基于线结构光汽车侧位停车环境感知的研究与实现

发布时间：2020-07-12 14:48

【摘要】：近年来,互联网时代的到来为汽车工业的发展提供了有力的技术支持,使得自动泊车系统成为汽车智能化研究的一个重要方向,而在自动泊车过程中,实现对泊车位的准确检测是泊车过程中的关键。机器视觉的飞速发展让基于视觉测量的技术已成为三维测量中的一个重要方面,而线结构光三维测量技术以非接触性、精度高、实时性强等特点被广泛用于工业之中。利用线结构光的三维视觉测量原理求解出被测物体一个截面的三维信息成为研究热点。与此同时,智能化控制技术和计算机技术等前沿科技的发展的使得无人驾驶智能车技术变成了未来科技发展的一个重要方向。而自动泊车技术又是用于无人驾驶智能车研究的一个关键技术。本文结合当前无人车的应用研究,研究并实现了一种基于线结构光的汽车侧位停车环境感知方法,主要内容包括:(1)设计了汽车侧位停车环境感知系统的总体方案并搭建了基于线结构光视觉传感器的汽车侧位泊车环境感知系统。基于线结构光视觉传感器的工作原理设计了线结构光投射器+摄像机的结构方案;根据实际工况需求,完成了摄像机、线结构光投射器、滤光片等硬件选型以及线结构光投射器+摄像机的安装固定;最后,给出了汽车侧位泊车环境感知系统的总体方案。(2)分析了线结构光视觉传感器的三角测量原理,建立了一种基于透视投影的汽车侧位泊车环境感知系统的线面测量模型,提出并实现了一种基于平面棋盘格的汽车侧位泊车环境感知系统的集成标定方法。该方法一次性完成对摄像机和光平面方程的集成标定,减少了实验内容,提高了系统的标定效率;通过分析汽车侧位泊车环境感知系统集成标定的精度,验证了系统集成标定方法具有较高的精度和良好的实用性。(3)提出并实现了一种基于Zhang细化法和灰度质心法的全分辨率的光条中心亚像素提取算法。分析了线结构光光条的特点,针对泊车图像,采用了 Zhang细化法获取光条中心的初始值。借鉴了梯度质心法的思想,采用基于灰度质心法的全分辨率提取算法,实现了光条中心的亚像素坐标提取。根据实验结果验证了该算法具有速度快,提取精度适中的特点,满足了汽车侧位泊车环境感知系统对实时性的要求。(4)基于感知系统检测结果的直观、可视化,进一步提出并实现了一种基于ROI和阂值法的Hessian矩阵的光条中心亚像素提取算法。研究了基于Hessian矩阵法的线结构光光条中心提取算法,针对Hessian矩阵法中存在的两个问题:一是对图像质量要求很高,二是计算效率不高,采用了将ROI、阂值化和Hessian矩阵法相结合的方法,实现了光条中心亚像素坐标的快速提取。根据实验结果,验证了该算法具有提取精度高、鲁棒性好、提取速度适中的特点,满足了汽车侧位泊车环境感知系统中三维重建的精度要求。(5)给出了汽车侧位泊车环境感知系统的软件设计,实现了基于MFC和OpenCV的算法实现。利用标准纸盒验证了环境感知的测量精度,通过对泊车环境的三维重建,验证了本文方法的可行性和正确性。
【学位授予单位】：南京理工大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2018
【分类号】：TP391.41;U463.6
【图文】：

于１０月份在北京举办的决赛中，经过激烈的角逐，最终取得了季军团队的称号，为本逡逑文的研究提供了良好的实验平台。在决赛中取得冠军团队和亚军团队的分别是军事交通逡逑学院和国防科技大学。图１．１中的图（ａ）和图（ｂ）分别为南京理工大学自主研发的无逡逑人驾驶车辆“行知号”和“行健号”。逡逑ｘ、ｆ＇邋＇■邋ｉ邋Ｉ邋／邋Ｉ邋－逦■＇逡逑（ａ）邋“行知号”逦（ｂ）邋“行健号’’逡逑图１．１南京理工大学无人车逡逑与此同时，国内的汽车企业和互联网公司也竞相参与无人驾驶汽车的研发。其中，逡逑百度无人驾驶技术方面发展较为成熟，已实现了多种复杂动作和复杂场景切换的汽车无逡逑人驾驶。逡逑１．２．２自动泊车技术的发展概况逡逑从技术角度讲，自动泊车过程可以分为三个部分：车位探测、路径规划、停车入位，逡逑其主要工况有平行泊车、和垂直泊车两种形式，也即侧位泊车。车位探测就是利用传感逦？．逡逑器监测车辆周身环境，通过计算分析，判断出适合停车的位置［１２］。本文是研究并实现基逡逑于线结构光的汽车侧位泊车环境感知的方法，因此，接下来将主要概述国内外已实现的逡逑车位探测技术。就目前国外的研宄情况来分析，目前车位的探寻技术主要有超声波、红逡逑外线传感器、激光雷达等。下面是对一些传感器工作方法的简单介绍：逡逑（１）基于超声波传感器检测车位利用发射波和反射波之间的时间差来测量距离。当逡逑汽车经过泊车位时

于１０月份在北京举办的决赛中，经过激烈的角逐，最终取得了季军团队的称号，为本逡逑文的研究提供了良好的实验平台。在决赛中取得冠军团队和亚军团队的分别是军事交通逡逑学院和国防科技大学。图１．１中的图（ａ）和图（ｂ）分别为南京理工大学自主研发的无逡逑人驾驶车辆“行知号”和“行健号”。逡逑ｘ、ｆ＇邋＇■邋ｉ邋Ｉ邋／邋Ｉ邋－逦■＇逡逑（ａ）邋“行知号”逦（ｂ）邋“行健号’’逡逑图１．１南京理工大学无人车逡逑与此同时，国内的汽车企业和互联网公司也竞相参与无人驾驶汽车的研发。其中，逡逑百度无人驾驶技术方面发展较为成熟，已实现了多种复杂动作和复杂场景切换的汽车无逡逑人驾驶。逡逑１．２．２自动泊车技术的发展概况逡逑从技术角度讲，自动泊车过程可以分为三个部分：车位探测、路径规划、停车入位，逡逑其主要工况有平行泊车、和垂直泊车两种形式，也即侧位泊车。车位探测就是利用传感逦？．逡逑器监测车辆周身环境，通过计算分析，判断出适合停车的位置［１２］。本文是研究并实现基逡逑于线结构光的汽车侧位泊车环境感知的方法，因此，接下来将主要概述国内外已实现的逡逑车位探测技术。就目前国外的研宄情况来分析，目前车位的探寻技术主要有超声波、红逡逑外线传感器、激光雷达等。下面是对一些传感器工作方法的简单介绍：逡逑（１）基于超声波传感器检测车位利用发射波和反射波之间的时间差来测量距离。当逡逑汽车经过泊车位时

图１．３线结构光产生过程逡逑结构光的产生，接下来将主要从三个参数来了解激光线特征。逡逑束的功率均匀性。线束的功率均匀性由于制造变化和容差效应而发强度变化（特别是在光束边缘处），非平滑顶部强度分布和光散射（系统）。Ｃｏｈｅｒｅｎｔ已经制定了严格的光束均匀度标准，该标准要求束的绝对功率水平不能低于该区域任何地方峰值的７５％。严格的光束产生更高的功率，在采集的图像中高功率直接转化为更好而有利于产生更快和更准确视觉系统。其次，这也将有利于系统制得产品保持一致的性能。光线宽。激光线被聚焦的同时会在其长度上产生线宽的变化，并且到被测物体的距离变化而发生变化。线宽变化的大小在很大程度上源来产生线激光，所以关于线投影仪光学器件的决定对系统性能有线度。真实世界的投影激光线很少会很直。最常见的是，可能会出

【参考文献】

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本文编号：2752112