铰接罐式车辆全景环视系统研究

摘要

铰接罐式车辆(以下简称罐车)作为道路运输的主体，保有量逐年递增。罐车存在较大的驾驶盲区，很难保障行车安全。车辆全景环视系统可以有效消除驾驶盲区，将汽车周围的环境展现给驾驶员辅助其安全驾驶。目前国内全景环视系统的研究开发主要针对乘用车，针对罐车全景环视系统的研究较少。罐车的保有量虽然不及乘用车，但是一旦发生交通事故，危害往往巨大。　　基于此，本文研究并开发了一套罐车全景环视系统，该系统通过在罐车上安装六颗鱼眼摄像头和角度传感器，经过图像处理、铰接盘转角获取等技术为驾驶员提供罐车周围的实时全景影像，具体研究重点及创新如下：　　1、实现了罐车单节车体全景图像的生成。研究鱼眼相机成像模型，完成了鱼眼相机的去畸变；对比不同的拼接算法，提出基于标定参照物的罐车单节全景拼接算法：建立拼接模型，推导透视变换单应性矩阵，使用改进的SUSAN角点检测算法检测参考点，利用标定参照物实现单节全景的快速拼接。　　2、获取了罐车铰接盘的转角数据。针对铰接罐式车辆没有提供铰接盘转角信息这一问题，选取合适的角度传感器并设计了一种适用于罐车的角度传感器安装机构；设计角度解析算法，利用数字滤波技术对角度数据进行处理，获取了罐车铰接盘转角的准确信息。　　3、建立了罐车整体全景环视系统的拼接模型。提出在GPU下进行罐车两幅单节全景图像的整体拼接和显示，将罐车车头和罐体两幅全景图像在GPU下利用OpenGL技术进行拼接、融合等显示优化，并且接入铰接盘转角信息实现了罐车全景的实时拼接显示。　　4、完成了罐车全景环视系统算法的移植和实车测试。选择IMX.6Q嵌入式平台，进行从控制器和主控制器的算法移植，在罐车上安装本系统进行实车实验，结果显示本系统显示效果良好。　　经研究表明，本文设计开发的罐车全景环视系统，有效解决了罐车单节全景快速拼接问题，提拱了罐车角度传感器的安装思路，完成了GPU下罐车整体全景的实时拼接和显示，为罐车行车安全提供了良好的辅助。

目录

声明

第 1 章 绪论

1.1 课题研究的背景及意义

1.2 国内外研究现状

1.2.1 国外研究现状

1.2.2 国内研究现状

1.3 本文研究方案介绍

1.4 论文的组织结构

第 2 章 鱼眼像机的畸变矫正

2.1 相机成像模型

2.1.1 平面相机成像模型

2.1.2 鱼眼相机的成像模型

2.2 鱼眼图像矫正算法

2.2.1 求解相机外参

2.2.2 求解相机内参

2.3 摄像头标定实验

2.3.1 确定标定板尺寸

2.3.2 确定投影函数阶数

2.3.3 计算相机的内外参数

2.4 图像去畸变

2.5 本章小结

第 3 章 罐车单节车体全景的生成

3.1 单节车体全景生成总体流程

3.2 图像拼接方法

3.2.1 基于特征点匹配的图像拼接算法

3.2.2 基于标定参照物的图像拼接算法

3.3 图像采集场景设计

3.4 透视变换

3.4.1 透视变换原理

3.4.2 全景图像下投影点确定

3.4.3 畸变图像下参考点确定

3.4.4 透视变换应用

3.5 基于标定参照物的图像拼接实现

3.6 本章小结

第 4 章 罐车铰接盘转角获取

4.1 角度传感器的原理

4.1.1 霍尔式角度传感器原理

4.1.2 磁电阻角度传感器原理

4.2 角度传感器的选型

4.2.1 分离式角度传感器

4.2.2 整体式角度传感器

4.3 角度传感器的安装设计

4.3.1 角度传感器安装机构组成

4.3.2 角度传感器安装机构工作原理

4.4 角度信号的接收与解析

4.4.1 CAN 总线数据接收

4.4.2 CAN 数据的解析

4.5 角度信号的数字滤波算法

4.5.1 数字滤波原理

4.5.2 数字滤波实验

4.6 本章小结

第 5 章 罐车全景的实时拼接与显示

5.1 GPU 图像拼接与显示原理

5.2 罐车总体拼接模型建立

5.3 接入铰接盘角度实现旋转

5.4 系统算法的移植

5.4.1 从控制器算法移植

5.4.2 主控制器上的算法移植

5.5 实车现场测试

5.6 本章小结

总结与展望

参考文献

附录 A 攻读学位期间所发表的学术论文目录

致谢