本發(fā)明涉及行車輔助系統(tǒng)技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及一種基于線激光的3D掃描車輛防撞與報警裝置及報警方法。

背景技術(shù)：

近年來，我國汽車工業(yè)迅速發(fā)展，汽車保有量也逐年遞增，但是交通事故頻率也隨之增加。行車輔助系統(tǒng)尤其是車輛防撞與報警，可以給予駕駛者以警示，目前，市面上已有一些車輛防撞警示的產(chǎn)品，但多是依靠聲音報警，或者是二維圖像，并且不能從圖像上直觀準(zhǔn)確地看出車輛與障礙物的距離遠(yuǎn)近。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

本發(fā)明要解決的技術(shù)問題是：提供一種基于線激光的3D掃描車輛防撞與報警裝置及報警方法，在危險距離輔以報警，提高安全性。

本發(fā)明解決其技術(shù)問題所采用的技術(shù)方案是：一種基于線激光的3D掃描車輛防撞與報警裝置，包括：信息獲取模塊、步進(jìn)電機(jī)、車載處理模塊、信息存儲模塊、人機(jī)交互模塊；

所述步進(jìn)電機(jī)為信息獲取模塊提供驅(qū)動力，所述信息獲取模塊的信號傳遞給信息存儲模塊，所述的車載處理模塊接收來自信息獲取模塊、信息存儲模塊、步進(jìn)電機(jī)、人機(jī)交互模塊的信號，所述的車載處理模塊輸出執(zhí)行信號傳遞至步進(jìn)電機(jī)，所述的車載處理模塊將圖像處理結(jié)果傳輸至人機(jī)交互模塊。

進(jìn)一步地，所述信息獲取模塊包括線激光器、CMOS攝像機(jī)、圖像采集卡；所述人機(jī)交互模塊包括顯示器、鍵盤、報警器；

所述信息獲取模塊采用線激光器發(fā)出多線激光，對障礙物形成三維圖像，所述的車載處理模塊根據(jù)三維圖像判斷障礙物與車輛距離的遠(yuǎn)近并將障礙物與車輛距離的遠(yuǎn)近用顏色不同來表示，所述的車載處理模塊輸出圖像顏色信息至人機(jī)交互模塊的顯示器，若障礙物與車輛距離低于預(yù)設(shè)的危險距離時，所述的車載處理模塊輸出報警信息至人機(jī)交互模塊的報警器。

一種采用上述基于線激光的“3D掃描”車輛防撞與報警裝置的報警方法，具有如下步驟：

步驟1：開始；

步驟2：打開線激光器發(fā)出多線激光；

步驟3：結(jié)合CMOS攝像機(jī)采集一幀圖片；

步驟4：車載處理模塊控制步進(jìn)電機(jī)轉(zhuǎn)到下一角度；

步驟5：再次結(jié)合CMOS攝像機(jī)采集一幀圖片；

步驟6：減去背景，計算當(dāng)前幀的三維坐標(biāo)并保存；

步驟7：判斷是否大于設(shè)定的采集幀數(shù)，若是，則進(jìn)行下一步；否則，回返執(zhí)行步驟4；

步驟8：車載控制模塊識別出激光點并計算出障礙物與車輛的實際距離，若障礙物與車輛距離低于預(yù)設(shè)的危險距離時，所述的車載處理模塊輸出報警信息至人機(jī)交互模塊的報警器。

本發(fā)明的有益效果是：本發(fā)明利用信息獲取模塊和步進(jìn)電機(jī)，對障礙物形成三維圖像，在危險距離輔以聲音報警，以此實現(xiàn)車輛防撞及報警。

附圖說明

下面結(jié)合附圖對本發(fā)明進(jìn)一步說明。

圖1是本發(fā)明的控制原理圖；

圖2是本發(fā)明的3D掃描原理圖；

圖3是本發(fā)明的3D掃描坐標(biāo)計算原理圖；

圖4是本發(fā)明的報警方法的流程圖；

圖5是本發(fā)明的功能概念圖；

圖6是本發(fā)明的顯示器的成像結(jié)果；

圖7是本發(fā)明的CMOS攝像機(jī)拍攝的圖片結(jié)果。

其中:10、信息存儲模塊，20、信息獲取模塊，30、步進(jìn)電機(jī)，40、人機(jī)交互模塊，50、車載處理模塊，21、線激光器，22、CMOS攝像機(jī)，23、圖像采集卡，41、顯示器，42、鍵盤，43、報警器。

具體實施方式

現(xiàn)在結(jié)合附圖對本發(fā)明作進(jìn)一步的說明。這些附圖均為簡化的示意圖僅以示意方式說明本發(fā)明的基本結(jié)構(gòu)，因此其僅顯示與本發(fā)明有關(guān)的構(gòu)成。

如圖1所示，一種基于線激光的3D掃描車輛防撞與報警裝置，包括：信息獲取模塊20、步進(jìn)電機(jī)30、車載處理模塊50、信息存儲模塊10、人機(jī)交互模塊40；

所述步進(jìn)電機(jī)30為信息獲取模塊提供驅(qū)動力，所述信息獲取模塊20的信號傳遞給信息存儲模塊10，所述的車載處理模塊50接收來自信息獲取模塊10、信息存儲模塊20、步進(jìn)電機(jī)30、人機(jī)交互模塊40的信號，所述的車載處理模塊50輸出執(zhí)行信號傳遞至步進(jìn)電機(jī)30，所述的車載處理模塊50將圖像處理結(jié)果傳輸至人機(jī)交互模塊40。

所述信息獲取模塊20包括線激光器21、CMOS攝像機(jī)22、圖像采集卡23；所述人機(jī)交互模塊40包括顯示器41、鍵盤42、報警器43；

所述信息獲取模塊20采用線激光器21發(fā)出多線激光，對障礙物形成三維圖像，所述的車載處理模塊50根據(jù)三維圖像判斷障礙物與車輛距離的遠(yuǎn)近并將障礙物與車輛距離的遠(yuǎn)近用顏色不同來表示，所述的車載處理模塊50輸出圖像顏色信息至人機(jī)交互模塊40的顯示器41，若障礙物與車輛距離低于預(yù)設(shè)的危險距離時，所述的車載處理模塊50輸出報警信息至人機(jī)交互模塊40的報警器43。

本發(fā)明中，車輛行駛過程中遇到的障礙物一般是表面復(fù)雜的實物，用信息獲取模塊對其進(jìn)行掃描會獲取高密度的點云，并且該點云具有散亂排列的特征。這種點云數(shù)據(jù)量巨大、密集程度高。這樣采集到的結(jié)果圖會繁雜不清。因此，需要在對CMOS拍攝到的圖片進(jìn)行處理，處理方法如下。

如圖4所示，一種采用上述基于線激光的“3D掃描”車輛防撞與報警裝置的報警方法，具有如下步驟：

步驟1：開始；

步驟2：打開線激光器發(fā)出多線激光；

步驟3：結(jié)合CMOS攝像機(jī)采集一幀圖片；

步驟4：車載處理模塊控制步進(jìn)電機(jī)轉(zhuǎn)到下一角度；

步驟5：再次結(jié)合CMOS攝像機(jī)采集一幀圖片；

步驟6：減去背景，計算當(dāng)前幀的三維坐標(biāo)并保存；

步驟7：判斷是否大于設(shè)定的采集幀數(shù)，若是，則進(jìn)行下一步；否則，回返執(zhí)行步驟4；

步驟8：車載控制模塊識別出激光點并計算出障礙物與車輛的實際距離，若障礙物與車輛距離低于預(yù)設(shè)的危險距離時，所述的車載處理模塊輸出報警信息至人機(jī)交互模塊的報警器。

本發(fā)明中，根據(jù)線激光器發(fā)出多線激光，獲得的三維輪廓線點數(shù)據(jù)實現(xiàn)三維數(shù)據(jù)可視化，用以偵測并分析車輛附近的物體及環(huán)境的形狀、構(gòu)造與外觀數(shù)據(jù)，采集的數(shù)據(jù)信息在OpenGL平臺上用于三維模型重塑計算，從而構(gòu)建車輛附近障礙物的三維圖像，并用不同顏色標(biāo)記障礙物與車輛距離的遠(yuǎn)近。

1、三維坐標(biāo)的形成

本發(fā)明中，采用非接觸式的光學(xué)測距方法，在實物上以激光的形式反射，輔以CMOS攝像頭接收，從而提取數(shù)據(jù)，數(shù)據(jù)經(jīng)過篩選過濾，在OpenGL中轉(zhuǎn)換為實物的三維坐標(biāo)，如圖2、圖3所示。

在圖3中，計算長度l及角度α。

其中，l表示線段AR的長度；h表示線段AD的長度；b表示線段DR的長度；a表示線段RL的長度，表示校準(zhǔn)常量；r表示線段AL的長度；α表示yaw_angel(偏航角)，即角度∠DAR；表示角度∠ALC。

根據(jù)圖2和上面計算出的長度l利用以下公式計算出待測點A的三維坐標(biāo)。

x＝l×cos(h-a)×sin(α+θ)

y＝l×cos(h-a)×cos(α+θ)

z＝l×sin(γ)

其中，a表示線段RL的長度，表示校準(zhǔn)常量；r表示線段AL的長度；α表示yaw_angel(偏航角)，即角度∠DAR；θ表示步進(jìn)電機(jī)的實時轉(zhuǎn)角；γ表示pitch_angel(俯仰角)。

CMOS攝像機(jī)將3D掃描的拍攝畫面輸送到車載處理模塊，車載處理模塊識別出激光點然后計算出障礙物的實際距離。由于一般車載處理模塊的PC機(jī)運(yùn)算速度已達(dá)到每秒幾千億次，而且PC機(jī)的結(jié)果精度也可達(dá)到幾十位有效數(shù)字，所以PC機(jī)對掃描速度基本沒有影響。主要制約掃描速度的因素就在于CMOS攝像機(jī)的幀率，一般的CMOS攝像機(jī)的幀率為30fRs，也就是每秒可以拍30張照片，所以如果要掃描180°，并且每x度測一次距離得到公式如下：

同時，掃描頻率的大小還與車速的大小有關(guān)，當(dāng)車輛倒車速度增加時，掃描頻率也隨之增加。因此，掃描頻率與車速成反比關(guān)系，關(guān)系如下：

其中，x表示CMOS攝像機(jī)掃描的角度；f表示CMOS攝像機(jī)的掃描頻率；u₀表示當(dāng)前車速。

成像精度：

分辨率是成像精度的重要指標(biāo)，分辨率越高，成像越清晰。利用角分辨率來衡量其性能，其角分辨率主要受制于物鏡自身的分辨率N_f和CMOS攝像機(jī)的成像面本身的分辨率N_c。如果需要充分利用CMOS攝像機(jī)的分辨率，則需滿足

N_f＞N_C

物鏡自身的角分辨率為：

其中，N_f為物鏡的最小角分辨率；D為入瞳直徑，此處即物鏡的直徑，對λ＝650nm的單色光，D＝8.0mm時，N_f＝9.9×10^-5。

CMOS攝像機(jī)的分辨率是相鄰兩像素之間能夠分辨的最小角度，其又分為橫向分辨率和縱向分辨率。由圖7及幾何關(guān)系知：

其中p為相鄰像素之間的間隔，f₁為物鏡的焦距，z為空間深度。

可得

其中，d表示像面中心到北側(cè)像素點的物理距離。

由上式可知，對于已經(jīng)選定的CMOS攝像機(jī)，其橫向角分辨率近似是定值，在p＝10.4μm，f₁＝8.0mm時，θ_x＝0.0013。

對于縱向分辨率，還受像素點距成像中心的影響。離中心越近，分辨率越小。邊緣處最大，對于上面給定的條件θ_z＝0.003125；因此CMOS攝像機(jī)的分辨率遠(yuǎn)小于物鏡的分辨率，也即是物鏡的分辨率不影響整個系統(tǒng)的分辨率。

以上述依據(jù)本發(fā)明的理想實施例為啟示，通過上述的說明內(nèi)容，相關(guān)工作人員完全可以在不偏離本項發(fā)明技術(shù)思想的范圍內(nèi)，進(jìn)行多樣的變更以及修改。本項發(fā)明的技術(shù)性范圍并不局限于說明書上的內(nèi)容，必須要根據(jù)權(quán)利要求范圍來確定其技術(shù)性范圍。