[发明专利]一种二维码激光测距车辆定位方法及其设备

摘要

本发明涉及一种扫描二维码获取信息并通过激光测距来为车辆精确定位的方法及其设备。包括有位于平整反光表面上的二维码图形、可安装于车辆上的旋转调节底座、激光测距设备、二维码扫描识别定位设备，其特征是：二维码扫描识别定位设备首先识别并锁定位于路边各种便于观察到的平整反光表面上的二维码；然后激光测距设备的三个激光发射器的先后各发射一段激光束打在二维码所在平面上，激光测距设备的激光接收器结合其他设备测量出三个激光落点与三个激光发射器各自测量基准点之间的距离；在激光发射器发射激光束的同时二维码扫描识别定位设备识别并定位出三个激光落点的坐标，最终采用类似GPS卫星定位的方法计算出各测量基准点的坐标。

主权项

一种二维码激光测距车辆定位方法及其设备，包括有位于平整反光表面上的二维码图形、可安装于车辆上的旋转调节底座、激光测距设备以及二维码扫描识别定位设备，其特征在于：二维码主要位于路灯杆广告牌上的平整反光表面、路牌背面的平整反光表面、路口信号灯杆上的平整反光表面、平整反光墙面等便于观察到的平整反光表面上；激光测距设备应至少由微处理器、计时器、三个激光发射器、一个激光接收器、激光夹角调节器等部分组成，激光夹角调节器可调节三个激光发射器朝向间的夹角，在夹角调节过程中，三个激光发射器基准点相互之间的距离应始终相等，三个激光发射器的激光束发射方向的反向延长线应始终交于一点，此交点与三个激光发射器基准点也应始终保持等距，其中以三个激光发射器基准点为顶点的等边三角形的重心与反向延长线交点之间的连线可称为激光发射器中轴线；二维码扫描识别定位设备应至少由三个二维码扫描定位摄像头、一个二维码搜索摄像头、存储二维码编号信息数据库的硬盘，与激光测距设备共用的微处理器等部分组成，其中每一个二维码扫描定位摄像头都应单独与一个激光发射器固定连接并可在调节激光发射器朝向夹角时随固连的激光发射器一起转动，固定相连的二维码扫描定位摄像头和激光发射器两者的朝向应相互平行，二维码搜索摄像头的朝向应与激光发射器中轴线平行；旋转调节底座应至少包括基座、旋转底座、俯仰块，其中基座固定安装于车辆上，旋转底座铰接于基座上可水平360度旋转，俯仰块铰接于旋转底座上可俯仰旋转，激光测距设备和二维码扫描识别定位设备都固定连接在俯仰块上；二维码上应有三个位置探测图形，二维码所含信息应至少包含此二维码的编号，编号对应的是二维码上三个位置探测图形中心点的精确坐标，二维码编号对应的坐标信息应可在二维码编号信息数据库内查到或者是上网查到；通过扫描二维码获取车辆精确位置信息的步骤如下：①首先可通过车载GPS系统或以前的二维码定位数据加惯导系统获取车辆大概位置，然后再检索二维码编号信息数据库内是否有位于附近的二维码，如有则使二维码搜索摄像头指向二维码所处位置大概方向，并持续从摄像头读取图像信息，在对获取的图像信息处理过后检测图像中是否有二维码，如没有则应不断微调摄像头的朝向和焦距直到找到二维码为止，找到后二维码搜索摄像头应持续跟踪锁定此二维码；②二维码搜索摄像头锁定二维码后，激光夹角调节器应先将三个激光发射器朝向间的夹角调至最小，以保证三激光发射器发射的激光束都能射到二维码所在平面上，再由一个激光发射器结合激光接收器持续用粗尺粗测基准点与二维码所在平面的距离，然后逐步扩大三个激光发射器朝向间的夹角尽量使三个激光束在平面上落点相互远离；③根据三个激光发射器朝向间的夹角以及基准点与二维码所在平面的距离可得出三激光束落点在二维码搜索摄像头所摄图像内的大致位置，通过分析图像可判断出三激光束是否都能射到二维码所在平面上，当判断三激光束都能射到二维码所在平面上且落点间距足够远时，择机令三个激光发射器先后各发射一段激光束打在二维码所在平面上，三次发射的过程应控制在0.1毫秒以内，激光接收器接收三束反射激光，经处理后最终得到三个激光落点与三个激光发射器各自测量基准点之间的距离，此三连测应使用精尺测距；④在某一激光发射器发射激光束进行精测的同时，与之固定连接的二维码扫描定位摄像头应拍摄一张高分辨率照片，此照片应将二维码图像完整摄入并使之尽量多地占据照片画面，照片分辨率不应低于二百万像素，二维码扫描定位摄像头拍摄时的快门速度不应慢于1/2000秒；⑤采用类似GPS卫星定位的方法，其具体的定位算法是：设二维码上三个位置探测图形的中心点分别为A、B、C，其中直线AB垂直于直线AC，以A点为原点，AB为u轴，AC为v轴可建立平面坐标系（u，v）；设定某一激光发射器发射的激光束在二维码所在平面上的落点为D，因激光发射器的朝向与其旁边固连的二维码扫描摄像头的朝向平行，且摄像头镜头中心点与激光束中心线的间距是确定的，当测得测量基准点与激光落点D的距离L_d后可按比例计算求得落点D在二维码扫描摄像头拍摄的高清照片上的像素位置；微处理器使用二维码图像识别软件分析处理高清二维码照片可获得三个二维码位置探测图形的中心点A、B、C在照片上的像素位置，因A、B、C三点在平面坐标系（u，v）中的坐标已知，线段AB、线段AC的长度已知，在照片上经过几何图形作图计算可求得落点D在平面坐标系（u，v）中的坐标，又由于A、B、C三点在世界坐标系(x,y,z)中的坐标可在二维码编号信息数据库中查询获得，通过坐标系变换即可得到D点在世界坐标系(x,y,z)中的坐标D（x_d，y_d，z_d）；设定另两个激光发射器发射激光束在二维码所在平面上的落点为E和F，可测得另两个激光发射器的测量基准点与落点E和F的距离分别为L_e和 L_f，同理可求得落点E和F在世界坐标系中的坐标E（x_e，y_e，z_e）和F（x_f，y_f，z_f）；设三个激光发射器激光束发射方向的反向延长线交点为O（x_o，y_o，z_o），设三个激光发射器的测量基准点与点O的距离都为r，可根据三激光发射器朝向间夹角依预设对应表查得r的长度，那么点O在世界坐标系中的坐标可通过以下方程组求解获得：(x_d ‑ x_o)²+(y_d ‑ y_o)²+(z_d ‑ z_o)²=(L_d+ r)²(x_e ‑ x_o)²+(y_e ‑ y_o)²+(z_e ‑ z_o)²=(L_e+ r)²(x_f ‑ x_o)²+(y_f ‑ y_o)²+(z_f ‑ z_o)²=(L_f+ r)²；有了点O的坐标，在D、E、F点坐标以及L_d、L_e、L_f和r的长度都已知的情况下，可计算求得三激光发射器测量基准点的坐标。