專利名稱：獲取移動(dòng)車輛縱向輪廓圖形的方法及其裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種獲取移動(dòng)目標(biāo)圖形的方法和裝置，特別是獲取移動(dòng)車輛縱向輪廓 圖形的方法及其裝置。
背景技術(shù)：
隨著城市的迅速發(fā)展，以機(jī)動(dòng)車輛為主的城市和城際交通的智能化管理就顯得尤 為重要。在城市和城際交通的智能化管理中，車流量的統(tǒng)計(jì)以及車型的識(shí)別是十分重要的 一個(gè)方面。對(duì)于車型的識(shí)別，最直接和有效的方式是依據(jù)車輛的縱向輪廓加以識(shí)別。目前， 獲取移動(dòng)車輛外輪廓形狀可采用視頻技術(shù)，它雖然可以獲取較為準(zhǔn)確的圖像，但受天氣的 影響較大，特別是其投入較大，運(yùn)營成本很高。中國專利CN101162507公開了一種對(duì)移動(dòng)車 輛進(jìn)行車型識(shí)別的方法，它是將發(fā)光裝置設(shè)置在被識(shí)別車輛的一側(cè)，光接收裝置設(shè)置在被 識(shí)別車輛的另一側(cè)，發(fā)射裝置發(fā)射平行光束，車輛通過時(shí)會(huì)遮擋發(fā)射光束，接收裝置接收沒 有被遮擋的光束，以此來獲取車輛的輪廓圖形，而且要獲取車輛的縱向輪廓就必須從車輛 的側(cè)面采集信號(hào)，因此只能適用于單車道。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明所要解決的問題是提供一種獲取移動(dòng)車輛縱向輪廓圖形的方法，該方法不 受車道數(shù)量的限制，特別是可獲取在多車道上行駛的車輛的輪廓圖形，該車輛的輪廓圖形 主要用于交通管理中的車型識(shí)別和統(tǒng)計(jì)。本發(fā)明所要解決的另一問題是提供實(shí)現(xiàn)上述方法的裝置。本發(fā)明解決上述問題的思路是將光發(fā)射器和接收器懸掛在各車道上方，向車輛 上表面發(fā)射光束，接收反射光信號(hào)，據(jù)此來獲得車輛的縱向輪廓圖形。解決上述問題的技術(shù)方案是所提供的獲取移動(dòng)車輛縱向輪廓圖形的方法步驟如 下1)在車道上方，向行駛車輛的上表面至少發(fā)射一組光束，每組發(fā)射光束包括兩束 沿車道縱向排列的平行光束，該平行光束的水平間距為設(shè)定間距So，所述的光束是激光束、 紅外光束或紫外光束，最好是激光束；2)按組對(duì)應(yīng)接收上述發(fā)射光束發(fā)射到行駛車輛上表面的有效反射光束組，并按設(shè) 定頻率對(duì)接收到的有效反射光束信號(hào)進(jìn)行采樣；3)按以下步驟求得有效反射光束組所對(duì)應(yīng)的車輛上表面兩個(gè)反射點(diǎn)M、N相對(duì)于 設(shè)定的基準(zhǔn)水平面的距離Hm、Hn，即相對(duì)基準(zhǔn)水平面的縱坐標(biāo)，基準(zhǔn)水平面位于車輛上方；3. 1)按下列式(A)或式(B)求得車輛上表面兩個(gè)反射點(diǎn)M、N連線與水平面的夾 角 e，e 彡 90°，若Sa>Sb，則 若Sa<Sb，則 若Sa = Sb，則 0 = 0式中Sa為第一束發(fā)射光束與基準(zhǔn)水平面的交點(diǎn)和對(duì)應(yīng)的反射光束與基準(zhǔn)水平面的交 點(diǎn)間的距離，Sb為第二束發(fā)射光束與基準(zhǔn)水平面的交點(diǎn)和對(duì)應(yīng)的反射光束與基準(zhǔn)水平面的 交點(diǎn)間的距離，Sa和Sb由光發(fā)射器和接收器的設(shè)定位置確定，并且，從車道的兩側(cè)看，第一 束發(fā)射光束位于第二束發(fā)射光束的下方，e^發(fā)射光束與基準(zhǔn)水平面的夾角，e^SQO。，3. 2)根據(jù)下列各式求得車輛上表面兩個(gè)反射點(diǎn)M、N分別與其反射光束在基準(zhǔn)水 平面交點(diǎn)間的距離Lm、Ln，Sa < Sb 時(shí)，e s = 90° -(e 0- 0 ),Sa > Sb 時(shí)，e s = 90° -(e 0+ 0 ),03為反射點(diǎn)M、N處的反射角，sin2 e s/Sa = sin(180° -0O-2 0S)/Lmsin2 0 s/Sb = sin(180° -eQ-2es)/Ln3. 3)Hm = sin 0 0XLm, Hn = sin 0 0XLn ；4)按以上步驟得到其它有效反射光束所對(duì)應(yīng)的車輛上表面兩個(gè)反射點(diǎn)相對(duì)基準(zhǔn) 水平面的縱坐標(biāo)；5)根據(jù)接收的有效反射光束的接收時(shí)刻和車速得到與有效反射光束對(duì)應(yīng)的反射 點(diǎn)的相對(duì)橫坐標(biāo)，6)根據(jù)得到的有效反射光束所對(duì)應(yīng)的車輛上表面的反射點(diǎn)的相對(duì)縱坐標(biāo)和橫坐 標(biāo)，即得到一組發(fā)射光束所對(duì)應(yīng)的車輛上表面的縱向輪廓圖形。由于車輛上表面輪廓的變化，要接收到反射光束就要在不同位置設(shè)置許多光接收 器，這顯然是不經(jīng)濟(jì)的，在實(shí)際的設(shè)置中光接收器的數(shù)量是有限的，所以有可能只接收到部 分反射光信號(hào)——有效反射信號(hào)，獲得車輛的部分輪廓圖形。通常情況下這種圖形對(duì)于識(shí) 別車型而言已足夠了。為了獲得更加好的效果，本發(fā)明所述方法的進(jìn)一步改進(jìn)是在步驟 1)中向行駛車輛的上表面發(fā)射多組不同發(fā)射角以及不同調(diào)制信號(hào)的光束，將得到的各組發(fā) 射光束所對(duì)應(yīng)的車輛上表面的縱向輪廓圖形進(jìn)行合成、處理，得到車輛縱向輪廓圖形。合成 方法可以通過現(xiàn)有的軟件來實(shí)現(xiàn)。各組發(fā)射不同調(diào)制信號(hào)的光束便于接收器識(shí)別，并可避 免各組間的干擾，更好地實(shí)現(xiàn)按組對(duì)應(yīng)接收反射信號(hào)；而各組發(fā)射角不同，所獲得車輛輪廓 圖形可以相互補(bǔ)充，以便得到更加完整和準(zhǔn)確的輪廓圖形。上述不同調(diào)制信號(hào)的頻率最好大于1000Hz。為了更加便于將各組的車輛縱向輪廓圖形進(jìn)行合成，譬如采用較為簡單的處理器 (單片機(jī))進(jìn)行合成處理，可以采用以下方法得到與有效反射光束對(duì)應(yīng)的反射點(diǎn)的相對(duì)橫 坐標(biāo)以通過車輛前端頭或后端頭且垂直于車道縱向的豎直面作為基準(zhǔn)豎直面，按以下 步驟求得上述有效反射信號(hào)所對(duì)應(yīng)的車輛上表面兩個(gè)反射點(diǎn)M、N相對(duì)于基準(zhǔn)豎直面的水平距離Xn，即相對(duì)基準(zhǔn)豎直面的橫坐標(biāo)，1)測(cè)量車輛的車速V，2)在車道上方豎直向下發(fā)射一束用于計(jì)時(shí)基準(zhǔn)的光束，得到車輛端頭通過該光束的時(shí)刻、，將該時(shí)刻定義為基準(zhǔn)時(shí)刻、，3)將基準(zhǔn)時(shí)刻、接受的有效反射光束a作為參考基準(zhǔn)，4)作為參考基準(zhǔn)的有效反射光束a所對(duì)應(yīng)的車輛上表面的反射點(diǎn)到基準(zhǔn)豎直面 的水平距離為X，4. 1)若以通過車輛前端頭的豎直面作為基準(zhǔn)豎直面，從俯視方向看，發(fā)射光束與車行方向一致時(shí)，則X = -Ha · Ctg θ 0+Χ0,從俯視方向看，發(fā)射光束與車行方向相反時(shí)，則X = Ha · Ctg θ 0+Χ0,4. 2)若以通過車輛后端頭的豎直面作為基準(zhǔn)豎直面，從俯視方向看，發(fā)射光束與車行方向一致時(shí)，則X = Ha · Ctg θ 0_Χ0，從俯視方向看，發(fā)射光束與車行方向相反時(shí)，則X = -Ha · Ctg θ 0_Χ0，Ha是有效反射光束a所對(duì)應(yīng)的車輛上表面的反射點(diǎn)到基準(zhǔn)水平面的距離，Xtl是用于計(jì)時(shí)基準(zhǔn)的光束與基準(zhǔn)水平面的交點(diǎn)相對(duì)發(fā)射光束與基準(zhǔn)水平面交點(diǎn) 的偏移量，順著車行方向的偏移量\取負(fù)值，逆著車行方向的偏移量Xtl取正值；基準(zhǔn)豎直面的選取可以是這樣的如果在車輛前端頭到達(dá)用于計(jì)時(shí)基準(zhǔn)的光束時(shí)或到達(dá)用于計(jì)時(shí)基準(zhǔn)的光束前，已 接收到有效反射信號(hào)，則以通過車輛前端頭的豎直面作為基準(zhǔn)豎直面計(jì)算車輛上表面的反 射點(diǎn)到基準(zhǔn)豎直面的水平距離X ；如果在車輛前端頭已經(jīng)通過用于計(jì)時(shí)基準(zhǔn)的光束后，才 接收到有效反射信號(hào)，則以通過車輛后端頭的豎直面作為基準(zhǔn)豎直面計(jì)算車輛上表面的反 射點(diǎn)到基準(zhǔn)豎直面的水平距離X。5)求得其它有效反射信號(hào)所對(duì)應(yīng)的車輛上表面反射點(diǎn)相對(duì)于基準(zhǔn)豎直面的水平 距離Xn ；Xn = X+V · (tn_t0)tn是接收其它有效反射信號(hào)的時(shí)刻。測(cè)量車輛的車速V可以采用現(xiàn)有的任何測(cè)速技術(shù)，如雷達(dá)測(cè)速等，為了節(jié)約成本， 可利用本發(fā)明所涉及的裝置進(jìn)行測(cè)速，即沿車道縱向相距一設(shè)定距離發(fā)射兩束豎直向下 的光束，測(cè)量車輛端頭通過這兩束光的時(shí)間，從而得到車輛的車速V。為了獲得車輛前端和后端的信息，在向行駛車輛的上表面發(fā)射多組不同發(fā)射角以 及不同調(diào)制信號(hào)的光束，其中有一組發(fā)射光束是豎直向下發(fā)射的。為實(shí)現(xiàn)上述方法的裝置包括1)車速測(cè)量裝置，2)在車道上方設(shè)置的多組發(fā)射激光束或紅外光束或紫外光束的發(fā)射器和多組接 收反射光的接收器，一組發(fā)射器對(duì)應(yīng)一組接收器，一組發(fā)射器與對(duì)應(yīng)的一組接收器沿車道縱向排列，2. 1)其中一組發(fā)射器豎直向下發(fā)射光束，其它組發(fā)射器以不同角度傾斜向下發(fā)射 光束，2. 2)每組發(fā)射器具有兩個(gè)發(fā)射單元，這兩個(gè)發(fā)射單元發(fā)射兩束沿車道縱向排列的 平行 光束，2. 3)每組接收器只接收處理對(duì)應(yīng)組發(fā)射器發(fā)射的光信號(hào)，并且每組接收器具有多 個(gè)沿車道縱向陣列的接收單元，3)將上述接收器所接收的反射光束進(jìn)行光_電轉(zhuǎn)換的信號(hào)轉(zhuǎn)換器，4)對(duì)轉(zhuǎn)換器輸出信號(hào)進(jìn)行處理的微處理器，該微處理器根據(jù)發(fā)射光束的發(fā)射角、 發(fā)射器和接收反射光束的接收器的設(shè)定位置、車速以及接收反射光信號(hào)的時(shí)刻計(jì)算出與接 收的反射光束對(duì)應(yīng)的車輛上表面反射點(diǎn)的坐標(biāo)，并輸出給圖形處理器。本發(fā)明利用反射光信號(hào)獲得車輛縱向輪廓圖形，并同時(shí)獲得車高、車速、車長和車 距信息，即使車輛停在發(fā)射器工作范圍內(nèi)，也能獲得車形的部分?jǐn)?shù)據(jù)，為多車道情況下的交 通智能管理提供了車流量基礎(chǔ)信息支持。本發(fā)明將發(fā)射器與接收器懸掛在車道上方，無需 在車道兩側(cè)設(shè)置任何設(shè)施，既保證了探測(cè)裝置的安全，而且也不影響交通，特別是可以實(shí)施 無人值守監(jiān)測(cè)。本發(fā)明采用探測(cè)車輛被測(cè)點(diǎn)坐標(biāo)的方式得到車形輪廓，圖形處理相對(duì)簡單， 其實(shí)施成本較低。


圖1是本發(fā)明的光發(fā)射器和接收器的位置示意圖。圖2是本發(fā)明的光發(fā)射器和接收器的平面分布示意圖。圖3是本發(fā)明接收單元的另一種陣列圖。圖4是本發(fā)明發(fā)射器發(fā)出的發(fā)射光束示意圖。圖5是本發(fā)明獲取車輛上表面某點(diǎn)縱坐標(biāo)的原理圖。圖6本發(fā)明發(fā)射光束的發(fā)射角度與車輛幾種傾斜表面間的關(guān)系圖。圖7是本發(fā)明獲取車輛上表面某點(diǎn)橫坐標(biāo)的原理圖之一。圖8是本發(fā)明獲取車輛上表面某點(diǎn)橫坐標(biāo)的原理圖之二。圖9是本發(fā)明信號(hào)處理的原理框圖。圖10是本發(fā)明某組發(fā)射器和接收器所獲取的車輛表面部分輪廓圖。圖11是本發(fā)明另一組發(fā)射器和接收器所獲取的車輛表面部分輪廓圖。圖12是圖10和圖11所示圖形的合成圖。
具體實(shí)施例方式下面對(duì)本發(fā)明的內(nèi)容加以詳細(xì)描述。如圖1、圖2所示，在車道3上方一設(shè)定高度設(shè)置多組激光發(fā)射器和對(duì)應(yīng)的接收器， 圖2只畫出了三組發(fā)射器11、12、13和三組接收器21、22、23，其中各組發(fā)射器沿車道橫向排 列，發(fā)射器與對(duì)應(yīng)的接收器沿車道3縱向排列，各組發(fā)射器發(fā)射的光調(diào)制信號(hào)不同，發(fā)射角 也不同，圖1中帶箭頭的實(shí)線表示各組發(fā)射器以不同發(fā)射角度發(fā)射的光束，一組接收器對(duì) 應(yīng)一組發(fā)射器，譬如接收器21只接收發(fā)射器11所發(fā)射的光的反射信號(hào)。發(fā)射器和接收器可以設(shè)置在不同的高度和縱向位置，但最好設(shè)置在同一水平面，如圖1、圖2所示的陣列方式，在光發(fā)射器的兩側(cè)也設(shè)置有光接收器，它們均設(shè)置在同一水平面D，以利制造和安裝。每 組光發(fā)射器具有兩個(gè)發(fā)射單元，譬如發(fā)射器11具有兩個(gè)沿車道同一縱向面排列的發(fā)射單 元lla、llb，它們的發(fā)射角相同，發(fā)出兩束平行光，圖1中帶箭頭的虛線表示發(fā)射單元lib發(fā) 射的光束，發(fā)射單元IlaUlb最好是發(fā)射不同調(diào)制信號(hào)的光束。每一組接收器由多個(gè)沿車 道縱向陣列的接收單元組成，譬如接收器21有左右兩列接收單元，分別接收發(fā)射單元11a、 lib的信號(hào)，每列接收單元又包括若干個(gè)接收單元，左列接收單元包括接收單元21a、21b、 21c、21d等(圖2只畫出了其中的四個(gè))，以適應(yīng)對(duì)不同角度反射光信號(hào)的接收。在上述光發(fā)射器中有一組發(fā)射器是豎直向下發(fā)射光束(譬如光束lie)，它既可以 用于測(cè)定車輛5上表面被測(cè)點(diǎn)(光束反射點(diǎn))的縱坐標(biāo)，又兼有測(cè)量車速用的第一個(gè)發(fā)射 器和測(cè)定車輛5上表面被測(cè)點(diǎn)(光束反射點(diǎn))相對(duì)橫坐標(biāo)的作用。圖1中發(fā)射器4豎直向 下發(fā)射光束，是用于測(cè)量車速的第二個(gè)發(fā)射器，與兩個(gè)發(fā)射器對(duì)應(yīng)的有一個(gè)可接收地面反 射信號(hào)的監(jiān)測(cè)用接收器，當(dāng)車的前端或后端通過或離開豎直向下發(fā)射的光束時(shí)，信號(hào)被擾 動(dòng)，監(jiān)測(cè)用接收器所接收的反射信號(hào)強(qiáng)度會(huì)發(fā)生變化，從而可檢測(cè)到車輛前端或后端通過 這兩個(gè)發(fā)射器的時(shí)間，兩個(gè)發(fā)射器間的距離是已知的，所以可得到車速V，進(jìn)而可以根據(jù)車 輛前端或后端通過同一個(gè)發(fā)射器的時(shí)間t而得到車長L = Vt。同一接收器中各接收單元還可以按圖3所示的方式陣列，即每組接收器具有多 個(gè)沿車道縱向陣列的接收單元有兩列或多列，相鄰兩列接收單元沿車道縱向錯(cuò)開，這樣可 以減小接收單元的間距，提高測(cè)量精度。圖中畫出了四列接收單元24a、24b、25a、25b，接收 單元24a、24b為一組，接收單元25a、25b為另一組。圖4給出了一組發(fā)射器發(fā)出的兩束平行光束26、27的示意圖。為了減少反射信號(hào) 的失效，應(yīng)盡可能避免同一組發(fā)射器發(fā)射的兩束平行光被同一接收單元接收，同一發(fā)射器 所發(fā)出的兩束平行光束的內(nèi)側(cè)間距δ 1可大于相鄰兩接收單元的中心距，具體實(shí)施時(shí)，兩 束平行光束的內(nèi)側(cè)間距小于3厘米較合適。為了便于對(duì)反射信號(hào)的處理，發(fā)射器發(fā)射的光束沿車道縱向的厚度δ 2可小于相 鄰兩個(gè)接單元中心距的1/2，δ 2 一般為1 4毫米。若車輛上表面橫向不平或車道路面傾斜，會(huì)對(duì)反射信號(hào)的接收產(chǎn)生影響，為此，發(fā) 射器發(fā)出的光束在車道橫向的寬度δ 3可大于10厘米，小于30厘米。對(duì)接收到的有效反射光信號(hào)進(jìn)行采樣的頻率最好大于1000次/秒。本發(fā)明獲取車輛上表面被測(cè)點(diǎn)縱坐標(biāo)的原理如圖5所示。以發(fā)射器所在的水平面D作為基準(zhǔn)水平面，同組發(fā)射器的兩個(gè)發(fā)射單元A、B的設(shè) 定間距為So，發(fā)射光束與水平面的夾角設(shè)定為Qtl，QciSgcr，車輛上表面E的水平傾角為 θ，θ <90°。在實(shí)際檢測(cè)中兩個(gè)發(fā)射單元Α、Β的間距很小，可以認(rèn)為它們發(fā)射的光束到 車輛上表面E的反射點(diǎn)Μ、Ν間的車輛輪廓線段為直線段，其反射光束也是平行的，反射信號(hào) 被接收單元Α’、Β’接收。由于接收單元Α’、Β’的位置是設(shè)定的，所以接收單元Α’、Β’與對(duì) 應(yīng)的發(fā)射單元A、B的間距Sa、Sb是已知的。這里，發(fā)射單元A所發(fā)射的光束為第一發(fā)射光 束，發(fā)射單元B所發(fā)射的光束為第二發(fā)射光束，第一發(fā)射光束在第二發(fā)射光束的下方(豎直 向下看)，即發(fā)射單元A、B向右傾斜發(fā)射。過反射點(diǎn)M、N分別作輔助水平直線F、G，直線G與直線AM交于C，根據(jù)平面幾何原
(4)連列解上述方程⑴、⑵、(3)和(4)，即得 由此可求得車輛5上表面E的水平傾角θ。線段AM和BN分別是兩個(gè)反射點(diǎn)Μ、Ν到接收單元A，、Β，間的距離Lm、Ln，即AM = Lm, BN = Ln,公式(2)和(3)可寫成sin2 θ s/Sa = sin(180° - θ 0_2 θ s)/Lm, sin2 θ s/Sb = sin (180° - θ 0-2 θ s)/Ln，據(jù)此求得Lm和Ln。知道Lm和Ln后，兩個(gè)反射點(diǎn)M、N到基準(zhǔn)水平面的距離Hm、Hn可按公式Hm-= sin θ 0XLm, Hn = sin θ 0XLn求得，Hm、Hn是相對(duì)于水平面D的縱坐標(biāo)?；鶞?zhǔn)水平面到地 面的高度是已知的，所以可以得到反射點(diǎn)到地面的高度。如果以其它水平面作為基準(zhǔn)水平面，由于發(fā)射單元A、B的位置和發(fā)射角是已知 的，它們發(fā)射的光束到基準(zhǔn)水平面的交點(diǎn)位置也是可知的，因此不影響上面所得的結(jié)論。上述式(A)是在直線麗的斜率為正，的情況下得出的，此時(shí)Sa > Sb。如果Sa < Sb，即麗的斜率為負(fù)，ctg θ應(yīng)為t θ _ ctg0o ·(So + |Sa-Sb|) + ^ctg2G0 ·(So + |Sa -Sb|)2 + |Sa -Sb| · (|Sa -Sb| + 2So) (β) 0103 ctgG -|Sa-Sb|如果Sa = Sb，即直線麗斜率為零，θ = 0。圖6給出了發(fā)射光的傾斜角度與車輛上表面幾種傾斜面的關(guān)系。如圖6(a)所示，代表車面的直線El斜率為負(fù)，發(fā)射單元Al、Bl為一組，發(fā)射單元 Al發(fā)射的第一光束在發(fā)射單元Bl發(fā)射的第二光束的下方，結(jié)合圖5對(duì)Sa、Sb的說明，則Sa < Sb，θ角用式⑶計(jì)算。如圖6(b)所示，代表車面的直線Ε2斜率為正，發(fā)射單元Α2、Β2為一組，發(fā)射單元 Α2發(fā)射的第一光束在發(fā)射單元Β2發(fā)射的第二光束的下方，即，即發(fā)射單元Α2、Β2向左傾斜 發(fā)射，則Sa < Sb，θ角用式⑶計(jì)算。如圖6(c)所示，代表車面的直線Ε3斜率為負(fù)，發(fā)射單元A3、Β3為一組，發(fā)射單元 A3發(fā)射的第一光束在發(fā)射單元Β3發(fā)射的第二光束的下方，則Sa>Sb，θ角用式(A)計(jì)算。在實(shí)施中，只需用式(A)或式(B)中的一個(gè)(當(dāng)然也可以用兩個(gè))來計(jì)算反射點(diǎn) 的縱坐標(biāo)就可以滿足要求了。
如圖7所示設(shè)發(fā)射器11豎直向下發(fā)射光束d，定義為計(jì)時(shí)基準(zhǔn)光束，將車輛5的 前端6通過光束d的時(shí)刻、作為各組接收器接收信號(hào)的基準(zhǔn)時(shí)刻。車輛行進(jìn)中各個(gè)發(fā)射光束射向車輛表面的靶點(diǎn)(也是反射點(diǎn))是按時(shí)間順序從車 頭移動(dòng)到車尾，忽略光程對(duì)接收時(shí)間的影響，可以認(rèn)為對(duì)于某一組發(fā)射器和對(duì)應(yīng)的接收器 而言，接收反射信號(hào)的時(shí)間順序與發(fā)射光束的時(shí)間順序是一致。但由于各 個(gè)發(fā)射器的發(fā)射 角不同，對(duì)于車輛表面同一橫向位置的靶點(diǎn)的反射信號(hào)被接收器接收的時(shí)刻卻有前有后。 譬如，車輛前端6還未到達(dá)光束d的位置時(shí)，光束b已射向靶點(diǎn)bl，其反射信號(hào)已被接收。如圖8所示如前所述，車輛前端6到達(dá)光束d的位置時(shí)刻是基準(zhǔn)時(shí)刻、，此時(shí)光 束b射向車輛5的靶點(diǎn)是b2 (從俯視方向看，發(fā)射光束與車行方向相反)，將此時(shí)(基準(zhǔn)時(shí) 刻、)接受的有效反射光束a作為參考基準(zhǔn)，那么，靶點(diǎn)b2(反射光束a的反射點(diǎn))到車輛 前端豎直面的水平距離Xb2 = Ha ·ctg θ ^，式中Ha是靶點(diǎn)b2到基準(zhǔn)水平面D的距離。如果 光束b向右偏移了距離Xtl，如圖中虛線所示的光束b’，那么靶點(diǎn)b2’到車輛前端豎直面的 水平距離X表示為X = Ha · ctg θ JXtl,它是相對(duì)車輛前端所在豎直面的橫坐標(biāo)。其它有效反射信號(hào)所對(duì)應(yīng)的車輛上表面反射點(diǎn)相對(duì)于車輛前端豎直面(基準(zhǔn)豎 直面)的水平距離為XnJiJXn = X+V · αη_、)，它是相對(duì)車輛前端豎直面的橫坐標(biāo)，&是對(duì)同一發(fā)射器而言所接收的其它有效反射信號(hào)的時(shí)刻，V是車速。若tn >、，表示接收信號(hào)的時(shí)刻在基準(zhǔn)時(shí)刻之后，所對(duì)應(yīng)的靶點(diǎn)位于靶點(diǎn)b2’右 邊。若tn <、，表示接收信號(hào)的時(shí)刻在基準(zhǔn)時(shí)刻之前，所對(duì)應(yīng)的靶點(diǎn)位于靶點(diǎn)b2’左 邊。如果從俯視方向看，發(fā)射光束與車行方向一致時(shí)，譬如光束bb的情況，則X =-Ha · ctg θ 0+Χ0。如果以通過車輛后端頭的豎直面作為基準(zhǔn)豎直面，從俯視方向看，發(fā)射光束與車行方向一致時(shí)，則X = Ha · ctg θ 0-Χ0，從俯視方向看，發(fā)射光束與車行方向相反時(shí)，則X = -Ha · ctg θ 0-Χ0。順著車行方向的偏移量Xtl取負(fù)值，逆著車行方向的偏移量Xtl取正值?？刂破靼磿r(shí)間間隔對(duì)光接收器進(jìn)行采樣，因此可以得知接收有效反射信號(hào)的時(shí) 亥IJ，從而得到各反射點(diǎn)到車輛前端豎直面的橫坐標(biāo)，依此可以得到車輛上表面的縱向輪廓 圖形。圖9給出了本發(fā)明的信號(hào)處理框圖。發(fā)射器81發(fā)射激光束，光束射到車輛表面產(chǎn) 生反射，接收器82接收反射信號(hào)，并按設(shè)定頻率進(jìn)行采樣，再經(jīng)光_電轉(zhuǎn)換器83轉(zhuǎn)換成電 信號(hào)，該信號(hào)被送到處理電路84進(jìn)行檢波、比較等處理，濾去各種干擾信號(hào)，得到有效反射 信號(hào)，然后送到微處理器85進(jìn)行處理，求得車輛表面反射點(diǎn)的坐標(biāo)、車高、車長等信息，并 據(jù)此得到車輛的輪廓圖形，最后送到交通控制系統(tǒng)86。在實(shí)施時(shí)，光接收器的數(shù)量和分布區(qū)域是有限的，車輛上表面的曲率又是變化的， 因此有些反射信號(hào)可能接收不到，與此對(duì)應(yīng)的車輛上表面的反射點(diǎn)的信息就會(huì)丟失，即該反射光束是失效的，反映在圖形上就是車輛上表面某些被測(cè)點(diǎn)(靶點(diǎn))的缺失，但所獲得車 輛圖形還包括了車輛的高度和長度，因此并不影響對(duì)車型的判斷。發(fā)射器所發(fā)射的兩束平 行光的間距越小，其對(duì)應(yīng)到車輛表面的靶點(diǎn)就越密，一組光接收器中接收單元的數(shù)量越多， 間距越小，檢測(cè)精度越高。
由于各組發(fā)射器發(fā)射光束的角度不同，與各組發(fā)射器所探測(cè)到的車輛輪廓圖形也 不完全相同。圖10給出了某組發(fā)射器對(duì)應(yīng)的車輛縱向輪廓圖，車輛前端位于縱軸線，橫軸線代 表車道地面。發(fā)射器以一定角度發(fā)射光束f，對(duì)于車輛前端附近的靶點(diǎn)f 1到靶點(diǎn)f2之間區(qū) 段的許多靶點(diǎn)以及車頂平面的各靶點(diǎn)f3、f4而言，其反射信號(hào)能被接收到，其余靶點(diǎn)的反 射信號(hào)可能不在接收區(qū)域(反射角過大)而丟失，但車輛前端和后端會(huì)被豎直向下的發(fā)射 光束判斷出來，圖中直線f5代表車輛后端。將圖中各靶點(diǎn)連接起來即可獲得車輛的部分縱 向輪廓，同時(shí)也獲得了車高和車長信息，基本滿足了對(duì)車型識(shí)別的要求。圖11給出了另一組發(fā)射器對(duì)應(yīng)的車輛縱向輪廓圖，發(fā)射光束g向行車方向傾斜， 可獲得車輛后半部分的縱向輪廓圖以及車高和車長信息。圖12是圖8和圖9所示圖形合成后的圖形，基本上獲得了較為完整的車輛縱向輪廓。
權(quán)利要求
獲取移動(dòng)車輛縱向輪廓圖形的方法，其步驟如下1)在車道上方，向行駛車輛的上表面至少發(fā)射一組光束，每組發(fā)射光束包括兩束沿車道縱向排列的平行光束，該平行光束的水平間距為設(shè)定間距So，所述的光束是激光束、紅外光束或紫外光束；2)按組對(duì)應(yīng)接收上述發(fā)射光束發(fā)射到行駛車輛上表面的有效反射光束組，并按設(shè)定頻率對(duì)接收到的有效反射光束信號(hào)進(jìn)行采樣；3)按以下步驟求得有效反射光束組所對(duì)應(yīng)的車輛上表面兩個(gè)反射點(diǎn)M、N相對(duì)于設(shè)定的基準(zhǔn)水平面的距離Hm、Hn，即相對(duì)基準(zhǔn)水平面的縱坐標(biāo)，基準(zhǔn)水平面位于車輛上方；3.1)按下列式(A)或式(B)求得車輛上表面兩個(gè)反射點(diǎn)M、N連線與水平面的夾角θ，θ≤90°，若Sa＞Sb，則 <mrow><mi>ctg&theta;</mi><mo>=</mo><mfrac> <mrow><mi>ctg</mi><msub> <mi>&theta;</mi> <mn>0</mn></msub><mo>&CenterDot;</mo><mrow> <mo>(</mo> <mi>So</mi> <mo>-</mo> <mo>|</mo> <mi>Sa</mi> <mo>-</mo> <mi>Sb</mi> <mo>|</mo> <mo>)</mo></mrow><mo>+</mo><msqrt> <msup><mi>ctg</mi><mn>2</mn> </msup> <msub><mi>&theta;</mi><mn>0</mn> </msub> <mo>&CenterDot;</mo> <msup><mrow> <mo>(</mo> <mi>So</mi> <mo>-</mo> <mo>|</mo> <mi>Sa</mi> <mo>-</mo> <mi>Sb</mi> <mo>|</mo> <mo>)</mo></mrow><mn>2</mn> </msup> <mo>+</mo> <mo>|</mo> <mi>Sa</mi> <mo>-</mo> <mi>Sb</mi> <mo>|</mo> <mo>&CenterDot;</mo> <mrow><mo>(</mo><mo>|</mo><mi>Sa</mi><mo>-</mo><mi>Sb</mi><mo>|</mo><mo>-</mo><mn>2</mn><mi>So</mi><mo>)</mo> </mrow></msqrt> </mrow> <mrow><mo>|</mo><mi>Sa</mi><mo>-</mo><mi>Sb</mi><mo>|</mo> </mrow></mfrac><mo>-</mo><mo>-</mo><mo>-</mo><mrow> <mo>(</mo> <mi>A</mi> <mo>)</mo></mrow> </mrow>若Sa＜Sb，則 <mrow><mi>ctg&theta;</mi><mo>=</mo><mfrac> <mrow><mi>ctg</mi><msub> <mi>&theta;</mi> <mn>0</mn></msub><mo>&CenterDot;</mo><mrow> <mo>(</mo> <mi>So</mi> <mo>+</mo> <mo>|</mo> <mi>Sa</mi> <mo>-</mo> <mi>Sb</mi> <mo>|</mo> <mo>)</mo></mrow><mo>+</mo><msqrt> <msup><mi>ctg</mi><mn>2</mn> </msup> <msub><mi>&theta;</mi><mn>0</mn> </msub> <mo>&CenterDot;</mo> <msup><mrow> <mo>(</mo> <mi>So</mi> <mo>+</mo> <mo>|</mo> <mi>Sa</mi> <mo>-</mo> <mi>Sb</mi> <mo>|</mo> <mo>)</mo></mrow><mn>2</mn> </msup> <mo>+</mo> <mo>|</mo> <mi>Sa</mi> <mo>-</mo> <mi>Sb</mi> <mo>|</mo> <mo>&CenterDot;</mo> <mrow><mo>(</mo><mo>|</mo><mi>Sa</mi><mo>-</mo><mi>Sb</mi><mo>|</mo><mo>+</mo><mn>2</mn><mi>So</mi><mo>)</mo> </mrow></msqrt> </mrow> <mrow><mo>|</mo><mi>Sa</mi><mo>-</mo><mi>Sb</mi><mo>|</mo> </mrow></mfrac><mo>-</mo><mo>-</mo><mo>-</mo><mrow> <mo>(</mo> <mi>B</mi> <mo>)</mo></mrow> </mrow>若Sa＝Sb，則θ＝0式中Sa為第一束發(fā)射光束與基準(zhǔn)水平面的交點(diǎn)和對(duì)應(yīng)的反射光束與基準(zhǔn)水平面的交點(diǎn)間的距離，Sb為第二束發(fā)射光束與基準(zhǔn)水平面的交點(diǎn)和對(duì)應(yīng)的反射光束與基準(zhǔn)水平面的交點(diǎn)間的距離，Sa和Sb由光發(fā)射器和接收器的設(shè)定位置確定，并且，從車道的兩側(cè)看，第一束發(fā)射光束位于第二束發(fā)射光束的下方，θ0為發(fā)射光束與基準(zhǔn)水平面的夾角，θ0≤90°，3.2)根據(jù)下列各式求得車輛上表面兩個(gè)反射點(diǎn)M、N分別與其反射光束在基準(zhǔn)水平面交點(diǎn)間的距離Lm、Ln，Sa＜Sb時(shí)，θs＝90°-(θ0-θ)，Sa＞Sb時(shí)，θs＝90°-(θ0+θ)，θs為反射點(diǎn)M、N處的反射角，sin2θs/Sa＝sin(180°-θ0-2θs)/Lmsin2θs/Sb＝sin(180°-θ0-2θs)/Ln3.3)Hm＝sinθ0×Lm，Hn＝sinθ0×Ln；4)按以上步驟得到其它有效反射光束所對(duì)應(yīng)的車輛上表面兩個(gè)反射點(diǎn)相對(duì)基準(zhǔn)水平面的縱坐標(biāo)；5)根據(jù)接收的有效反射光束的接收時(shí)刻和車速得到與有效反射光束對(duì)應(yīng)的反射點(diǎn)的相對(duì)橫坐標(biāo)，6)根據(jù)得到的有效反射光束所對(duì)應(yīng)的車輛上表面的反射點(diǎn)的相對(duì)縱坐標(biāo)和橫坐標(biāo)，即得到一組發(fā)射光束所對(duì)應(yīng)的車輛上表面的縱向輪廓圖形。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征是在步驟1)中向行駛車輛的上表面發(fā)射多組不同發(fā)射角以及不同調(diào)制信號(hào)的光，將得到的各組發(fā)射光所對(duì)應(yīng)的車輛上表面的縱向輪廓圖 形進(jìn)行合成、處理，得到車輛縱向輪廓圖形。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的方法，其特征是所說的得到與有效反射光束對(duì)應(yīng)的反射 點(diǎn)的相對(duì)橫坐標(biāo)是以通過車輛前端頭或后端頭且垂直于車道縱向的豎直面作為基準(zhǔn)豎直面，按以下步驟 求得上述有效反射信號(hào)所對(duì)應(yīng)的車輛上表面兩個(gè)反射點(diǎn)M、N相對(duì)于基準(zhǔn)豎直面的水平距 離Xn，即相對(duì)基準(zhǔn)豎直面的橫坐標(biāo)，1)測(cè)量車輛的車速V，2)在車道上方豎直向下發(fā)射一束用于計(jì)時(shí)基準(zhǔn)的光束，得到車輛端頭通過該光束的時(shí) 刻、，將該時(shí)刻定義為基準(zhǔn)時(shí)刻、，3)將基準(zhǔn)時(shí)刻、接受的有效反射光束a作為參考基準(zhǔn)，4)作為參考基準(zhǔn)的有效反射光束a所對(duì)應(yīng)的車輛上表面的反射點(diǎn)到基準(zhǔn)豎直面的水 平距離為X，4.1)若以通過車輛前端頭的豎直面作為基準(zhǔn)豎直面，從俯視方向看，發(fā)射光束與車行方向一致時(shí)，則X = -Ha ctg 0 0+X0,從俯視方向看，發(fā)射光束與車行方向相反時(shí)，則X = Ha ctg 0 0+X0,4. 2)若以通過車輛后端頭的豎直面作為基準(zhǔn)豎直面，從俯視方向看，發(fā)射光束與車行方向一致時(shí)，則X = Ha ctg e 0-X0,從俯視方向看，發(fā)射光束與車行方向相反時(shí)，則X = -Ha ctg 0 0_X0，Ha是有效反射光束a所對(duì)應(yīng)的車輛上表面的反射點(diǎn)到基準(zhǔn)水平面的距離，X。是用于計(jì)時(shí)基準(zhǔn)的光束與基準(zhǔn)水平面的交點(diǎn)相對(duì)發(fā)射光束與基準(zhǔn)水平面交點(diǎn)的偏 移量，順著車行方向的偏移量\取負(fù)值，逆著車行方向的偏移量\取正值。
4.根據(jù)權(quán)利要求2所述的方法，其特征是在步驟1)中向行駛車輛的上表面發(fā)射多組不 同發(fā)射角以及不同調(diào)制信號(hào)的光，其中有一組發(fā)射光是豎直向下發(fā)射的。
5.根據(jù)權(quán)利要求3所述的方法，其特征是基準(zhǔn)豎直面的選取是如果在車輛前端頭到 達(dá)用于計(jì)時(shí)基準(zhǔn)的光束時(shí)或到達(dá)用于計(jì)時(shí)基準(zhǔn)的光束前，已接收到有效反射信號(hào)，則以通 過車輛前端頭的豎直面作為基準(zhǔn)豎直面計(jì)算車輛上表面的反射點(diǎn)到基準(zhǔn)豎直面的水平距 離X;如果在車輛前端頭已經(jīng)通過用于計(jì)時(shí)基準(zhǔn)的光束后，才接收到有效反射信號(hào)，則以通 過車輛后端頭的豎直面作為基準(zhǔn)豎直面計(jì)算車輛上表面的反射點(diǎn)到基準(zhǔn)豎直面的水平距罔Xo
6.根據(jù)權(quán)利要求2所述的方法，其特征是所說的不同調(diào)制信號(hào)的光的頻率大于 lOOOHzo
7.實(shí)現(xiàn)權(quán)利要求1所述方法的裝置，包括1)車速測(cè)量裝置，2)在車道上方設(shè)置的多組發(fā)射激光束或紅外光束或紫外光束的發(fā)射器和多組接收反射光的接收器，一組發(fā)射器對(duì)應(yīng)一組接收器，一組發(fā)射器與對(duì)應(yīng)的一組接收器沿車道縱向 排列，`2. 1)其中一組發(fā)射器豎直向下發(fā)射光束，其它組發(fā)射器以不同角度傾斜向下發(fā)射光束，`2. 2)每組發(fā)射器具有兩個(gè)發(fā)射單元，這兩個(gè)發(fā)射單元發(fā)射兩束沿車道縱向排列的平行 光束，`2. 3)每組接收器只接收處理對(duì)應(yīng)組發(fā)射器發(fā)射的光信號(hào)，并且每組接收器具有多個(gè)沿 車道縱向陣列的接收單元，3)將上述接收器所接收的反射光束進(jìn)行光_電轉(zhuǎn)換的信號(hào)轉(zhuǎn)換器，4)對(duì)轉(zhuǎn)換器輸出信號(hào)進(jìn)行處理的微處理器，該微處理器根據(jù)發(fā)射光束的發(fā)射角、發(fā)射 器和接收反射光束的接收器的設(shè)定位置、車速以及接收反射光信號(hào)的時(shí)刻計(jì)算出與接收的 反射光束對(duì)應(yīng)的車輛上表面反射點(diǎn)的坐標(biāo)，并輸出給圖形處理器。
8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的裝置，其特征是所說的每組接收器具有多個(gè)沿車道縱向陣列 的接收單元有兩列或多列，相鄰兩列接收單元沿車道縱向錯(cuò)開。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種獲取移動(dòng)車輛縱向輪廓圖形的方法及其裝置。發(fā)射器在車道上方的設(shè)定高度向行駛車輛的上表面至少發(fā)射一組激光束和一束豎直向下的作為計(jì)時(shí)基準(zhǔn)的激光束，每組發(fā)射光束包括兩束沿車道縱向排列的平行光束，接收器在設(shè)定高度接收來自車輛表面的反射光信號(hào)，處理器根據(jù)兩束發(fā)射光束的發(fā)射角、發(fā)射器和接收反射光的接收器的設(shè)定位置、車速以及接收反射光信號(hào)的時(shí)刻計(jì)算出與接收的反射光束對(duì)應(yīng)的車輛上表面反射點(diǎn)的坐標(biāo)，將這些反射點(diǎn)依次用線連接，即獲得移動(dòng)車輛的縱向輪廓圖形。
文檔編號(hào)G08G1/052GK101859491SQ20091002198
公開日2010年10月13日 申請(qǐng)日期2009年4月10日 優(yōu)先權(quán)日2009年4月10日
發(fā)明者張高軍 申請(qǐng)人:張高軍