[发明专利]一种基于三维图像测距的安全监测系统与方法

权利要求书

1.一种基于三维图像测距的安全监测系统，其特征在于：包括三维观测相机模块(1)、FPGA调制解调模块(2)、图像操控显示系统模块(3)；

所述FPGA调制解调模块(2)将三维观测相机发出的光源调制成一定频率的脉冲或者连续调制波，然后返回所述三维观测相机模块(1)；所述三维观测相机模块(1)随即发出，监测周围环境；

所述三维观测相机模块(1)通过发射一定波长的光，经过FPGA调制解调模块(2)处理后实现对物体的感应和三维成像，并将物体的三维图像信息传递给图像显示操控系统模块(3)。

2.根据权利要求1所述的基于三维图像测距的安全监测系统，其特征在于：所述三维观测相机模块(1)包括光源发生器、成像传感器和信号接收器。

3.根据权利要求1所述的基于三维图像测距的安全监测系统，其特征在于：所述FPGA调制解调模块(2)包括带有FPGA芯片的集成电路、外围控制电路和信号调制电路，所述外围控制电路使FPGA芯片正常工作，并且提供信号的输入/输出接口；所述信号调制电路用于将所述三维观测相机模块(1)发出的光源调制成一定频率的脉冲或者连续调制波。

4.根据权利要求1-3任意一项所述的基于三维图像测距的安全监测系统，其特征在于：所述图像操控显示系统模块(3)包括信号感应器、图像显示器、图像处理器和报警器，用于接收来自所述三维观测相机模块(1)传输的三维图像信息，形成完整的物体三维图像，通过图像测距方法检测物体的位置，当超过设定的安全阈值时报警。

5.一种基于三维图像测距的安全监测方法，其特征在于，包括以下步骤：

步骤1：启动机车，安全监测系统同时启动，设定一定的安全距离，设定完毕，三维观测相机模块(1)向FPGA调制解调模块(2)发射探测光；

步骤2：FPGA调制解调模块(2)接收来自三维观测相机模块(1)的光信号，通过信号调制电路将光信号转化成脉冲或者连续调制光波信号，并由信号输出端口返回三维观测相机模块(1)，三维观测相机模块(1)随即发出，监测周围环境；

步骤3：当机车周围区域内有物体出现时，光波信号立即进行探测，成像传感器将探测到的物体光学信号转化电子信号，并形成三维图像信息传递给图像操控显示系统模块(3)；

步骤4：图像操控显示系统模块(3)根据接收到的图像信息将图像显示在显示屏上，同时图像处理器根据物体三维图像和图像测距算法计算物体与机车距离，如果距离大于机车的安全距离，则继续行驶；如果距离小于机车的安全距离，则报警器报警，机车控制系统采取调整方向或者车速，驶出危险区域。

6.根据权利要求5所述的基于三维图像测距的安全监测方法，其特征在于，步骤4中所述图像测距算法，具体实现步骤包括以下子步骤：

步骤4.1：当FPGA调制解调模块(2)将来自三维观测相机模块(1)的光信号转化成脉冲调制波信号时，光源发射一段时间Δt，成像传感器对每个像素点进行反射光能量采样，同时使用两个反向的计算窗口C1、C2和相同的Δt时间，在采样时间内像素点按窗口开启电荷累积Q1和Q2，直至最终形成完整的图像，最后图像显示操控系统模块(3)中的图像处理器对形成的完整图像进行分析，根据公式(1)计算每个像素点对应的距离并测量物体的距离：

其中，c为光速常量；

步骤4.2：当FPGA调制解调模块(2)将来自三维观测相机模块(1)的光信号转化成连续调制波信号时，则采用多个采样窗口计量，每个窗口相位延时90°，即0°、180°、90°、270°，共4个，随后进行和步骤4.1相同的电荷累积，直至最终形成完整的图像，发射与反射光的相位差和测量距离d由如下计算公式，最后图像显示操控系统模块(3)中的图像处理器对形成的完整图像进行分析，根据公式(4)(5)计算每个像素点对应的距离并测量物体的距离：

I＝Q₁-Q₂ (2)

Q＝Q₃-Q₄ (3)

其中，f为光信号频率。