一种半挂车拖车与挂车相对转角检测装置及其检测方法与流程

1.本发明属于车辆安全辅助及汽车电子领域，具体涉及一种半挂车拖车与挂车相对转角检测装置及其检测方法。


背景技术：

2.随着汽车保有量的增加，每年由于驾驶盲区造成的事故增多，国民经济损失惨重。大型车辆造成的事故更是占据绝大部分，由于大型车辆轴距长，车身大，驾驶位置高，盲区更大。其中的半挂车，由于其特殊的设计结构，导致拖车在转弯的时候，拖车和挂车会产生一个相对角度，导致更大的盲区。尽管已经有针对半挂车盲区的变角度全景环视系统能实现挂车周边无盲区，但目前该系统的角度信息是由角度传感器测量输出的，由于新标准中要求牵引销的尺寸缩小，导致无法在半挂车牵引销中再打孔安装角度传感器，必须有其他方法来获得拖车和挂车的实时转向角度。
3.此外，现有技术还有采用摄像头和采集板的方式进行检测，例如公开号为cn109677217a，发明名称为“一种牵引车与挂车偏航角的检测方法”的专利提供了一种检测方法，该方法中摄像头与检测板在同一水平面设置，即在挂车的前侧面布置检测板，该检测板的前侧面上具有多个特征图案，在牵引车的后侧面布置在任意偏航角可拍摄到所述检测板上的至少一个特征图案的相机；在所述挂车与牵引车之间没有偏航的情况下，通过所述相机对检测板进行拍摄，计算初始变换矩阵；在车辆行驶过程中，通过所述相机拍摄检测板上的特征图案；从拍摄到的每个特征图案上提取至少四个特征点；通过对当前变换矩阵计算得到牵引车与挂车的偏航角度，这种方法虽然无需在半挂车牵引销中打孔安装角度传感器，但采用的计算方法复杂。
4.此外，现有技术也提供了基于生长的棋盘格角点检测方法；
5.(https://blog.csdn.net/sunshine_zoe/article/details/78303658，2017
‑
10
‑
21)，通过该方法可拟合棋盘上定位棋盘格角点位置，但现有技术没有利用拟合后的直线用于判断测量半挂车拖车和挂车相对转角。


技术实现要素：

6.针对现有技术的不足，本发明要解决的技术问题是如何提供一种测量半挂车拖车和挂车相对转角的检测装置，使得摄像头与标志物通过采用上下布置的位置关系，只需在标志板上拟合出一条标志线，并通过这条线在与相机平面平行的平面上旋转，不需要计算任何矩阵，直接通过计算标志线的倾角就能得到半挂车旋转角，从而算法大大简化。
7.本发明提供了一种半挂车拖车与挂车相对转角检测装置，包括摄像机，标志物，其特征在于：
8.一个或多个摄像机垂直安装在拖车驾驶室后方上部，摄像机的摄像头方向朝正下方；
9.标志物水平安装在挂车前方靠近底部的中间位置，且沿挂车左右方向呈长条状的
棋盘格或长直线水平布置在标志物上，摄像机和标志物都用螺栓固定在车体上并打胶固定；
10.半挂车在正常行驶和转向时，标志物上水平布置的长条状的棋盘格或长直线能够至少有一部分在摄像机的拍摄范围内；
11.利用装在驾驶室后方上部位置的摄像机获取到包含标志物的摄像画面，通过角点检测算法在摄像画面的标志物上拟合出一条与标志物上长条状棋盘格横线或长直线平行的直线，求得这条直线相对于水平方向初始位置的转角，即可获得半挂车拖车和挂车的相对角度。
12.进一步地，摄像机选择普通窄角摄像机或解鱼眼的鱼眼广角摄像机。
13.该发明还提供了一种半挂车拖车与挂车相对转角检测装置进行检测的方法，其特征在于：
14.步骤1、通过角点检测算法获得棋盘格的角点；
15.步骤1.1、去除非棋盘的自然和人工背景，定位棋盘格角点位置；
16.步骤1.2、通过非极大值抑制，选取领域里分数最高的极大值像素点，同时抑制分数低的像素点；
17.步骤1.3、对角点的位置以及边缘方向进行亚像素级精细化处理，确定棋盘格角点的位置；
18.步骤2、在检测完角点后，根据角点信息在棋盘格上拟合出一条平行于棋盘格横轴线的直线；
19.步骤3、当半挂车转向时，半挂车拖车和挂车的相对角度发生变化，步骤2中在标志物上拟合出来的直线也会随之开始转动；
20.步骤4、选取拟合出直线上的两个不同的点，获得两点的坐标(x1,y1)，(x2,y2)，根据公式即可求得该直线的斜率，通过直线斜率可求得该直线与初始水平线之间的夹角，该夹角即为半挂车转向时，拖车和挂车转动的相对角度。
21.进一步地，步骤1中，在棋盘格上定义两种不同的角点原型，一种用于和坐标轴平行的角点，另一种用于旋转45
°
的角点；每个原型由4个滤波核组成，用于后面和图像进行卷积操作；然后利用两个角点原型来计算每个像素点与角点的相似程度，获得角点范围，即角点概率。
22.进一步地，步骤2中，通过角点检测算法检测出同时包含两行角点的棋盘格；在得到被检测出的所有角点的坐标位置信息后，根据最小二乘法，拟合出一条位于被检测出的角点的中间，平行于棋盘格横轴线的直线。
23.本发明的有益效果：
24.(1)该方案在半挂车驾驶室后方上部安装摄像头，在挂车前方下部安装标志物，通过在标志物上拟合出一条随着半挂车转向而转动的直线，就能计算出半挂车转向时拖车相对于挂车的转向角度。在得到实时的半挂车的相对转角信息后，可以进行半挂车拖车和挂车的变角度全景环视图的拼接，减小视野盲区，提高半挂车在行驶过程中的安全性。
25.(2)本发明与现有技术虽然都用了摄像头和检测板，本发明对摄像头和检测板采用上下布置的位置关系，只需在标志板上拟合出一条标志线即可，这条线在半挂车旋转时
是在与相机平面平行的平面上旋转，所以，该方法不需要计算任何矩阵，直接通过计算标志线的倾角就能得到半挂车旋转角，算法大大简化。而且，因为发明的方法只需要拟合一条线，对光照的要求更低，适应性更好。
附图说明
26.图1是该实施例摄像头和棋盘格的安装示意图；
27.图2是相对转向角度算法流程图；
28.图3是该实施例棋盘格上拟合出直线的原理图；
29.图4是该实施例根据标志直线转角计算拖挂车转角示意。
30.其中：1
‑
摄像机，2
‑
标志物。
具体实施方式
31.为了让本领域的技术人员更好的理解本发明的技术方案，下面结合附图对该发明进行进一步的详细阐述。
32.如图1
‑
2所示，该实施例提供了一种半挂车拖车与挂车相对转角检测装置，包括摄像机1，标志物2。
33.摄像机1垂直安装在拖车驾驶室后方上部；摄像机(1)的摄像头方向朝正下方；标志物(2)水平安装在挂车前方靠近底部的中间位置，且沿挂车左右方向呈长条状的棋盘格或长直线水平布置在标志物2上，使半挂车在正常行驶和转向时，标志物2上水平布置的长条状的棋盘格或长直线能够至少有一部分在摄像机1的拍摄范围内。
34.摄像机1和标志物2都用螺栓固定在车体上并打胶固定。
35.摄像机1可以是普通窄角摄像机1，也可以是鱼眼广角摄像机1配套解鱼眼算法；
36.标志物2可以是长条状的棋盘格或长直线。
37.利用装在驾驶室后方上部中间位置的的摄像机1获取到包含标志物2的摄像画面，通过算法在摄像画面的标志物2上拟合出一条与标志物2上长条状棋盘格横线或长直线平行的直线，求得这条直线相对于水平方向初始位置的转角，即可获得半挂车拖车和挂车的相对角度。
38.该实施例还提供了一种半挂车拖车与挂车相对转角检测方法，
39.步骤1、通过角点检测算法获得棋盘格的角点；
40.步骤1.1、去除非棋盘的自然和人工背景，定位棋盘格角点位置。
41.该步骤中，在棋盘格上定义两种不同的角点原型，一种用于和坐标轴平行的角点，另一种用于旋转45
°
的角点。每个原型由4个滤波核组成，用于后面和图像进行卷积操作。然后利用两个角点原型来计算每个像素点与角点的相似程度，获得大致的角点范围，即角点概率。
42.步骤1.2、通过非极大值抑制，选取领域里分数最高的极大值像素点，同时抑制分数低的像素点。
43.步骤1.3、对角点的位置以及边缘方向进行亚像素级精细化处理，确定棋盘格角点的位置。
44.步骤2、在检测完角点后，根据角点信息在棋盘格上拟合出一条平行于棋盘格横轴
线的直线。
45.如图3所示，该步骤中，角点检测算法可以检测出同时包含两行角点的棋盘格。在得到被检测出的所有角点的坐标位置信息后，根据最小二乘法，拟合出一条位于被检测出的角点的中间，平行于棋盘格横轴线的直线。
46.步骤3、当半挂车转向时，半挂车拖车和挂车的相对角度发生变化，步骤2中在标志物2上拟合出来的直线也会随之开始转动。
47.步骤4、选取拟合出直线上的两个不同的点，获得两点的坐标(x1,y1)，(x2,y2)，根据公式即可求得该直线的斜率，通过直线斜率可求得该直线与初始水平线之间的夹角，该夹角即为半挂车转向时，拖车和挂车转动的相对角度。
48.如图4所示，该步骤中，摄像画面中左上角为坐标原点，以原点为中心水平向右，竖直向下分别为x轴，y轴的正方向。
49.虽然本发明所揭露的实施方式如上，但所述的内容只是为了便于理解本发明而采用的实施方式，并非用以限定本发明。任何本发明所属技术领域内的技术人员，在不脱离本发明所揭露的精神和范围的前提下，可以在实施的形式上及细节上作任何的修改与变化，但都属于本发明的专利保护范围。