基於雷射的車頭與障礙物間距離檢測裝置及方法
2023-10-27 17:09:27
基於雷射的車頭與障礙物間距離檢測裝置及方法
【專利摘要】本發明公開了一種基於雷射的車頭與障礙物間距離檢測裝置及方法。裝置包括控制系統和檢測系統，控制系統安裝在車內，檢測系統安裝在車頭前，控制系統包括第一單片機、緩衝器、顯示屏與按鍵，顯示屏與按鍵連接到第一單片機；檢測系統包括第二單片機、雷射管、擴束鏡和執行裝置，擴束鏡水平安裝在雷射管的前面，雷射管通過雷射開關電路連接到第二單片機，執行裝置與第二單片機連接；第一單片機與第二單片機之間採用有線通信或者無線通信。執行裝置可以採用攝像頭或者電機以及光電門等裝置。本發明能實現在車快要撞到牆體之前駕駛員能夠準確獲知距離信息，並且不受障礙物材料可以吸收聲波，或者過於纖細而無法反射聲波引起的盲區。
【專利說明】基於雷射的車頭與障礙物間距離檢測裝置及方法
【技術領域】
[0001]本發明涉及一種將低能量雷射經過擴束後，照射到物體上產生可見的漫反射，再通過標線或車前蓋等固有標記來檢測、警示車頭與障礙物之間安全距離的裝置及方法，實現泊車過程中安全距離的高效測試及控制。
【背景技術】
[0002]汽車作為一種現代的交通工具，在做狹窄車位的側方停車時，因為駕駛員經驗不足或者不熟悉車況的情況下，出現「視覺盲區」，經常碰撞到前車或牆壁等障礙物，造成經濟損失。尤其是在能見度較低的天氣或者是晚上，此類小事故經常發生。
[0003]現在針對預防擦碰開發的設備主要有兩類:
[0004]一是雷達，由顯示器，控制器，傳感器構成，能以聲音或者更為直觀的顯示告知駕駛員周圍障礙物的情況，雷達的優點在於魯棒性較好，受泥水等汙染的幹擾的較小，測試距離較為精確，不佔用駕駛員的視線，不分散駕駛員注意力，雷達的缺點在於，無法探測纖細的物體，也無法探測溝渠，過於低矮的物體也會落在盲區無法探測，對於吸收聲波材料的障礙物無法準確探測。第二種是使用攝像頭，其原理是將車後的情況用攝像頭拍攝以後通過視頻線纜傳輸到前面的顯示屏進行顯示，優點是較為直觀，其缺點是駕駛員需要處理的信息量較大，無法做出預警，泥水容易汙染攝像頭，而且易分散駕駛員對於車身其它部位的注意力，造成其他事故(比如側向刮蹭)，這種裝置由於駕駛員不同或視力差異容易引起的估算不準，成本高昂。
【發明內容】
[0005]本發明的目的是克服上述現有技術中的設備安裝不方便、檢測有死角、駕駛員需要處理的信息量大等缺陷，提供一種基於雷射的車頭與障礙物間距離檢測裝置。本發明的另外一個目的是提供該裝置的檢測方法。
[0006]本發明採用的技術方案是:
[0007]基於雷射的車頭與障礙物間距離檢測裝置，包括控制系統和檢測系統，控制系統安裝在車內，檢測系統安裝在車頭前，控制系統包括第一單片機、緩衝器、顯示屏與按鍵，顯示屏與按鍵連接到第一單片機；檢測系統包括第二單片機、雷射管、擴束鏡和執行裝置，擴束鏡水平安裝在雷射管的前面，雷射管通過雷射開關電路連接到第二單片機，執行裝置與第二單片機連接；第一單片機與第二單片機之間採用有線通信或者無線通信。
[0008]所述執行裝置包括電機、減速輪系、光電管、編碼盤和電機驅動電路，雷射管安裝在減速輪系的輸出軸上，減速輪系接電機的輸入軸，電機的輸出軸一端接編碼盤，光電管安裝在編碼盤邊緣，並且與編碼盤不接觸；在電機輸出軸另外一端加裝光電門，電機的兩電極接到電機驅動電路上，光電管的輸出端和電機驅動電路的輸入端接到第二單片機的相應IO口上。
[0009]具有上述執行裝置的檢測裝置的檢測步驟如下:[0010](I)首先駕駛員根據自身的座高確定車輛與障礙物的安全距離，即雷射管發出的光線被車頭擋住落入駕駛員視線盲區時的距離，記錄此時雷射管發出的光線與水平面的夾角Θ並存儲到控制系統的第一單片機中；
[0011](2)當駕駛員通過按鍵輸入信息，第一單片機檢測到信息之後處理並轉換為相應指令，發送到顯示屏和檢測系統的第二單片機；第二單片機接受到指令以後，控制雷射管的開關；車輛需要更換駕駛員時，新的駕駛員根據自身的座高再次確定車輛與障礙物的安全距離，計算此時雷射管發出的光線與水平面的夾角Θ'，然後檢測系統的第二單片機接受到指令以後，判斷目前需要的夾角Θ'與步驟(I)記錄的夾角Θ是否相等，如果不相等，則第二單片機控制電機的轉動，從而調整雷射管的角度達到目前需要的夾角;
[0012](3)駕駛員行駛車輛，當與障礙物的距離到達安全距離值時，雷射管發出的光線被遮住，提醒駕駛員停車。
[0013]進一步地，所述執行裝置為攝像頭，安裝在車頭的車牌附近。
[0014]具有上述執行裝置的檢測裝置的檢測步驟如下:
[0015](I)首先駕駛員根據自身的座高確定車輛與障礙物的安全距離，即雷射管發出的光線被車頭擋住落入駕駛員視線盲區時的距離；
[0016](2)當駕駛員通過按鍵輸入信息，第一單片機檢測到信息之後處理並轉換為相應指令，發送到顯示屏和檢測系統的第二單片機；第二單片機接受到指令以後，控制雷射管的開關;
[0017](3)雷射管通電後，利用攝像頭拍攝一張圖片，關閉雷射管，再利用攝像頭拍攝一張圖片，將兩次得到圖片做減法運算，再進行二值化處理，得到只剩雷射照射部分有白色的圖像，檢測最低點，即可得到離車最近物體與車輛之間的距離；
[0018](4)駕駛員行駛車輛，攝像頭使用步驟(3)所述的圖像處理技術自動判別距離，當與障礙物的距離到達安全距離值時，雷射管發出的光線被遮住，提醒駕駛員停車。
[0019]本發明的有益效果是:
[0020]1、本發明能實現在車快要撞到牆體之前駕駛員能夠準確獲知距離信息，並且不受障礙物材料可以吸收聲波，或者過於纖細而無法反射聲波引起的盲區。
[0021]2、本發明根據不同的駕駛員能夠自動調節雷射角度，增強普適性，不會因為視力不同，坐高不同，車型車況不熟系等原因弓I起誤判。
[0022]3、本發明相對於攝像頭的設備而言，駕駛員處理的信息少，使用直觀，而且成本低廉，適於普及和推廣。
【專利附圖】
【附圖說明】
[0023]圖1為本發明工作原理示意圖，1:障礙物相對於車頭運動方向，2:安全位置的障礙物，3:危險位置的障礙物，4-1、4-2、4-3:雷射照射在相應障礙物上的位置，5:雷射發射器安裝位置，6:駕駛員可見區域，7:駕駛員視野盲區，8:駕駛員眼睛位置；
[0024]圖2工作原理及數學證明；
[0025]圖3實施例1的裝置結構示意圖；
[0026]圖4雷射管角度控制系統原理圖，Θ O為輸入角度，Θ O』為輸出角度；
[0027]圖5裝置校準及使用流程圖；[0028]圖6單片機工作模式圖。
【具體實施方式】
[0029]如圖1所示，當車頭向障礙物2靠近時，可以認為是障礙物相對於車頭在逐漸靠近，這個時候雷射管5發出的雷射面被障礙物所截，阻擋，在障礙物上的位置會順著4-1，4-2，4-3的順序逐漸下降，直到照射到危險位置的障礙物3，光線被車頭蓋住，從可見區域6落到視野盲區7，這是駕駛員看不見相應部分的光線。
[0030]如圖2所示，以雷射發射器所在點為原點，橫向X、縱向I。設雷射在障礙物上高度為Hq，遮擋視線的車蓋的高度為Hz，駕駛員的坐高為Hr，障礙物離人的距離為Sq,車蓋遮擋點為Sz，駕駛員與雷射發射器的垂直距離為Sr，雷射發射器仰角為Φ，駕駛員的視線俯角為Θ，則有:
[0031]
【權利要求】
1.基於雷射的車頭與障礙物間距離檢測裝置，包括控制系統和檢測系統，控制系統安裝在車內，檢測系統安裝在車頭前，其特徵在於，控制系統包括第一單片機、緩衝器、顯示屏與按鍵，顯示屏與按鍵連接到第一單片機；檢測系統包括第二單片機、雷射管、擴束鏡和執行裝置，擴束鏡水平安裝在雷射管的前面，雷射管通過雷射開關電路連接到第二單片機，執行裝置與第二單片機連接；第一單片機與第二單片機之間採用有線通信或者無線通信。
2.根據權利要求1所述的基於雷射的車頭與障礙物間距離檢測裝置，其特徵在於，所述執行裝置包括電機、減速輪系、光電管、編碼盤和電機驅動電路，雷射管安裝在減速輪系的輸出軸上，減速輪系接電機的輸入軸，電機的輸出軸一端接編碼盤，光電管安裝在編碼盤邊緣，並且與編碼盤不接觸；在電機輸出軸另外一端加裝光電門，電機的兩電極接到電機驅動電路上，光電管的輸出端和電機驅動電路的輸入端接到第二單片機的相應IO 口上。
3.根據權利要求1所述的基於雷射的車頭與障礙物間距離檢測裝置，其特徵在於，所述執行裝置為攝像頭，安裝在車頭的車牌附近。
4.如權利要求2所述的基於雷射的車頭與障礙物間距離檢測裝置的方法，其特徵在於，具體檢測步驟如下: (1)首先駕駛員根據自身的座高確定車輛與障礙物的安全距離，即雷射管發出的光線被車頭擋住落入駕駛員視線盲區時的距離，記錄此時雷射管發出的光線與水平面的夾角Θ並存儲到控制系統的第一單片機中； (2)當駕駛員通過按鍵輸入信息，第一單片機檢測到信息之後處理並轉換為相應指令，發送到顯示屏和檢測系統的第二單片機；第二單片機接受到指令以後，控制雷射管的開關；車輛需要更換駕駛員時，新的駕駛員根據自身的座高再次確定車輛與障礙物的安全距離，計算此時雷射管發出的光線與水平面的夾角Θ '，然後檢測系統的第二單片機接受到指令以後，判斷目前需要的夾角Θ'與步驟(I)記錄的夾角Θ是否相等，如果不相等，則第二單片機控制電機的轉動，從而調整雷射管的角度達到目前需要的夾角Θ '； (3)駕駛員行駛車輛，當與障礙物的距離到達安全距離值時，雷射管發出的光線被遮住，提醒駕駛員停車。
5.根據權利要求3所述的基於雷射的車頭與障礙物間距離檢測裝置的方法，其特徵在於，具體檢測步驟如下: (1)首先駕駛員根據自身的座高確定車輛與障礙物的安全距離，即雷射管發出的光線被車頭擋住落入駕駛員視線盲區時的距離； (2)當駕駛員通過按鍵輸入信息，第一單片機檢測到信息之後處理並轉換為相應指令，發送到顯示屏和檢測系統的第二單片機；第二單片機接受到指令以後，控制雷射管的開關; (3)雷射管通電後，利用攝像頭拍攝一張圖片，關閉雷射管，再利用攝像頭拍攝一張圖片，將兩次得到圖片做減法運算，再進行二值化處理，得到只剩雷射照射部分有白色的圖像，檢測最低點，即可得到離車最近物體與車輛之間的距離； (4)駕駛員行駛車輛，攝像頭使用步驟(3)所述的圖像處理技術自動判別距離，當與障礙物的距離到達安全距離值時，雷射管發出的光線被遮住，提醒駕駛員停車。
【文檔編號】B60R1/00GK103640522SQ201310595170
【公開日】2014年3月19日 申請日期:2013年11月21日 優先權日:2013年11月21日
【發明者】梁軍, 陳小波, 陳龍, 葛慧敏, 袁逸凡, 李世浩 申請人:江蘇大學