[发明专利]车载单目摄像头与六轴传感器结合测距系统及其测距方法

权利要求书

1.一种车载单目摄像头与六轴传感器结合测距系统，设置于车体(1)上，其特征在于，本系统包括单目摄像头(2)、六轴传感器(3)和控制电路(4)，所述的六轴传感器(3)集成安装于车体(1)的仪表盘上且六轴传感器(3)包括能够测量车体(1)的俯仰角、倾斜角、偏航角的陀螺仪(5)和能够测量车体(1)的x轴方向加速度矢量、y轴方向加速度矢量、z轴方向加速度矢量的加速度计(6)，所述的加速度计(6)的x轴与车体(1)高度方向中轴线相互平行、y轴与车体(1)宽度方向中轴线相互平行、z轴与车体(1)长度方向中轴线相互平行，所述的单目摄像头(2)安装于车体(1)的前部，所述的控制电路(4)分别与单目摄像头(2)和六轴传感器(3)相连，所述的单目摄像头(2)的像素主点位于单目摄像头(2)的镜头中心轴线上。

2.根据权利要求1所述的车载单目摄像头与六轴传感器结合测距系统，其特征在于，所述的单目摄像头(2)至少能实现相对于车体(1)上下转动以实现上下拍摄角度的修正和/或能实现相对于车体(1)左右转动以实现左右拍摄角度的修正。

3.根据权利要求2所述的车载单目摄像头与六轴传感器结合测距系统，其特征在于，所述的单目摄像头(2)包括安装座和镜头，所述的安装座上设有左右转动控制机构且所述的左右转动控制机构由第一伺服电机驱动，所述的左右转动控制机构上设有上下转动控制机构且所述的上下转动控制机构由第二伺服电机驱动，所述的镜头设置在上下转动控制机构上。

4.根据权利要求3所述的车载单目摄像头与六轴传感器结合测距系统，其特征在于，所述的单目摄像头(2)安装于车体(1)的前挡风玻璃上且为窄角镜头摄像头，所述的安装座与前挡风玻璃之间设有能使单目摄像头(2)沿着前挡风玻璃横向左右移动的活动连接机构，所述的左右转动控制机构、上下转动控制机构和活动连接机构均与控制电路(4)相连。

5.基于权利要求1-4中任意一种所述的车载单目摄像头与六轴传感器结合测距系统的车载单目摄像头与六轴传感器结合测距方法，其特征在于，前一时刻加速度计(6)测得车体(1)在此时刻的x轴方向加速度矢量为v_0x、y轴方向加速度矢量为v_0y、z轴方向加速度矢量为v_0z，陀螺仪(5)测得车体(1)在此时刻的俯仰角为倾斜角为ω₁、偏航角为κ₁，且此时刻目标点的像点坐标为(x₁,y₁)；后一时刻加速度计(6)测得车体(1)在此时刻的x轴方向加速度矢量为a_x、y轴方向加速度矢量为a_y、z轴方向加速度矢量为a_z，陀螺仪(5)测得车体(1)在此时刻的俯仰角为倾斜角为ω₂、偏航角为κ₂，且此时刻目标点的像点坐标为(x₂,y₂)；前一时刻与后一时刻的时间间隔为t；前一时刻单目摄像头(2)所在大地坐标为S(X,Y,Z)和后一时刻单目摄像头(2)所在大地坐标为S'(X',Y',Z')，则由测距算法计算出目标点与单目摄像头(2)之间的间距为(ΔX,ΔY,ΔZ)。

6.根据权利要求5所述的车载单目摄像头与六轴传感器结合测距方法，其特征在于，所述的测距算法如下：前一时刻大地坐标S(X,Y,Z)与后一时刻大地坐标S'(X',Y',Z')之间的距离为(B_X,B_Y,B_Z)，则：大地坐标S(X,Y,Z)与大地坐标S'(X',Y',Z')之间的距离(B_X,B_Y,B_Z)的值计算公式如下：

$\left\{\begin{array}{c}{B}_X=v_{0x}*t+\frac{1}{2}*a_x*t^2\\ B_Y=v_{0y}*t+\frac{1}{2}*a_y*t^2\\ B_Z=v_{0z}*t+\frac{1}{2}*a_z*t^2\end{array}\right.;$

分别计算大地坐标S(X,Y,Z)与大地坐标S'(X',Y',Z')的旋转矩阵R、R'，从而求得大地坐标S(X,Y,Z)与大地坐标S'(X',Y',Z')的值，计算公式分别如下：

其中，f是单目摄像头(2)的焦距；

投影系数N和N'的计算公式分别如下：

$\left\{\begin{array}{c}N=\frac{B_X{Z}^{\′}-B_Z{X}^{\′}}{{\mathrm{XZ}}^{\′}-{\mathrm{ZX}}^{\′}}\\ N^{\′}=\frac{B_{X}Z-B_{Z}X}{{\mathrm{XZ}}^{\′}-{\mathrm{ZX}}^{\′}}\end{array}\right.;$

则单目摄像头(2)与车体(1)之间的距离为

$\left\{\begin{array}{c}\mathrm{\Δ}X=NX\\ \mathrm{\Δ}Y=\frac{1}{2}(NY+N^{\′}{Y}^{\′}+B_Y)\\ \mathrm{\Δ}Z=NZ\end{array}\right..$