一种基于像差分析的里程测量系统及方法与流程

本发明涉及里程计技术领域，尤指一种基于像差分析的里程测量系统。

背景技术：

目前，机动车上大多用的机械式结构的里程计，机械式的结构测量不精确，长期使用会容易损坏，使用寿命不长。目前采用电子式的里程计越来越多，但大多结构较为复杂，制作成本高，且受车辆震动影响其使用寿命。

因此，亟需一种更加智能、测量准确的里程计。

技术实现要素：

为克服现有里程计存在的不足，本申请提出了一种基于像差分析的里程测量系统及方法。

具体的，该基于像差分析的里程测量系统，包括：图像采集模块、数字信号处理模块、控制器、存储器；其中，图像采集模块，设置于被测载体上，用于采集被测载体运动时的测试表面的图像；数字信号处理模块，连接图像采集模块，用于进行数模转换，对图像信号进行像差分析，获取包括物体运动方向、位移在内的基本参数；控制器，连接数字信号处理模块，用于控制里程测量系统的运行；输出模块，用于计算获得测量结果并输出。

进一步的，图像采集模块包括：在成像光路上依次设置的图像传感器、成像透镜、孔径光阑、放大透镜、远心透镜；其中，光源位于远心透镜的一侧，光线透过远心透镜照射于测试表面，经过反射后，经过光路返回至图像传感器。

进一步的，光源的光线聚焦于镜头聚焦的区域，光斑直径为100mm，发光强度为3200流明。

进一步的，里程测量系统的镜头口径为4-5cm，成像分辨率为256×256像素，每像素物理分辨率为0.1mm，景深为10cm以上，成像帧率不低于2000帧，曝光时间不大于10us。

进一步的，里程测量系统的计算为1g浮点数每秒，数据传输率不小于100mb每秒，数据输出率为250hz。

进一步的，图像采集模块安装于距离测试表面500±100mm的位置。

进一步的，测试表面为地面，且地面上没有超过连续2m的积水区域。

进一步的，里程测量系统通过连续摄像，将前后两帧画面的变化转换为运动物体移动的特征，利用像差分析测量速度、长度，计算获得物体运动的方向、位移。

另外，本发明提出的基于像差分析的里程测量方法包括：采集被测载体运动时的测试表面的图像；对图像信号进行像差分析，获取包括物体运动方向、位移在内的基本参数；根据基本参数计算获得测量结果，并输出。

本发明提出的了一种基于像差分析的里程测量系统及方法，可以实时全程测试并记录载体的行驶速度和距离，本系统利用车载图像传感器对汽车驶过的路面进行高频率连续拍照，通过特定编程的处理芯片对相邻图像进行快速分析，确定传感器在图像坐标系内的移动方向和移动距离，得到汽车在该拍照间隔时间内的真实运动方向及位移；随着测试时间增加，即可记录为连续的运动轨迹，从而获得载体的二维运动参数。

附图说明

此处所说明的附图用来提供对本发明的进一步理解，构成本申请的一部分，并不构成对本发明的限定。在附图中：

图1为本发明一实施例的基于像差分析的里程测量系统结构示意图。

图2为本发明一实施例的光学设计原理示意图。

图3为本发明一实施例的基于像差分析的里程测量方法流程示意图。

图4为本发明一实施例的搜索区域示意图。

图5为在图4中选取的部分搜索区域示意图。

图6、图7及图8为采集的数据样例图像。

具体实施方式

以下配合图式及本发明的较佳实施例，进一步阐述本发明为达成预定发明目的所采取的技术手段。

图1为本发明一实施例的像差分析的里程测量系统结构示意图。结合图1所示，该系统包括：图像采集模块1、数字信号处理模块2(dsp)、控制器3、输出模块4；其中，

图像采集模块1，设置于被测载体上，用于采集被测载体运动时的测试表面5的图像；

数字信号处理模块2，连接图像采集模块1，用于进行数模转换，对图像信号进行像差分析，获取包括物体运动方向、位移在内的基本参数；

控制器3，连接数字信号处理模块2，用于控制里程测量系统的运行；

输出模块4，计算获得测量结果并输出。

结合图2所示，为了尽可能同时满足汽车高速行驶及消除传感器离地高度变化带来的误差，光学系统设计采用物方远心镜头方案。远心透镜是经过特殊设计，系统的入瞳在透镜系统的前焦点位置聚焦，光束的主光线在任何视场角的情况下都垂直于焦平面，这样可以保证在一定的物距范围(景深)内，使图像放大倍率不会变化。具体的，图像采集模块1包括：在成像光路上依次设置的图像传感器11、成像透镜12、孔径光阑13、放大透镜14、远心透镜15；其中，光源16位于远心透镜15的一侧，光线透过远心透镜15照射于测试表面5，经过反射后，经过光路返回至图像传感器11。

测试表面5为地面，且地面上没有长段(例如，超过连续2m)的积水区域；当车辆运动时，用一台摄像机对路面连续摄像，前后两帧画面的变化可表现运动物体移动的特征，这就是利用像差分析测量速度、长度的基本原理。

本发明提出的系统利用车载图像传感器对汽车驶过的路面进行高频率连续拍照，通过特定编程的处理芯片对相邻图像进行快速分析，确定传感器在图像坐标系内的移动方向和移动距离，得到汽车在该拍照间隔时间内的真实运动方向及位移。随着测试时间增加，即可记录为连续的运动轨迹。

其中，图像采集模块11安装于距离测试表面500±100mm的位置。

光源的指标：光源的光线聚焦于镜头聚焦的区域，光斑直径为100mm，发光强度为3200流明。

总体参数指标：里程测量系统的镜头口径为4-5cm，成像分辨率为256×256像素，每像素物理分辨率为0.1mm，景深为10cm以上，成像帧率不低于2000帧，曝光时间不大于10us。

前端探测部分尺寸可以为：150mm×60mm×80mm。

电气指标：里程测量系统的计算为1g浮点数每秒，数据传输率不小于100mb每秒，数据输出率为250hz。

基于像差分析的里程测量方法的实施可以参见上述方法的实施，重复之处不再赘述。具体的，该方法包括：

s1，采集被测载体运动时的测试表面的图像；

s2，对图像信号进行像差分析，获取包括物体运动方向、位移在内的基本参数；

s3，根据基本参数计算获得测量结果，并输出。

为了对上述基于像差分析的里程测量系统及方法进行更为清楚的解释，下面结合一个具体的实施例来进行说明，然而值得注意的是该实施例仅是为了更好地说明本发明，并不构成对本发明不当的限定。

像差分析采用基于区域搜索的方法实现，结合图4所示，在一幅图像中选取一个窗口，如图5所示，将该窗口作为模板，然后通过相关函数的计算来找到它在搜索图中的坐标位置，两窗口区域的位置差即为像差，可作为后续里程测量的输入数据。

具体的，结合图6、图7、图8所示，为采样数据样例的图像。

以上所述的具体实施例，对本发明的目的、技术方案和有益效果进行了进一步详细说明，所应理解的是，以上所述仅为本发明的具体实施例而已，并不用于限定本发明的保护范围，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。