一种点绘式独立模块动态轨迹线倒车辅助系统及其方法

摘要

本发明公开了一种点绘式独立模块动态轨迹线倒车辅助系统及其方法，其中该系统包括后视摄像头、数据处理单元、控制单元、操作系统单元、显示屏、角度信息获取单元和定时触发单元；所述角度信息获取单元用于获取方向盘转动的角度信息，所述定时触发单元用于提供定时触发信号给数据处理单元；所述数据处理单元用于结合方向盘角度信息将实车地面倒车坐标点映射为显示屏上的倒车轨迹坐标点，所述操作系统单元用于连接多组屏幕轨迹坐标点，形成实时动态的倒车轨迹线。本发明较传统读取预存轨迹图像的方法，能够为驾驶员提供更加真实可靠地倒车辅助信息；同时，采用独立的数据处理单元，解放了控制单元，提高了控制性能和运行速度。

说明书

技术领域

本发明涉及倒车辅助产品领域，具体地涉及一种点绘式独立模块动态轨迹线倒车辅助系统及其方法。 

背景技术

在现今的社会中，公民汽车保有量越来越多，由倒车引发的安全事故问题也在呈现递增趋势，倒车安全问题也越来越受到社会的关注。倒车辅助系统，可以直观的将车后方的情况以视觉图像效果反馈给驾驶员，同时又能实时动态的显示倒车轨迹线，以辅助驾驶员安全倒车。但在现有的倒车辅助系统技术中通常都具有以下缺陷： 

一、普遍采用的为静态式轨迹，预先在系统的FLASH 存储器中，以静态图片形式存入倒车轨迹线图片，通过调取倒车轨迹图片，并且叠加到倒车视频上，实现倒车轨迹显示的功能。这种方法成本都比较低，但是此静态预存图片的方案给驾驶者带来一个非真实的动态倒车轨迹线，其无法根据实际倒车情况提示驾驶员正确预判倒车轨迹，不能可靠地提醒驾驶员及时调整纠正量，容易导致事故的发生。如申请号为“201010577842.5”、发明名称为“一种动态轨迹线倒车影像辅助系统及其方法”的专利以及申请号为“201010598513.9”、发明名称为“摄像头集成智能轨迹倒车系统”的专利等均采用上述方式。

二、采用高速度的CPU进行运算，形成一个倒车轨迹线画面，CPU接收到汽车方向盘的转动信息，输出随方向盘转动而摆动的动态倒车轨迹线画面，这个动态的倒车轨迹线画面显示在倒车显示屏上，和倒车摄像头的图像叠加，给车主车后方真实的倒车信息。此方案对CPU要求太高，不仅需要控制各个模块的运行，还得根据倒车轨迹模型和方向盘的转角信息，计算实时动态的倒车轨迹线，这样会极大的影响CPU的控制性能和运行速度，同时成本也太高，电路复杂，导致售价昂贵，难以满足市场对经济实惠的要求。 

发明内容

本发明的目的在于提供一种点绘式独立模块动态轨迹线倒车辅助系统及其方法，该方法通过一个与控制器相分离的独立的数据处理模块计算倒车轨迹线，以解放控制单元，提高控制器的工作效率；同时本发明的方法还根据获取的方向盘转角信息实时计算倒车轨迹线，解决现有技术倒车辅助系统无法根据实际倒车情况提醒驾驶员调整纠正量的问题。 

为达到上述目的，本发明提供一种点绘式独立模块动态轨迹线倒车辅助系统，该系统包括后视摄像头、角度信息获取单元、定时触发单元，数据处理单元、控制单元、操作系统单元以及显示屏； 

所述控制单元分别与角度信息获取单元、定时触发单元、操作系统单元以及数据处理单元连接，用于控制转发各单元之间的通信信息；

所述角度信息获取单元用于获取方向盘转动的角度信息，并将所获取的角度信息经由控制单元发送给数据处理单元；

所述定时触发单元用于产生定时触发信号并通过控制器转发所述定时触发信号给数据处理单元；

所述数据处理单元用于控制器接收到定时触发信号后，结合接收到的方向盘角度信息将实车地面倒车坐标点映射为所述显示屏上的倒车轨迹坐标点，并将其回传给控制单元；

所述操作系统单元用于从控制单元获取显示屏上的倒车轨迹坐标点，并将多组所述显示屏上的倒车轨迹坐标点按顺序连接起来，形成实时动态的倒车轨迹线。

优选地，所述数据处理器为专用数据处理器。 

优选地，所述定时触发单元包括距离传感器和定时触发器，所述距离传感器用于探测实车运动的距离，所述定时触发器用于当实车运动距离满足一定值时产生定时触发信号。 

优选地，所述角度信息获取单元通过CAN总线或LIN总线连接于控制单元。 

优选地，所述数据处理单元通过I²C、SPI或UART方式连接于控制单元。 

为实现上述目的，本发明还提供一种点绘式独立模块动态轨迹线倒车辅助方法，该方法包括如下步骤： 

A、角度信息获取单元获取方向盘转角信息，并通过控制单元发送给数据处理单元；

B、定时触发单元每隔一定周期向控制单元发送定时触发信号；

C、控制单元检测是否收到定时触发信号，若收到则将所述定时触发信号转发给数据处理单元，否则重复检测；

D、数据处理单元接收到所述定时触发信号后，根据地面坐标模型计算实车运动的地面坐标点；

E、数据处理单元根据读入的方向盘转角信息，将所述实车地面坐标点映射为显示屏的屏幕坐标系中的坐标点；

F、数据处理单元将该屏幕坐标系中的坐标点通过控制器发送给所述操作系统单元；

G、所述操作系统单元将多组所述屏幕坐标系中的坐标点按顺序连接起来，形成实时动态的倒车轨迹线；

H、重复执行步骤C至G。

优选地，所述定时触发单元每隔一定周期向控制单元发送定时触发信号具体为：当车体运动距离满足一定值S时，定时触发单元向控制单元发送定时触发信号。 

优选地，所述数据处理单元根据地面坐标模型计算实车倒车地面坐标点的具体方法为： 

A、标定车身参数及后视摄像头的参数；

B、建立地面坐标模型，以车正后方为坐标系y方向，以向右为坐标系x方向；

C、根据车身参数及方向盘的转角参数建立实车倒车轨迹方程；

D、将倒车启动前摄像头所能看到的离车尾最近的与x方向平行的线作为倒车起始线，并记录该起始线在y方向的坐标值Y0；

E、实车前进/后退一定的距离nS，将Y0+nS/Y0-nS作为实车倒车地面坐标y方向的值

Yi，其中n为自然数，代表定时触发的次数；

F、将Yi代入到所述倒车轨迹方程中，即可算出此时实车倒车地面坐标点。

本发明具有如下优点和有益效果： 

1、  本方案与现有传统行业倒车轨迹技术相比，是根据方向盘转角实时动态的倒车轨迹

线，而不是依赖在flash中预存倒车图片来模拟非真实的实时倒车轨迹。

2、  本方案采用独立的数据处理芯片，解放MCU主控单元，提高了其控制性能和运行速度，同时专业数据处理芯片，数据处理速度和精确度也更高。 

3、  本方案与现有传统行业倒车轨迹技术相比，设计方式更简单可行，功能安全可靠，对产品的针对性更强。 

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对实施例描述中所需要的附图做简单的介绍，显而易见地，下面描述的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。 

图1是本发明点绘式独立模块动态轨迹线倒车辅助系统结构示意框图。 

图2是本发明实施例中方向盘右转倒车轨迹示意图。 

图3是本发明实施例中方向盘左转倒车轨迹示意图。 

图4是本发明点绘式独立模块动态轨迹线倒车辅助方法流程图。 

具体实施方式

    下面结合说明书附图对本发明实施例的具体实施方式作详细说明。 

本发明提供了一种点绘式独立模块动态轨迹线倒车辅助系统，其组成结构如图1所示，其中的后视摄像头选用系列针对大众朗逸车型的CAM2363倒车专用摄像头，并安装于车身尾部的车牌灯正下方，并通过CAN 接口连接到车身车载总线系统，从而可在系统中设置显示器来显示后视摄像头摄取的图像，这样驾驶员在倒车时可以根据自己的需要实时地监控车辆后面的情况，保证倒车安全。数据处理单元选用TI的DSP型号为TMS320VC5402，目的在于选用专用的数据处理器，所述独立模块即强调了DSP算法芯片的独立性，将数据处理和模块控制分离开来，提高MCU工作效率，同时专业数据处理芯片，数据处理速度和精确度也更高。所述控制单元采用MCU作为主芯片，选用型号为STM8S105，主要控制其他各个模块如蓝牙、行车记录仪、导航等。操作系统单元采用ARM9处理芯片，主要集成wince操作系统界面，同时其将从控制单元获取的屏幕上倒车轨迹坐标点通过绘图工具，按照顺序连接起来，形成实时动态的倒车轨迹线。显示屏共用原车本身自带显示器如GPS、DVD等即可。 

本发明还提供了一种点绘式独立模块动态轨迹线倒车辅助方法，下面具体分析该方法的实现过程。 

一、实车倒车地面坐标点计算方法 

在实际倒车过程中，方向盘有可能右转或左转以调整倒车方向，图2和图3分别为方向盘右转、左转倒车轨迹示意图，选取摄像头垂直交于地面的点作为地面坐标系的原点，如图2和图3中点O所示，以向车正后方为坐标系y方向，以向右为坐标系x方向，倒车轨迹是以前后轮轴向线的焦点p为圆心的圆。 

图中 为前轮同水平方向的夹角，根据夹角以及车体自带的转角系数即可算出方向盘的转角，当接近0°时行进轨迹近似直线，接近90°时半径呈缩小趋势，前后轮轴距为L，后轮轴长为w，后轮距离车尾的距离为D，摄像头安装位置偏离车尾中间向右侧的距离为d，则后轮轴心在地面的轨迹为以p点为圆心半径为Lcot()的圆。有以下结论： 

1、当方向盘右转时后轴中心轨迹方程为：

                                                      (其中)

P点坐标为     ；

后内轮的轨迹方程为：   

后外轮的轨迹方程为：   

2、当方向盘左转时后轴中心轨迹方程为：

          

P点坐标为  (    )；

后内轮的轨迹方程为：   

后外轮的轨迹方程为：   

以实车启动前摄像头所能看到的离车尾最近的与x方向平行的线作为盲区临界线，记录该临界线在y方向的坐标值作为y轴起始值Y0，并以该临界线为倒车起始点，当车辆启动倒车时，车后轮以及后轴中心在y方向的值不断增加或减少，y值每增加或减少0.01米时，即将Y0+n*0.01/Y0-n*0.01（其中n为自然数，代表定时触发的次数）作为实车倒车在y方向的坐标值，代入到上述轨迹方程中，即可求得此时相应的后内轮、后外轮及后轴中心的x方向值，也即车辆每前进或倒退0.01米时计算后内轮、后外轮及后轴中心的坐标点(xi,yi)，结合方向盘的转角信息将地面坐标点(xi,yi)映射成屏幕坐标点(XSi,YSi)，上述计算地面坐标点或屏幕坐标点的过程一直持续到倒车结束为止。值得注意的是，在实际实现过程中，上述轨迹方程的算法以及其中的参数L、w、D、d都可事先测出后存入数据处理单元运算芯片中，后续只需读入方向盘的转角信息以及y方向的坐标值即可算出地面坐标点。

     二、地面坐标点映射至屏幕坐标点的方法 

      地面坐标系与屏幕坐标系的投影变换关系为：

        

     式中，   代表屏幕坐标，   为感光器件坐标，   为地面坐标，   是摄像头仿射系数，   是指屏幕上的图像中心偏移量，   是摄像头畸变参数，为畸变次数；   是摄像头坐标系相对地面坐标系的旋转矩阵和平移矩阵，   是缩放系数。

数据处理芯片DSP将得到的屏幕坐标点以I²C/SPI/UART通信的方式传输给控制主芯片MCU，控制主芯片MCU通过SPI通信将其传递给ARM，HMI接受到坐标值后，以QT绘图方式将各个TIM=0.01m距离间隔点的坐标点实时连接起来，就绘制出了一条实时动态的倒车轨迹线。 

本发明的方法根据方向盘转角实时动态的计算倒车轨迹线，相较于传统方案中依赖flash预存倒车图片来模拟非真实的实时倒车轨迹的方案，本申请的方案更加实用，能够给驾驶员提供更加准确的倒车辅助信息；且本申请采用独立的数据处理芯片，解放MCU主控单元，提高了MCU的控制性能和运行速度，同时使用专业数据处理芯片，数据处理速度和精确度也更高。 

以上所述实施例仅表达了本发明的优选的实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对本发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。因此，本发明专利的保护范围应以所附权利要求为准。