Активная оптико-электронная система безопасности автомобиля

Размещено на http://www.allbest.ru/

Размещено на http://www.allbest.ru/

АКТИВНАЯ ОПТИКО-ЭЛЕКТРОННАЯ СИСТЕМА БЕЗОПАСНОСТИ АВТОМОБИЛЯ

Коротаев В.В., Ярышев С.Н., Нгуен Хоанг Вьет

Университет ИТМО

В данной работе предложены схема активной стереоскопической системы и алгоритм работы системы. Для проверки работоспособности системы была построена физическая модель системы и реализация алгоритма работы системы в среде Matlab.

Задача использования активной стереоскопической системы (АСС) в качестве активной системы безопасности для автомобиля является актуальной. Стереоскопическая система является одним из простых методов получения трехмерных моделей объектов и наблюдаемой сцены. Поэтому стереоскопическая система хорошо подходит для использования в качестве основы системы безопасности автомобиля. В стереоскопической системе используются две камеры, которые одновременно снимают сцену. Пара изображений, получаемых при этом, называется стереопарой. На каждом изображении стереопары необходимо определить сопряженные точки. В настоящее время существует много методов для решения этой задачи [1]. Их можно подразделить на глобальные [2-4] и локальные методы [5-8]. Все эти методы требуют больших вычислительных ресурсов и их нельзя применить в быстродействующей системе. Исходя из этого, авторы предлагают новый вид стереоскопической системы - АСС, которая свободна от вышеуказанного недостатка.

Активная оптико-электронная система безопасности автомобиля включает в себя две одинаковые камеры 1 и лазерный сканер 2 (Рис 1). Перед камерами и лазером установляются узкополосные оптические фильтры. Полосы пропускания этих фильтров соответствуют длине волны лазерного излучения сканера. Тем самым, в камеру поступает только оптический сигнал, полученный в результате отражения лазерного луча от объекта. При этом упрощается процесс распознавания лазерного луча на изображениях стереопары. Лазерный сканер имеет шаговый двигатель, которым управляет ЭВМ 6.

Рис. 1 Структурная схема стереоскопическая система.

Эта ЭВМ также управляет синхронизатором 4, который обеспечивает синхронную работу камер. Сигнал с камер поступает в блок предварительной обработки 5. Здесь происходит процесс распознавания лазерного луча на каждом изображении. При получении каждой строки кадра с обеих камер блок предварительной обработки сравнивает ее с такой же строкой предыдущего кадра. Разница между ними является зоной, где находится лазерный луч. По информации о распределении энергии отраженного луча в данной зоне мы можем построить график распределения этой энергии и найти точку максимального значения энергии, и эта точка является энергетическим центром тяжести изображения отраженного лазерного луча в данной строке. Этот метод дает возможность определения энергетического центра тяжести лазерного луча с точностью до 0,1 пикселя. После получения информации со всех строк данного кадра и получения координат энергетического центра тяжести отраженного излучения для всех строк блок предварительной обработки передает эти координаты в ЭВМ. Во время получения следующей пары кадров с камер в ЭВМ происходит процесс определения трехмерных координат всех точек предыдущего кадра. В памяти ЭВМ уже заранее вычислены все эпиполярные линии для всех точек на первом изображении стереопары, и все пространственные координаты все точек на этих эпиполярных линиях. После получения информации с блока предварительной обработки ЭВМ сканирует все энергетические центры тяжести на первом изображении стереопары. Для каждого энергетического центра тяжести ЭВМ выбирает из памяти соответствующую эпиполярную линию и находит пересечение этой линии с линией, образуемой энергетическими центрами тяжести второго изображения. Получив точку пересечения двух линий, ЭВМ выбирает из памяти соответствующие пространственные координаты этой точки. Этот алгоритм обработки дает возможность получения трехмерных координат объектов в реальном времени. Алгоритм апробирован на физической модели с использованием персонального компьютера, двух телевизионных камер и управляемого лазера. Физическое моделирование полностью подтвердило работоспособность алгоритма. Для управления физическим экспериментом использовалась среда Matlab. Результат эксперимента показан на рис. 2.

оптический электронный безопасность автомобиль

а б

в

Рис.2 Результат восстановления трехмерного изображения сцены, а - левое изображение с выбранной точкой, б - правое изображение с эпиполярной линией и сопряженной точкой, в - трехмерное изображение сцены.

На основе АСС можно получить информацию о реальных размерах объектов и расстоянии до них. Тем самым, на основе АСС можно построить активную оптико-электронную систему безопасности автомобиля. Данные, полученные с помощью АСС, позволяют обнаружить препятствия на дороге и их траектории движения. В результате можно предотвратить угрозы безопасности движения автомобиля, такие как столкновение с препятствием на дороге или впереди идущим автомобилем.

Список литературы

1. Пономарев С.В., "Методика сравнения алгоритмов стереозрения при восстановлении трехмерной модели лица человека," Научно-технический вестник информационных технологий, механики и оптики, No. 88, 2013. P. 40.

2. Salvador Gutierrez J.U.M., "Robust approach for disparity estimation in stereo vision," Image and Vision Computing, No. 22, 2004. P. 183.

3. Michael Bleyer M.G., "A layered stereo matching algorithm using image segmentation and global visibility constraints," ISPRS Journal of Photogrammetry & Remote Sensing, No. 59, 2005. P. 128.

Размещено на Allbest.ru