一种隧道入口“黑洞效应”严重程度的检测装置及方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及交通安全技术，特别涉及一种隧道入口"黑洞效应"严重程度的检测方 法。
【背景技术】
[0002] 近年来，总量不断增加的隧道给交通管理和行车环境带来了诸多影响，尤其是处 于大交通量路段的长隧道和特长隧道，安全形势十分严峻。由于隧道呈隐蔽带状结构，其交 通事故的后果往往比隧道外的严重得多。目前，出入口事故多发已成为隧道交通事故的集 中特点，原因之一是驾驶员在进出隧道的"暗适应"和"明适应"过程中，人眼所获取的前方 视觉图像往往模糊不清。
[0003] 就白天入口段而言，当车辆驶近隧道时，驾驶员因为"暗适应"从隧道外面难以看 清入口段的真实路况，便会产生"黑洞"一样的视觉效果，这种现象一般称为"黑洞效应"。 "黑洞效应"产生后，驾驶员在进入隧道瞬间无法看清前方障碍物甚至失去方向感，需经过 短时间的暗适应过程才能恢复正常。这种情形下，倘若隧道里面靠近入口处存在行驶缓慢 或者因故静止的车辆，隧道外车辆的快速驶入极易引发交通事故。例如，2011年4月14日 12时40分，在户外阳光强烈的厦蓉排降隧道，一辆越野车受入口内外亮度差异影响，未能 获取清晰的隧道内行车场景，驶入隧道100米左右后与前方慢速行驶的货车相撞，造成3死 2重伤的交通事故。2013年3月1日13时45分，晋济岩后隧道入口处，一辆运煤车受"黑 洞效应"影响，未能看清隧道入口段通行情况便违章变道驶入，与距离入口约100米的甲醇 运输车相撞并发生火灾爆炸，最终引起40人遇难和多车被毁的重大损失。由此可知，隧道 入口"黑洞效应"的客观评价，对引导车辆安全行驶具有重大意义。
[0004] 针对上述隧道入口白天视觉安全性问题，飞秒光电科技公司申请了一种隧道入口 用太阳光照明控制系统专利，控制反光镜始终以最优角度面向太阳光，使最强光线反射到 隧道内加强照明。厦门格绿能光电公司申请了一种LED隧道灯系统及LED隧道灯的亮度控 制方法专利，通过照度传感器采集天空照度，分析处理后实时调节隧道内部照明亮度。长安 大学于2013年申请了一种公路隧道入口白天安全性提示装置及提示方法专利，由隧道内 摄像机采集入口段车况图像信息，经单片机处理后向隧道外提供警示信息。以上专利的侧 重点或是加强隧道内部的照明条件，或是反映隧道入口段车况信息，即在现有相关技术中， 均未涉及隧道入口处"黑洞效应"严重程度的检测方法。
【发明内容】
[0005] 鉴于此，本发明的目的是提供一种隧道入口"黑洞效应"严重程度的检测装置及方 法，本发明利用机器视觉对"黑洞效应"严重程度进行评价，具有结构简单、自动化处理、评 价结果客观、接近人类视觉主观感受等优点。
[0006] 本发明的目的之一是通过以下技术方案实现的，一种隧道入口"黑洞效应"严重程 度的检测装置，包括从洞口处向洞内延伸且呈等间距布置的若干个标靶、图像采集单元和 处理单元；所述标靶安装在隧道的路面上，所述图像采集单元设置在隧道洞口前方并朝向 入口，用于采集入洞口处洞内外场景图像；所述处理单元与图像采集单元连接，用于处理图 像采集单元获得的图像数据。
[0007] 优选的，所述标靶为圆形，直径为IOcm~50cm，标靶距离地面高度为IOcm~ 150cm〇
[0008] 优选的，所述标靶的数目M为1~10个。
[0009] 优选的，所述图像采集单元距离隧道入口 20~至250m，距离路面I. 5m~2m。
[0010] 本发明的目的之二是通过以下技术方案实现的，一种隧道入口"黑洞效应"严重程 度的检测方法，包括以下步骤：
[0011] Si.获取包含洞口完整轮廓和入口段路面场景的灰度图像；
[0012] S2.根据灰度图像确定洞口轮廓的位置；
[0013] S3.选取包括所有标靶的区域作为感兴趣区域，根据感兴趣区域分离获得相应的 感兴趣区域二值边缘图像；
[0014] S4.从相应的感兴趣区域的二值边缘图像中识别出标靶的个数N ;
[0015] S5.根据识别出的标靶个数判断"黑洞效应"的严重程度，采用[0, 1]范围内的系 数P表示"黑洞效应"的严重程度，计算公式为P = (M - N)/M，p取值越大说明隧道入口处 的"黑洞效应"越严重，M表示标靶的数目。
[0016] 另一种方法是：根据机器视觉能识别标靶的最远距离来判断"黑洞效应"严重程 度。
[0017] 优选的，所述步骤S2包括以下子步骤：
[0018] S21.对获取的灰度图像进行滤波去噪、边缘检测和二值化处理，得到二值边缘图 像；
[0019] S22.依据Hough变换圆检测原理，将二值边缘图像的所有非零像素，从图像空间 映射到参数空间，统计以（S 1J1)为圆心、Γι为半径的像素数目，结果保存在数组S Ja1Hb1] W中；
[0020] S23查找数组S1取得最大值的索引 和半径描 述入洞口轮廓的位置。
[0021] 优选的，所述步骤S4包括以下子步骤：
[0022] S41.标靶的靶面轮廓均为圆形，对相应的感兴趣区域的二值边缘图像中的非零像 素进行Hough变换，统计以（a 2，b2)为圆心、r2为半径的像素数目，结果保存在数组S2[a 2] [b2] [r2]中；
[0023] S42.查找数组52[&2] [b2] [r2]中与周长2 π巧之比大于给定阈值的数组元素，存放 在新的数组T[a2][b2][r2]中；
[0024] S43.对数组T[a2] [b2] [r2]的元素进行分类操作，使处于同一类里面的元素共同 描述一个标靶靶面的圆形轮廓，分类数目N便等于从图像中识别出的标靶个数。
[0025] 优选的，在步骤Sl中，当采集的原始图像为彩色图像时，使用加权值法将其转换 成灰度图像，像素红分量的权值为〇. 30,像素绿分量的权值为0. 59,像素蓝分量的权值为 0· 11〇
[0026] 优选的，在步骤S3中，感兴趣区域是以（a(]，b。）为中心、纵向高度横向宽度 </2的矩形。
[0027] 优选的，在步骤S43中，当数组T[a2] [b2] [r2]中的元素与候选类中的任一元素 Tg , 至少同时满足以下两个条件时，贝丨J T[a2] [b2] [r2]属于该候选类：①（a2，b2) 与(^, g)之间的直线距离小于巧和 < 中的最小值r2_;? r 2减去g的绝对值与r2_的比 值小于设定阈值。
[0028] 由于采用了上述技术方案，本发明具有如下的优点：
[0029] 本发明采用机器视觉分析布置在入口段路面的若干个自制标靶的可视性，并以归 一化的系数或根据机器视觉能识别标靶的最远距离来判断"黑洞效应"严重程度，具有结构 简单、自动化处理、评价结果客观、接近人类视觉主观感受等优点。本发明可用于"黑洞效 应"严重程度的评价，检测入口段照明情况是否满足规定的视觉安全需求，亦可用于隧道入 口"黑洞效应"严重程度变化的长期监测，为入口段照明设施的自动控制及亮度调节提供客 观依据。
【附图说明】
[0030] 为了使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本发明作进 一步的详细描述，其中：
[0031] 图1是本发明的隧道入口 "黑洞效应"严重程度检测装置示意图；
[0032] 图2是本发明的隧道入口 "黑洞效应"严重程度检测方法中图像感兴趣区域选取 示意图；
[0033] 图3是本发明的另一种隧道入口 "黑洞效应"严重程度检测装置示意图。
【具体实施方式】
[0034] 以下将结合附图，对本发明的优选实施例进行详细的描述；应当理解，优选实施例 仅为了说明本发明，而不是为了限制本发明的保护范围。
[0035] 如图1所示，一种隧道入口 "黑洞效应"严重程度的检测装置，包括标靶1、图像采 集单元2和处理单元（便携式计算机3);其中，所述标靶的靶面外形为圆形，从洞口开始向 洞内等间距布置，所述标靶通过支撑杆安装在隧道路面上；为了获得更优的效果，标靶竖直 安装在中央车道线上。所述图像采集单元具有千万以上有效像素的数字相机，设置在隧道 入口洞外前方并朝向入口，用于采集入口处洞内外场景图像；所述便携式计算机具备工业 相机接口和液晶显示屏，且处理器、内存、显卡等方面的配置满足数字图像处理和评价结果 显示的需求。
[0036] 优选的，所述标革E革E面的颜色为白色、直径IOcm至50cm、安装高度IOcm至150cm， 布置的标靶数目M为1个至10个。
[0037] 优选的，所述数字相机的安装距离为距隧道入口 20m至250m，高度为I. 5m~2m。
[0038] 基于上述装置，本发明还提供一种隧道入口 "黑洞效应"严重程度的评价方法，包 含如下