专利名称：一种汽车防偏道报警装置的制作方法
技术领域：
本发明涉及基于计算机视觉装置的自主导航领域，特别涉及一种汽车防偏道报警装置。
背景技术：
随着人类进入21世纪，计算机技术和汽车工业得到迅猛发展，许多智能控制在现 代汽车上得到广泛应用。智能控制在现代汽车上的使用使汽车的安全性大大提高。但是，从人的视觉理论分析，只有图像处理装置的处理速度达到每秒25帧以上时 智能控制才能达到实时的效果，即要求实时图像处理装置必须在40nm内完成对一帧图像 的运算处理，才能保证图像的实时性。然而，现有的技术存在的最大难点就是如何解决图像 处理的实时性问题，也就是如何在有限的时间内完成大量图像数据的处理。
发明内容
本发明的目的在于提供一种汽车偏离车道报警装置，它能够解决图像处理的实时 性问题，当车辆偏离当前于驶车道时，能够给驾驶员一个警示信号，从而减少因偏离车道而 引发的交通事故。为了实现上述目的，本发明采用如下技术方案予以实现一种汽车偏离车道报警 装置，其特征在于，包括一个针孔摄像头，设置在汽车顶部前方正中央，采集汽车前方路面 图像；一个视频编码器，将所述路面图像的模拟信号转化为数字信号，并进行存储；一个数 字信号处理器，处理数字信号格式的路面图像，输出汽车的当前路面信息和偏离车道的报 警信息；一个视频解码器，接收汽车的当前路面信息，并转化为模拟信号；一个显示屏，接 收汽车的当前路面信息的模拟信号，输出路面图像；一个音频解码器，接收报警信息，并转 化为模拟信号；一个扬声器，接收报警信息的模拟信号，输出报警信号。本发明的有益效果是所述数字信号处理器采用TMS320DM642芯片。所述视频编码器采用SAA7115芯片。 所述视频解码器采用SAA7105H芯片。所述音频解码器采用TLV320AIC23芯片。所述电源 转换器采用7805三端急压器和TPS54310PWP芯片或开关电源。由于本发明数字信号处理器采用TMS320DM642芯片。芯片TMS320DM642强大的功 能可以很好地满足实时性要求。TMS320DM642是TI公司发布的专门面向图像实时处理的专 用芯片。该芯片时钟高达600MHz，8个并行运算单元，处理能力达4800MIPS (Million Insl ； ructions Per kcond的缩写)；采用二级缓存结构；具有64位外接存储器接口，可连接异 步或同步的存储器；具有三个可配置的视频接口，可以和视频输入、输出或传输流输入无缝 连接；具有多通道音频串行端口(McASP)，便于音频应用开发；10/100MbpS以太网口，便于 网络应用；还具有IIC总线模块、数据管理输入输出模块。因此运算速度快，实时性好。相 应地，视频编码/解码的实现采用专用芯片SAA7115/SAA7105H，音频解码的实现采用专用 芯片TLV320AIC23，提高了装置的运行效率。
图1本发明的结构框图；图2图像采集模块电路连接图；图3图像显示模块电路连接图；图4音频输出模块电路连接图；图5电源模块设计电路图；图6路面图像处理流程图。
具体实施例方式参照图1，本装置以数字信号处理器(TMS320DM642)为核心，和视频输入模块、 视频输出模块、音频输出模块、电源模块共同构成。其中视频输入模块主要CCD摄像头和 SAA7115视频编码器组成；视频输出模块主要由IXD显示器和SAA7105H视频解码器组成； 音频输出模块由TLV320AIC23音频解码器和扬声器组成；电源模块由汽车电源和电压变换 电路模块组成，电压变换电路由一个三端稳压集成块7805和两块TPS54310PWP芯片组成， 其功用是给其他模块提供1. 4V和3. 3V电压。视频编码器(SAA7115)、数字信号处理器(TMS320DM642)、音频解码器 (TLV320AIC23)和视频解码器(SAA7105H)通过标准IIC总线进行配置连接。CXD摄像头 设置在汽车顶部前方正中央，用于采集汽车前方道路图像，CCD摄像头的输出与视频编码 器(SAA7115)的输入连接，音频解码器(TLV320AIC23)输出到报警系统(扬声器)，视频 解码器(SAA7105H)输出到IXD液晶显示器。首先，CXD摄像头采集的PAL/NTSC制的道路 图像数据经过SAA7115视频编码器，将原始的模拟视频信号转换为数字视频信号，然后，以 YCrCb4:2:2格式存储到SAA7115片内的SDRAM中，等待下一步处理。最后，存储到SDRAM中 的视频数字信号通过数字信号处理器(TMS320DM64》进行处理，一方面，数字信号处理器 (TMS320DM642)通过视频编码器SAA7105H将数字视频信号转换成模拟信号输出到IXD液晶 显示器；另一方面，数字信号处理器(TMS320DM64》根据道路图像的视频数字信号，判断汽 车的偏离车道情况，产生报警信息，通过TLV320AIC23音频解码器，给报警系统一个电压信 号，发出报警提示。参照图2，图像采集模块中，使用的图像采集设备是CCD摄像头，CCD摄像头通RCA 型视频插座与芯片34々7115的六1[21-24]引脚连接。由于CXD摄像头输出的信号为PAL/ NTSC制模拟信号，不能被TMS320DM642直接处理，因此选用Wiilips公司的SAA7115视频编 码器来完成图像的数字化以及同步水平和垂直信号的分离。SAA7115的信噪比为10-15dB， 在同类产品中视频编码性能好。图像采集模块由视频A/D转换芯片SAA7115及外围电路组 成。来自摄像头的视频信号在SAA7115内部经过钳位、抗混叠滤波、A/D转换、YUV分离电路 之后，转换成BT. 656视频数据流，输入TMS320DM642中。TMS320DM642有三个视频输入端 口，设计时把视频端口 1用作输入端口，视频端口 2用作输出显示端口。捕获端口 1通过一 个RCA类型的视频插座和4针的S-Video端口连接到视频源。SAA7115可通过TMS320DM642 的IIC总线进行编程，并且可以连接所有的主要合成视频标准。TMS320DM642通过IIC总线 控制SAA7115的内部寄存器，对视频数据流进行有效的传输。SAA7115有多种功能供用户选择，功能的选定可以通过对寄存器的设置来完成。在该模块电路中，SAA7115的IPD [7-0]引脚与TMS320DM642的VPID [2-9]引脚相 连，为视频数据传输端口 ；SAA7115的ICLK引脚与TMS320DM642的VPI-CLKO的引脚相连， 为线锁定系统时钟端口 ；VPI-CTLO为水平同步信号端口，VPI-CTLI为垂直同步信号端口， VPI-CTL2为场标志信号端口 ；SCL、SDA分别为IIC总线控制的串行时钟线和串行数据线端参照图3，图像显示模块中，采用的图像显示设备是IXD液晶显示屏。由于 TMS320DM642处理后的图像信号为数字信号，而IXD液晶显示屏的输入信号为PAL/NTSC 制模拟信号，所以该系统采用Philips公司的SAA7105H视频解码芯片将数字视频信号解 码成NTSC/PAL制式的复合电视信号(CVBS)。该系统中，用TMS320DM642中的端口 2来为 SAA7105H提供数据信号，数字视频信号数据从TMS320DM642的数据引脚(VP2D[2_9])输出， 送到SAA7105H的PDW-7]引脚上，转换成模拟视频信号。SAA7105H内部有一个可编程的寄 存器，通过IIC总线可以对它进行控制设置。在该模块的电路中，PMCLKI为SAA7105H的像素时钟输入，与TMS320DM642的 VP2-CLKI连接，PIXCLK0为SAA7105H的像素时钟输出，与TMS320DM642的VP2-CLK0连接，输 出给视频图像控制器(VGC)。HSVGC、VSVGC、FSVGC为SAA7105H的水平、垂直、场同步信号，分 别与 TMS320DM642 的 VP2-CTL0、VP2-CTLI、VP2_CTL2 相连，输出给 VGC。SCL、SDA 为 SAA7105H 的串行时钟线与串行数据线，分别与TMS320DM642的SCLO与SDAO相连。RED-CR-C-CVBS为 SAA7105H的模拟信号输出，输出给IXD显示器，以显示路面信息。参照图4，音频输出模块中，主要由音频解码器TLV320AIC23及扬声器组成， TMS320DM642的芯片与音频解码器连接。SCLK和SDIN是AIC23控制的移位时钟和数据输 入端口，分别与TMS320DM642的IIC模块端口 SCL和SDA相连。McASP的收发时钟ACLKRO 和ACLKXO由AIC23的串行数据传输时钟BCLK提供，并由AIC23的LRCIN和LRCOUT启动串 口发送和接受数据，A)(R0和AXRI分别与AIC23的DIN和DOUT相连，从而完成TMS320DM642 与TLV320AIC23的通信，并通过IIC总线设置内部寄存器的工作参数和反馈状态信息。参照图5，电源变换电路中，采用一个三端稳压集成块7805和两块TPS54310PWP 的专用电源芯片组成，输入为12V，输出为1. 4V和3. 3V，分别给TMS320DM642内核和I/O端 口供电，产生另外一个3. 3V给视频编解码及其它芯片供电。这两个3. 3V电源分开设计，避 免了电源噪声相互干扰。加电过程中，应当保证内核电源先上电，最晚也应当与I/O电源一 起加。关电源时，先关闭内核电源，再关闭I/O电源。供电次序的原因在于如果仅CPU内 核获得供电，周边I/O没有供电，对芯片不会产生损害，只是没有输入/输出能力而已。如 果反过来，周边I/O得到供电而CPU内核没有加电，那么芯片缓冲/驱动部分的晶体管将在 一个未知状态下工作，这是非常危险的。因此，把1.4V模块的电源输出有效引脚PG连接到 3. 3V模块的允许电压输入引脚EN。这样，只有当1.4V电压有效之后，3. 3V电压才开始上 电，这就保证了 TMS320DM642的内核电压先于I/O电压上电。设计中采用2片TI公司专为 高性能TMS320DM642微处理器的应用而设计的电源芯片TPS54310，分别给TMS320DM642提 供CVDD和DVDD电压。在电路连接上将三端稳压集成块7805的引脚1连接汽车电源，引脚2接地，引脚 3接TPS54310的VIN引脚。三端稳压集成块7805的作用就是将12V的汽车电源电压转换成5V电压。TPS54310(a)的PWR⑶引脚和TPS54310 (b)的SS/ENA引脚相连。当(a)的输 出电压高于1.2V时，芯片(b)开始工作；当这个值达到稳定的+1.4v后，PWR⑶引脚输出高 电平送到芯片(b)的SS/ENA引脚。这就保证了 CPU内核的上电时间早于I/O的上电时间。
参照图6，首先，启动并初始化TMS320DM642，设置SAA7115。C⑶摄像头采集 路面图像，其模拟信号经SAA7115视频编码器由模拟信号转换成数字信号，然后传输给 TMS320DM642。在TMS320DM642中进行图像数据处理，首先由彩色图转换成灰度图，然后经 过二维FIR滤波处理，以降低噪声干扰，输出信号传给自动阀值分割模块(Auto threshold 模块)，利用自动阀值分割法将灰度图像转换成二值图像；输出二值图像传给霍夫变换模 块(Houghtransform模块)，霍夫变换模块根据图像空间Hough参数空间的点线对偶性原 理，将图像中的每个特征点映射到Hough参数空间的累加矩阵的多个单元(累加器)中， 统计各个单元的计数以检测出极值，从而确定是否存在直线(即车道线)，从而完成车道检 测。然后将检测出的车道线传输给车道跟踪模块(Lane Tracking模块)，把从当前的视 频帧中检测到的车道和之前保存在内存中的车道进行匹配比较，如果当前检测到的车道和 内存中保存的车道线具有足够相似的直线参数(在此处设定阀值，当Δρ < 0. 1时即认为 足够相似，其中Δρ代表当前检测到的车道线与内存中保存的车道线的斜率的差值)，就 会在内存中更新当前车道线的位置。最后将内存中保存的车道线传给霍夫直线变换模块 (Hough Lines模块)，将车道线由极坐标转换成直角坐标，并应用这些直角坐标来计算车 道线和当前视频帧底界中心线的距离。如果上述的这个距离比我们预先设定的阀值要小， TMS320DM642就会产生一个高电平信号传给TLV320AIC23，经过解码后给扬声器一个电压， 从而报警。但此处阀值的设定需要根据安装车辆的车体宽度来设定，安装摄像头位置的车 体越宽，上述阀值就越大。由于两侧车道线与当前视频帧底界中心线设定的阀值相等，所以
当任何一侧的阀值小于设定的阀值时，装置都会报警；当上述距离大于阀值时，装置不会报
权利要求
1.一种汽车防偏道报警装置，其特征在于，包括一个针孔摄像头，设置在汽车前方正 中央，采集汽车前方路面图像；一个视频编码器，将所述路面图像的模拟信号转化为数字信 号，并进行存储；一个数字信号处理器，处理数字信号格式的路面图像，输出汽车的当前路 面信息和偏离车道的报警信息；一个视频解码器，接收汽车的当前路面信息，并转化为模拟 信号输出；一个显示屏，接收汽车的当前路面信息的模拟信号，输出路面图像；一个音频解 码器，接收报警信息，并转化为模拟信号输出；一个扬声器，接收报警信息的模拟信号，输出 报警信号。
2.根据权利要求1所述的一种汽车防偏车道报警装置，其特征在于，所述数字信号处 理器采用TMS320DM642芯片。
3.根据权利要求1所述的一种汽车防偏道报警装置，其特征在于，所述视频编码器采 用SAA7115芯片。
4.根据权利要求1所述的一种汽车防偏道报警装置，其特征在于，所述视频解码器采 用SAA7105H芯片。
5.根据权利要求1所述的一种汽车防偏道报警装置，其特征在于，所述音频解码器采 用 TLV320AIC23 芯片。
全文摘要
本发明涉及基于计算机视觉装置的自主导航领域，特别涉及一种汽车防偏道报警装置，包括一个针孔摄像头，设置在汽车顶部前方正中央，采集汽车前方路面图像；一个视频编码器，将所述路面图像的模拟信号转化为数字信号，并进行存储；一个数字信号处理器，处理数字信号格式的路面图像，输出汽车的当前路面信息和偏离车道的报警信息；一个视频解码器，接收汽车的当前路面信息，并转化为模拟信号；一个显示屏，接收汽车的当前路面信息的模拟信号，输出路面图像；一个音频解码器，接收报警信息，并转化为模拟信号；一个扬声器，接收报警信息的模拟信号，输出报警信号。
文档编号B60R11/02GK102133876SQ20111005071
公开日2011年7月27日 申请日期2011年2月23日 优先权日2011年2月23日
发明者郭长有 申请人:郭长有