[發(fā)明專利]微型化低成本路面障礙物告警視覺定位傳感器及告警方法

在審

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• 申請日: 2020-07-01
• 公開（公告）號: CN111854698A
• 公開（公告）日: 2020-10-30
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 來建成;許文進(jìn);黃宏坤;陳懷波;趙楚航;陶潔雨;李振華
• 申請（專利權(quán)）人: 南京理工大學(xué)
• 主分類號: G01C11/02
• 分類號: G01C11/02;G01C11/30;G05D1/02;G01S19/14
• 代理公司: 南京理工大學(xué)專利中心 32203
• 代理人: 汪清

1.一種微型化低成本路面障礙物告警的視覺定位傳感器，其特征在于，包括中央控制單元、信號處理單元、GPS定位模塊、告警單元、半錐形反射鏡、共光路鏡筒、45°分光鏡、結(jié)構(gòu)光發(fā)射單元以及CMOS成像組件；

所述半錐形反射鏡用于反射自然光到CMOS成像組件進(jìn)行全景成像；所述結(jié)構(gòu)光發(fā)射單元固定在CMOS成像組件前端，用于發(fā)射結(jié)構(gòu)光，當(dāng)結(jié)構(gòu)光遇到障礙物時；所述45°分光鏡設(shè)置在共光路鏡筒中，用于反射結(jié)構(gòu)光條紋至CMOS成像組件；所述共光路鏡筒開有三個端口，一個端口朝向半錐形反射鏡且與半錐形反射鏡共軸，第二個端口朝向目標(biāo)結(jié)構(gòu)光反射光路，第三個端口朝向45°分光鏡透射方向上且與CMOS成像組件同軸；所述45°分光鏡設(shè)置在半錐形反射鏡軸線上且與半錐形反射鏡的軸線成45°角；所述CMOS成像組件、GPS定位模塊與信號處理單元相連；所述GPS定位模塊用于獲取大數(shù)據(jù)地圖；所述信號處理單元用于將信號處理單元CMOS成像組件和GPS定位模塊所得到的結(jié)構(gòu)光圖像、全景圖像和大數(shù)據(jù)地圖進(jìn)行模數(shù)轉(zhuǎn)換，并計算障礙物信息進(jìn)行閾值對比，將控制信號傳輸至中央控制單元；所述中央控制單元與告警單元和信號處理單元相連，用于控制信號處理單元和告警單元發(fā)出告警光并語音播報障礙物距離。

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的微型化低成本路面障礙物告警的視覺定位傳感器，其特征在于，所述信號處理單元包括預(yù)處理模塊、障礙物信息計算模塊、閾值判定模塊；

所述預(yù)處理模塊用于接收結(jié)構(gòu)光圖像、全景圖像和大數(shù)據(jù)地圖并進(jìn)行模數(shù)轉(zhuǎn)換，并判斷是否存在障礙物；

所述的障礙物信息計算模塊用于計算障礙物信息，包括距離信息，角度信息和高度信息；

所述的閾值判定模塊用于將計算得到距離信息、角度信息和寬度信息與設(shè)定的閾值比較，若任一位置信息超出比較閾值，則發(fā)出示警信號給中央控制單元。

3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的微型化低成本路面障礙物告警的視覺定位傳感器，其特征在于，所述的障礙物信息計算模塊計算過程如下：

計算距離參數(shù)s：

計算角度信息α：

計算寬度信息d：

其中ω為障礙物上一點C點到CMOS組件光軸的距離，為CMOS的水平視場角，Q'為距離s處水平視場的尺寸，N為障礙物橫向的像素點；H'為像空間像高，θ為線結(jié)構(gòu)光光軸照射到物體的角度，為CMOS的垂直視場角，z為障礙物點的Z軸坐標(biāo)。

4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的微型化低成本路面障礙物告警的視覺定位傳感器，其特征在于，所述CMOS成像組件內(nèi)置匯聚透鏡和成像光敏面；所述的匯聚透鏡用來匯聚反射的自然光和結(jié)構(gòu)光；所述的成像光敏面以匯聚透鏡的光軸為中心，一側(cè)用于全景成像，另一側(cè)用于結(jié)構(gòu)光成像。

5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的微型化低成本路面障礙物告警的視覺定位傳感器，其特征在于，所述的半錐形反射鏡的棱與軸線的夾角為30°。

6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的微型化低成本路面障礙物告警的視覺定位傳感器，其特征在于，所述半錐形反射鏡鍍有可見光波段的全反膜。

7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的微型化低成本路面障礙物告警的視覺定位傳感器，其特征在于，所述半錐形反射鏡直徑為20cm，高度為17.3cm，反射率為99.9％。

8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的微型化低成本路面障礙物告警的視覺定位傳感器，其特征在于，所述45°分光鏡為鍍有905nm波段45°全反膜和可見光波45°增透膜的K9平板玻璃。