CN110121066A - 一种基于立体视觉的特种车辆辅助驾驶*** - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种基于立体视觉的特种车辆辅助驾驶***,包括双目立体视觉探测单元、视频图像处理单元、立体显示头盔、以及连接电缆;双目立体视觉探测单元置于车辆外部,用于观察外部环境,所述双目立体视觉探测单元包括双目摄像机及两轴云台,所述双目摄像机安装到两轴云台上;双目摄像机将获取的视频传输给位于车内的视频图像处理单元,视频图像处理单元将视频图像进行三维重建,然后传送给立体显示头盔进行显示。本发明能够实时获取车外的路况信息,同时车内的图像处理单元通过图像处理算法使获取的视频图像具备透雾、低照度增强等功能,提高了车辆的环境适应能力。
Description
技术领域
本发明属于车辆辅助驾驶领域,具体涉及一种基于立体视觉的特种车辆辅助驾驶***。
背景技术
特种车辆的驾驶一般采用两种辅助驾驶装置:潜望镜和摄像装置。潜望镜是指从海面下伸出海面或从低洼坑道伸出地面,用以窥探海面或地面上活动的装置。其构造与普通地上望远镜相同,只是另外增加两个反射镜使物光经两次反射而折向眼中。潜望镜常用于潜水艇、坑道和坦克内用以观察敌情,也用于特种车辆辅助驾驶。目前,潜望镜仍然是特种车辆使用最广泛的辅助驾驶装置,但是潜望镜视野较窄,驾驶不是很舒适。
现在新型特种车辆都安装有摄像装置(前景摄像或全景摄像),基本已成为现代特种车辆的必选配置,车外的摄像装置和车内的显示装置使驾驶员具备宽阔的视野,保证了驾驶员可灵活安全地操控车辆。
但是据采用摄像辅助驾驶装置驾驶车辆的驾驶员反馈,由于摄像装置获取的前方二维图像距离感较差,对障碍物的距离无法提供准确信息,使驾驶员在发现障碍物时需要提前减速制动,从而影响了驾驶速度。
发明内容
针对上述已有技术存在的不足,本发明提供一种基于立体视觉的特种车辆辅助驾驶***。
本发明是通过以下技术方案实现的。
一种基于立体视觉的特种车辆辅助驾驶***,包括双目立体视觉探测单元、视频图像处理单元、立体显示头盔、以及连接电缆;双目立体视觉探测单元置于车辆外部,用于观察外部环境,所述双目立体视觉探测单元包括双目摄像机及两轴云台,所述双目摄像机安装到两轴云台上;双目摄像机将获取的视频传输给位于车内的视频图像处理单元,视频图像处理单元将视频图像进行三维重建,然后传送给立体显示头盔进行显示。
进一步的,所述双目摄像机为两个摄像机,两个摄像机观察同一物体,获取不同视角下的二维图像。
进一步的,双目摄像机为低照度摄像机。
进一步的,双目立体视觉探测单元的两个摄像机将获取的视频图像通过HDMI线缆传输给视频图像处理单元,视频图像处理单元将两个二位视频图像进行三维重建,然后通过HDMI电缆送给立体显示头盔进行显示。
进一步的,所述头盔随动云台采用两轴方式,方位轴旋转范围为±150°,俯仰轴旋转范围为-60°~+30°(水平为0°,抬头为正)。
进一步的,所述立体显示头盔内装有集成的IMU传感器,用于获取驾驶员的头部姿态参数,实现头部转动的位置跟踪,并控制头盔随动云台跟踪头部随动,与驾驶员的视野保持一致。
进一步的,所述视频图像处理单元实时采集立体显示头盔发来的头部位置信息,以及双目立体探测单元两轴云台的角度信息,通过计算后控制两轴云台电机,使两轴云台实时跟踪头部转动。
进一步的,所述立体显示头盔由微型液晶显示器、IMU、驱动板、非球面AR镜片、反色镜、结构壳体组成,所述视频图像处理单元通过HDMI接口向立体显示头盔输入视频数据,通过USB接口给立体显示头盔供电,同时将头盔的位置信息通过USB接口发送给图像处理单元。
进一步的,立体显示头盔采用透射式光学设计,双目视场角82°,虚像距为40cm,瞳距62mm,出瞳距离为18mm。
本发明的有益技术效果,
本发明的基于立体视觉的特种车辆辅助驾驶***能够使特种车辆驾驶员在无窗或闭窗驾驶特种车辆时获得虚拟车窗***,特种车辆的驾驶员佩戴AR头盔后可通过头部转动控制车外双目立体探测单元,实时获取车外的路况信息,同时车内的图像处理单元通过图像处理算法使获取的视频图像具备透雾、低照度增强等功能,提高了车辆的环境适应能力。
该辅助驾驶***的AR头盔采用的是透射式光学***方案,驾驶员看到车外路况的同时也能看到车内的真实场景,不影响操控车辆。
附图说明
图1为本发明的***组成框图;
图2为视频图像处理单元原理图。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施方式对本发明进行详细说明。
本发明采用立体视觉探测以及AR显示技术,构建了一套立体视觉辅助驾驶***。***放大率为1,驾驶员佩戴AR头盔具有很好的体视感,获取的是立体视觉图像,完全仿人眼获取景象,使驾驶员能够目测出障碍物的距离信息,从而提高特种车辆无窗或闭窗驾驶的速度。
本发明的基于立体视觉的特种车辆辅助驾驶***组成如附图1所示,包括双目立体视觉探测单元、视频图像处理单元、立体显示头盔、以及连接电缆等部分。双目立体视觉探测单元的两个摄像机将获取的视频通过HDMI线缆传输给车内的视频图像处理单元,视频图像处理单元将两个二维视频图像进行三维重建,然后通过HDMI电缆送给立体显示头盔进行显示。立体视觉探测单元由双目摄像机和两轴云台两部分组成,两轴云台可跟随头部转动,采用头部随动的方式实现更大视场探测。
双目立体视觉探测单元中,双目立体视觉融合两只眼睛获得的图像并观察它们之间的差别,使我们可以获得明显的深度感,建立特征间的对应关系,将同一空间物理点在不同图像中的映像点对应起来,这个差别,我们称作视差图像。
双目立体视觉是基于视差原理,由多幅图像获取物体三维几何信息的方法。在机器视觉***中,双目视觉一般由双摄像机从不同角度同时获取周围景物的两幅数字图像,或由单摄像机在不同时刻从不同角度获取周围景物的两幅数字图像,并基于视差原理即可恢复出物体三维几何信息,重建周围景物的三维形状与位置。
双目立体探测单元选用两台低照度摄像机,将两台摄像机安装到两轴云台上,并进行标定。
该摄像机选用1/2.8英寸EXMOR CMOS图像传感器(约214万有效像素),支持1080p@60fps全高清视频图像输出。使用逐行扫描,可以利用图像信号处理器(宽动态范围模式)获得宽动态范围的图像。该摄像机配备30倍光学变焦和F1.6光圈的变焦镜头。即使在低噪声环境下也可以使用降噪功能获得低噪声图像。该摄像机具有极低照度(0.002lx)成像能力,从而使夜间微光环境下也能够获得清晰的路况信息。
头盔随动云台采用两轴方案,方位轴旋转范围为±150°,俯仰轴旋转范围为-60°~+30°(水平为0°,抬头为正)。头显内集成的IMU传感器,获取驾驶员的头部姿态参数,实现头部转动的位置跟踪,并通过控制程序,控制两轴云台跟踪头部随动,与驾驶员的视野保持一致。立体探测单元与头部随动角度误差≤1°。
如图2所示的视频图像处理单元原理图,视频图像处理单元的主处理器选用NVIDIA公司的高性能、低功耗单模块超级计算机TX2,其内部集成了256核NVIDIA PascalGPU和一个6核64位的ARMv8处理器集群,具有强大的图像处理能力,并具有丰富的***接口。视频图像处理单元主要有两部分功能:视频图像处理和云台随动控制。
1)视频图像处理
视频图像处理单元采集双目摄像机输出的高清视频,利用两个摄像机之间的位置关系,便可以获得两摄像机公共视场内物体的三维尺寸及空间物体特征点的三维坐标。本方案采用OpenCV双目视觉,首先,从两个摄像机观察同一物体,获取不同视角下的二维图像;然后,根据三角测量原理计算空间点在二维图像的位置偏差,从而计算出图像中目标的三维坐标,完成立体视觉重建。
由于本发明选用的视频图像处理平台具有超高的图像处理能力,可以实现深度学习算法,经过训练后,可对通用车辆、人、路牌等目标自动识别跟踪,对于驾驶路线中影响行驶的障碍物进行自动识别,并发出提示告警,有效增强了驾驶员对于障碍物的判断能力,从而提高驾驶速度。
同时,视频图像处理单元实现了行驶轨迹规划、图像增强、透雾等功能,大大的增强了驾驶员的体验,使该辅助驾驶***具有更复杂环境的适应能力。
2)云台随动控制
视频图像处理单元实时采集立体显示头盔发来的头部位置信息,以及双目立体探测单元两轴转台的角度信息,通过计算后控制两轴转台电机,使两轴转台实时跟踪头部转动,从而实现立体探测单元的头部随动控制。随动控制误差可达1°以内。
立体显示头盔由micro LCD、IMU、驱动板、非球面AR镜片、反色镜、结构壳体等组成。视频图像处理单元通过HDMI接口向立体显示头盔输入视频数据,通过USB接口给立体显示头盔供电,同时将头盔的位置信息通过USB接口发送给图像处理单元。
立体显示头盔选用的是光学透射式头盔显示方案,其采用一套半透半反式光学***,此种方案,具有视场角大,价格低,量产难度小等优点。通过二次折返,使屏幕的光线射入视网膜。光学方案:双目视场角82°,虚像距为40cm,瞳距62mm,出瞳距离为18mm(可以兼容带近视镜的人群)。
此方案采用的是一款低成本、高性能、小体积、低延时的惯性测量单元(IMU),本产品集成了三轴加速度计、三轴陀螺仪以及一款低功耗微处理器。可输出经过传感器融合算法计算得到的基于当地地理坐标的三维方位数据,包含横滚角、俯仰角以及相对的航向角。同时也可以输出原始的传感器数据。
立体显示头盔采用头箍设计,可以更紧的贴合头部,在颠簸的路途中具有更好的稳定性,尺寸大小可调节。设计满足中国男性头部的最大尺寸198mm,并满足女性头部的最小尺寸162mm,满足5-95百分位人体舒适佩戴的要求。头戴设备通过拉力,调节松紧,方便快速拆卸、穿戴。
在实际应用中,驾驶员佩戴立体显示头盔,将双目立体视觉探测单元置于车辆外部,用于观察外部环境;视频图像处理单元置于车内,用于对双目探测摄像机获取的视频图像进行三维立体重建,以及行驶轨迹规划、图像增强、透雾等处理。
以上所述的仅是本发明的较佳实施例,并不局限发明。应当指出对于本领域的普通技术人员来说,在本发明所提供的技术启示下,还可以做出其它等同改进,均可以实现本发明的目的,都应视为本发明的保护范围。
Claims (9)
1.一种基于立体视觉的特种车辆辅助驾驶***,其特征在于,包括双目立体视觉探测单元、视频图像处理单元、立体显示头盔、以及连接电缆;双目立体视觉探测单元置于车辆外部,用于观察外部环境,所述双目立体视觉探测单元包括双目摄像机及两轴云台,所述双目摄像机安装到两轴云台上;双目摄像机将获取的视频传输给位于车内的视频图像处理单元,视频图像处理单元将视频图像进行三维重建,然后传送给立体显示头盔进行显示。
2.根据权利要求1所述的基于立体视觉的特种车辆辅助驾驶***,其特征在于,所述双目摄像机为两个摄像机,两个摄像机观察同一物体,获取不同视角下的二维图像。
3.根据权利要求1所述的基于立体视觉的特种车辆辅助驾驶***,其特征在于,双目摄像机为低照度摄像机。
4.根据权利要求2所述的基于立体视觉的特种车辆辅助驾驶***,其特征在于,双目立体视觉探测单元的两个摄像机将获取的视频图像通过HDMI线缆传输给视频图像处理单元,视频图像处理单元将两个二位视频图像进行三维重建,然后通过HDMI电缆送给立体显示头盔进行显示。
5.根据权利要求1所述的基于立体视觉的特种车辆辅助驾驶***,其特征在于,所述头盔随动云台采用两轴方式,方位轴旋转范围为±150°,俯仰轴旋转范围为-60°~+30°,水平为0°,抬头为正。
6.根据权利要求1所述的基于立体视觉的特种车辆辅助驾驶***,其特征在于,所述立体显示头盔内装有集成的IMU传感器,用于获取驾驶员的头部姿态参数,实现头部转动的位置跟踪,并控制头盔随动云台跟踪头部随动,与驾驶员的视野保持一致。
7.根据权利要求1所述的基于立体视觉的特种车辆辅助驾驶***,其特征在于,所述视频图像处理单元实时采集立体显示头盔发来的头部位置信息,以及双目立体探测单元两轴云台的角度信息,通过计算后控制两轴云台电机,使两轴云台实时跟踪头部转动。
8.根据权利要求1所述的基于立体视觉的特种车辆辅助驾驶***,其特征在于,所述立体显示头盔由微型液晶显示器、IMU、驱动板、非球面AR镜片、反色镜、结构壳体组成,所述视频图像处理单元通过HDMI接口向立体显示头盔输入视频数据,通过USB接口给立体显示头盔供电,同时将头盔的位置信息通过USB接口发送给图像处理单元。
9.根据权利要求1所述的基于立体视觉的特种车辆辅助驾驶***,其特征在于,立体显示头盔采用透射式光学设计,双目视场角82°,虚像距为40cm,瞳距62mm,出瞳距离为18mm。
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