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一种轨迹连续变化的可视泊车辅助系统及其控制方法

阅读：764发布：2021-02-22

IPRDB可以提供一种轨迹连续变化的可视泊车辅助系统及其控制方法专利检索，专利查询，专利分析的服务。并且本发明涉及汽车电子领域，尤其涉及一种轨迹连续变化的可视泊车辅助系统及其控制方法，包括：后视摄像头、方向盘转角传感器、处理及显示装置；处理及显示装置包括：CAN总线信息收发模块、中央处理器、视频处理模块、存储模块、液晶显示器；方向盘转角传感器与方向盘连接，并与CAN总线信息收发模块通过CAN总线连接；中央处理器分别与CAN总线信息收发模块、存储模块、视频处理模块连接；视频处理模块分别与后视摄像头、液晶显示器连接。本发明的有益效果在于：1、简化系统结构、降低硬件成本及线束成本、提高系统可靠性；2、实时预测车辆行驶轨迹，精准性高；3、驾驶员能够直观、清晰地观察车辆泊车情况，实现安全泊车。，下面是一种轨迹连续变化的可视泊车辅助系统及其控制方法专利的具体信息内容。

1.一种轨迹连续变化的可视泊车辅助系统，其特征在于包括：后视摄像头、方向盘转角传感器、处理及显示装置；处理及显示装置包括：CAN总线信息收发模块、中央处理器、视频处理模块、存储模块、液晶显示器；方向盘转角传感器与方向盘连接，并与处理及显示装置的CAN总线信息收发模块通过CAN总线连接；中央处理器分别与CAN总线信息收发模块、存储模块、视频处理模块连接；视频处理模块分别与后视摄像头、液晶显示器连接。

2.根据权利要求1所述的一种轨迹连续变化的可视泊车辅助系统，其特征在于所述的后视摄像头将视频信号通过线束发送至视频处理模块。

3.一种应用于轨迹连续变化的可视泊车辅助系统的控制方法，其特征在于包括以下步骤： 1）将汽车车身参数信息、后视摄像头参数信息以及预测轨迹运算算法初始设入并在存储模块保存；

2）以一定高度、俯仰角度、旋转角度安装在车辆尾部的后视摄像头进行车后图像的实时拍摄，通过线束发送至视频处理模块；

3）方 向 盘 转 角 传 感 器 与 方 向 盘 连 接，实 时 监 测 方 向 盘 转 角 值 ；

4）方向盘转角传感器通过CAN总线将方向盘转角值 发送至CAN总线信息收发模块或通过模拟控制线将方向盘转角信号直接连接到中央处理器；

5）CAN总线信息收发模块将方向盘转角值 上传至中央处理器，中央处理器从存储模块调用汽车车身参数信息、后视摄像头参数信息以及预测轨迹运算算法，预测轨迹运算算法通过方向盘转角值 、车身参数信息以及后视摄像头参数信息计算出地面预测轨迹路线： （51）根据方向盘转角值 与车辆前轮转角值 的对应关系 ，将方向盘转角值转换成车辆前轮转角值 ：转换公式如下： （1）其中，K为方向盘转角值 与车辆前轮转角值 的比值；

（52）根据车辆低速运动学模型，结合车辆前轮转角值 、车身参数信息，计算出在当前车辆前轮转角值 下的车辆尾部端点的地面运动轨迹曲线，并由此推测出车辆整体的地面运动轨迹曲线： （2）

其中， 表示车辆尾部端点的运动轨迹在地面上的投影， 为计算轨迹点距离车辆尾部的距离；

（53）根据公式（2）的计算结果，通过坐标系平移-旋转变换理论计算地面运动轨迹曲线在理想无畸变的摄像头成像平面上的投影映像： （3）

其中， 表示后视摄像头距离地面的安装高度， 表示后视摄像头安装俯仰角度，表示后视摄像头安装偏转角度， 表示后视摄像头镜头焦距；

（54）根据公式（3）的计算结果，利用线性拟合映射变换求出带畸变补偿的成像轨迹线： （4）

其中， 表示带畸变补偿的成像轨迹线坐标， 表示利用线性拟合得到的后视摄像头镜头畸变参数；

（55）根据公式（4）的计算结果，对带畸变补偿的成像轨迹线进行平移和缩放变换处理，得出预测轨迹线像素坐标： (5)

其中， 表示预测轨迹线在液晶显示屏上显示的像素坐标， 表示后视摄像头水平分辨率， 表示后视摄像头垂直分辨率， 表示后视摄像头成像平面水平长度尺寸， 表示后视摄像头成像平面垂直长度尺寸， 表示后视摄像头像素点尺寸，表示液晶显示屏水平分辨率， 表示液晶显示屏垂直分辨率；

6）中央处理器发送叠加指令至视频处理模块，视频处理模块在预测轨迹线坐标值对应的视频像素点位置上叠加相应的彩色像点，完成预测轨迹线与车后图像的叠加；

7）叠加信息发送至液晶显示器，显示预测轨迹线与车后图像的叠加图像。

说明书全文

一种轨迹连续变化的可视泊车辅助系统及其控制方法

技术领域

[0001] 本发明涉及汽车电子领域，尤其涉及一种轨迹连续变化的可视泊车辅助系统及其控制方法。

背景技术

[0002] 汽车倒车时，由于车身的遮挡，驾驶员无法看到车辆后方的情况，造成较大的安全隐患。为了解决这个问题，目前主要有几类解决方案：（1）在车后部保险杠处安装超声波传感器，利用超声波反射的特性检测车后的障碍物，并采用蜂鸣器报警、数码管显示等方式向驾驶员提示检测结果。这种方案受外部环境及障碍物的特性影响较大，对某些特殊的障碍物无法识别，仍然存在碰撞的风险；
（2）在车后安装摄像头，将车后图像直接显示在驾驶员处的显示装置上。这种方案虽然直观，但是对于车辆倒车轨迹的预测需要靠驾驶员的长期经验积累，使用上仍然存在不便之处；
（3）在摄像头和显示装置之间增加一个控制器，用于接收方向盘转角信息，根据方向盘转角信息调用数据库中的预测车辆轨迹，并将预测轨迹线与摄像头拍摄图像叠加后输出到显示装置。这个方案可以解决前述方案（1）、（2）的不足，但是需增加一个控制器，由此增加了较多的硬件成本和线束成本。另外，现有方案中多采用调用数据库的形式获得预测轨迹线，该数据库是存放了一些特定方向盘转角值对应的预测轨迹线的数组，其能精确对应的方向盘转角值是有限的离散值，对于其他方向盘转角值，只能先获得其在数据库中的近似值再调用预测轨迹线，这就会导致预测轨迹线出现误差，影响系统的精度。

发明内容

[0003] 本发明为克服上述的不足之处，目的在于提供一种轨迹连续变化的可视泊车辅助系统，系统通过方向盘转角传感器监测角度变化，利用CAN总线实现车身信号的获取，将车身信号参数运用到车辆轨迹运行算法模型中实现车辆行驶轨迹的预测，并通过显示模块显示出来。
[0004] 本发明的另一目的在于提供一种轨迹连续变化的可视泊车辅助控制方法，控制方法通过将方向盘转角值转换成前轮转角值，计算车辆预测轨迹线路，预测轨迹线路跟随方向盘转角值的改变而实时改变，计算过程中通过浮点算法以及线性拟合的方法对畸变的镜头进行补偿，从而提高预测轨迹线的精确度，保证线路的正确性与实时性。
[0005] 本发明是通过以下技术方案达到上述目的：一种轨迹连续变化的可视泊车辅助系统，包括：后视摄像头、方向盘转角传感器、处理及显示装置；处理及显示装置包括：CAN总线信息收发模块、中央处理器、视频处理模块、存储模块、液晶显示器；方向盘转角传感器与方向盘连接，并与处理及显示装置的CAN总线信息收发模块通过CAN总线连接；中央处理器分别与CAN总线信息收发模块、存储模块、视频处理模块连接；视频处理模块分别与后视摄像头、液晶显示器连接。
[0006] 作为优选，所述的后视摄像头将视频信号通过线束发送至视频处理模块。
[0007] 一种轨迹连续变化的可视泊车辅助系统的控制方法，包括以下步骤：1）将汽车车身参数信息、后视摄像头参数信息以及预测轨迹运算算法初始设入并在存储模块保存；
2）以一定高度、俯仰角度、旋转角度安装在车辆尾部的后视摄像头进行车后图像的实时拍摄，通过线束发送至视频处理模块；
3）方 向 盘 转 角 传 感 器 与 方 向 盘 连 接，实 时 监 测 方 向 盘 转 角 值 ；
4）方向盘转角传感器通过CAN总线将方向盘转角值 发送至CAN总线信息收发模块或通过模拟控制线将方向盘转角信号直接连接到中央处理器；
5）CAN总线信息收发模块将方向盘转角值 上传至中央处理器，中央处理器从存储模块调用汽车车身参数信息、后视摄像头参数信息以及预测轨迹运算算法，预测轨迹运算算法通过方向盘转角值 、车身参数信息以及后视摄像头参数信息计算出地面预测轨迹路线：
（51）根据方向盘转角值 与车辆前轮转角值 的对应关系 ，将方向盘转角值转换成车辆前轮转角值 ：
转换公式如下： （1）
其中，K为方向盘转角值 与车辆前轮转角值 的比值；
（52）根据车辆低速运动学模型，结合车辆前轮转角值 、车身参数信息，计算出在当前车辆前轮转角值 下的车辆尾部端点的地面运动轨迹曲线，并由此推测出车辆整体的地面运动轨迹曲线：
（2）
其中， 表示车辆尾部端点的运动轨迹在地面上的投影， 为计算轨迹点距
离车辆尾部的距离；
（53）根据公式（2）的计算结果，通过坐标系平移-旋转变换理论计算地面运动轨迹曲线在理想无畸变的摄像头成像平面上的投影映像：
（3）
其中， 表示后视摄像头距离地面的安装高度， 表示后视摄像头安装俯仰角度，表示后视摄像头安装偏转角度， 表示后视摄像头镜头焦距；
（54）根据公式（3）的计算结果，利用线性拟合映射变换求出带畸变补偿的成像轨迹线：
（4）
其中， 表示带畸变补偿的成像轨迹线坐标， 表示利用线性
拟合得到的后视摄像头镜头畸变参数；
（55）根据公式（4）的计算结果，对带畸变补偿的成像轨迹线进行平移和缩放变换处理，得出预测轨迹线像素坐标：
(5)
其中， 表示预测轨迹线在液晶显示屏上显示的像素坐标， 表示后视摄
像头水平分辨率， 表示后视摄像头垂直分辨率， 表示后视摄像头成像平面水平长度尺寸， 表示后视摄像头成像平面垂直长度尺寸， 表示后视摄像头像素点尺寸，表示液晶显示屏水平分辨率， 表示液晶显示屏垂直分辨率；
6）中央处理器发送叠加指令至视频处理模块，视频处理模块在预测轨迹线坐标值对应的视频像素点位置上叠加相应的彩色像点，完成预测轨迹线与车后图像的叠加；
7）叠加信息发送至液晶显示器，显示预测轨迹线与车后图像的叠加图像。
[0008] 本发明的有益效果在于：1、利用CAN总线获取车身信息，简化系统结构、降低硬件成本及线束成本，同时提高系统可靠性；2、实时预测车辆行驶轨迹，在方向盘转角值连续变化时通过浮点算法，实现精确的计算，极大提高系统的精准度；3、采用线性拟合的方法实现了对镜头畸变的补偿，在保证系统运算速度的同时，再次提高了系统的精度，从而提高了系统的安全性；4、将预测车辆行驶轨迹与车后图像叠加显示，驾驶员能够直观、清晰地观察车辆泊车情况，能够及时发现泊车过程中的问题，实现安全泊车。

附图说明

[0009] 图1是本发明系统的结构示意图；图2是本发明控制方法的步骤流程图；
图3是本发明的预测车辆行驶轨迹算法的步骤流程图。

具体实施方式

[0010] 下面结合具体实施例对本发明进行进一步描述，但本发明的保护范围并不仅限于此：实施例1：如图1所示，一种轨迹连续变化的可视泊车辅助系统，包括后视摄像头、方向盘转角传感器、处理及显示装置；所述的处理及显示装置包括：CAN总线信息收发模块、中央处理器、视频处理模块、存储模块、液晶显示器；方向盘转角传感器与方向盘连接，并与处理及显示装置的CAN总线信息收发模块通过CAN总线连接；中央处理器分别与CAN总线信息收发模块、存储模块、视频处理模块连接；视频处理模块分别与后视摄像头、液晶显示器连接。
[0011] 为实现一种轨迹连续变化的可视泊车，其控制方法如图2所示，现结合一具体实施例来说明此控制方法：已知一车辆的后视摄像头安装在车辆尾部，距离地面高度 为0.83m，俯仰角度为50°，旋转角度 为0°，后视摄像头的镜头焦距 为0.0015m，后视摄像头的水平分辨率 为720像素，后视摄像头的垂直分辨率 为480像素，后视摄像头成像平面水平长度尺寸 为0.0018m，后视摄像头成像平面垂直长度尺寸 为0.00134m，后视摄像头像素点尺寸 为5.6μm，液晶显示器水平分辨率 为800像素，液晶显示器垂直分辨率 为480像素，车辆轴距 为2.7m，车宽 为2m，后悬 为1m，系统将上述涉及到的汽车车身参数信息、后视摄像头参数信息以及预测轨迹运算算法初始设入并在存储模块保存。
[0012] 对于不同的车辆，方向盘转角值 与车辆前轮转角值 的比值K不尽相同，在本实施例中，假设比值K为15，并以与车辆尾部距离 为1m的轨迹点为例，轨迹线上其他各点按照举例的轨迹点方法计算得出：S1：汽车挂档挂入倒车档，系统开始工作；
S2：后视摄像头安装在车辆尾部进行车后图像的实时拍摄，通过线束发送至视频处理模块；
S3：方向盘转角传感器与方向盘连接，监测到方向盘转角值 为30°；
S4：方向盘转角传感器通过CAN总线将方向盘转角值 和车身参数信息，包括轴距、车宽 、后悬 发送至CAN总线信息收发模块；
S5：CAN总线信息收发模块将方向盘转角值 上传至中央处理器，中央处理器从存储模块调用汽车车身参数信息、后视摄像头参数信息以及预测轨迹运算算法，预测轨迹运算算法通过方向盘转角值 、车身参数信息以及后视摄像头参数信息计算出地面预测轨迹路线，如图3所示：
S51：已知方向盘转角值 为30°，K为15，
根据公式得出车辆前轮转角值 （1）；
S52：当车辆倒退1m后，根据地面运动轨迹曲线公式 得出尾部端点地面轨迹曲线坐标值：
（2）；
S53：根据公式（2）的计算结果，通过坐标系平移-旋转变换计算地面运动轨迹曲线在理想无畸变的摄像头成像平面上的投影映像：
（3）；
S54：根据公式（3）的计算结果，假设后视摄像头镜头畸变参数 =0.0035、=-0.096、 =0.78、 =-0.0013，根据公式（4）：
求出带畸变补偿的成像轨迹线坐标值为：

S55：根据公式（4）的计算结果 ，对带畸变补偿的成像轨迹线进
行平移和缩放变换处理，得出预测轨迹线像素坐标：
经计算得出，选取的轨迹点的像素坐标为： 像素， 像素。
[0013] S6：中央处理器发送叠加指令至视频处理模块，视频处理模块在视频像素点坐标为（255,230）的位置上叠加相应的彩色像点，完成预测轨迹线与车后图像的叠加；S7：选取与车辆尾部 不同的轨迹点进行连续循环计算，得到预测轨迹线上全部点的像素坐标；
S8：叠加信息发送至液晶显示器，显示预测轨迹线与车后图像的叠加图像。
[0014] 以上是本发明所述可视泊车辅助系统的一个具体实施方法，驾驶员根据液晶显示器显示的预测轨迹线进行泊车操作。本发明所述系统充分利用车辆原有资源，降低了系统成本，同时提高了系统的可靠性；此外，本发明所述系统可以利用方向盘转角数据，实时计算车辆预测轨迹线，在方向盘转角值发生连续变化时，系统始终可以实现精确的计算，极大的提高了系统的精度；同时，本发明采用线性拟合的方法实现了对镜头畸变的补偿，在保证系统运算速度的同时，再次提高了系统的精度，从而提高了系统的安全性。
[0015] 以上的所述乃是本发明的具体实施例及所运用的技术原理，若依本发明的构想所作的改变，其所产生的功能作用仍未超出说明书及附图所涵盖的精神时，仍应属本发明的保护范围。
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