基于前照灯光线方向的远光灯开闭状态的判别方法与流程

本发明属于智能交通监控技术领域，尤其涉及一种基于前照灯光线方向的远光灯开闭状态的判别方法。

背景技术：

随着汽车保有量的不断增加，远光灯的滥用已经成为危及夜间行车安全的重大安全隐患，是导致夜间交通事故发生的主要原因之一。视频监控模式目前已经成为路面行车状态监控的主要手段，因此，通过分析前端路口的监控视频获取夜间行驶车辆远光灯的开闭状态已经成为远光灯自动识别系统的关键方法。

技术实现要素：

本发明的目的就是为了解决上述问题，提供一种基于前照灯光线方向的远光灯开闭状态的判别方法，以解决对远光灯开闭状态判别不准确，无法基于摄像机拍摄画面自动识别的问题。

为了实现上述目的，本发明采用如下技术方案：一种基于前照灯光线方向的远光灯开闭状态的判别方法，其特征在于，包括如下步骤：

步骤1、划定监控区域

标准4.3.1.5中规定了前照灯基准轴线间的夹角不小于5°即式2中α1≥5°，标准第4.3.2.4.2中规定，近光灯离地高度不小于500mm,不大于1200mm，远光灯一般与近光灯安装位置高度相同，即式2中0.5m≤h2≤1.2m，代入可得：

即摄像机安装高度h确定以后，所有行驶车辆在距离摄像机垂直平面距离l≥11.5×(h-0.5)的路面区域，行驶车辆的远光灯光束都将直接照射摄像机，记该位置为l1；

考虑各类车型间远光灯离地高度和几何可见度的差异，在l1位置往车辆行驶方向设置k米的转换区域，即距离摄像机垂直平面距离l＝l1-k处，记该位置为l2。当转变区设置合理的情况下，可认为行驶车辆驶离l2位置后，远光灯直射光束不再直接照射摄像机，即在k米的转换区内，摄像机接收到的光线由远光灯直射光束转为光束穿过透光面形成的漫反射光线；

由l1和l1+k两个位置将摄像机监视域划分为三个区域，记为远光灯直射区、转换区、漫反射区；

步骤2：车辆检测跟踪

运用运动目标检测跟踪算法，获取行驶车辆各个位置的特写图片，分别为开启近光灯、远光灯的路面行驶车辆从起始检测线至终止检测线各个位置的特写图片；

步骤3：获取前照灯区域

由于运行车辆开启远光灯和近光灯的特征区域主要位于车辆前照灯区域，在步骤2的基础上通过如下方法获取车辆前照灯区域；

3.1)获取画面左右两侧高光区域质心坐标(xl,yl)、(xr,yr)；

3.2)以左右两侧高光区域质心为中心，选取一个矩形区域r；其中：

式中：α、β为矩形宽度和高度的调节因子，可取经验值α＝1.2、β＝0.6；

3.3)以矩形r为感兴趣区域，从步骤2的车辆特写图中取出前照灯区域；

步骤4：判断车辆远光灯的开闭状态

由于行驶车辆在进入l1位置之前，车辆远光灯的直射光束会在前照灯周围形成明亮光斑，使得前照灯区域整体亮度值较高，因此，将位于直射区路面的车辆前照灯区域整体亮度特征作为远光灯开闭状态判别的第一个判别依据。

对当前车辆前照灯区域图像[f(x,y)]m×n,其中m×n表示该前照灯区域特写图像的大小为m行n列，(x,y)表示像素点的坐标，f(x,y)为像素点的值。车辆前照灯区域整体亮度特征计算公式为：

当开启了远光灯的行驶车辆，其从l1位置进入转换区到l2位置离开转换区时。摄像机接收到的光线由远光灯直射光束转为光束穿过透光面形成的漫反射光线，从而使得前照灯区域整体亮度剧烈减少；而开启近光灯的行驶车辆，经过l1、l2位置时，前照灯区域整体亮度基本保持不变；因此，将l1至l2位置的前照灯区域整体亮度变化率作为远光灯开闭状态的第二个判别依据。前照灯区域整体亮度变化率公式为：

行驶车辆开启远光灯判定条件1为：当l＞l1时,b≥thb(7)

其中，thb为前照灯区域整体亮度的判断阈值，为所有位于l＞l1位置行驶车辆前照灯区域的平均亮度；

行驶车辆开启远光灯判断条件2为：

其中thρ为前照灯区域整体亮度变化率的判断阈值；

当条件1和条件2同时满足时，则判定该行驶车辆开启了远光灯，否则，判定为开启了近光灯。

与现有技术相比，本发明具有如下有益效果：本发明涉及的判别方法能够适应前照灯的类型差异，以及环境光线的影响，提取的特征能够准确反映行驶车辆远光灯的开闭状态。

附图说明

图1为近光灯光束倾斜度测量示意图。

图2为远光灯几何可见度。

图3为摄像机位置、远光灯基准中心及几何可见度之间几何关系图。

图4为行驶车辆远光灯光束与近光灯光束对比图。

图5为监控区域示意图。

图6为车辆开启近光灯、远光灯各位置对比特写图，上部为开启近光灯车辆前照灯区域特写图，下部为开启远光灯车辆前照灯区域特写图。

图7为开启近光灯、远光灯车辆前照灯区域对比图，上部为开启近光灯车辆前照灯区域特写图，下部为开启远光灯车辆前照灯区域特写图。

具体实施方式

gb4785-2007《汽车及挂车外部照明和光信号装置的安装规定》(以下简称“标准”)中对远近光灯的光线方向做了详尽的规定，其中4.3.2.6.1.2中关于近光灯下倾度的规定中，明确了各装载状况下的静止车辆，其明暗截止线的垂直向倾斜度应保持在以下极限内，同时初始照准也在以下范围内：

h＜0.8极限：-0.5％～-2.5％

初始照准：-1.0％～-1.5％

0.8≤h≤1.0极限：-0.5％～-2.5％

初始照准：-1.0％～-1.5％

或根据制造商规定：

极限：-1.0％～-3.0％

初始照准：-1.5％～-2.0％

h＞1.0极限：-1.0％～-3.0％

初始照准：-1.5％～-2.0％

对于前照灯高度大于1200mm的n3g类(越野)车辆为：

极限：-1.5％～-3.5％

初始照准：-2.0％～-2.5％

标准中h为空载车条件下近光灯的安装高度(单位:m)，倾斜度以百分数表示，计算公式为：

式中：

h1为垂直屏幕上测量的近光灯明暗截止线的离地高度；

h2为近光灯基准中心的离地高度；

l为垂直屏幕到近光灯基准中心的距离；

近光灯光束倾斜度测量示意图如图1所示，其测量结果为负值则表示向下的倾斜度，为正值则表示向上的倾斜度。

从标准中分析可知，所有近光灯明暗截止线的垂直向倾斜度均为负值，表示向下的倾斜度，即在任意距离l的情况下，近光灯明暗截止线的离地高度h1均要小于近光灯基准中心的离地高度h2。因此，车辆在水平路面行驶过程中，近光灯光束上边界的离地高度始终不会超过h2。如果路面摄像机架设高度h大于行驶车辆近光灯离地高h2的情况下，路面运行车辆近光灯光束就不能直接照射摄像机，摄像机只能采集到近光灯光束穿过透光面形成的漫反射光线。

对于远光灯光束，标准中无要求其具备明暗截止线。标准4.3.1.5关于远光灯的几何可见度条款中规定了远光灯发光面的可见度，必须保证在其周长上的众母线形成的扩散区域内。该区域于前照灯基准轴线间的夹角不小于5°。如图2所示，图中α1为远光灯向上的几何可见度角，α2为远光灯向下的几何可见度角。

根据摄像机位置、远光灯基准中心及几何可见度之间的几何关系，如图3所示，可知，远光灯基准中心到摄像机安装位置所在垂直平面之间距离l满足如下不等式的情况下，远光灯光束将直接照射摄像机。

式中：

h为摄像机架设离地高度；

h2为远光灯基准中心的离地高度；

l为摄像机所在垂直平面到远光灯基准中心的距离；

α1为远光灯发光面上投影边界与前照灯基准轴线之间的夹角，即远光灯向上的几何可见度角；

综上分析，如图4所示，当摄像机架设高度h固定，且高于路面行驶车辆前照灯高度h2的情况下，路面行驶车辆到摄像机所在垂直平面距离l≥(h-h2)/tan(α1)时，如果该车辆开启了远光灯，则远光灯光束将直接照射摄像机，进入l＜(h-h2)/tan(α1)的路面区域时，摄像机接收到的光线由远光灯直射光束转为远光灯光束穿过透光面形成的漫反射光线。如果该行驶车辆使用近光灯，因近光灯的明暗截止线的高度h1始终要低于摄像机的架设高度h，该行驶车辆近光灯光束始终无法直接照射摄像机，摄像机只能采集到近光灯光束穿过透光面而形成的漫反射光线。

因此，根据摄像机的曝光特性，在l≥(h-h2)/tan(α1)的路面区域，如果行驶车辆开启远光灯，远光灯的光线直射会引起摄像机高光溢出，所采集的画面会在远光灯周围形成大范围的高光区域，驶入小于该距离的路面区域，摄像机会因直射光线的消失，而使得远光灯周围的高光区域迅速缩小，形成跳变。而远光灯关闭，近光灯开启的行驶车辆，在其行驶过程中，近光灯光束始终无法直射摄像机，近光灯周围并无明显高光区域，这一区别，构成了判别远光灯开闭状态的显著特征。

根据上诉原理，提供一种基于前照灯光线方向的远光灯开闭状态的判别方法，包括如下步骤：

步骤1、划定监控区域

标准4.3.1.5中规定了前照灯基准轴线间的夹角不小于5°即式2中α1≥5°，标准第4.3.2.4.2中规定，近光灯离地高度不小于500mm,不大于1200mm，远光灯一般与近光灯安装位置高度相同，即式2中0.5m≤h2≤1.2m。代入可得：

即摄像机安装高度h确定以后，所有行驶车辆在距离摄像机垂直平面距离l≥11.5×(h-0.5)的路面区域，行驶车辆的远光灯光束都将直接照射摄像机，记该位置为l1。

考虑各类车型间远光灯离地高度和几何可见度的差异，在l1位置往车辆行驶方向设置k米的转换区域，即距离摄像机垂直平面距离l＝l1-k处，记该位置为l2。当转变区设置合理的情况下，可认为行驶车辆驶离l2位置后，远光灯直射光束不再直接照射摄像机，即在k米的转换区内，摄像机接收到的光线由远光灯直射光束转为光束穿过透光面形成的漫反射光线。

如图所示，由l1和l1+k两个位置将摄像机监视域划分为三个区域，记为远光灯直射区、转换区、漫反射区。如图5所示。

步骤2：车辆检测跟踪

运用运动目标检测跟踪算法，获取行驶车辆各个位置的特写图片。如图所示，分别为开启近光灯、远光灯的路面行驶车辆从起始检测线至终止检测线各个位置的特写图片。

步骤3：获取前照灯区域

由于运行车辆开启远光灯和近光灯的特征区域主要位于车辆前照灯区域。本文在步骤2的基础上通过如下方法获取车辆前照灯区域。

3.1)获取画面左右两侧高光区域质心坐标(xl,yl)、(xr,yr)。

3.2)以左右两侧高光区域质心为中心，选取一个矩形区域r。其中：

式中：α、β为矩形宽度和高度的调节因子，可取经验值α＝1.2、β＝0.6。

3.3)以矩形r为感兴趣区域，从步骤2的车辆特写图中取出前照灯区域，如图7所示。

步骤4：判断车辆远光灯的开闭状态

由于行驶车辆在进入l1位置之前，车辆远光灯的直射光束会在前照灯周围形成明亮光斑，使得前照灯区域整体亮度值较高，因此，将位于直射区路面的车辆前照灯区域整体亮度特征作为远光灯开闭状态判别的第一个判别依据。

对当前车辆前照灯区域图像[f(x,y)]m×n,其中m×n表示该前照灯区域特写图像的大小为m行n列，(x,y)表示像素点的坐标，f(x,y)为像素点的值。车辆前照灯区域整体亮度特征计算公式为：

当开启了远光灯的行驶车辆，其从l1位置进入转换区到l2位置离开转换区时。摄像机接收到的光线由远光灯直射光束转为光束穿过透光面形成的漫反射光线，从而使得前照灯区域整体亮度剧烈减少。而开启近光灯的行驶车辆，经过l1、l2位置时，前照灯区域整体亮度基本保持不变。因此，将l1至l2位置的前照灯区域整体亮度变化率作为远光灯开闭状态的第二个判别依据。前照灯区域整体亮度变化率公式为：

行驶车辆开启远光灯判定条件1为：当l＞l1时,b≥thb(7)

其中，thb为前照灯区域整体亮度的判断阈值，为所有位于l＞l1位置行驶车辆前照灯区域的平均亮度。

行驶车辆开启远光灯判断条件2为：

其中thρ为前照灯区域整体亮度变化率的判断阈值。

当条件1和条件2同时满足时，则判定该行驶车辆开启了远光灯，否则，判定为开启了近光灯。

以上所述仅为本发明的优选实施方式，本发明的保护范围并不仅限于上述实施方式，凡是属于本发明原理的技术方案均属于本发明的保护范围。对于本领域的技术人员而言，在不脱离本发明的原理的前提下进行的若干改进，这些改进也应视为本发明的保护范围。