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專利名稱：基于雙目視覺(jué)的車載環(huán)境及距離測(cè)量系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及圖像處理技術(shù)領(lǐng)域，具體地說(shuō)，是指一種基于雙目視覺(jué)的車載環(huán)境及距離測(cè)量系統(tǒng)。
背景技術(shù)：
汽車環(huán)境舒適度與安全駕駛狀況的監(jiān)測(cè)一直是汽車行業(yè)密切關(guān)注的熱點(diǎn)問(wèn)題。車內(nèi)小環(huán)境參數(shù)監(jiān)控主要利用專用的物理量傳感器，構(gòu)成復(fù)雜的檢測(cè)系統(tǒng)。然而，對(duì)于有限空間范圍來(lái)說(shuō)，從某一點(diǎn)的檢測(cè)參數(shù)值，難以準(zhǔn)確推定整個(gè)空間的參量分布情況。同時(shí)，由于不同的參量檢測(cè)需要相應(yīng)的檢測(cè)傳感器，因此，車內(nèi)環(huán)境及駕駛狀況的監(jiān)測(cè)需要復(fù)雜的多傳感器系統(tǒng)配合完成，不僅提高了汽車的制造成本，也造成了更高的設(shè)備故障率。
攝像設(shè)備采集的數(shù)據(jù)信息遠(yuǎn)比傳感器采集的數(shù)據(jù)信息更為可靠，其圖像信息覆蓋范圍更大，傳感器的數(shù)量大大減少，在提高檢測(cè)準(zhǔn)確性的同時(shí)，能夠減少設(shè)備的故障率。因此，本發(fā)明人提出一種通過(guò)對(duì)圖像信息進(jìn)行仿人雙目視覺(jué)處理獲取距離、天氣狀況、以及監(jiān)測(cè)駕駛員疲勞狀態(tài)的技術(shù)手段，有效地保證了行車安全。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是提供一種基于雙目視覺(jué)的車載環(huán)境及距離測(cè)量系統(tǒng)，以DSP為內(nèi)核對(duì)信號(hào)處理及控制為核心，以微型攝像頭和二自由度云臺(tái)的組合圖像采集，并通過(guò)在車內(nèi)前、后位置分別安裝本發(fā)明系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)了實(shí)時(shí)識(shí)別動(dòng)態(tài)或靜態(tài)目標(biāo)、以及與目標(biāo)間的距離。
本發(fā)明是一種基于雙目視覺(jué)的車載環(huán)境及距離測(cè)量系統(tǒng)，由基于DSP的檢測(cè)器、二自由度云臺(tái)、四個(gè)電機(jī)、第一攝像頭和第二攝像頭組成。二自由度云臺(tái)與基于DSP的檢測(cè)器通過(guò)電纜連接，四個(gè)電機(jī)、第一攝像頭、第二攝像頭裝配在二自由度云臺(tái)上。所述基于DSP的檢測(cè)器由硬件電路和雙目視覺(jué)圖像模塊組成，雙目視覺(jué)圖像模塊存儲(chǔ)在硬件電路的程序存儲(chǔ)器中。雙目視覺(jué)圖像模塊采用匯編和C語(yǔ)言混合編程的方法，以及CCS集成開(kāi)發(fā)環(huán)境進(jìn)行圖像的處理、分析、解釋、判斷來(lái)獲取車內(nèi)外環(huán)境的具體數(shù)據(jù)，以及與前后車輛的實(shí)際距離，并經(jīng)串口驅(qū)動(dòng)電路輸出。
本發(fā)明的硬件電路包括有中心處理器U1、程序存儲(chǔ)器U2、數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器U3、第一圖像采集模塊U11、第二圖像采集模塊U12、串口驅(qū)動(dòng)電路U10、第一圖像采集模塊U11、第二圖像采集模塊U12、第一攝像頭時(shí)鐘U15、第二攝像頭時(shí)鐘U16、供電電源電路；在本發(fā)明中，供電電源電路為常規(guī)電路結(jié)構(gòu)，但針對(duì)DSP處理器提供的1.8V和2.5V電源為本發(fā)明電源的特征點(diǎn)。在本發(fā)明中，第一攝像頭將采集到的圖像經(jīng)第一圖像采集模塊U11處理后輸出序列圖像信息f1給DSP處理器，DSP處理器在接收所述序列圖像信息f1的驅(qū)動(dòng)時(shí)鐘由第一攝像頭時(shí)鐘U15控制，所述驅(qū)動(dòng)時(shí)鐘為24MHz。第二攝像頭將采集到的圖像經(jīng)第二圖像采集模塊U12處理后輸出序列圖像信息f2給DSP處理器，DSP處理器在接收所述序列圖像信息f2的驅(qū)動(dòng)時(shí)鐘由第二攝像頭時(shí)鐘U16控制，所述驅(qū)動(dòng)時(shí)鐘為24MHz。DSP處理器對(duì)接收的序列圖像信息f1、序列圖像信息f2在“雙目視覺(jué)圖像模塊”中進(jìn)行仿人雙目視覺(jué)處理后經(jīng)串口驅(qū)動(dòng)電路U10輸出。
本發(fā)明基于雙目視覺(jué)的車載環(huán)境及距離測(cè)量系統(tǒng)的優(yōu)點(diǎn)在于(1)采用雙攝像頭對(duì)目標(biāo)進(jìn)行圖像采集，真正實(shí)現(xiàn)了仿人雙目實(shí)時(shí)識(shí)別動(dòng)態(tài)或靜態(tài)目標(biāo)、以及測(cè)量目標(biāo)間的距離；(2)在二自由度云臺(tái)上對(duì)2個(gè)攝像頭可控視角的位置定位，保證了圖像信息(可控視角像素)采集的連續(xù)性；(3)雙目視覺(jué)圖像模塊對(duì)雙目連續(xù)圖像信息進(jìn)行實(shí)時(shí)處理，跟蹤運(yùn)動(dòng)目標(biāo)的方位、距離，識(shí)別目標(biāo)的性質(zhì)，并可用于車載的環(huán)境狀態(tài)識(shí)別，例如光線強(qiáng)弱、雨、雪霧等車外的天氣狀況，也可以用于測(cè)量前后車之間的車距，保證行車安全，也可用于停車時(shí)的視覺(jué)定位，保證停車的準(zhǔn)確可靠；(4)二自由度云臺(tái)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)了雙目攝像頭方向可以全空間掃描控制，雙目夾角α在30～80度采集圖像可用，保證目標(biāo)距離范圍的檢測(cè)準(zhǔn)確性；(5)本發(fā)明系統(tǒng)可用作特定目標(biāo)的探測(cè)、分析、識(shí)別，也可用作對(duì)場(chǎng)所的安全監(jiān)控，其尺寸小，易于攜帶。


圖1是本發(fā)明二自由度云臺(tái)的結(jié)構(gòu)圖。
圖2是圖1的A-A視圖。
圖3是本發(fā)明基于DSP的檢測(cè)器的結(jié)構(gòu)框圖。
圖4A是DSP處理器外圍電路原理圖。
圖4B是DSP處理器與兩個(gè)圖像采集模塊的電路原理圖。
圖4C是DSP處理器地址、數(shù)據(jù)信息經(jīng)電阻輸出的電路原理圖。
圖4D是程序存儲(chǔ)器的電路原理圖。
圖4E是數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器的電路原理圖。
圖4F是串口驅(qū)動(dòng)電路原理圖。
圖4G是1.8V和2.5V電源電路圖。
圖5是本發(fā)明DSP處理器對(duì)圖像信息的處理流程圖。
圖6是雙目視覺(jué)夾角示意圖。
圖中1.第一轉(zhuǎn)動(dòng)球 11.電機(jī)A 12.主動(dòng)齒輪 13.從動(dòng)齒輪14.轉(zhuǎn)軸B 15.滾珠軸承16.右球體17.左球體 18.左端面2.第二轉(zhuǎn)動(dòng)球 3.第一形架 31.轉(zhuǎn)軸A 32.滾珠軸承 33.右根部34.左根部 35.左側(cè)面 4.第二U形架 5.第一轉(zhuǎn)動(dòng)臺(tái) 51.電機(jī)C52.從動(dòng)齒輪 53.主動(dòng)齒輪54.滾珠軸承 55.支撐軸 6.第二轉(zhuǎn)動(dòng)臺(tái)7.螺釘8.基座 81.通孔 9.圓孔A 10.圓孔B具體實(shí)施方式
下面將結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步的詳細(xì)說(shuō)明。
本發(fā)明是一種基于雙目視覺(jué)的車載環(huán)境及距離測(cè)量系統(tǒng)，是基于圖像信息的日光強(qiáng)度、雨水流量、前后車距及相對(duì)速度的視覺(jué)模型，實(shí)現(xiàn)駕駛環(huán)境及狀況的多功能一體化實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)。因?yàn)閳D像的對(duì)比度、灰度、清晰度會(huì)隨日光強(qiáng)度，雨跡密度，霧雪能見(jiàn)度發(fā)生變化。同時(shí)，利用雙目視覺(jué)測(cè)距原理，可以測(cè)量運(yùn)動(dòng)中的前后車距和車速。所以，只需要將本發(fā)明系統(tǒng)安裝于車前和車后，即使用兩組本發(fā)明雙目視覺(jué)測(cè)量系統(tǒng)，就可以監(jiān)測(cè)車內(nèi)外環(huán)境及安全駕駛狀況。本發(fā)明硬件結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，成本低廉，但技術(shù)含量高，工作可靠。
本發(fā)明是一種基于雙目視覺(jué)的車載環(huán)境及距離測(cè)量系統(tǒng)，由基于DSP的檢測(cè)器、二自由度云臺(tái)、四個(gè)電機(jī)(驅(qū)動(dòng)第一轉(zhuǎn)動(dòng)球1的電機(jī)A11、驅(qū)動(dòng)第二轉(zhuǎn)動(dòng)球2的電機(jī)B、驅(qū)動(dòng)第一轉(zhuǎn)動(dòng)臺(tái)5的電機(jī)C51、驅(qū)動(dòng)第二轉(zhuǎn)動(dòng)臺(tái)6的電機(jī)D)、第一攝像頭(安裝在第一轉(zhuǎn)動(dòng)球1上的圓孔A9中)和第二攝像頭(安裝在第二轉(zhuǎn)動(dòng)球2上的圓孔B10中)組成。二自由度云臺(tái)與基于DSP的檢測(cè)器通過(guò)電纜連接，四個(gè)電機(jī)、第一攝像頭、第二攝像頭裝配在二自由度云臺(tái)上。所述基于DSP的檢測(cè)器由硬件電路和雙目視覺(jué)圖像模塊組成，雙目視覺(jué)圖像模塊存儲(chǔ)在硬件電路的程序存儲(chǔ)器U2中。雙目視覺(jué)圖像模塊采用匯編和C語(yǔ)言混合編程的方法，以及CCS集成開(kāi)發(fā)環(huán)境進(jìn)行圖像的處理、分析、解釋、判斷來(lái)獲取車內(nèi)外環(huán)境的具體數(shù)據(jù)，以及與前后車輛的實(shí)際距離，并經(jīng)串口驅(qū)動(dòng)電路U10輸出。
所述二自由度云臺(tái)(參見(jiàn)圖1、圖2所示)的基座8上對(duì)稱安裝有第一轉(zhuǎn)動(dòng)臺(tái)5、第二轉(zhuǎn)動(dòng)臺(tái)6，第一轉(zhuǎn)動(dòng)臺(tái)5上安裝有第一U形架3，第一U形架3上安裝有第一轉(zhuǎn)動(dòng)球1；第二轉(zhuǎn)動(dòng)臺(tái)6上安裝有第二U形架4，第二U形架4上安裝有第二轉(zhuǎn)動(dòng)球2；在本發(fā)明中，第一轉(zhuǎn)動(dòng)臺(tái)5與第二轉(zhuǎn)動(dòng)臺(tái)6結(jié)構(gòu)相同，第一U形架3與第二U形架4結(jié)構(gòu)相同，第一轉(zhuǎn)動(dòng)球1與第二轉(zhuǎn)動(dòng)球2結(jié)構(gòu)相同。所述第一轉(zhuǎn)動(dòng)臺(tái)5的下方安裝有從動(dòng)齒輪52，從動(dòng)齒輪52與主動(dòng)齒輪53嚙合，主動(dòng)齒輪53安裝在電機(jī)C51(用于驅(qū)動(dòng)第一轉(zhuǎn)動(dòng)臺(tái)5在基座8上水平轉(zhuǎn)動(dòng))的輸出軸上，從動(dòng)齒輪52的中心孔中連接有支撐軸55，支撐軸55的外部套接有滾珠軸承54，滾珠軸承54通過(guò)螺釘7安裝在基座8的通孔81內(nèi)。第一U形架3的右根部33上設(shè)有通孔(用于安裝滾珠軸承32)，通孔內(nèi)安裝有滾珠軸承32，滾珠軸承32內(nèi)套接有轉(zhuǎn)軸A31的一端，軸31的另一端安裝在第一轉(zhuǎn)動(dòng)球1的右球體16的孔中；第一U形架3的左根部34上設(shè)有通孔(用于安裝滾珠軸承15)，通孔內(nèi)安裝有滾珠軸承15，滾珠軸承15內(nèi)套接有轉(zhuǎn)軸B14的一端，轉(zhuǎn)軸B14的另一端安裝在第一轉(zhuǎn)動(dòng)球1的左球體17的孔中；第一U形架3的左側(cè)面35上設(shè)有通孔，通孔內(nèi)安裝有電機(jī)A11，電機(jī)A11的輸出軸上安裝有主動(dòng)齒輪12，主動(dòng)齒輪12與從動(dòng)齒輪13嚙合，從動(dòng)齒輪13安裝在右球體16的左端面18上。
請(qǐng)參見(jiàn)圖6所示，在本發(fā)明中，第一轉(zhuǎn)動(dòng)球1的球心θ1與第二轉(zhuǎn)動(dòng)球2的球心θ2距離為20～60cm，雙目夾角α為30～80度。
所述基于DSP的檢測(cè)器(參見(jiàn)圖3所示)的硬件電路包括有中心處理器U1、程序存儲(chǔ)器U2、數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器U3、第一圖像采集模塊U11、第二圖像采集模塊U12、串口驅(qū)動(dòng)電路U10、第一圖像采集模塊U11、第二圖像采集模塊U12、第一攝像頭時(shí)鐘U15、第二攝像頭時(shí)鐘U16、供電電源電路；在本發(fā)明中，供電電源電路為常規(guī)電路結(jié)構(gòu)，但針對(duì)DSP處理器提供的1.8V和2.5V電源為本發(fā)明電源的特征點(diǎn)。在本發(fā)明中，第一攝像頭將采集到的圖像經(jīng)第一圖像采集模塊U11處理后輸出序列圖像信息f1給DSP處理器，DSP處理器在接收所述序列圖像信息f1的驅(qū)動(dòng)時(shí)鐘由第一攝像頭時(shí)鐘U15控制，所述驅(qū)動(dòng)時(shí)鐘為24MHz。第二攝像頭將采集到的圖像經(jīng)第二圖像采集模塊U12處理后輸出序列圖像信息f2給DSP處理器，DSP處理器在接收所述序列圖像信息f2的驅(qū)動(dòng)時(shí)鐘由第二攝像頭時(shí)鐘U16控制，所述驅(qū)動(dòng)時(shí)鐘為24MHz。DSP處理器對(duì)接收的序列圖像信息f1、序列圖像信息f2在“雙目視覺(jué)圖像模塊”中進(jìn)行仿人雙目視覺(jué)處理后經(jīng)串口驅(qū)動(dòng)電路U10輸出。
下面將詳細(xì)指明本發(fā)明硬件電路的聯(lián)接(如圖4A～圖4G所示)如圖4A所示，中心處理器U1的AC2端與有源晶振電路U5的3端聯(lián)接，AA2端經(jīng)電阻R6接地，AA2端經(jīng)電阻R7接3.3V電源，AE4端經(jīng)電阻R5接地，AE4端經(jīng)電阻R4接3.3V電源，M5端經(jīng)電阻R3后接地，P4端與復(fù)位看門狗電路U6聯(lián)接，V6端與電源濾波器電路U4聯(lián)接，D6端與第二圖像采集模塊U12的D3端聯(lián)接，C6端與第一圖像采集模塊U11的D3端聯(lián)接，F(xiàn)4端分別與第一圖像采集模塊U11的A3端、第二圖像采集模塊U12的A3端聯(lián)接，D3端分別與第一圖像采集模塊U11的B3端、第二圖像采集模塊U12的B3端聯(lián)接，L5端、F4端和F3端與電機(jī)A聯(lián)接，F(xiàn)2端、E1端和AD1端與電機(jī)B聯(lián)接，K3端、J2端和F1端與電機(jī)C聯(lián)接，H4端、G4端和C1端與電機(jī)D聯(lián)接；如圖4B、圖4F所示，中心處理器U1的AF8端與第一圖像采集模塊U11的D2端聯(lián)接，AF4端與第一圖像采集模塊U11的D1端聯(lián)接，A7端與第二圖像采集模塊U12的D2端聯(lián)接，B8端與第二圖像采集模塊U12的D1端聯(lián)接，8位數(shù)據(jù)采集端AF5、AF6、AE6、AD6、AC6、AE7、AD7、AC7分別與第一圖像采集模塊U11的輸出端B4、A4、B5、A5、E5、D5、E4、D4聯(lián)接，8位數(shù)據(jù)采集端C8、D8、A9、A9、C9、D9、A10、B10分別與第二圖像采集模塊U12的輸出端B4、A4、B5、A5、E5、D5、E4、D4聯(lián)接，AE16端與串口驅(qū)動(dòng)電路U10的8端聯(lián)接，AC16端與串口驅(qū)動(dòng)電路U10的13端聯(lián)接；第一圖像采集模塊U11的B2端經(jīng)電阻R16后接電源，E2端與第一攝像頭時(shí)鐘U15的2端聯(lián)接；第二圖像采集模塊U12的B2端經(jīng)電阻R18后接電源，E2端與第二攝像頭時(shí)鐘U16的2端聯(lián)接；串口驅(qū)動(dòng)電路U 10的9端與通訊接口J1的2端聯(lián)接，11端與通訊接口J1的3端聯(lián)接；串口驅(qū)動(dòng)電路U10的1端電阻R14接地，2端通過(guò)電容C6接4端，3端通過(guò)電容C7接地，5端通過(guò)電容C10接6端，7端通過(guò)電容C9接地，12端通過(guò)電阻R15接地，15端接電源3.3V同時(shí)通過(guò)電容C8接14端且接地，16端通過(guò)電阻R13接3.3V；
如圖4C、圖4D、圖4E所示，中心處理器U1的8位數(shù)據(jù)線端C19、D19、A20、D20、B20、C20、A21、D21分別經(jīng)電阻后與程序存儲(chǔ)器U2的29、31、33、35、38、40、42、44聯(lián)接，16位數(shù)據(jù)線端C19、D19、A20、D20、B20、C20、A21、D21、B21、C21、A23、C22、B22、B23、A24、B24分別經(jīng)電阻后與數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器U3的2、4、5、7、8、10、11、13、42、44、45、47、48、50、51、53聯(lián)接，20位地址線端M24、M23、N26、N24、N23、P26、P24、P23、R24、R23、T25、T24、U26、U25、U24、V23、V26、V25、V24、U23分別經(jīng)電阻后與程序存儲(chǔ)器U2的16、17、48、1～8、18～25聯(lián)接，12位地址線端M24、M23、N26、N24、N23、P26、P24、P23、R24、R23、T25、T24分別經(jīng)電阻后與數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器U3的23～26、29～34、22、35聯(lián)接，K25端經(jīng)電阻后與數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器U3的19端聯(lián)接，K24端經(jīng)電阻后與程序存儲(chǔ)器U2的26端聯(lián)接，J24端經(jīng)電阻后分別與數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器U3的18端聯(lián)接、程序存儲(chǔ)器U2的28端聯(lián)接，J25端經(jīng)電阻后與數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器U3的17端聯(lián)接，K26端經(jīng)電阻后分別與數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器U3的16端聯(lián)接、程序存儲(chǔ)器U2的11端聯(lián)接，L24端與數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器U3的15端聯(lián)接，L23端與數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器U3的39端聯(lián)接，DSP處理器U1的L22端經(jīng)電阻R20后接3.3V，同時(shí)與復(fù)位開(kāi)關(guān)JP1聯(lián)接后與程序存儲(chǔ)器U2的15端聯(lián)接，程序存儲(chǔ)器U2的15端經(jīng)電阻R23后接3.3V，程序存儲(chǔ)器U2的47端經(jīng)電阻R24后接地，12端經(jīng)電阻R25后接3.3V，27端、46端接地，且與37端串聯(lián)有電容C17，37端接3.3V，數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器U3的數(shù)字電源1、14、27端通過(guò)電容C18、電容C19、電容C20并聯(lián)與數(shù)字地41、28、54端聯(lián)接且接地，電源3、9、49、43端通過(guò)電容C21、電容C22、電容C23、電容C24并聯(lián)與地52、46、12、6端聯(lián)接且接地。
如圖4G所示，1.8V電源轉(zhuǎn)換電路U13的1端、2端、3端接5V電源后通過(guò)電容C28接地，4端、6端接地，7端、8端通過(guò)電感L3接1.8V后通過(guò)電容C25接地，并且1.8V通過(guò)電阻R27與電容C26并聯(lián)后接5端，再通過(guò)電阻R28與電容C27并聯(lián)后接地，9端、10端接地；2.5V電源轉(zhuǎn)換電路U14的1端、2端、3端接5V電源后通過(guò)電容C32接地，4端、6端接地，7端、8端通過(guò)電感L4接2.5V后通過(guò)電容C29接地，并且2.5V通過(guò)電阻R29與電容C30并聯(lián)后接5端，再通過(guò)電阻R30與電容C31并聯(lián)后接地，9端、10端接地。
如圖5所示，本發(fā)明采用仿人雙目視覺(jué)理論下，對(duì)雙目視覺(jué)圖像模塊(存儲(chǔ)于程序存儲(chǔ)器U2中)的處理流程為在系統(tǒng)初始化的條件下，首先對(duì)四個(gè)電機(jī)進(jìn)行位置初始化，其中，第一攝像頭方向?qū)?zhǔn)車外，第二攝像頭方向?qū)?zhǔn)駕駛員；兩個(gè)攝像頭對(duì)采集的圖像在圖像采集、處理單元中進(jìn)行預(yù)處理、分割、理解、識(shí)別，并判斷第一攝像頭采集的圖像中車外環(huán)境情況，如雨、雪、霧、晴的等級(jí)，第一個(gè)天氣狀態(tài)分為五個(gè)等級(jí)大、較大、中、較小、??；判斷第二攝像頭的駕駛員疲勞狀態(tài)，如正常、疲勞；同時(shí)通過(guò)目標(biāo)識(shí)別算法檢測(cè)第一攝像頭中的目標(biāo)，如車輛的出現(xiàn)、行人的出現(xiàn)等危機(jī)情況，若有危機(jī)情況出現(xiàn)，則四個(gè)電機(jī)將驅(qū)動(dòng)二自由度轉(zhuǎn)臺(tái)，使第一攝像頭和第二攝像頭對(duì)準(zhǔn)目標(biāo)，并實(shí)時(shí)檢測(cè)目標(biāo)與車的距離；對(duì)于第一攝像頭和第二攝像頭采集的有效圖像以雙目夾角α在60度為較佳圖像信息(如圖6所示)；當(dāng)目標(biāo)距離小于所設(shè)定的安全值時(shí)，以車與目標(biāo)的相對(duì)速度和距離判斷為標(biāo)準(zhǔn)(由使用者根據(jù)情況自行設(shè)定)，小于標(biāo)準(zhǔn)時(shí)，輸出報(bào)警信息；當(dāng)目標(biāo)消失后，返回初始狀態(tài)，繼續(xù)進(jìn)行環(huán)境監(jiān)測(cè)。
本發(fā)明系統(tǒng)的環(huán)境測(cè)量通過(guò)DSP處理器控制二自由度云臺(tái)上的四個(gè)電機(jī)，使兩攝像頭(一個(gè)安裝在第一轉(zhuǎn)動(dòng)球1的圓孔內(nèi)，另一個(gè)安裝在第二轉(zhuǎn)動(dòng)球2的圓孔內(nèi))保持初始角度(圖像相交60度)，實(shí)時(shí)采集車外圖像。DSP處理器對(duì)接收到的圖像信息進(jìn)行分析，并判斷出雨、雪、霧、晴天氣狀況，然后經(jīng)串口驅(qū)動(dòng)電路輸出給PC機(jī)或者LCD顯示器或者車載顯示器。
本發(fā)明系統(tǒng)的前后車距測(cè)量發(fā)現(xiàn)前后車目標(biāo)，調(diào)整第一轉(zhuǎn)動(dòng)球1和第二轉(zhuǎn)動(dòng)球2，使轉(zhuǎn)動(dòng)球上的2個(gè)攝像頭對(duì)準(zhǔn)目標(biāo)，實(shí)時(shí)檢測(cè)前后車距、接近(遠(yuǎn)離)速度、加速度，直至車目標(biāo)消失，并通過(guò)串口驅(qū)動(dòng)電路輸出給PC機(jī)或者LCD顯示器或者車載顯示器。
中心處理器DSP數(shù)字信號(hào)處理器芯片是被設(shè)計(jì)為一種特別適合用于進(jìn)行數(shù)字信號(hào)處理的微處理器。DSP不僅在運(yùn)算速度上有了很大的提高，而且在通用性和靈活性方面有了極大地改進(jìn)。此外，DSP芯片的成本、體積、重量和功耗也都有了很大程度的下降。本設(shè)計(jì)選擇DM642芯片，其在500MHz時(shí)鐘時(shí)的峰值運(yùn)算速度可達(dá)2800MIPS。
四個(gè)電機(jī)選擇采用步進(jìn)電機(jī)分別進(jìn)行第一轉(zhuǎn)動(dòng)球1、第二轉(zhuǎn)動(dòng)球2、第一轉(zhuǎn)動(dòng)臺(tái)3、第二轉(zhuǎn)動(dòng)臺(tái)4的旋轉(zhuǎn)，使2個(gè)微型攝像頭能夠全方位獲取圖片信息。電機(jī)A驅(qū)動(dòng)第一轉(zhuǎn)動(dòng)球1轉(zhuǎn)動(dòng)，電機(jī)B驅(qū)動(dòng)第二轉(zhuǎn)動(dòng)球2轉(zhuǎn)動(dòng)，電機(jī)C驅(qū)動(dòng)第一轉(zhuǎn)動(dòng)臺(tái)3轉(zhuǎn)動(dòng)，電機(jī)D驅(qū)動(dòng)第二轉(zhuǎn)動(dòng)臺(tái)4轉(zhuǎn)動(dòng)。電機(jī)B、電機(jī)D圖中未示出。
二自由度轉(zhuǎn)臺(tái)采用兩個(gè)旋轉(zhuǎn)軸控制1個(gè)攝像頭進(jìn)行全方位圖像采集，真正實(shí)現(xiàn)了仿人雙目對(duì)目標(biāo)的視覺(jué)采集。轉(zhuǎn)臺(tái)運(yùn)用齒輪傳動(dòng)方式，體積小、重量輕、結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單。
在本發(fā)明中，硬件電路中標(biāo)號(hào)的物理意義為

權(quán)利要求
1.一種基于雙目視覺(jué)的車載環(huán)境及距離測(cè)量系統(tǒng)，其特征在于由基于DSP的檢測(cè)器、二自由度云臺(tái)、電機(jī)、第一攝像頭和第二攝像頭組成；二自由度云臺(tái)與基于DSP的檢測(cè)器通過(guò)電纜連接，電機(jī)、第一攝像頭、第二攝像頭裝配在二自由度云臺(tái)上；所述基于DSP的檢測(cè)器由硬件電路和雙目視覺(jué)圖像模塊組成，雙目視覺(jué)圖像模塊存儲(chǔ)在硬件電路的程序存儲(chǔ)器U2中。雙目視覺(jué)圖像模塊采用匯編和C語(yǔ)言混合編程的方法，以及CCS集成開(kāi)發(fā)環(huán)境進(jìn)行圖像的處理、分析、解釋、判斷來(lái)獲取車內(nèi)外環(huán)境的具體數(shù)據(jù)，以及與前后車輛的實(shí)際距離，并經(jīng)串口驅(qū)動(dòng)電路U10輸出。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于雙目視覺(jué)的車載環(huán)境及距離測(cè)量系統(tǒng)，其特征在于所述二自由度云臺(tái)的基座(8)上對(duì)稱安裝有第一轉(zhuǎn)動(dòng)臺(tái)(5)、第二轉(zhuǎn)動(dòng)臺(tái)(6)，第一轉(zhuǎn)動(dòng)臺(tái)(5)上安裝有第一U形架(3)，第一U形架(3)上安裝有第一轉(zhuǎn)動(dòng)球(1)；第二轉(zhuǎn)動(dòng)臺(tái)(6)上安裝有第二U形架(4)，第二U形架(4)上安裝有第二轉(zhuǎn)動(dòng)球(2)；所述第一轉(zhuǎn)動(dòng)臺(tái)(5)與所述第二轉(zhuǎn)動(dòng)臺(tái)(6)結(jié)構(gòu)相同，所述第一U形架(3)與所述第二U形架(4)結(jié)構(gòu)相同，所述第一轉(zhuǎn)動(dòng)球(1)與所述第二轉(zhuǎn)動(dòng)球(2)結(jié)構(gòu)相同；所述第一轉(zhuǎn)動(dòng)臺(tái)(5)的下方安裝有從動(dòng)齒輪(52)，從動(dòng)齒輪(52)與主動(dòng)齒輪(53)嚙合，主動(dòng)齒輪(53)安裝在電機(jī)C(51)的輸出軸上，從動(dòng)齒輪(52)的中心孔中連接有支撐軸(55)，支撐軸(55)的外部套接有滾珠軸承(54)，滾珠軸承(54)通過(guò)螺釘(7)安裝在基座(8)的通孔(81)內(nèi)；第一U形架(3)的右根部(33)上設(shè)有通孔，通孔內(nèi)安裝有滾珠軸承(32)，滾珠軸承(32)內(nèi)套接有轉(zhuǎn)軸A(31)的一端，轉(zhuǎn)軸A(31)的另一端安裝在第一轉(zhuǎn)動(dòng)球(1)的右球體(16)的孔中；第一U形架(3)的左根部(34)上設(shè)有通孔，通孔內(nèi)安裝有滾珠軸承(15)，滾珠軸承(15)內(nèi)套接有轉(zhuǎn)軸B(14)的一端，轉(zhuǎn)軸B(14)的另一端安裝在第一轉(zhuǎn)動(dòng)球(1)的左球體(17)的孔中；第一U形架(3)的左側(cè)面(35)上設(shè)有通孔，通孔內(nèi)安裝有電機(jī)A(11)，電機(jī)A(11)的輸出軸上安裝有主動(dòng)齒輪(12)，主動(dòng)齒輪(12)與從動(dòng)齒輪(13)嚙合，從動(dòng)齒輪(13)安裝在右球體(16)的左端面(18)上。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于雙目視覺(jué)的車載環(huán)境及距離測(cè)量系統(tǒng)，其特征在于所述基于DSP的檢測(cè)器的硬件電路包括有中心處理器U1、程序存儲(chǔ)器U2、數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器U3、第一圖像采集模塊U11、第二圖像采集模塊U12、串口驅(qū)動(dòng)電路U10、第一圖像采集模塊U11、第二圖像采集模塊U12、第一攝像頭時(shí)鐘U15、第二攝像頭時(shí)鐘U16、供電電源電路；第一攝像頭將采集到的圖像經(jīng)第一圖像采集模塊U11處理后輸出序列圖像信息f1給DSP處理器，DSP處理器在接收所述序列圖像信息f1的驅(qū)動(dòng)時(shí)鐘由第一攝像頭時(shí)鐘U15控制，所述驅(qū)動(dòng)時(shí)鐘為24MHz；第二攝像頭將采集到的圖像經(jīng)第二圖像采集模塊U12處理后輸出序列圖像信息f2給DSP處理器，DSP處理器在接收所述序列圖像信息f2的驅(qū)動(dòng)時(shí)鐘由第二攝像頭時(shí)鐘U16控制，所述驅(qū)動(dòng)時(shí)鐘為24MHz；DSP處理器對(duì)接收的序列圖像信息f1、序列圖像信息f2在雙目視覺(jué)圖像模塊中進(jìn)行仿人雙目視覺(jué)處理后經(jīng)串口驅(qū)動(dòng)電路U10輸出。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的基于雙目視覺(jué)的車載環(huán)境及距離測(cè)量系統(tǒng)，其特征在于中心處理器U1的AC2端與有源晶振電路U5的3端聯(lián)接，AA2端經(jīng)電阻R6接地，AA2端經(jīng)電阻R7接3.3V電源，AE4端經(jīng)電阻R5接地，AE4端經(jīng)電阻R4接3.3V電源，M5端經(jīng)電阻R3后接地，P4端與復(fù)位看門狗電路U6聯(lián)接，V6端與電源濾波器電路U4聯(lián)接，D6端與第二圖像采集模塊U12的D3端聯(lián)接，C6端與第一圖像采集模塊U11的D3端聯(lián)接，F(xiàn)4端分別與第一圖像采集模塊U11的A3端、第二圖像采集模塊U12的A3端聯(lián)接，D3端分別與第一圖像采集模塊U11的B3端、第二圖像采集模塊U12的B3端聯(lián)接，L5端、F4端和F3端與電機(jī)A聯(lián)接，F(xiàn)2端、E1端和AD1端與電機(jī)B聯(lián)接，K3端、J2端和F1端與電機(jī)C聯(lián)接，H4端、G4端和C1端與電機(jī)D聯(lián)接；中心處理器U1的AF8端與第一圖像采集模塊U11的D2端聯(lián)接，AF4端與第一圖像采集模塊U11的D1端聯(lián)接，A7端與第二圖像采集模塊U12的D2端聯(lián)接，B8端與第二圖像采集模塊U12的D1端聯(lián)接，8位數(shù)據(jù)采集端AF5、AF6、AE6、AD6、AC6、AE7、AD7、AC7分別與第一圖像采集模塊U11的輸出端B4、A4、B5、A5、E5、D5、E4、D4聯(lián)接，8位數(shù)據(jù)采集端C8、D8、A9、A9、C9、D9、A10、B10分別與第二圖像采集模塊U12的輸出端B4、A4、B5、A5、E5、D5、E4、D4聯(lián)接，AE16端與串口驅(qū)動(dòng)電路U10的8端聯(lián)接，AC 16端與串口驅(qū)動(dòng)電路U10的13端聯(lián)接；第一圖像采集模塊U11的B2端經(jīng)電阻R16后接電源，E2端與第一攝像頭時(shí)鐘U15的2端聯(lián)接；第二圖像采集模塊U12的B2端經(jīng)電阻R18后接電源，E2端與第二攝像頭時(shí)鐘U16的2端聯(lián)接；串口驅(qū)動(dòng)電路U10的9端與通訊接口J1的2端聯(lián)接，11端與通訊接口J1的3端聯(lián)接；串口驅(qū)動(dòng)電路U10的1端電阻R14接地，2端通過(guò)電容C6接4端，3端通過(guò)電容C7接地，5端通過(guò)電容C10接6端，7端通過(guò)電容C9接地，12端通過(guò)電阻R15接地，15端接電源3.3V同時(shí)通過(guò)電容C8接14端且接地，16端通過(guò)電阻R13接3.3V；中心處理器U1的8位數(shù)據(jù)線端C19、D19、A20、D20、B20、C20、A21、D21分別經(jīng)電阻后與程序存儲(chǔ)器U2的29、31、33、35、38、40、42、44聯(lián)接，16位數(shù)據(jù)線端C19、D19、A20、D20、B20、C20、A21、D21、B21、C21、A23、C22、B22、B23、A24、B24分別經(jīng)電阻后與數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器U3的2、4、5、7、8、10、11、13、42、44、45、47、48、50、51、53聯(lián)接，20位地址線端M24、M23、N26、N24、N23、P26、P24、P23、R24、R23、T25、T24、U26、U25、U24、V23、V26、V25、V24、U23分別經(jīng)電阻后與程序存儲(chǔ)器U2的16、17、48、1～8、18～25聯(lián)接，12位地址線端M24、M23、N26、N24、N23、P26、P24、P23、R24、R23、T25、T24分別經(jīng)電阻后與數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器U3的23～26、29～34、22、35聯(lián)接，K25端經(jīng)電阻后與數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器U3的19端聯(lián)接，K24端經(jīng)電阻后與程序存儲(chǔ)器U2的26端聯(lián)接，J24端經(jīng)電阻后分別與數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器U3的18端聯(lián)接、程序存儲(chǔ)器U2的28端聯(lián)接，J25端經(jīng)電阻后與數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器U3的17端聯(lián)接，K26端經(jīng)電阻后分別與數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器U3的16端聯(lián)接、程序存儲(chǔ)器U2的11端聯(lián)接，L24端與數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器U3的15端聯(lián)接，L23端與數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器U3的39端聯(lián)接，DSP處理器U1的L22端經(jīng)電阻R20后接3.3V，同時(shí)與復(fù)位開(kāi)關(guān)JP1聯(lián)接后與程序存儲(chǔ)器U2的15端聯(lián)接，程序存儲(chǔ)器U2的15端經(jīng)電阻R23后接3.3V，程序存儲(chǔ)器U2的47端經(jīng)電阻R24后接地，12端經(jīng)電阻R25后接3.3V，27端、46端接地，且與37端串聯(lián)有電容C17，37端接3.3V，數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器U3的數(shù)字電源1、14、27端通過(guò)電容C18、電容C19、電容C20并聯(lián)與數(shù)字地41、28、54端聯(lián)接且接地，電源3、9、49、43端通過(guò)電容C21、電容C22、電容C23、電容C24并聯(lián)與地52、46、12、6端聯(lián)接且接地；1.8V電源轉(zhuǎn)換電路U13的1端、2端、3端接5V電源后通過(guò)電容C28接地，4端、6端接地，7端、8端通過(guò)電感L3接1.8V后通過(guò)電容C25接地，并且1.8V通過(guò)電阻R27與電容C26并聯(lián)后接5端，再通過(guò)電阻R28與電容C27并聯(lián)后接地，9端、10端接地；2.5V電源轉(zhuǎn)換電路U14的1端、2端、3端接5V電源后通過(guò)電容C32接地，4端、6端接地，7端、8端通過(guò)電感L4接2.5V后通過(guò)電容C29接地，并且2.5V通過(guò)電阻R29與電容C30并聯(lián)后接5端，再通過(guò)電阻R30與電容C31并聯(lián)后接地，9端、10端接地。
全文摘要
本發(fā)明公開(kāi)了一種基于雙目視覺(jué)的車載環(huán)境及距離測(cè)量系統(tǒng)，由基于DSP的檢測(cè)器、二自由度云臺(tái)、電機(jī)、第一攝像頭和第二攝像頭組成。所述基于DSP的檢測(cè)器由硬件電路和雙目視覺(jué)圖像模塊組成，雙目視覺(jué)圖像模塊存儲(chǔ)在硬件電路的程序存儲(chǔ)器中。雙目視覺(jué)圖像模塊采用匯編和C語(yǔ)言混合編程的方法，以及CCS集成開(kāi)發(fā)環(huán)境進(jìn)行圖像的處理、分析、解釋、判斷來(lái)獲取車內(nèi)外環(huán)境的具體數(shù)據(jù)，以及與前后車輛的實(shí)際距離，并經(jīng)串口驅(qū)動(dòng)電路輸出，輸出的信息可以在車載的LCD顯示器上顯示。本發(fā)明系統(tǒng)采用雙攝像頭對(duì)目標(biāo)進(jìn)行圖像采集，真正實(shí)現(xiàn)了仿人雙目實(shí)時(shí)識(shí)別動(dòng)態(tài)或靜態(tài)目標(biāo)、以及測(cè)量目標(biāo)間的距離。
文檔編號(hào)G01C11/04GK101038165SQ200710064018
公開(kāi)日2007年9月19日 申請(qǐng)日期2007年2月16日 優(yōu)先權(quán)日2007年2月16日
發(fā)明者鄭紅, 王鵬, 方智文, 曹瓊, 李驊, 李鵬, 汪洋 申請(qǐng)人:北京航空航天大學(xué)