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专利号: 2019101557814
申请人: 长安大学
专利类型:发明专利
专利状态:已下证
专利领域: 计算;推算;计数
更新日期:2024-01-05
缴费截止日期: 暂无
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摘要:

权利要求书:

1.一种深度摄像头的车辆全向障碍物检测方法,其特征在于,包括以下步骤:步骤1,在车辆的周围分布安装多个深度摄像头,并使所有深度摄像头的环境检测范围达到全向覆盖;

步骤2,通过深度摄像头获取深度视频数据,并利用自适应中值滤波的方法对深度视频数据进行去噪处理;

步骤3,利用空间区域生长算法对深度图像进行分割

对每一个深度摄像头获取的深度视频数据中的每一帧深度图像进行处理,以提取出每一帧深度图像中的障碍物区域,包括:步骤3.1,定义相似性阈值Ts;

步骤3.2,从深度图像的(0,0,0)坐标点开始沿三维坐标轴依次遍历图像点,当遇到第一个深度点P0时,为P0设定所在区域为S1,区域S1面积为1,并检查以此深度点P0为圆心,半径Ts范围内是否有深度点P1存在,如果存在,则将点P1划归到点P0所在区域S1,并将该区域S1的面积加1;

然后以点P1为圆心,检查半径Ts范围内是否有深度点P2(P2≠P0)存在,若存在则将点P2划归到P1此时所在的区域S1中,并将区域S1的面积加1,以此类推;若P1为圆心,半径Ts范围内不存在其他深度点,则区域S1面积自增完成;

步骤3.3,继续沿三维坐标轴进行三维深度点的遍历,将下一个遍历到的三维深度点P'划归到一个新的区域S2中,区域面积为1,而深度点P'为该新区域S2的开始点;

步骤3.4,继续遍历三维深度点P'之后的其他图像点,若图像点为三维深度点,则按照步骤3.2、3.3相同的方法进行处理,直至深度图像中所有的三维深度点均被遍历完成;若图像点不是三维深度点,则继续遍历下一个图像点;

步骤4,对障碍物区域进行聚类分割

对步骤3得到的障碍物区域建立无向图,无向图的每一个节点为一个障碍物区域,边上的权值大小为区域的空间几何距离;通过在这样一个无向图上建立一个最小割来完成区域的分割,使碎片化的障碍物区域整合为统一的障碍物区域;

步骤5,确定障碍物的最近点

通过定义车辆的中心点,并计算中心点与三维深度点的距离,将距离最近的点作为障碍物的最近点;

步骤6,生成障碍物检测区域

定义车辆包络矩形R,以及此矩形的外接圆C,矩形和圆球的中心点均为车辆的中心点;

则圆C与矩形R之间的区域为障碍物检测区域;当障碍物的最近点到车辆中心点的距离小于圆C的半径时,认为障碍物进入检测范围;

步骤7,障碍物距离计算

当检测到障碍物的最近点进入障碍物检测区域后,通过计算最近点与对应区域矩形平面方程的距离,得到障碍物与车辆的距离Lz;

步骤8,生成障碍物接近警告

定义安全距离阈值Dz,当Lz<Dz时,可以认为障碍物距离车辆较近,此时发出警告。

2.如权利要求1所述的深度摄像头的车辆全向障碍物检测方法,其特征在于,所述的方法还包括:步骤9,全向障碍物的可视化

使用OpenGL可视化技术以俯视方式展现整个障碍物场景,通过渲染每一个深度点,构建障碍物点云,达到实时俯视全景障碍物的目的;在可视化图中,实时显示出检测范围圆C与碰撞临界矩形R,当障碍物进入检测范围圆C时,提醒驾驶员周围有障碍物,当有障碍物进入碰撞临界矩形R时,发出报警。

3.如权利要求1所述的深度摄像头的车辆全向障碍物检测方法,其特征在于,所述的步骤4具体包括:对于带权值的图G=(V,E),其中V表示顶点,即步骤3中提取出的障碍物区域,E表示边,即障碍物区域之间的连接;设G图可以分为不相交的两部分A和B(V=A∪B),那么可以定义图G的一个分割如下:上式中,Cw(A,B)表示区域A和B的权值和,w(i,j)表示顶点i和j的权值;该权值为障碍物区域i与障碍物区域j的空间距离;通过归一化地计算权值达到归一化分割的目的,计算方法为式(3)所示:上式中, 与 分别表示A与B到无向图中所有节点的权值之和;因此求区域A和B的最佳分割可以通过求NCw(A,B)的最小值实现。

4.如权利要求3所述的深度摄像头的车辆全向障碍物检测方法,其特征在于,所述的求NCw(A,B)的最小值的求解过程为:设顶点数为n,设x=(x1,x2,…,xn),xi=‑1表示区域B包含顶点i,xi=1表示区域A包含顶点i;设W为n×n的对称矩阵,其元素wij为式(2)中的w(i,j),设对角矩阵为D,其元素D(i,j)=di,其中 设 则NCw(A,B)可以推导出:上式中,1表示[N,1]维度的全一矩阵;设b=k/(1‑k),y=[(1+x)‑b(1‑x)]/2,则求NCw(A,B)的最小值可以通过求解式(5)的特征值和特征向量得到:(D‑W)y=λDy          (5)

上式中,y表示特征向量,λ是特征值,那么需要的分割位置是第二小特征值所对应的特征向量。

5.如权利要求1所述的深度摄像头的车辆全向障碍物检测方法,其特征在于,步骤6所述的认为障碍物进入检测范围,具体表示为:圆C与矩形R之间的区域为障碍物检测区域,分别定义为1,2,3,4区域;设1区域对应的矩形平面方程为 3区域对应的矩形平面方程为 2区域对应的矩形平面方程为

4区域对应的矩形平面方程为 其中L和W分别表示预定义的包络矩形R的长和宽;设障碍物最近点为Pc(xc,yc,zc),车辆中心点坐标为Pvc(x0,y0,z0),圆C半径为rc,则进入1区域当且仅当满足:进入2区域当且仅当满足:

进入3区域当且仅当满足:

进入4区域当且仅当满足:

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