一种电动车辆无线充电对位系统及方法与流程
本发明涉及电动汽车无线充电领域，特别是涉及一种视觉引导的电动车辆无线充电对位系统及其实现方法。
背景技术：
电动汽车是当前汽车工业领域的热门研究和发展方向，近几年在世界范围内得到了快速发展和推广应用。无线充电具有非接触、使用方便、即停即充、安全可靠等优点，能够给用户提供良好的用户体验。然而无线充电技术在使用过程中还面临着一些亟待解决的问题，其中一个比较关键的问题是充电线圈对位问题。充电线圈对位不准将大大降低充电效率，偏移过大时甚至导致无法充电。用于电动车辆的无线充电装置，由于电能接收线圈安装于车辆底盘上，电能发射线圈安装于地面，驾驶员在泊车过程中无法观察电能接收线圈和发射线圈的相对位置，因此无法进行准确对位。
公布号为103832337a的专利公开了一种电动车辆无线充电引导系统，包括摄像头、地面标示线和显示器。摄像头采集车辆后方区域上带有地面标示线的影像，并叠加上摄像头内部引导线后传输到显示器，显示器通过比对摄像头内部引导线和地面标示线的位置来引导驾驶员完成充电发射装置与拾取装置的对准。该发明虽然能够为驾驶员提供简单、直观的对位引导信息，但是仍然存在一些不足，如：内部引导线由摄像头内部生成，需要定制专门的摄像头，且车辆规格不同将导致摄像头内部引导线和地面标示线不匹配，因此通用性不足；仅仅靠驾驶员通过比对内部引导线和地面标示线的重合程度来进行对准，受影像分辨率限制和驾驶员视角的影响，必然存在一定的误差，因此不能做到精确对位；另一方面，不能计算出受电装置和发射装置之间的偏移量，因此无法提供精准的可量化对位参数。
因此该技术有必要进行改进。
技术实现要素：
为了解决上述技术问题，本发明的目的是提供一种结构简单、通用性好、显示直观、精度较高的电动车辆无线充电对位辅助系统及方法。
本发明所采用的技术方案是：
本发明提供一种电动车辆无线充电对位系统，包括设置在地面的无线充电发射线圈以及设置于车辆底部的电能接收线圈，所述系统还包括：
设置在地面上的地面参照线，所述地面参照线用于标记出所述无线充电发射线圈的相对位置；
摄像头，其用于采集车辆后方区域影像；
无线通讯模块，所述无线通讯模块包括安装于车辆上的车载无线通讯模块和安装于地面的地面无线通讯模块，所述地面无线通讯模块用于发送当前充电车位地面参照线的参数值，所述车载无线通讯模块用于接收当前充电车位地面参照线的参数值；
图像处理模块，其安装于车辆上，用于根据所述无线通讯模块接收到的地面参照线的参数值生成内部引导线并计算内部引导线与地面参照线之间的偏移距离；
显示器，其安装于车辆上，用于显示所述图像处理模块生成的内部引导线、偏移信息和摄像头采集的车辆后方区域影像，通过比对内部引导线和地面参照线，并结合偏移信息引导驾驶员将车辆准确停入指定位置；
其中，所述图像处理模块的输出端与显示器的输入端连接，所述摄像头的输出端、车载无线通讯模块的输出端均与所述图像处理模块的输入端连接，所述地面无线通讯模块的输出端与所述车载无线通讯模块的输入端连接。
作为该技术方案的改进，所述图像处理模块生成的内部引导线包括用于横向对位的内部引导线和用于纵向对位的内部引导线。
作为该技术方案的改进，所述地面参照线包括用于横向对位的地面参照线和用于纵向对位的地面参照线。
作为该技术方案的改进，所述无线通讯模块包括wifi、蓝牙。
进一步地，所述摄像头安装于车辆上。
另一方面，本发明还提供一种电动车辆无线充电对位方法，包括以下步骤：
地面无线通讯模块将当前充电车位的无线充电发射线圈到地面纵向对位参照线的距离发送至车载无线通讯模块；
所述车载无线通讯模块根据车载摄像头的安装位置和接收到的当前充电车位充电发射线圈到地面纵向对位参照线的距离生成内部引导线；
图像处理模块在摄像头采集到的车辆后方区域影像中划分出感兴趣区域；
图像处理模块从所述感兴趣区域中提取出横向对位地面参照线的影像，并与横向对位内部引导线比对，计算出发射线圈和接收线圈的横向偏移距离lx和倾斜角，并输出至显示器，其中lx定义为内部引导线的中点到横向对位地面参照线的距离；驾驶员根据所述计算出的偏移参数，控制车辆使得横向对位地面参照线的影像与横向对位内部引导线重合，然后回正方向继续移车直至纵向对位地面参照线出现在所述感兴趣区域中；
图像处理模块从所述感兴趣区域中提取出纵向对位地面参照线的影像，并与纵向对位内部引导线比对，计算出发射线圈和接收线圈的纵向偏移距离，并输出到显示器；
驾驶员再次根据计算出的偏移参数，控制车辆行进，直至纵向对位地面参照线的影像与纵向对位内部引导线重合时停车，完成对位；
图像处理模块再次从所述感兴趣区域中提取地面参照线，并与内部引导线比对，计算出发射线圈和接收线圈的偏移参数，若在预设误差范围内，则提示驾驶员对位成功并启动充电，否则提示驾驶员重新进行对位。
进一步地，所述感兴趣区域包括摄像头所采集图像的下方中央区域。
进一步地，所述对位按照先横向对位再纵向对位的顺序进行对位。
进一步地，纵向对位的内部引导线到显示器下边界的像素距离dy的计算公式为：
进一步地，横向对位的内部引导线到显示器横向中轴线的像素距离dx的计算公式为：
本发明的有益效果是：本发明提供的电动车辆无线充电对位系统及方法，是基于车载倒车影像系统，并在地面参照线的配合下，完成无线充电对位。该系统通过动态生成内部引导线，并采用图像处理技术根据内部引导线和地面参照线准确计算出偏移距离，能够给驾驶员提供直观、准确的对位辅助信息。该定位辅助系统具有硬件成本低、功能强、使用简单、效果显著、对位精度高、通用性好等优点。
附图说明
下面结合附图对本发明的具体实施方式作进一步说明：
图1是本发明第一实施例的电动车辆无线充电对位辅助系统的结构示意图；
图2为本发明第一实施例的用于在显示器中生成内部引导线的参数示意图；
图3为本发明第一实施例的生成的内部引导线位置示意图；
图4为本发明第一实施例的在显示器中显示的偏移提示信息的示意图；
图5为本发明第二实施例的电动车辆无线充电对位辅助系统的结构示意图；
图6为本发明第二实施例的用于在显示器中生成内部引导线的参数示意图；
图7为本发明第二实施例的生成的内部引导线位置示意图；
图8为本发明第二实施例的在显示器中显示的偏移提示信息的示意图；
图9为本发明第三实施例的roi区域的示意图；
图10是本发明第四实施例的模块连接示意图。
具体实施方式
需要说明的是，在不冲突的情况下，本申请中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。
本发明提供一种电动车辆无线充电对位系统，包括设置在地面的无线充电发射线圈以及设置于车辆底部的电能接收线圈，所述系统还包括：
设置在地面上的地面参照线，所述地面参照线用于标记出所述无线充电发射线圈的相对位置；
摄像头，其用于采集车辆后方区域影像；
无线通讯模块，所述无线通讯模块包括安装于车辆上的车载无线通讯模块和安装于地面的地面无线通讯模块，所述地面无线通讯模块用于发送当前充电车位地面参照线的参数值，所述车载无线通讯模块用于接收当前充电车位地面参照线的参数值；
图像处理模块，其安装于车辆上，用于根据所述无线通讯模块接收到的地面参照线的参数值生成内部引导线并计算内部引导线与地面参照线之间的偏移距离；
显示器，其安装于车辆上，用于显示所述图像处理模块生成的内部引导线、偏移信息和摄像头采集的车辆后方区域影像，通过比对内部引导线和地面参照线，并结合偏移信息引导驾驶员将车辆准确停入指定位置；
其中，所述图像处理模块的输出端与显示器的输入端连接，所述摄像头的输出端、车载无线通讯模块的输出端均与所述图像处理模块的输入端连接，所述地面无线通讯模块的输出端与所述车载无线通讯模块的输入端连接。
作为该技术方案的改进，所述图像处理模块生成的内部引导线包括用于左右(横向)对位的内部引导线和用于前后(纵向)对位的内部引导线。
作为该技术方案的改进，所述地面参照线包括用于左右(横向)对位的地面参照线和用于前后(纵向)对位的地面参照线。
进一步地，所述无线通讯模块包括wifi、蓝牙。
进一步地，所述摄像头安装于车辆上。
另一方面，本发明还提供一种电动车辆无线充电对位方法，包括以下步骤：
地面无线通讯模块将当前充电车位的无线充电发射线圈到地面纵向对位参照线的距离发送至车载无线通讯模块；
所述车载无线通讯模块根据车载摄像头的安装位置和接收到的当前充电车位充电发射线圈到地面纵向对位参照线的距离生成内部引导线；
图像处理模块在摄像头采集到的车辆后方区域影像中划分出感兴趣区域；
图像处理模块从所述感兴趣区域中提取出横向对位地面参照线的影像，并与横向对位内部引导线比对，计算出发射线圈和接收线圈的横向偏移距离lx和倾斜角，并输出至显示器，其中lx定义为内部引导线的中点到横向对位地面参照线的距离；
驾驶员根据所述计算出的偏移参数，控制车辆使得横向对位地面参照线的影像与横向对位内部引导线重合，然后回正方向继续移车直至纵向对位地面参照线出现在所述感兴趣区域中；
图像处理模块从所述感兴趣区域中提取出纵向对位地面参照线的影像，并与纵向对位内部引导线比对，计算出发射线圈和接收线圈的纵向偏移距离，并输出到显示器；
驾驶员再次根据计算出的偏移参数，控制车辆行进，直至纵向对位地面参照线的影像与纵向对位内部引导线重合时停车，完成对位；
图像处理模块再次从所述感兴趣区域中提取地面参照线，并与内部引导线比对，计算出发射线圈和接收线圈的偏移参数，若在预设误差范围内，则提示驾驶员对位成功并启动充电，否则提示驾驶员重新进行对位。
进一步地，所述感兴趣区域包括摄像头所采集图像的下方中央区域。
进一步地，所述对位按照先横向对位再纵向对位的顺序进行对位。
其中，纵向对位的内部引导线到显示器下边界的像素距离dy的计算公式为：
进一步地，横向对位的内部引导线到显示器横向中轴线的像素距离dx的计算公式为：
一种基于视觉引导的电动车辆无线充电对位系统，包括：地面参照线，其设置在地面上，用于标记出安装在地面的无线充电发射线圈的相对位置；
无线通讯模块，包括安装于车辆上的车载无线通讯模块和安装于地面装置的地面无线通讯模块，地面无线通讯模块用于发送当前充电车位地面参照线的参数值，车载无线通讯模块与图像处理模块连接，用于接收当前充电车位地面参照线的参数值并发送给图像处理模块；
摄像头，其安装于车辆上，用于采集车辆后方区域影像，并叠加上图像处理模块生成的内部引导线和偏移信息，再传输到显示器；
图像处理模块，其安装于车辆上，分别与摄像头、车载无线通讯模块以及显示器连接，用于根据无线通讯模块接收到的地面参照线的参数值生成内部引导线并计算内部引导线与地面参照线之间的偏移距离；
显示器，其安装于车辆上，用于显示图像处理模块生成的内部引导线、偏移信息和摄像头采集的车辆后方区域影像，再通过比对内部引导线和地面参照线，并结合偏移信息引导驾驶员将车辆准确停入指定位置。
所述图像处理模块能够根据接收到的当前充电车位的实际参数动态生成内部引导线。
所述图像处理模块能够根据生成的内部引导线和所述摄像头采集到的地面参照线影像之间的相对位置关系计算出偏移距离。
所述对位能够分别进行左右(横向)对位和前后(纵向)对位。
优选的，所述对位按照先左右(横向)对位再前后(纵向)对位的顺序进行对位。
一种视觉引导的电动车辆无线充电对位方法，包括以下步骤：
地面无线通讯模块将当前充电车位发射线圈到地面纵向对位参照线的距离发送给车载无线通讯模块；
车载通讯模块根据车载摄像头的安装位置和车载无线通讯模块接收到的当前充电车位发射线圈到地面纵向对位参照线的距离生成内部引导线；
图像处理模块在摄像头采集到的车辆后方区域影像中划分出感兴趣区域(regionofinterest，roi)；
图像处理模块从roi中提取出横向对位地面参照线，并与横线对位内部引导线比对，计算出发射线圈和接收线圈的横向偏移距离和倾斜角，并输出到显示器上；
驾驶员根据计算出的偏移参数的引导下，控制车辆使得横向对位地面参照线的影像与横向对位内部引导线重合，然后回正方向继续倒车；
图像处理模块从roi中提取出纵向对位地面参照线，并与纵向对位内部引导线比对，计算出发射线圈和接收线圈的纵向偏移距离，并输出到显示器上；
驾驶员根据上述计算出的偏移参数的引导下，控制车辆行进，直至纵向对位地面参照线的影像与纵向对位内部引导线重合时停车，完成对位；
图像处理模块再次从roi中提取地面参照线，并与内部引导线比对，计算出发射线圈和接收线圈的偏移参数，若在预设误差范围内，则提示驾驶员对位成功并启动充电，否则提示驾驶员重新进行对位。
实施例1
参照图1，本实施例提供一种视觉引导的电动车辆无线充电对位系统，包括电能接收线圈1、摄像头2、图像处理模块3、显示器4、内部引导线5、地面参照线6、无线充电发射线圈/电能发射线圈7、无线通讯模块8、充电车辆9和无线充电车位10。所述内部引导线包括用于左右(横向)对位的内部引导线5-1和用于前后(纵向)对位的内部引导线5-2；所述地面参照线包括用于左右(横向)对位的地面参照线6-1和用于前后(纵向)对位的地面参照线6-2，为增加地面参照线6的可识别性，可采用与充电车位地面及其他标线所不同的特定颜色或线型加以区分；所述无线通讯模块包括车载无线通讯模块8-1和地面无线通讯模块8-2；所述图像处理模块3与所述摄像头2、显示器4以及车载无线通讯模块8-1电性连接。
本实施例中驾驶员采用倒车入库的方式进行对位，具体过程为：
参照图2所示，(1)所述地面无线通讯模块8-2将当前无线充电车位10安装的电能发射线圈7到前后(纵向)对位地面参照线6-2的距离l1发送给车载无线通讯模块8-1；
(2)图像处理模块3根据车载无线通讯模块8-1接收到的参数l1，并结合当前充电车辆9安装的电能接收线圈1到摄像头2的距离l2，在显示器4上生成用于前后(纵向)对位的内部引导线5-2，参照图3所示，所述内部引导线5-2到显示器下边界的像素距离dy的计算公式为：
(3)图像处理模块3根据电能接收线圈1与摄像头2的轴线偏移距离l3，在显示器4中生成用于左右(横向)对位的内部引导线5-1，所述内部引导线5-1到显示器横向中轴线的像素距离dx的计算公式为：
(4)图像处理模块3从摄像头2采集到的车辆后方区域影像中提取出地面参照线6-1，并计算其与内部引导线5-1的像素距离dx，进而在显示器中显示左右(横向)偏移距离lx以及调整方向，如附图4所示，lx的计算公式为：lx＝fx(dx)，其中，fx表示x方向像素距离与物理距离之间的映射关系；
(5)图像处理模块3从摄像头2采集到的车辆后方区域影像中提取出地面参照线6-2，并计算其与内部引导线5-2的像素距离dy，进而在显示器中显示前后(纵向)偏移距离ly，如附图4所示，ly的计算公式为：ly＝fy(dy)，其中，fy表示y方向像素距离与物理距离之间的映射关系；
(6)驾驶员通过比对显示器中的内部引导线5-1和地面参照线6-1的影像6-1’，并参照左右(横向)偏移距离lx进行左右(横向)对位，直至内部引导线5-1和地面参照线6-1的影像6-1’对齐，回正方向继续倒车；
(7)驾驶员通过比对显示器中的内部引导线5-2和地面参照线6-2的影像6-2’，并参照前后(纵向)偏移距离ly进行前后(纵向)对位，直至内部引导线5-2和地面参照线6-2的影像6-2’对齐，停止倒车；
(8)系统判断lx和ly是否在预设的误差范围内，若是，则提示驾驶员对位成功，并通过无线通讯模块向地面充电装置发送可充电信号，否则，提示驾驶员重新进行对位。
实施例2
一种视觉引导的电动车辆无线充电对位系统，其结构与实施1相同。如图5所示，本实施例中驾驶员采用车头入库的方式进行对位，具体过程为：
(1)所述地面无线通讯模块8-2将当前无线充电车位10安装的电能发射线圈7到前后(纵向)对位地面参照线6-2的距离l1，如图6所示，发送给车载无线通讯模块8-1；
(2)图像处理模块3根据车载无线通讯模块8-1接收到的参数l1，并结合当前充电车辆9安装的电能接收线圈1到摄像头2的距离l2，在显示器4上生成用于前后(纵向)对位的内部引导线5-2，如图7所示，所述内部引导线5-2到显示器下边界的像素距离dy的计算公式为：
(3)图像处理模块3根据电能接收线圈1与摄像头2的轴线偏移距离l3，在显示器4中生成用于左右(横向)对位的内部引导线5-1，所述内部引导线5-1到显示器横向中轴线的像素距离dx的计算公式为：
(4)图像处理模块3从摄像头2采集到的车辆后方区域影像中提取出地面参照线6-1，并计算其与内部引导线5-1的像素距离dx，进而在显示器中显示左右(横向)偏移距离lx以及调整方向，如图8所示，lx＝fx(dx)，其中，fx表示x方向像素距离与物理距离之间的映射关系；
(5)图像处理模块3从摄像头2采集到的车辆后方区域影像中提取出地面参照线6-2，并计算其与内部引导线5-2的像素距离dy，进而在显示器中显示前后(纵向)偏移距离ly，如图8所示，ly的计算公式为：ly＝fy(dy)，其中，fy表示y方向像素距离与物理距离之间的映射关系；
(6)驾驶员通过比对显示器中的内部引导线5-1和地面参照线6-1的影像6-1’，并参照左右(横向)偏移距离lx进行左右(横向)对位，直至内部引导线5-1和地面参照线6-1的影像6-1’对齐，回正方向继续前进；
(7)驾驶员通过比对显示器中的内部引导线5-2和地面参照线6-2的影像6-2’，并参照前后(纵向)偏移距离ly进行前后(纵向)对位，直至内部引导线5-2和地面参照线6-2的影像6-2’对齐，立即停车；
(8)系统判断lx和ly是否在预设的误差范围内，若是，则提示驾驶员对位成功，并通过无线通讯模块向地面充电装置发送可充电信号，否则，提示驾驶员重新进行对位。
实施例3
本实施例提供一种电动车辆无线充电对位方法，包括以下步骤：
(1)地面无线通讯模块将当前充电车位发射线圈到地面纵向对位参照线的距离发送给车载无线通讯模块；
(2)车载通讯模块根据车载摄像头的安装位置和车载无线通讯模块接收到的当前充电车位发射线圈到地面纵向对位参照线的距离生成内部引导线；
(3)参照图9所示，图像处理模块在摄像头采集到的车辆后方区域影像中划分出感兴趣区域(regionofinterest，roi)；
(4)图像处理模块从roi中提取出横向对位地面参照线的影像6-1’，并与横线对位内部引导线5-1比对，计算出发射线圈和接收线圈的横向偏移距离lx和倾斜角α，并输出到显示器上，其中lx定义为内部引导线5-1的中点到横向对位地面参照线的距离；
(5)驾驶员在步骤(4)中计算出的偏移参数的引导下，控制车辆使得横向对位地面参照线的影像6-1’与横向对位内部引导线5-1重合，然后回正方向继续倒车直至纵向对位地面参照线出现在roi中；
(6)图像处理模块从roi中提取出纵向对位地面参照线的影像6-2’，并与纵向对位内部引导线5-2比对，计算出发射线圈和接收线圈的纵向偏移距离，并输出到显示器上；
(7)驾驶员在步骤(6)中计算出的偏移参数的引导下，控制车辆行进，直至纵向对位地面参照线的影像6-2’与纵向对位内部引导线5-2重合时停车，完成对位；
(8)图像处理模块再次从roi中提取地面参照线，并与内部引导线比对，计算出发射线圈和接收线圈的偏移参数，若在预设误差范围内，则提示驾驶员对位成功并启动充电，否则提示驾驶员重新进行对位。
优选的，roi为选取的一个固定区域，其包括摄像机图像下方中央的一个区域，即图9中框出来的区域。
需要说明的是：上述实施例中，摄像头参数fx和fy的表达式可以通过摄像机标定得到，而摄像机标定技术及实施过程是图像处理领域技术人员所熟知的。
实施例4
参照图10，是本发明第四实施例的模块连接示意图。一种电动车辆无线充电对位系统，包括摄像头、图像处理模块、显示器、无线通讯模块，其中所述无线通讯模块包括车载无线通讯模块和地面无线通讯模块。
所述图像处理模块的输出端与显示器的输入端连接，所述摄像头的输出端、车载无线通讯模块的输出端均与所述图像处理模块的输入端连接，所述地面无线通讯模块的输出端与所述车载无线通讯模块的输入端连接。
本发明提供的电动车辆无线充电对位系统及方法，是基于车载倒车影像系统，并在地面参照线的配合下，完成无线充电对位。该系统通过动态生成内部引导线，并采用图像处理技术根据内部引导线和地面参照线准确计算出偏移距离，能够给驾驶员提供直观、准确的对位辅助信息。该定位辅助系统具有硬件成本低、功能强、使用简单、效果显著、对位精度高、通用性好等优点。
以上是对本发明的较佳实施进行了具体说明，但本发明创造并不限于所述实施例，熟悉本领域的技术人员在不违背本发明精神的前提下还可做出种种的等同变形或替换，这些等同的变形或替换均包含在本申请权利要求所限定的范围内。
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