裝有攝像頭冷噴劃線車的控制系統及劃線方法
2023-06-03 09:58:26 2
裝有攝像頭冷噴劃線車的控制系統及劃線方法
【專利摘要】本發明屬於路政管理領域，公開了一種裝有攝像頭冷噴劃線車的控制系統以及使用該控制系統在路面上劃線的方法，包括：攝像機、觸控螢幕、預警燈、上位機、DSP、第一三態緩衝鎖存電路、第一高速光耦電路、第一驅動放大電路、橫向光電編碼器、第二三態緩衝鎖存電路、第二高速光耦電路、第二驅動放大電路、縱向光電編碼器、駕駛交互系統、噴塗交互系統。攝像機、工控機、導軌和噴嘴形成一個閉環控制系統。其中工控機包括上位機、DSP、第一三態緩衝鎖存電路、第一高速光耦電路、第一驅動放大電路、橫向光電編碼器、第二三態緩衝鎖存電路、第二高速光耦電路、第二驅動放大電路、縱向光電編碼器、駕駛交互系統、以及噴塗交互系統。
【專利說明】裝有攝像頭冷噴劃線車的控制系統及劃線方法
[0001]【技術領域】]
本發明涉及路政工程維護領域，具體是一種裝有攝像頭冷噴劃線車的控制系統以及使用該控制系統在路面上劃線的方法。
[0002]【背景技術】]
公路冷噴劃線車是用來在高等級公路及城市道路上劃各種路面標線的專用機械。在道路的養護過程中也用於在舊標線上劃新標線。現在的冷噴劃線車是靠人來操作機器使機器噴出的塗料覆蓋原來的舊線。這種方法在長的馬路上，長時間操作後，工人長時間盯著前面的馬路會產生疲勞，容易劃線錯誤，造成返工，效率低。因此，需要一種裝有攝像頭的冷噴劃線車，而裝有攝像頭的冷噴劃線車需要一種控制系統用於劃線的整個過程。
[0003]
【發明內容】
]
鑑於以上問題，本發明人針對一種特定的裝有攝像頭的冷噴劃線車，提供了一種裝有攝像頭冷噴劃線車的控制系統。同時提供了該控制系統在路面上劃線的方法。
[0004]本發明提供的裝有攝像頭冷噴劃線車的控制系統所針對的裝有攝像頭的冷噴劃線車包括一輛四輪車輛，車輛後部放置氣壓罐和漆料罐，在所述車輛一側固定連接兩根互相平行的水平導軌，第一水平導軌與第二水平導軌；第一水平導軌與第二水平導軌在與車輛接觸位置附近分別固定裝配第一電機和第二電機；第一水平導軌連接一根在其上能水平滑動的第一豎直導軌，第二水平導軌連接一根在其上能水平滑動的第二豎直導軌；第一豎直導軌通過軸傳動連接第一電機，第二豎直導軌通過軸傳動連接第二電機；第一豎直導軌在與第一水平導軌連接處附近固定裝配第三電機，第二豎直導軌在與第二水平導軌連接處附近固定裝配第四電機；第一豎直導軌的下端與第二豎直導軌的下端分別連接一個能豎直升降並分別與第三電機和第四電機直接或間接軸傳動連接的噴嘴；兩個噴嘴都通過氣壓導管和物料導管分別連接氣壓罐和漆料罐；第一水平導軌與第二水平導軌的上方固定設置支架，支架上方固定設置攝像頭；車輛的駕駛室設置中央控制平臺和預警燈，中央控制平臺上方設置一觸控螢幕，中央控制平臺內設置一工控機；工控機通過電纜分別連接觸控螢幕、攝像頭、第一電機、第二電機、第三電機、第四電機、預警燈和噴嘴。噴嘴沿車輛車頭的前方方向設置一刷子，所述刷子通過電纜連接工控機。所述刷子用於在往路面舊線噴塗料前，清除路面的灰塵。
[0005]針對上述裝有攝像頭冷噴劃線車，本發明提供的裝有攝像頭冷噴劃線車的控制系統包括攝像機、觸控螢幕、預警燈、上位機、DSP (Digital Signal Proccessor)、第一三態緩衝鎖存電路、第一高速光耦電路、第一驅動放大電路、橫向光電編碼器、第二三態緩衝鎖存電路、第二高速光耦電路、第二驅動放大電路、縱向光電編碼器、駕駛交互系統、噴塗交互系統，其中，
一、攝像機拍攝路面攝像機前方2-5米的圖像，所述圖像傳輸至DSP；
二、觸控螢幕顯示所述圖像，接收人工指令並把所述人工指令和所述圖像發送至上位機；
三、駕駛交互系統把裝有攝像頭冷噴劃線車的車輛的車速傳送給DSP； 四、噴塗交互系統把裝有攝像頭冷噴劃線車的噴嘴的壓力和塗料噴量傳送給DSP，並接受DSP對噴嘴的壓力和塗料噴量的控制；
五、預警燈接受上位機的控制信號並根據所述信號亮燈；
六、橫向光電編碼器檢測裝有攝像頭冷噴劃線車的橫向步進電機的轉動方向和轉角，並反饋給DSP ；
七、縱向光電編碼器檢測裝有攝像頭冷噴劃線車的縱向步進電機的轉動方向和轉角，並反饋給DSP ；
八、DSP把所述車輛的車速、所述噴嘴的壓力和塗料噴量、所述橫向步進電機的轉動方向和轉角、所述縱向步進電機的轉動方向和轉角傳送給上位機；上位機先對所述圖像進行灰度化、平滑去噪等預處理，再進行圖像二值化分割，通過二值圖像連續多次閉運算提取道路邊緣，再通過Hough變換提取直線方程以及獲取定位參數；上位機根據所述直線方程和定位參數、所述人工指令、所述車輛的車速和行駛方向、所述噴嘴的壓力和塗料噴量、所述橫向步進電機的轉動方向和轉角、所述縱向步進電機的轉動方向和轉角，把修正的橫向步進電機的轉動方向和轉角以及橫向步進電機的最大轉角、修正的縱向步進電機的轉動方向和轉角以及縱向步進電機的最大轉角、修正的噴嘴的壓力和塗料噴量，傳送給DSP ；
九、DSP把修正的橫向步進電機的轉動方向和轉角以及橫向步進電機的最大轉角傳送給第一三態緩衝鎖存電路，再經過第一高速光耦電路和第一驅動放大電路，控制橫向步進電機的運動；DSP把修正的縱向步進電機的轉動方向和轉角以及縱向步進電機的最大轉角傳送給第二三態緩衝鎖存電路，再經過第二高速光耦電路和第二驅動放大電路，控制縱向步進電機的運動。
[0006]本發明提供的裝有攝像頭冷噴劃線車的控制系統工作流程如下:水平導軌上方的攝像機拍攝路面攝像機前方2-5米的圖像，圖像在傳輸到觸控螢幕顯示的同時傳輸至DSP。觸控螢幕在顯示圖像的同時，還可以接收操作人員對圖像發出的修改指令，即在觸控螢幕上手指觸摸所發出的指令，而所述指令被傳送到上位機。DSP除接收圖像外，還接收駕駛交互系統傳送過來的裝有攝像頭冷噴劃線車的車輛的車速和行駛方向，噴塗交互系統傳送過來的裝有攝像頭冷噴劃線車的噴嘴的壓力和塗料噴量。同時，DSP還從橫向光電編碼器得到裝有攝像頭冷噴劃線車的橫向步進電機的轉動方向和轉角，以及從縱向光電編碼器得到的裝有攝像頭冷噴劃線車的縱向步進電機的轉動方向和轉角。DSP把所述車輛的車速和行駛方向、所述噴嘴的壓力和塗料噴量、所述橫向步進電機的轉動方向和轉角、所述縱向步進電機的轉動方向和轉角傳送給上位機。上位機先對所述圖像進行灰度化、平滑去噪等預處理，再進行圖像二值化分割，通過二值圖像連續多次閉運算提取道路邊緣，再通過Hough變換提取直線方程以及獲取定位參數；上位機根據所述直線方程和定位參數、所述人工指令、所述車輛的車速和行駛方向、所述噴嘴的壓力和塗料噴量、所述橫向步進電機的轉動方向和轉角、所述縱向步進電機的轉動方向和轉角，得到修正的橫向步進電機的轉動方向和轉角以及橫向步進電機的最大轉角、修正的縱向步進電機的轉動方向和轉角以及縱向步進電機的最大轉角、修正的噴嘴的壓力和塗料噴量，並把所述修正的橫向步進電機的轉動方向和轉角以及橫向步進電機的最大轉角、所述修正的縱向步進電機的轉動方向和轉角以及縱向步進電機的最大轉角、所述修正的噴嘴的壓力和塗料噴量傳送給DSP。DSP把修正的橫向步進電機的轉動方向和轉角以及橫向步進電機的最大轉角傳送給第一三態緩衝鎖存電路，再經過第一高速光耦電路和第一驅動放大電路，控制橫向步進電機的運動；DSP把修正的縱向步進電機的轉動方向和轉角以及縱向步進電機的最大轉角傳送給第二三態緩衝鎖存電路，再經過第二高速光耦電路和第二驅動放大電路，控制縱向步進電機的運動。
[0007]本發明具有以下有益效果:本發明所針對的裝有攝像頭的冷噴劃線車的攝像機、工控機、導軌和噴嘴形成一個閉環控制系統。其中工控機包括上位機、DSP、第一三態緩衝鎖存電路、第一高速光耦電路、第一驅動放大電路、橫向光電編碼器、第二三態緩衝鎖存電路、第二高速光耦電路、第二驅動放大電路、縱向光電編碼器、駕駛交互系統、以及噴塗交互系統。同時，工控機還控制噴嘴的壓力和出料量；此外，噴嘴的前方設置一把刷子。因此，本發明在工控機的控制下，通過攝像頭的拍攝，控制噴嘴精準地在路面的舊標線上劃新標線。而駕駛員通過控制觸控螢幕，能夠控制工控機，從而控制冷噴劃線裝置的工作。因此，本發明所針對的裝有攝像頭的冷噴劃線車克服了人工劃線車的各種缺點，其既能劃實線，也能劃虛線；既能劃單線，也能劃雙線；既能劃直線，也能劃彎曲線。而本發明提供的裝有攝像頭冷噴劃線車的控制系統能夠精準且高效地控制所述裝有攝像頭的冷噴劃線車的工作:對圖像進行處理，提取直線方程以及獲取定位參數。通過駕駛交互系統和噴塗交互系統獲取車輛的車速和行駛方向、以及噴嘴的壓力和塗料噴量；通過橫向光電編碼器獲得裝有攝像頭冷噴劃線車的橫向步進電機的轉動方向和轉角，通過縱向光電編碼器獲得裝有攝像頭冷噴劃線車的縱向步進電機的轉動方向和轉角；通過觸控螢幕獲得操作員發出的人工指令。然後，而本發明提供的裝有攝像頭冷噴劃線車的控制系統把車輛的車速和行駛方向、噴嘴的壓力和塗料噴量、橫向步進電機的轉動方向和轉角、縱向步進電機的轉動方向和轉角與直線方程和定位參數以及人工指令結合分析，得到修正的橫向步進電機的轉動方向和轉角以及橫向步進電機的最大轉角、修正的縱向步進電機的轉動方向和轉角以及縱向步進電機的最大轉角、修正的噴嘴的壓力和塗料噴量，並通過高效的三態緩衝鎖存電路、高速光耦電路以及驅動放大電路來控制各步進電機的運動，並在路面上進行劃線。
[0008][【專利附圖】
【附圖說明】]
圖1是裝有攝像頭冷噴劃線車的控制系統的工作流程圖；
圖2是裝有攝像頭冷噴劃線車的控制系統的數據流程框圖；
圖3是裝有攝像頭冷噴劃線車的控制系統所針對的裝有攝像頭的冷噴劃線車的整體布局圖；
圖4是裝有攝像頭冷噴劃線車的控制系統所針對的裝有攝像頭的冷噴劃線車的冷噴劃線裝置部分的放大圖；
圖5是裝有攝像頭冷噴劃線車的控制系統所針對的裝有攝像頭的冷噴劃線車導軌與噴嘴結構的正視圖；
圖6是裝有攝像頭冷噴劃線車的控制系統所針對的裝有攝像頭的冷噴劃線車水平導軌的原理圖；
圖7是裝有攝像頭冷噴劃線車的控制系統所針對的裝有攝像頭的冷噴劃線車豎直導軌的原理圖；
圖8是裝有攝像頭冷噴劃線車的控制系統所針對的裝有攝像頭的冷噴劃線車的電路連接圖。
[0009]圖1中，88是觸控螢幕，188是上位機，8是攝像頭，288是DSP，4是預警燈，100是車輛，114是駕駛交互系統，518是橫向光電編碼器，133是第一二態緩衝鎖存電路，199是第一聞速光稱電路，190是第一驅動放大電路，9是第一步進電機，10是第二步進電機，233是第一二態緩衝鎖存電路，299是第一聞速光稱電路，290是第一驅動放大電路，18是第二步進電機，25是第四步進電機，528是縱向光電編碼器，418是噴塗交互系統，I是氣壓罐，2是漆料罐，20是第一噴嘴，23是第二噴嘴；
圖3中，I是氣壓罐，2是漆料罐，3是車體，4是預警燈，5是中央控制平臺，6是氣壓導管，7是物料導管；
圖4是裝有攝像頭的冷噴劃線車的冷噴劃線裝置部分的放大圖，即圖1中I部分的放大圖，其中，8是攝像機，9是第一步進電機，10是第二步進電機，11是支架，12是刷子，13是攝像機位置調節裝置，14是攝像機支架，15是第一水平導軌，16是攝像機固定板，17是第二水平導軌；
圖5中，18是第三步進電機，19是第一豎直導軌，20是第一噴嘴，21是第一物料進口，22是第二物料進口，23是第二噴嘴，24是第二豎直導軌，25是第四步進電機；
圖6中，26是第一齒輪，27是第一水平導軌槽，28是第二水平導軌槽，29是第二齒輪；
圖7中，30是短連杆，31是長連杆，32是滑塊；
圖8中，33是攝像機電纜，34是報警裝置電纜，35是電機控制電纜。
[0010][【具體實施方式】]
本發明提供的裝有攝像頭冷噴劃線車的控制系統包括攝像機、觸控螢幕、預警燈、上位機、DSP (Digital Signal Proccessor)、第一三態緩衝鎖存電路、第一高速光f禹電路、第一驅動放大電路、橫向光電編碼器、第二三態緩衝鎖存電路、第二高速光耦電路、第二驅動放大電路、縱向光電編碼器、駕駛交互系統、噴塗交互系統，其中，
一、攝像機拍攝路面攝像機前方2-5米的圖像，所述圖像傳輸至DSP；
二、觸控螢幕顯示所述圖像，接收人工指令並把所述人工指令和所述圖像發送至上位機；
三、駕駛交互系統把裝有攝像頭冷噴劃線車的車輛的車速傳送給DSP；
四、噴塗交互系統把裝有攝像頭冷噴劃線車的噴嘴的壓力和塗料噴量傳送給DSP，並接受DSP對噴嘴的壓力和塗料噴量的控制；
五、預警燈接受上位機的控制信號並根據所述信號亮燈；
六、橫向光電編碼器檢測裝有攝像頭冷噴劃線車的橫向步進電機的轉動方向和轉角，並反饋給DSP ；
七、縱向光電編碼器檢測裝有攝像頭冷噴劃線車的縱向步進電機的轉動方向和轉角，並反饋給DSP ；
八、DSP把所述車輛的車速、所述噴嘴的壓力和塗料噴量、所述橫向步進電機的轉動方向和轉角、所述縱向步進電機的轉動方向和轉角傳送給上位機；上位機先對所述圖像進行灰度化、平滑去噪等預處理，再進行圖像二值化分割，通過二值圖像連續多次閉運算提取道路邊緣，再通過Hough變換提取直線方程以及獲取定位參數；上位機根據所述直線方程和定位參數、所述人工指令、所述車輛的車速和行駛方向、所述噴嘴的壓力和塗料噴量、所述橫向步進電機的轉動方向和轉角、所述縱向步進電機的轉動方向和轉角，把修正的橫向步進電機的轉動方向和轉角以及橫向步進電機的最大轉角、修正的縱向步進電機的轉動方向和轉角以及縱向步進電機的最大轉角、修正的噴嘴的壓力和塗料噴量，傳送給DSP ；
九、DSP把修正的橫向步進電機的轉動方向和轉角以及橫向步進電機的最大轉角傳送給第一三態緩衝鎖存電路，再經過第一高速光耦電路和第一驅動放大電路，控制橫向步進電機的運動；DSP把修正的縱向步進電機的轉動方向和轉角以及縱向步進電機的最大轉角傳送給第二三態緩衝鎖存電路，再經過第二高速光耦電路和第二驅動放大電路，控制縱向步進電機的運動。
[0011]本發明的優選實施例中，觸控螢幕所接受的人工指令包括:
A、所述圖像中所畫線的寬度，B、所述噴嘴噴嘴處的壓力，C、是否開始噴塗，D、噴嘴是否自動控制，E、兩個噴嘴是否同時工作，或選擇其中一個噴嘴工作，F、噴嘴畫的線是實線還是虛線，如果是虛線每段的長度，以及每段隔開的長度。
[0012]本發明的優選實施例中，車輛車速是通過獲取車輪的轉速和車輪的大小，計算得出。
[0013]本發明的優選實施例中，噴嘴的壓力由安裝在氣壓罐的壓力傳感器測得，並傳送給DSP，而在觸控螢幕上只顯示閥門的開合度。比如閥門打開了一半，就顯示50%。而噴嘴的壓力的施加是利用專用高壓泵對漆施加10 — 25MPa的壓力，然後通過噴槍噴塗於地面，高壓泵的加壓方式為柱塞式。DSP通過控制柱塞來控制高壓泵的壓力。通過控制一個電動閥I ]來控制流入嗔嘴的塗料，從而控制嗔塗量。
[0014]本發明的優選實施例中，預警燈顯示左轉、右轉和雙閃。對於路面出現缺損嚴重的情形，除了亮燈並報警的同時，DSP會自動進入人工控制，並在觸控螢幕上顯示，接受操作員的人工幹預。
[0015]本發明的優選實施例中，DSP通過橫向光電編碼器的接口，利用軟體判斷出橫向步進電機的轉動方向和轉速，從而計算出橫向步進電機的轉角。
[0016]本發明的優選實施例中，DSP通過縱向光電編碼器的接口，利用軟體判斷出縱向步進電機的轉動方向和轉速，從而計算出縱向步進電機的轉角。
[0017]本發明的優選實施例中，使用OPENCV圖像庫對DSP從攝像機獲得的圖像進行處理，也就是灰度化、二值化等處理，提取出舊線，判斷出舊線的位置。攝像頭採集到的圖像是採用YUV色彩空間存儲的，圖像空間中的Y分量就是圖像的亮度分量，提取出圖像中的Y分量組成新的圖像就完成了對圖像的灰度化處理，就可以生成圖像的灰度圖了。然後用大津算法對灰度圖進行二值化處理，二值化處理後整幅圖像內只有黑、白兩種顏色的圖像。在黑白之間不存在其他灰度層次的變化。
[0018]本發明的優選實施例中，DSP和上位機使用DSP/B10S作為系統的作業系統，以便於整個系統軟體的開發以及機器視覺精確定位功能的實現。視覺定位的總體軟體架構分為兩個部分:DSP端程序和PC機端程序。在每一端程序中，又分為兩部分:①應用程式；
②驅動程序。DSP端程序是基於上述的RF5結構和DSP/B1-0S實時內核來實現的，PC端程序基於WDM模型PCI驅動以及界面應用程式實現的。
[0019]本發明並不受上述實施方式的限制，其他的任何未背離本發明的精神實質與原理下所作的改變、修飾、替代、組合、簡化，均應為等效的置換方式，都包含在本發明的保護範圍之內。
【權利要求】
1.一種裝有攝像頭冷噴劃線車的控制系統，包括攝像機、觸控螢幕、預警燈、上位機、DSP、第一三態緩衝鎖存電路、第一高速光稱電路、第一驅動放大電路、橫向光電編碼器、第二三態緩衝鎖存電路、第二高速光耦電路、第二驅動放大電路、縱向光電編碼器、駕駛交互系統、噴塗交互系統，其特徵在於: 一、攝像機拍攝路面2-5米的圖像，所述圖像傳輸至DSP； 二、觸控螢幕顯示所述圖像，接收人工指令並把所述人工指令和所述圖像發送至上位機； 三、駕駛交互系統把裝有攝像頭冷噴劃線車的車輛的車速傳送給DSP； 四、噴塗交互系統把裝有攝像頭冷噴劃線車的噴嘴的壓力和塗料噴量傳送給DSP，並接受DSP對噴嘴的壓力和塗料噴量的控制，其中噴嘴的個數為兩個； 五、預警燈接受DSP的控制信號並根據所述信號亮燈； 六、橫向光電編碼器檢測裝有攝像頭冷噴劃線車的橫向步進電機的轉動方向和轉角，並反饋給DSP ； 七、縱向光電編碼器檢測裝有攝像頭冷噴劃線車的縱向步進電機的轉動方向和轉角，並反饋給DSP ； 八、DSP把所述車輛的車速、所述噴嘴的壓力和塗料噴量、所述橫向步進電機的轉動方向和轉角、所述縱向步進電機的轉動方向和轉角傳送給上位機；上位機先對所述圖像進行灰度化、平滑去噪等預處理，再進行圖像二值化分割，通過二值圖像連續多次閉運算提取道路邊緣，再通過Hough變換提取直線方程以及獲取定位參數；上位機根據所述直線方程和定位參數、所述人工指令、所述車輛的車速、所述噴嘴的壓力和塗料噴量、所述橫向步進電機的轉動方向和轉角、所述縱向步進電機的轉動方向和轉角，得到修正的橫向步進電機的轉動方向和轉角以及橫向步進電機的最大轉角、修正的縱向步進電機的轉動方向和轉角以及縱向步進電機的最大轉角、修正的噴嘴的壓力和塗料噴量，並把所述修正的橫向步進電機的轉動方向和轉角以及橫向步進電機的最大轉角、所述修正的縱向步進電機的轉動方向和轉角以及縱向步進電機的最大轉角、所述修正的噴嘴的壓力和塗料噴量傳送給DSP ; 九、DSP把修正的橫向步進電機的轉動方向和轉角以及橫向步進電機的最大轉角傳送給第一三態緩衝鎖存電路，再經過第一高速光耦電路和第一驅動放大電路，控制橫向步進電機的運動；DSP把修正的縱向步進電機的轉動方向和轉角以及縱向步進電機的最大轉角傳送給第二三態緩衝鎖存電路，再經過第二高速光耦電路和第二驅動放大電路，控制縱向步進電機的運動。
2.如權利要求1所述的裝有攝像頭冷噴劃線車的控制系統，其特徵在於:所述人工指令包括: A、所述圖像中所畫線的寬度，B、所述噴嘴的壓力，C、是否開始噴塗，D、噴嘴是手動還是自動控制，E、兩個噴嘴是否同時工作，或選擇其中一個噴嘴工作，F、噴嘴畫的線是實線還是虛線，如果是虛線每段的長度，以及每段隔開的長度。
3.如權利要求1所述的裝有攝像頭冷噴劃線車的控制系統，其特徵在於:所述車速是通過獲取車輪的轉速和車輪的大小，計算得出。
4.如權利要求2所述的裝有攝像頭冷噴劃線車的控制系統，其特徵在於:所述預警燈顯示左轉、右轉和雙閃；對於路面出現缺損嚴重的情形，除了亮燈並報警的同時，DSP會自動進入所述劃線人工控制，並在觸控螢幕上顯示，接受操作員的人工幹預。
【文檔編號】E01C23/22GK104264573SQ201410551972
【公開日】2015年1月7日 申請日期:2014年10月17日 優先權日:2014年10月17日
【發明者】張建軍, 馬錟, 範碩 申請人:上海向彤智能科技有限公司