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专利号: 2019101078434
申请人: 绥化学院
专利类型:发明专利
专利状态:已下证
更新日期:2024-11-11
缴费截止日期: 暂无
联系人

摘要:

权利要求书:

1.一种无人模型车的自动跟随控制方法,其特征在于,所述方法包括如下步骤:S101、以预设时间周期获取摄像装置拍摄的图像;

S102、根据所述摄像装置拍摄的图像,选定初始跟随目标;

S103、对所述摄像装置拍摄的图像进行分块处理;

S104、从所述图像分块后的每个图像区域中,选定中心像素作为所述图像区域的像素中心,并将所述图像区域的其他像素作为相邻像素;所述相邻像素到所述像素中心的距离相等;

S105、将所述每个图像区域的相邻像素进行数据标准化处理,获取所述图像区域的特征信息;

S106、将所述每个图像区域的特征信息归入到合成组中,获取所述图像的特征图像;

S107、将所述图像的特征图像与上一帧图像中的特征图像进行对比,判断所述初始跟随目标是否为跟随目标;

S108、如果是,则将所述初始跟随目标确定为跟随目标;

S109、根据所述图像获取所述跟随目标与所述摄像装置中心的相对位置,对所述摄像装置进行调整。

2.如权利要求1所述的方法,其特征在于,

所述预设时间周期为60ms,所述摄像装置以60ms一帧的预设时间周期拍摄图像。

3.如权利要求1所述的方法,其特征在于,

所述步骤S102之前,所述方法还包括:对所述摄像装置拍摄的所述图像进行处理;具体步骤包括如下步骤:获取所述图像中每个像素的光量值;

获取所述每个像素的光量值与向所述跟随目标照射时所获取的标准光量值的比值;

将所述比值与所述预设阈值进行比对;若所述比值大于所述预设阈值时,则判定所述像素为反常像素;若所述比值小于所述预设阈值时,则判定所述像素为正常像素;

根据所述反常像素相邻的正常像素的光量值,计算获取所述反常像素的标准光量值,将所述反常像素的光量值替换为所述标准光量值。

4.如权利要求1所述的方法,其特征在于,

所述步骤S109之前,所述方法还包括:测量所述摄像装置与所述跟随目标之间的距离;

具体包括如下步骤:

向所述跟随目标发射激光信号,并接收反射回的激光信号;

获取发射激光信号与接收到反射回的激光信号的时间间隔;

计算接收到反射回的激光信号的变化时间的样本值;

根据所述变化时间的样本值来对所述时间间隔进行校正;

根据校正后的时间间隔,获取所述跟随目标与无人模型车之间的距离;

根据所述距离,与设定距离阈值进行比对;若所述距离小于或等于所述设定阈值时,则控制无人模型车停止运动;若所述距离大于所述设定阈值时,则控制无人模型车进行运动;

其中,计算接收到反射回的激光信号的变化时间的样本值的步骤还包括:调整所接收到的激光信号的频谱宽度、波长以及信号能量中的一个参数,使得所述变化时间的样本值为最小。

5.如权利要求1所述的方法,其特征在于,按照以下公式对所述摄像装置拍摄的图像进行分块处理:其中Qi是所述摄像装置拍摄的第i帧图像的图像矩阵,Qimn为所述第i帧图像的图像矩阵中第m行第n列的像素点,Aipk为将所述第i帧图像的图像矩阵进行分块处理得到的分块矩阵中第p行第k列的块矩阵;

相应地,分块后的每个块矩阵中包含的特征信息的像素按照以下公式确定:ti11∈Ai11;ti12∈Ai12;…ti1k∈Ai1k;…tipk∈Aipk;

其中ti为第i帧图像的图像矩阵进行分块处理得到分块矩阵后对应的块矩阵里包含特征信息的像素,tipk为块矩阵里第p行第k列的特征信息的像素点;在ti的基础上按照下述公式构成所述第i帧图像的特征矩阵:其中Ti为第i帧图像的特征矩阵,令其与上一帧的特征矩阵利用如下方程进行对比,从而得出摄像装置的调整角度以及距离:为了使摄像头更加准确的跟随目标,提取所述特征矩阵与上一帧的特征矩阵中的相同元素对应的坐标,再进行如下计算:其中,θ为摄像装置应调整的角度,(mj,i,nj,i)为第i帧图像的特征矩阵中第j个相同元素对应的坐标,(aj,i-1,bj,i-1)为第i-1帧图像的特征矩阵中第j个相同元素对应的坐标,u为特征矩阵中的相同元素的总个数,L为摄像装置应调整的距离。

6.一种无人模型车的自动跟随控制系统,其特征在于,包括摄像装置、处理模块、跟随目标识别模块和调整模块;

所述摄像装置,用于根据预设时间周期进行拍摄,并将所获取的图像向所述处理模块传输;

所述处理模块,用于对所述图像处理,获取初始跟随目标;

所述跟随目标识别模块,包括分块单元、特征提取单元、特征图像合成单元和特征比对单元;所述分块单元,用于对所述摄像装置拍摄的图像进行分块处理;所述特征提取单元,用于获取所述图像分块后的每个图像区域中的相邻像素,并对相邻像素进行标准化处理,获取所述图像区域中的特征信息;所述特征图像合成单元,用于将所述每个图像区域的特征信息归入到合成组中,获取所述图像的特征图像;所述特征比对单元,用于将所述图像的特征图像与上一帧图像中的特征图像进行对比,判断所述初始跟随目标是否为跟随目标;

所述调整模块,用于根据所述图像获取所述跟随目标与所述摄像装置中心的相对位置,对所述摄像装置的角度进行调整。

7.如权利要求6所述的系统,其特征在于,所述分块单元按照以下公式对所述摄像装置拍摄的图像进行分块处理:按照以下公式对所述拍摄的图像进行分块处理:

其中Qi是所述摄像装置拍摄的第i帧图像的图像矩阵,Qimn为所述第i帧图像的图像矩阵中第m行第n列的像素点,Aipk为将所述第i帧图像的图像矩阵进行分块处理得到的分块矩阵中第p行第k列的块矩阵;

相应地,分块后的每个块矩阵中包含的特征信息的像素按照以下公式确定:ti11∈Ai11;ti12∈Ai12;…ti1k∈Ai1k;…tipk∈Aipk;

其中ti为第i帧图像的图像矩阵进行分块处理得到分块矩阵后对应的块矩阵里包含特征信息的像素,tipk为块矩阵里第p行第k列的特征信息的像素点;在ti的基础上按照下述公式构成所述第i帧图像的特征矩阵:其中Ti为第i帧图像的特征矩阵,令其与上一帧的特征矩阵利用如下方程进行对比,从而得出摄像装置的调整角度以及距离:为了使摄像头更加准确的跟随目标,提取所述特征矩阵与上一帧的特征矩阵中的相同元素对应的坐标,再进行如下计算:其中,θ为摄像装置应调整的角度,(mj,i,nj,i)为第i帧图像的特征矩阵中第j个相同元素对应的坐标,(aj,i-1,bj,i-1)为第i-1帧图像的特征矩阵中第j个相同元素对应的坐标,u为特征矩阵中的相同元素的总个数,L为摄像装置应调整的距离。

8.如权利要求6所述的系统,其特征在于,

所述摄像装置,包括计时单元、摄像头和微型控制器;所述微型控制器与所述计时单元、摄像头电性连接;所述计时单元,用于根据所述预设时间周期进行计时,向所述微型控制器传输计时结束信号;微型控制器,用于接收到所述计时结束信号时,控制所述摄像头进行拍摄;

所述预设时间周期,工作人员可根据实际需求人为设定;所述预设时间周期,默认设置为60ms。

9.如权利要求8所述的系统,其特征在于,

所述系统,还包括无人模型车;

所述无人模型车,包括驱动装置、太阳能供电装置、蓄电池和控制单元;所述控制单元均与所述驱动装置、太阳能电池板、蓄电池电性连接;所述控制单元,用于控制所述太阳能供电装置接收太阳光能转换为电能存储到所述蓄电池中;所述控制单元,还用于控制所述蓄电池将电能向所述驱动装置传输,驱动所述无人模型车运动;

所述太阳能供电装置:包括方向角度调节装置(31)和太阳能电池板(32);所述方向角度调节装置(31),包括基座(311),所述基座上方设置有第一衔接装置(312),所述第一衔接装置(312)的上端设置有与所述基座(311)垂直的第一支撑架(313),所述第一支撑架(313)的右侧设置有第二支撑架(314),连动装置(315)的两端分别与所述第一支撑架(313)与第二支撑架(314)的下侧衔接,所述连动装置(315)连接圆弧形的调节装置(316),所述调节装置(316)的下端固定设置于所述基座(311)上,所述调节装置(316)的上端固定设置于所述第一支撑架(313)上,所述调节装置(316)上设置有滑槽(3161),所述滑槽(3161)内接有双头螺栓(317),所述双头螺栓(317)的一端与所述连动装置(315)衔接,所述双头螺栓(317)的另一端通过调节装置(316)与第一控制装置(318)连接;所述第一支撑架(313)的上端和第二支撑架(314)的上端均与第二衔接装置连接,所述第二衔接装置上设置有固定的平板(319),所述平板(319)的两端设置有凹陷部分,所述平板(319)的凹陷部分设置有弧形的调节器(3110),所述调节器(3110)上设置有螺柱(3111),所述螺柱(3111)的上端设置于电池安装装置(3112)上,所述螺柱(3111)的下端通过所述调节器(3110)与第二控制装置(3113)连接,所述螺柱(3111)上设有弹簧(3114),所述弹簧(3114)的一端与所述电池安装装置(3112)连接,另一端与所述调节器(3110)连接;所述太阳能电池板(32)设置于所述电池安装装置(3112)上。

10.如权利要求8所述的系统,其特征在于,

所述系统,还包括激光扫描装置;

所述激光扫描装置,包括激光发射子单元、激光接收子单元和处理子单元;

所述激光发射子单元,用于向所述跟随目标发射激光信号;

所述激光接收子单元,用于接收所述跟随目标反射回的激光信号;

所述处理子单元,用于对所述激光接收子单元接收的激光信号、所述激光发射子单元发射激光与所述激光接收子单元接收反射回的激光信号之间的时间间隔进行处理,获取所述跟随目标与所述无人模型车之间的距离。