[发明专利]一种基于机器视觉的车轮抱死制动判定系统及判定方法

权利要求书

1.一种基于机器视觉的车轮抱死制动判定系统，其特征在于：包括装在车辆底部用于测量车轮轴线与地面之间距离的轮心高传感器（5）、用于对轮胎拍摄的车轮径向摄像机（4）、用于对地拍摄的地法向摄像机（6）以及控制执行机构（1）和信息处理的控制器（7），控制器（7）包括信号输入端、信号输出端、时钟信号源和运算器，所述信号输入端分别与车轮径向摄像机（4）、地法向摄像机（6）和轮心高传感器连接，控制器（7）信号输出端与执行机构（1）连接，执行机构（1）与刹车机构（2）连接，还包括用于供电的电源（8）；

基于机器视觉的车轮抱死制动判定系统的判定方法，包括以下步骤，

S100～车轮径向摄像机（4）和地法向摄像机（6）按照时钟信号发生器给定的周期对地面和轮胎进行连续的拍摄，并实时监测轮心距离地面的高度；

S200～车轮径向摄像机（4）沿车轮轮胎的直径方向垂直于轮胎表面拍摄，测量计算轮胎表面的切向速度 v₁；地法向摄像机（6）垂直于地面拍摄，测量计算测量车辆相对于地面的移动速度 v₂；

S201.求标度向量，标度向量是衡量图片在某方向上的尺寸的向量，它的维度的数量等于该方向上图像的像素数，第 i 维度的值等于i，向量 A₁是衡量轮胎图像纵向尺寸的标度向量；

S202. 对图像进行灰度统计，图像拍摄后，得到的数据是一组灰度值，对于宽×高=m×n 的图像，其灰度可表示为三个m×n的矩阵，每个矩阵表示三原色中的一种，使用黑白的工业摄像机，其灰度值矩阵只有一个，即H_m×n，其中，元素h_ij表示第i行第j列的像素的灰度值，该值满足0≤h_ij≤1，0表示白色，1表示黑色；

对图像沿标度向量 A₁ 进行灰度统计即为：求灰度矩阵中各行元素的和，得到一个列向量，归一化后，得到灰度统计向量N₁ ；

（b）

（c）

S203. 求图像的位置值，它可以通过以下公式求得：

（d）

由式（c）可知：，故有：

（e）

图像的位置值式表征图片中图像在拍摄时的相对位置的值，此刻的位置值与前一时刻的位置值之差，即为图像中物体移动的像素数，对于前一时刻，应有：

（f）

式中，上角标“~”表示在前一个时钟信号下拍摄得到的图像中对应的量；

在式（e）中，可以看作是一组权值，该权值作用于 A₁后，得到一个该图像在标度向量上分布的“均值”，即“平均位置”；

图像中带有某一特征的区域只会发生位置的移动，它们的内容在附近几个时钟信号内不会发生太大的变化，因此，图像中物体在前后拍摄时刻之间移动的量，可以用上述的“平均位置”在前后拍摄时刻的差值来表示，即：

（g）

S204.求速度，将图像在此刻的位置值传入步进比较单元，步进比较单元中存储着前一时刻拍照得到的位置值，接收到时钟信号发生器发出的周期信号后，步进比较单元进行如下运算，求出纵向速度；

（h）

式中，K 为摄像机拍摄图片时的比例尺，其定义为在某一拍摄距离下，图像中任意方形区域中物体的实际面积与该区域图像中像素的数量的比值的算术平方根；δ为拍摄的周期；

S205. 以同样的方法，可以获得地法向摄像机拍摄得到的车相对于地面的速度，

（i）；

S300～计算滑移率： （a）

其中h为轮心距地面高度，由轮心高传感器测得，R为车轮半径；

S400～控制器（7）根据式（ a） 求出的滑移率判断是否有发生抱死的危险，然后产生相应的控制信号给执行机构，执行机构控制刹车，避免发生抱死，在制动过程中，当滑移率大于0.2时，制动器松闸；当滑移率低于0.15时，制动器合闸，由此控制车轮的滑移率，进而避免抱死。