一种相控阵扫描与视频图像处理融合定位装置的制作方法

本实用新型涉及一种相控阵扫描与视频图像处理融合定位装置，属于移动定位技术领域。

背景技术：

目前公知的主要定位技术器材可以分为射频/微波雷达以及视频摄像头。射频/微波雷达只能够探知障碍物的距离，而视频摄像头只能够分辨定位信标的身份。

技术实现要素：

本实用新型所要解决的技术问题是提供一种能够集成，具有体积小，精度高，探测范围广的相控阵扫描与视频图像处理融合定位装置。

本实用新型解决上述技术问题所采用的技术方案是：一种相控阵扫描与视频图像处理融合定位装置，包括天线馈线、数据与控制线和依次连接的相控阵与摄像头面板、连接部件、系统主板；

所述连接部件为空心圆柱体，所述天线馈线、数据与控制线安装在连接部件内；

所述相控阵与摄像头面板上设置有天线单元和摄像头，所述相控阵与摄像头面板左表面安装天线单元和摄像头，右表面的正中连接连接部件；

所述系统主板包括相控阵移相器模块、FPGA模块、MCU模块、RAM/ROM模块、天线单元馈电接口、摄像头数据接口、USB接口，所述相控阵移相器模块通过射频总线与天线单元馈电接口连接，所述FPGA模块通过数据总线与摄像头数据接口连接，所述相控阵移相器模块分别与FPGA模块、MCU模块连接，所述RAM/ROM 模块也分别与FPGA模块、MCU模块连接，所述FPGA模块、MCU模块之间相互连接，所述MCU模块与USB接口连接；

所述天线馈线一端连接天线单元，另一端连接天线单元馈电接口，所述数据与控制线一端连接摄像头，另一端连接摄像头数据接口。

进一步的是，所述天线单元的个数为16个，形成4×4的天线阵列均布在相控阵与摄像头面板左表面，摄像头位于相控阵与摄像头面板左表面正中。

一种相控阵扫描与视频图像处理融合定位方法，该方法包括以下步骤：

S10、将注册过的特征点(即信标)存储到RAM/ROM模块(9)内；

S20、通过摄像头(5)采集当前场景的图像信息；

S30、再通过FPGA模块(7)对图像信息进行特征点匹配，定位到注册过的特征点(即信标)；

S40、利用相控阵对当前场景进行快速扫描，扫描数据经过FPGA模块(7) 处理生产当前场景的深度图；

S50、将当前场景的图像信息和当前场景的深度图同时载入FPGA模块(7) 内进行比对，得出图像信息中特征点在深度图中对应的位置；

S60、最后根据深度图所包含的信息测算出摄像头(5)和相控阵相对于注册过的特征点(即信标)的位置。

本实用新型的有益效果：本实用新型为高集成度的定位探测器材，能够在探测识别信标的同时，计算出探测器与信标的相对位置，极大提高系统的定位精度，同时也减小了定位系统在全局层面上的复杂度。

附图说明

图1为本实用新型的结构示意图；

图2为本实用新型的系统主板的结构示意图；

图3为本实用新型的相控阵图；

图4为本实用新型的流程示意图。

图中所示：1-相控阵与摄像头面板，2-连接部件，3-系统主板，4-天线单元，5-摄像头，6-相控阵移相器模块，7-FPGA模块、8-MCU模块、9-RAM/ROM模块、10-天线单元馈电接口、11-摄像头数据接口、12-USB接口。

具体实施方式

下面结合实施例对本实用新型的具体实施方式做进一步的描述，并不因此将本实用新型限制在所述的实施例范围之中。

如图1、2所示，本实用新型的一种相控阵扫描与视频图像处理融合定位装置，包括天线馈线、数据与控制线和依次连接的相控阵与摄像头面板1、连接部件2、系统主板3；所述连接部件2为空心圆柱体，所述天线馈线、数据与控制线安装在连接部件2内；

所述相控阵与摄像头面板1上设置有天线单元4和摄像头5，摄像头5拥有60度的拍摄视角，分辨率达到1080p，所述相控阵与摄像头面板1左表面安装天线单元4和摄像头5，右表面的正中连接连接部2；

所述系统主板3包括相控阵移相器模块6、FPGA模块7、MCU模块8、RAM/ROM 模块9、天线单元馈电接口10、摄像头数据接口11、USB接口12，

其中天线单元馈电接口10主要由SMA接头组成，摄像头数据接口11为24位高速数据串口，USB接口12也为高速数据串口。所述相控阵移相器模块6通过射频总线与天线单元馈电接口10连接，所述FPGA模块7通过数据总线与摄像头数据接口11连接，所述相控阵移相器模块6分别与FPGA模块7、MCU模块8连接，所述RAM/ROM模块9也分别与FPGA模块7、MCU模块8连接，所述FPGA模块7、MCU模块8之间相互连接，所述MCU模块8与USB接口12连接；

所述天线馈线一端连接天线单元4，另一端连接天线单元馈电接口10，所述数据与控制线一端连接摄像头5，另一端连接摄像头数据接口11。

为了使得天线单元能在相控阵与摄像头面板1正前方的60度视角(FOV) 内完成波束扫描，因此优选的实施方式是，所述天线单元4的个数为16个，形成4×4的天线阵列均布在相控阵与摄像头面板1左表面，摄像头5位于相控阵与摄像头面板1左表面正中。16个天线单元4分成4行4列均匀分布在相控阵与摄像头面板1表面上。

上述装置中MCU模块8为系统的主控制器，主控制器完成系统的主要控制任务。FPGA模块7完成摄像头5数据的算法处理工作。RAM/ROM模块用于记录数据。相控阵移相器模块6，收到MCU模块8的指令，完成对天线单元4的馈电移相工作；相控阵移相器模块6的结构如图3所示。由于相控阵需要对正前方的60度视角进行立体扫描，因此阵列的移相需要能够在水平与垂直方向进行。故而移相器系统分为两层，第一层产生行方向(垂直方向)扫描，第二层产生列方向(水平方向)扫描。通过对两层移相器的控制，可以达到视角范围内的全方位扫描要求。USB接口12以便与不同系统的上位机进行交互；该部分兼容最新的USB3.0协议。

一种相控阵扫描与视频图像处理融合定位方法，该方法包括以下步骤：

S10、将注册过的特征点(即信标)存储到RAM/ROM模块(9)内；

S20、通过摄像头(5)采集当前场景的图像信息；

S30、再通过FPGA模块(7)对图像信息进行特征点匹配，定位到注册过的特征点(即信标)；

S40、利用相控阵对当前场景进行快速扫描，扫描数据经过FPGA模块(7) 处理生产当前场景的深度图；

S50、将当前场景的图像信息和当前场景的深度图同时载入FPGA模块(7) 内进行比对，得出图像信息中特征点在深度图中对应的位置；

S60、最后根据深度图所包含的信息测算出摄像头(5)和相控阵相对于注册过的特征点(即信标)的位置。

具体的为：在某一个探测时间点，通过MCU模块8的控制，首先由相控阵与摄像头面板1上的摄像头5对当前场景60度视角范围采集图像信息。该图像被传送至FPGA模块7内部进行特征点匹配，如果发现注册过的特征点(即找到信标)，则记录下该图像。该图像命名为F1，F1同时被存入主板上的RAM/ROM 模块9单元备用。第二步，相控阵与摄像头面板1相控阵开始工作。在MCU的控制下，FPGA模块7输出/接收脉冲信号，并实时调节相控阵移相器单元，完成相控阵对摄像头5正前方60度视角范围进行快速扫描。扫描过程中产生的数据输入FFPGA模块7进行处理，最终生成场景的深度图F2。深度图F2可以理解为相控阵与摄像头面板1以及摄像头5正视视角下场景的等高线图。第三步，F1 与F2同时载入FFPGA模块7进行比对。由于F1与F2的观察视角一致，并且F1 包含的信息为可是线路信息，故而通过对比可以得出F1中特征点在F2中对应的位置，从而根据F2所包含的信息可以测算出当前探测器相对信标的位置。该位置信息通过MCU模块8处理，经由USB接口12上传至上位机。

所以本实用新型通过采用射频/微波定位与视频定位融合的定位方法，并设计了一种高集成度的定位探测器材，能够在探测识别信标的同时，计算出探测器与信标的相对位置，极大提高系统的定位精度，同时也减小了定位系统在全局层面上的复杂度。