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原文传递车辆动力学对车辆视觉系统的影响及其对策研究

论文题名：	车辆动力学对车辆视觉系统的影响及其对策研究
关键词：	车辆动力学;车辆视觉系统;机械主动稳像;预瞄控制;电子稳像
摘要：	智能化作为汽车行业“新四化”之一，被广泛认为是汽车行业发展的必然趋势。摄像头是智能车环境感知系统中最重要的感知部件之一，相关研究显示其采集到的视频的稳定性对后续的图像处理流程有较大影响。智能车行驶在一些极端路况，如连续减速带、大型路面沟槽上时，由于车身产生不规则振动，导致与车身刚性连接的摄像头产生抖动，这进一步引起摄像头所采集的图像序列的不规则抖动，即视频产生了模糊。本文首次从车辆动力学角度阐释这种现象，并在确定相关评价指标的基础上基于车辆动力学平台建立模型分析上述问题。在解决对策层面，受现有手持设备防抖对策的启发，本文从机械主动稳像以及电子稳像两个角度展开研究，本文的主要内容如下：　　1.研究车辆动力学对车辆视觉系统的影响。基于CarMaker平台搭建包括车辆、路面、交通场景在内的车辆动力学仿真模型，从而基于此模型采集车载摄像头的视频。在进行仿真分析前，将上述影响的评价指标确定为峰值信噪比，进而针对常见的车辆动力学因素，包括凸块幅值、悬架系统参数、侧倾运动、车速等对视觉系统的影响进行研究。在分析上述因素的过程中关注峰值信噪比的变化情况以衡量后续解决对策的效果，依据本文中的分析结果，若相关解决对策能将峰值信噪比提升1~2dB，则此对策性能良好。　　2.研究基于预瞄信息的机械主动稳像。考虑到车身与摄像头之间的刚性连接关系，本文中将主动悬架作为摄像头的一级稳像装置，并基于模型预测控制方法对悬架进行预瞄主动控制。在本文的仿真工况下，当控制器的采样点数和采样周期分别为20与0.01s时，车辆悬架的综合减振性能相对于被动悬架提高23.63%。在此分析结果基础上，本文关注控制器参数的选择，并较为全面地分析了在实际工程应用中，在车辆模型参数、作动器性能、预瞄前馈信息、状态感知反馈信息等方面存在控制器误差时，此悬架的性能表现。最后，基于CarMaker平台进行虚拟实验，验证本文中的悬架控制效果以及控制悬架所起到的稳像效果。根据仿真结果，进行机械主动稳像后，图像的峰值信噪比最高可提高1.31dB。　　3.研究满足车载需求的电子稳像算法。本文中关注采用电子稳像以解决视频模糊中的帧间模糊问题。本文选择了基于特征点检测与匹配的稳像技术，基于ORB算法以满足实时性需求。进一步地，为提升特征点匹配精度，本文中改进了传统的随机采样一致性算法。为适应车载场景中可能出现的各种抖动工况，本文中采用了自适应卡尔曼滤波算法以解决经典的卡尔曼滤波对初值敏感的问题。本文中改装了一辆振动特性显著的汽油模型车进行实验验证，经过本文中提出的电子稳像处理后，视频的峰值信噪比平均提升了1.26dB，证明了此系统的良好性能。
作者：	吴建华
专业：	机械工程;车辆工程
导师：	张宁;李普;董钊志
授予学位：	硕士
授予学位单位：	东南大学
学位年度：	2021