一種基于線結(jié)構(gòu)光的遠(yuǎn)距離障礙感知傳感器的制造方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明設(shè)及一種基于線結(jié)構(gòu)光的遠(yuǎn)距離障礙感知傳感器。
【背景技術(shù)】
[0002] 結(jié)構(gòu)光視覺測(cè)量方法是由光學(xué)=角法測(cè)量原理發(fā)展而來，是目前工業(yè)領(lǐng)域內(nèi)廣泛 應(yīng)用的一種視覺測(cè)量方法。結(jié)構(gòu)光視覺傳感器主要由激光投射器和攝像機(jī)等組成，激光根 據(jù)需要經(jīng)由光學(xué)透鏡投射成一定形式的結(jié)構(gòu)光射向被測(cè)物，攝像機(jī)用于拍攝被測(cè)物表面形 成的光條圖像，再利用光學(xué)=角法獲得物體表面=維信息。當(dāng)前結(jié)構(gòu)光法主要集中在= 維實(shí)體的重建、物體表面輪廓的測(cè)量、焊縫跟蹤檢測(cè)和機(jī)器人的近距離視覺導(dǎo)航的研究中 (探測(cè)半徑0. 64毫米）。W上結(jié)構(gòu)光視覺檢測(cè)應(yīng)用多用于白天、近距離檢測(cè)，該和傳感器的 結(jié)構(gòu)、功率、檢測(cè)精度等都有直接的關(guān)系。另外線結(jié)構(gòu)光用于路面車徹檢研究較多，此研究 一般采用直射式=角法，而且測(cè)量距離一般不超過10米。當(dāng)前用于路面遠(yuǎn)距離檢測(cè)的應(yīng)用 研究并不多見。和前幾種研究不同的是，用線結(jié)構(gòu)光傳感器進(jìn)行路面障礙檢測(cè)的要求有距 離性、準(zhǔn)確性、快速性和模糊性。對(duì)無人車來說，對(duì)路面障礙的理解要準(zhǔn)確，對(duì)于障礙物的精 度要求不是很高。同時(shí)，因?yàn)闊o人車運(yùn)動(dòng)速度的要求，使其必須對(duì)一定距離處的環(huán)境快速做 出正確的判斷。行進(jìn)過程中，無人車只要知道其前進(jìn)道路上是否有障礙和障礙的情況即可， 也就是哪里可通行。相比于現(xiàn)有面陣相機(jī)圖像處理和車載激光雷達(dá)的云數(shù)據(jù)處理，具有障 礙特征明顯、處理速度快的優(yōu)點(diǎn)。
[0003] 相比于現(xiàn)有面陣相機(jī)圖像處理和車載激光雷達(dá)的云數(shù)據(jù)處理，線結(jié)構(gòu)光檢測(cè)方法 具有障礙特征明顯、處理速度快的優(yōu)點(diǎn)。
[0004] 但是現(xiàn)有的線結(jié)構(gòu)光傳感器系統(tǒng)測(cè)試距離較近，僅是幾厘米或幾米之內(nèi)，在測(cè)試 距離、測(cè)試速度等各個(gè)方面不能滿足現(xiàn)有的無人車對(duì)其前進(jìn)道路上是否有障礙和障礙的情 況的快速判斷需求，因此，亟需一種基于線結(jié)構(gòu)光的遠(yuǎn)距離障礙感知傳感器。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005] 為解決現(xiàn)有技術(shù)存在的不足，本發(fā)明公開了一種基于線結(jié)構(gòu)光的遠(yuǎn)距離障礙感知 傳感器，能夠?qū)崿F(xiàn)對(duì)車輛前方最遠(yuǎn)可到百米的水障礙、凹凸障礙物進(jìn)行全天時(shí)的檢測(cè)識(shí)別。
[0006] 為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明的具體方案如下：
[0007] -種基于線結(jié)構(gòu)光的遠(yuǎn)距離障礙感知傳感器，包括：激光發(fā)射器，用于在計(jì)算機(jī)的 控制下發(fā)射線結(jié)構(gòu)光到被測(cè)目標(biāo)區(qū)域；
[0008] 激光測(cè)距儀，用于測(cè)量激光發(fā)射器到發(fā)射的線結(jié)構(gòu)光條的距離；
[0009] CCD成像系統(tǒng)，用于捕獲被測(cè)目標(biāo)區(qū)域包含線結(jié)構(gòu)光光條的圖像并傳送至計(jì)算 機(jī)；
[0010] 計(jì)算機(jī)，通過測(cè)量收到激光脈沖的幅度獲得探測(cè)對(duì)象的反射激光的強(qiáng)度，通過激 光測(cè)距儀獲得探測(cè)對(duì)象的距離，再通過圖像處理系統(tǒng)對(duì)得到的線結(jié)構(gòu)光光條的圖像進(jìn)行處 理，得到目標(biāo)信息，計(jì)算機(jī)實(shí)時(shí)與激光發(fā)射器、激光測(cè)距儀及CCD成像系統(tǒng)通信繼而實(shí)現(xiàn)對(duì) 遠(yuǎn)距離障礙的全天時(shí)檢測(cè)。
[0011] 所述激光發(fā)射器包括激光器及與之按一定角度配合安裝的偏擺鏡，計(jì)算機(jī)對(duì)激光 器的傾角控制具體為對(duì)激光光源、偏擺鏡和激光測(cè)距儀的云臺(tái)傾角控制，=者傾角保持一 致性。
[0012] 所述圖像處理系統(tǒng)包括；圖像探測(cè)器、信號(hào)處理器、圖像處理器依次相連，圖像處 理器將處理后的圖像輸出至計(jì)算機(jī)，圖像探測(cè)器的傾角控制主要是計(jì)算機(jī)對(duì)CCD的云臺(tái)傾 角控制。CCD，英文全稱；Charge-coupledDevice,中文全稱；電荷禪合元件，可W稱為CCD 圖像傳感器，也叫圖像控制器。
[0013] 所述激光器功率選擇和能探測(cè)的最大距離Rm"之間的關(guān)系，主要考慮大氣分子對(duì) 激光的吸收和懸浮微粒散射引起激光強(qiáng)度衰減，將激光光束在被測(cè)物體表面的反射看作郎 伯反射，根據(jù)激光光束在大氣中的傳輸特性，可W由W下公式推算：
[0014]
[0015] 式中，P。激光器功率為，Pmi。攝像機(jī)實(shí)現(xiàn)探測(cè)所需要的最小功率為，A,光束在識(shí)別 物體表面的光束截面積為，A。攝像機(jī)在物體表面的接收面積為，Ad為A。所對(duì)應(yīng)的攝像機(jī)祀 面處的面積為，0,物體表面發(fā)現(xiàn)與光束光軸的夾角激光束的入射角為，0d光軸與被測(cè)物 體表面法線之間的夾角為，P識(shí)別物體的表面反射率為，A激光器波長(zhǎng)（ym) ;A。指定波 長(zhǎng)，取值0.61或0.55ym;Rv波長(zhǎng)A。處得氣象學(xué)距離，也稱作可視距離（km) ;q經(jīng)驗(yàn)常數(shù)， 取值與氣象學(xué)距離Rv有關(guān)。
[0016] q的經(jīng)驗(yàn)取值如下；
[0017]
[0018] 由W上，探測(cè)距離的遠(yuǎn)近，跟激光器的功率峰值、發(fā)射光束截面積、探測(cè)器的響應(yīng) 功率等有關(guān)。
[0019] 所述激光器與偏擺鏡配合產(chǎn)生線結(jié)構(gòu)光的時(shí)候，偏擺鏡和激光器需要對(duì)準(zhǔn)、光條 位置確定和追蹤，線結(jié)構(gòu)光條的調(diào)整過程如下；首先，在傳感器設(shè)備未通電的情況下，將激 光器和偏擺鏡云臺(tái)調(diào)水平，確保激光器出光口和偏擺鏡的鏡面中屯、對(duì)齊；其次，檢查供電電 源和控制信號(hào)大小，確保激光器功率調(diào)到所需大小，通電；第=，通過相機(jī)鏡頭找尋車前線 結(jié)構(gòu)光條；第四，觀察光條位置，根據(jù)云臺(tái)上的=個(gè)方向傾角傳感器返回的值微調(diào)云臺(tái)傾 角，直至光條投向車前指定位置。
[0020] 根據(jù)云臺(tái)上的=個(gè)方向傾角傳感器返回的值微調(diào)云臺(tái)傾角，直至光條投向車前指 定位置具體的調(diào)整規(guī)律如下：偏擺鏡云臺(tái)俯仰角0可W調(diào)整光條的遠(yuǎn)近；水平轉(zhuǎn)角a可 W調(diào)整光條的左右位置，順時(shí)針調(diào)a光條向右移動(dòng)，連續(xù)調(diào)整a直至光條位于車前路面正 中；如果光條傾斜，不垂直于行車方向，則需要調(diào)整偏擺鏡云臺(tái)的傾斜轉(zhuǎn)角0。
[0021] CCD成像系統(tǒng)通過分色棱鏡實(shí)現(xiàn)多光譜，將從同一個(gè)鏡頭入射的同軸光分別投射 至2片CCD傳感器上，使得2片CCD上的圖像可W獲得完全一致的視角，從而實(shí)現(xiàn)可見光和 近紅外光譜的分離。
[0022]兩個(gè)CCD和計(jì)算機(jī)之間分別通過圖像處理器、帖存儲(chǔ)器、W太網(wǎng)卡及Gi班網(wǎng)口相 連，Gi班網(wǎng)口與計(jì)算機(jī)通信。
[0023] 圖像處理器對(duì)線結(jié)構(gòu)光圖像的處理包括對(duì)圖像進(jìn)行濾波處理和對(duì)光條中屯、線的 提取兩部分；首先采用基于排序的自適應(yīng)極值中值的濾波方法對(duì)圖像中的椒鹽噪聲進(jìn)行快 速有效的濾除，同時(shí)考慮對(duì)光條邊緣細(xì)節(jié)信息的保護(hù)；然后通過基于Hessian矩陣求取光 條法線方向的方法，把光條中屯、亞像素坐標(biāo)提取出來。
[0024] 計(jì)算機(jī)對(duì)目標(biāo)信息進(jìn)行判斷時(shí)：當(dāng)遇到凹坑或者凸起的障礙時(shí)，光條在障礙邊沿 處會(huì)發(fā)生變形；對(duì)于凹坑，結(jié)構(gòu)光光線在坑邊沿處出現(xiàn)折彎現(xiàn)象，坑內(nèi)部分的光投射到前方 坑內(nèi)壁上，坑內(nèi)的光條在坑外地面的前方，折線沿著坑邊沿方向彎曲，對(duì)于凸起的障礙，和 凹坑光線變化相反，光線在凸起邊沿處折彎。
[0025] 計(jì)算機(jī)對(duì)目標(biāo)信息進(jìn)行判斷時(shí)；當(dāng)遇到水坑的時(shí)候，計(jì)算機(jī)對(duì)連續(xù)帖的多幅圖像 進(jìn)行處理，根據(jù)線結(jié)構(gòu)光光條遇水的變化特性可W對(duì)水坑形狀進(jìn)行掃描提取，在線結(jié)構(gòu)光 二值灰度化圖像中，水、地交界處光條灰度值會(huì)發(fā)生突變，將連續(xù)多帖圖像中的突變點(diǎn)記 錄、存儲(chǔ)并連接起來，就可W繪制出水體的外圍輪廓圖，并計(jì)算出水體的長(zhǎng)度和寬度。
[0026]本發(fā)明的有益效果：
[0027] 1、本發(fā)明為了滿足越野條件下無人車對(duì)障礙物的檢測(cè)識(shí)別，采用新型線結(jié)構(gòu)光視 覺傳感器，對(duì)車輛前方最