面上移动的距离。
再根据连续两幅地面图像采集的时间差，可以计算得到待测物体移动的速度。
根据图像采集器距离地面的高度不同，其取景框覆盖范围内的地面实际尺寸是不同的。将图像采集器固定在待测物体(例如车辆)上，使得图像采集器距离地面的高度固定，则将取景框覆盖范围内的地面实际尺寸固定。
本实施例提供的技术方案，通过获取图像采集器连续采集到的两幅地面图像，两幅地面图像中存在相同的地面纹理，根据地面纹理在两幅地面图像中的位置、地面图像尺寸及图像采集器距离地面的高度计算得到待测物体的移动速度。本实施例提供的技术方案，不会受到车轮状态、车载状态的影响，也不会受到外部通信信号、环境温度、测量角度等因素的影响，进而能够提高测量精度。并且相比于价格昂贵的精密光学器件，本实施例所提供的上述方案的成本较低，易于实现。
实施例五
本实施例是在上述实施例的基础上，对速度测量方法进行进一步的优化。
图3为本实用新型实施例五提供的速度测量方法中计算待测物体移动的实际距离的流程图。如图3所示，上述实施例中，根据地面纹理在两幅地面图像中的位置、地面图像尺寸及图像采集器距离地面的高度计算得到待测物体在地面移动的实际距离，具体可采用如下方式来实现：
步骤301、图像处理器根据图像采集器距离地面的高度和图像采集器的拍摄角度计算得到图像采集器取景窗能够摄取到的实际地面的尺寸。
图像采集器距离地面的高度在图像采集器安装完毕之后就固定了，该高度具体可由操作人员测量得出，例如可通过激光测距仪器来测得，再输入并存储在图像处理器内。
图像处理器可结合图像采集器的拍摄角度和图像采集器距离地面的高度计算得到图像采集器的取景窗所能摄取到的实际地面的尺寸。
或者，当图像采集器安装完毕之后，其距离地面的高度和拍摄角度就固定了，因此，步骤301中所获取的实际地面的尺寸也可以为在图像采集器安装完毕后，通过人工拍摄地面图像并对应测量得到实际地面的尺寸，再预先提供给图像处理器。
步骤302、图像处理器根据地面纹理在两幅地面图像中的位置计算得到地面纹理在两幅地面图像中移动的长度。
例如：可在两幅地面图像中建立坐标系，坐标原点相同，分别计算两幅图像中地面纹理的坐标。然后，计算两幅图像中地面纹理坐标之间的差值，即可得到地面纹理在两幅地面图像中移动的长度。
步骤303、图像处理器根据实际地面的尺寸、地面纹理在两幅地面图像中移动的长度、以及地面图像的尺寸计算得到待测物体在地面移动的实际距离。
根据上述步骤301计算得到的实际地面的尺寸、步骤302计算得到的地面纹理在两幅地面图像中移动的长度、以及地面图像的尺寸计算得到待测物体在地面移动的实际距离。
具体的，分别在两幅地面图像上建立相同的坐标系，地面纹理在两幅地面图像上的坐标分别为(x1，y1)和(x2，y2)。
第一方面，假设待测物体只做水平移动没有转动(即：y1与y2相等),因为测量间隔很短,即使有转动,转动角度也很小，可以忽略不计,所以这个假设是成立的。x方向是车辆前进的方向。可如下公式来计算待测物体在地面移动的实际距离：
其中，X为待测物体在地面移动的实际长度，W为实际地面的长度，w为地面图像长度，Δx为地面纹理在两幅地面图像中移动的长度。
再根据待测物体在地面移动的实际长度X和两幅地面图像拍摄的时间差计算得到待测物体移动的速度，具体采用如下公式：
其中，V为待测物体移动的速度，Δt为两幅地面图像拍摄的时间差。
与上述方案类似的，可以测得y方向(横向)的移动距离和速度，此处不再赘述。
计算实际距离与两幅地面图像拍摄的时间差之间的商，即可得到待测物体移动的速度。
可以理解的是，地面纹理在两幅地面图像中移动的距离为：移动的像素数量与单位像素长度的乘积。
综合上述方案，设定两幅地面图像的面积为：w*d，在图像采集器高度固定时拍摄到的地面实际面积为：W*D。分别在t1和t2时刻连续拍摄地面图像，地面纹理在两幅地面图像中的坐标分别为：(x1，y1)和(x2，y2)，则地面纹理经过时间Δt＝t2-t1移动的距离为(x2-x1，y2-y1)。假设待测物体实际移动的距离为(X，Y)，则根据如下两个公式即可计算得到上述分量X和分量Y：
根据上述分量X和分量Y进行勾股定理计算，即可得到待测物体实际移动的距离，即：车辆实际移动的距离。
实施例六
图4为本实用新型实施例六提供的速度测量装置的结构示意图。如图4所示，本实施例提供一种速度测量装置，包括：地面图像获取模块41和速度计算模块42。
其中，地面图像获取模块41用于获取图像采集器连续采集到的两幅地面图像，两幅地面图像中包含有相同的地面纹理；图像采集器固定设置在待测物体上。速度计算模块42用于根据地面纹理在两幅地面图像中的位置、地面图像尺寸及图像采集器距离地面的高度计算得到待测物体的移动速度。
本实施例提供的技术方案，通过获取图像采集器连续采集到的两幅地面图像，两幅地面图像中存在相同的地面纹理，根据地面纹理在两幅地面图像中的位置、地面图像尺寸及图像采集器距离地面的高度计算得到待测物体的移动速度。本实施例提供的技术方案，不会受到车轮状态、车载状态的影响，也不会受到外部通信信号、环境温度、测量角度等因素的影响，进而能够提高测量精度。并且相比于价格昂贵的精密光学器件，本实施例所提供的上述方案的成本较低，易于实现。
进一步的，上述速度计算模块42具体包括：实际距离计算单元和速度计算单元。其中，实际距离计算单元用于根据地面纹理在两幅地面图像中的位置、地面图像尺寸及图像采集器距离地面的高度计算得到待测物体移动的实际距离。速度计算单元用于根据待测物体移动的实际距离和两幅地面图像拍摄的时间差计算得到待测物体的移动速度。
本领域普通技术人员可以理解：实现上述各方法实施例的全部或部分步骤可以通过程序指令相关的硬件来完成。前述的程序可以存储于一计算机可读取存储介质中。该程序在执行时，执行包括上述各方法实施例的步骤；而前述的存储介质包括：ROM、RAM、磁碟或者光盘等各种可以存储程序代码的介质。
在本实用新型的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“长度”、“宽度”、“厚度”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本实用新型和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本实用新型的限制。
在本实用新型中，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”、“固定”等术语应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成一体；可以是机械连接，也可以是电连接或可以互相通讯；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本实用新型中的具体含义。
最后应说明的是：以上各实施例仅用以说明本实用新型的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述各实施例对本实用新型进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本实用新型各实施例技术方案的范围。