车载单目摄像头与六轴传感器结合测距系统及其测距方法技术领域
本发明属于汽车技术领域，涉及监测，尤其是涉及一种车载单目摄像头与六轴传
感器结合测距系统及其测距方法。
背景技术
目前利用摄像头拍摄当前道路画面并进行行人、车辆等目标的检测与识别，同时
利用此摄像头测量当前车辆与目标车辆之间的距离，单纯利用单目摄像头测距会因为摄像
头成像质量等问题存在较大的误差；还例如利用双目摄像头测量当前车辆与目标车辆之间
的距离，而利用双目摄像头测距又会比摄像头测距增加很多成本，并且数据处理也会较为
复杂。
例如，中国专利文献公开了一种车载摄像头[申请号：201380015847.0]，车载摄像
头由于在从车载摄像头主体的上面突出的突设部设置透镜，所以与将车载摄像头主体整体
配置于托架的下方时相比，能够在距离挡风玻璃最短的位置配置透镜。
上述方案虽然能够通过在用来拍摄监测。但是，仍然存在着在误差较大等技术问
题。
发明内容
本发明的目的是针对上述问题，提供一种设计合理，能够提高单目摄像头测距精
度的车载单目摄像头与六轴传感器结合测距系统。
本发明的另一目的是提供一种车载单目摄像头与六轴传感器结合测距方法。
为达到上述目的，本发明采用了下列技术方案：本车载单目摄像头与六轴传感器
结合测距系统，设置于车体上，其特征在于，本系统包括单目摄像头、六轴传感器和控制电
路，所述的六轴传感器集成安装于车体的仪表盘上且六轴传感器包括能够测量车体的俯仰
角、倾斜角、偏航角的陀螺仪和能够测量车体的x轴方向加速度矢量、y轴方向加速度矢量、z
轴方向加速度矢量的加速度计，所述的加速度计的x轴与车体高度方向中轴线相互平行、y
轴与车体宽度方向中轴线相互平行、z轴与车体长度方向中轴线相互平行，所述的单目摄像
头安装于车体的前部，所述的控制电路分别与单目摄像头和六轴传感器相连，所述的单目
摄像头的像素主点位于单目摄像头的镜头中心轴线上。
在上述的车载单目摄像头与六轴传感器结合测距系统中，所述的单目摄像头至少
能实现相对于车体上下转动以实现上下拍摄角度的修正和/或能实现相对于车体左右转动
以实现左右拍摄角度的修正。
在上述的车载单目摄像头与六轴传感器结合测距系统中，所述的单目摄像头包括
安装座和镜头，所述的安装座上设有左右转动控制机构且所述的左右转动控制机构由第一
伺服电机驱动，所述的左右转动控制机构上设有上下转动控制机构且所述的上下转动控制
机构由第二伺服电机驱动，所述的镜头设置在上下转动控制机构上。
在上述的车载单目摄像头与六轴传感器结合测距系统中，所述的单目摄像头安装
于车体的前挡风玻璃上且为窄角镜头摄像头，所述的安装座与前挡风玻璃之间设有能使单
目摄像头沿着前挡风玻璃横向左右移动的活动连接机构，所述的左右转动控制机构、上下
转动控制机构和活动连接机构均与控制电路相连。
一种车载单目摄像头与六轴传感器结合测距方法，前一时刻加速度计测得车体在
此时刻的x轴方向加速度矢量为v0x、y轴方向加速度矢量为v0y、z轴方向加速度矢量为v0z，陀
螺仪测得车体在此时刻的俯仰角为倾斜角为ω1、偏航角为κ1，且此时刻目标点的像点坐
标为(x1,y1)；后一时刻加速度计测得车体在此时刻的x轴方向加速度矢量为ax、y轴方向加
速度矢量为ay、z轴方向加速度矢量为az，陀螺仪测得车体在此时刻的俯仰角为倾斜角为
ω2、偏航角为κ2，且此时刻目标点的像点坐标为(x2,y2)；前一时刻与后一时刻的时间间隔
为t；前一时刻单目摄像头所在大地坐标为S(X,Y,Z)和后一时刻单目摄像头所在大地坐标
为S'(X',Y',Z')，则由测距算法计算出目标点与单目摄像头之间的间距为(ΔX,ΔY,ΔZ)。
在上述的车载单目摄像头与六轴传感器结合测距方法中，所述的测距算法如下：
前一时刻大地坐标S(X,Y,Z)与后一时刻大地坐标S'(X',Y',Z')之间的距离为(BX,BY,BZ)，
则：大地坐标S(X,Y,Z)与大地坐标S'(X',Y',Z')之间的距离(BX,BY,BZ)的值计算公式如下：
分别计算大地坐标S(X,Y,Z)与大地坐标S'(X',Y',Z')的旋转矩阵R、R'，从而求得
大地坐标S(X,Y,Z)与大地坐标S'(X',Y',Z')的值，计算公式分别如下：
其中，f是单目摄像头的焦距；
投影系数N和N'的计算公式分别如下：
则单目摄像头与车体之间的距离为
与现有的技术相比，本车载单目摄像头与六轴传感器结合测距系统及其测距方法
的优点在于：1、设计合理，能够提高单目摄像头测距精度；2、在提高检测性能的同时，降低
了制造和使用成本；3、实时监测车子的姿态，根据车子的姿态角度实时修正摄像头的拍摄
角度，以避免因视觉盲区造成的目标漏检情况,保障监测正确性，安全可靠。
附图说明
图1是本发明提供的结构框图。
图2是本发明提供的结构示意图。
图中，车体1、单目摄像头2、六轴传感器3、控制电路4、陀螺仪5、加速度计6。
具体实施方式
如图1、2所示，本车载单目摄像头与六轴传感器结合测距系统，设置于车体1上，包
括单目摄像头2、六轴传感器3和控制电路4，六轴传感器3集成安装于车体1的仪表盘上且六
轴传感器3包括能够测量车体1的俯仰角、倾斜角、偏航角的陀螺仪5和能够测量车体1的x轴
方向加速度矢量、y轴方向加速度矢量、z轴方向加速度矢量的加速度计6，加速度计6的x轴
与车体1高度方向中轴线相互平行、y轴与车体1宽度方向中轴线相互平行、z轴与车体1长度
方向中轴线相互平行，单目摄像头2安装于车体1的前部，控制电路4分别与单目摄像头2和
六轴传感器3相连，单目摄像头2的像素主点位于单目摄像头2的镜头中心轴线上。
更具体的说，单目摄像头2至少能实现相对于车体1上下转动以实现上下拍摄角度
的修正和/或能实现相对于车体1左右转动以实现左右拍摄角度的修正。汽车在即将到达坡
顶/坡底的瞬间，如果摄像头固定不动，则其视野范围大部分拍到的是天空/地面部分，坡
顶/底的路面就会成为视觉盲区，此刻检测不到前车图像，存在隐患，但是根据六轴传感器3
进行位置感应后能够实时调整摄像头角度，则可以拍到坡顶/底的路面，检测出存在的障碍
物等目标，以保证安全，即：在上坡时，到达坡顶时摄像头向下倾斜，这样可以避免之前摄像
头不动只能拍摄到天空而造成的目标漏检情况；在转弯时，如果摄像头固定不动，则弯道上
的车或者其他目标检测不到，产生视觉盲区漏检目标而造成危险。
当车体1即将到达坡顶的瞬间，根据设置于车体1前部的六轴传感器1采集到的实
时姿态数据控制单目摄像头2的拍摄角度相对于车体1向下调整以使单目摄像头2及时调整
至能够拍摄坡顶道路的位置；当车体1即将到达坡底的瞬间，根据设置于车体1前部的六轴
传感器1采集到的实时姿态数据控制单目摄像头2的拍摄角度相对于车体1向上调整以使单
目摄像头2及时调整至能够拍摄坡底道路的位置；当车体1行驶于弯道时，根据设置于车体1
前部的六轴传感器1采集到的实时姿态数据控制单目摄像头2的拍摄角度随着弯道的弯曲
方向相对于车体1左右调整以使单目摄像头2及时调整至能够拍摄到弯道的拍摄角度。
当车体1即将到达坡底的瞬间且处于弯道时，根据设置于车体1前部的六轴传感器
3采集到的实时姿态数据控制六轴传感器3相对于车体1向上且随着弯道的弯曲方向左右调
整以使单目摄像头2及时调整至能够拍摄弯道坡底道路的位置；当车体1即将到达坡底的瞬
间且处于弯道时，根据设置于车体1前部的六轴传感器1采集到的实时姿态数据控制单目摄
像头2相对于车体1向上且随着弯道的弯曲方向左右调整以使单目摄像头2及时调整至能够
拍摄弯道坡底道路的位置。
单目摄像头2包括安装座和镜头，安装座上设有左右转动控制机构且左右转动控
制机构由第一伺服电机驱动，左右转动控制机构上设有上下转动控制机构且上下转动控制
机构由第二伺服电机驱动，镜头设置在上下转动控制机构上。
单目摄像头2安装于车体1的前挡风玻璃上且为窄角镜头摄像头，安装座与前挡风
玻璃之间设有能使单目摄像头2沿着前挡风玻璃横向左右移动的活动连接机构，左右转动
控制机构、上下转动控制机构和活动连接机构均与控制电路4相连。
前一时刻加速度计6测得车体1在此时刻的x轴方向加速度矢量为v0x、y轴方向加速
度矢量为v0y、z轴方向加速度矢量为v0z，陀螺仪5测得车体1在此时刻的俯仰角为倾斜角
为ω1、偏航角为κ1，且此时刻目标点的像点坐标为(x1,y1)；后一时刻加速度计6测得车体1
在此时刻的x轴方向加速度矢量为ax、y轴方向加速度矢量为ay、z轴方向加速度矢量为az，陀
螺仪5测得车体1在此时刻的俯仰角为倾斜角为ω2、偏航角为κ2，且此时刻目标点的像点
坐标为(x2,y2)；前一时刻与后一时刻的时间间隔为t；前一时刻单目摄像头2所在大地坐标
为S(X,Y,Z)和后一时刻单目摄像头2所在大地坐标为S'(X',Y',Z')，则由测距算法计算出
目标点与单目摄像头2之间的间距为(ΔX,ΔY,ΔZ)。
测距算法如下：前一时刻大地坐标S(X,Y,Z)与后一时刻大地坐标S'(X',Y',Z')之
间的距离为(BX,BY,BZ)，则：大地坐标S(X,Y,Z)与大地坐标S'(X',Y',Z')之间的距离(BX,BY,
BZ)的值计算公式如下：
分别计算大地坐标S(X,Y,Z)与大地坐标S'(X',Y',Z')的旋转矩阵R、R'，从而求得
大地坐标S(X,Y,Z)与大地坐标S'(X',Y',Z')的值，计算公式分别如下：
其中，f是单目摄像头2的焦距；
投影系数N和N'的计算公式分别如下：
则单目摄像头2与车体1之间的距离为
本文中所描述的具体实施例仅仅是对本发明精神作举例说明。本发明所属技术领
域的技术人员可以对所描述的具体实施例做各种各样的修改或补充或采用类似的方式替
代，但并不会偏离本发明的精神或者超越所附权利要求书所定义的范围。
尽管本文较多地使用了车体1、单目摄像头2、六轴传感器3、控制电路4、陀螺仪5、
加速度计6等术语，但并不排除使用其它术语的可能性。使用这些术语仅仅是为了更方便地
描述和解释本发明的本质；把它们解释成任何一种附加的限制都是与本发明精神相违背
的。