基于机器视觉的前车碰撞警告系统及采用该系统实现前车碰撞警告的方法
【专利摘要】本发明公开一种基于机器视觉的前车碰撞警告系统及采用该系统实现前车碰撞警告的方法，其采用先进的计算机视觉模式识别算法，结合高速数字信号处理器对安装在车上的前视摄像头采集的行车路况实时分析，可以在预测到将与前车碰撞的情况下向驾驶员发出视觉、听觉或触觉方面的警告，以提示司机注意安全行驶，有效减少追尾事故发生。
【专利说明】基于机器视觉的前车碰撞警告系统及采用该系统实现前车碰撞警告的方法
【技术领域】
[0001]本发明公开一种碰撞警告系统及实现方法，特别是一种基于机器视觉的前车碰撞警告系统及采用该系统实现前车碰撞警告的方法。
【背景技术】
[0002]随着科技的发展和人们生活水平的提高，汽车在人们日常生活中的保有量越来越多，汽车行业的蓬勃发展给社会经济带来很大的贡献，但同时也产生一系列社会问题，其中交通事故是最严重的问题。据统计数据，2011年中国共发生交通事故210812起，其中死亡人数:62387人，国家针对交通事故也出台立法，想用法律约束司机，以减少交通事故的发生，然后，还是有司机会心存侥幸，其中绝大部分事故的起因是司机鲁莽驾驶，不遵守交通规则所致，如何减少交通事故成为一个社会问题。
【发明内容】
[0003]针对上述提到的现有技术中的无法减少交通事故的发生的缺点，本发明提供一种新的基于机器视觉的前车碰撞警告系统及采用该系统实现前车碰撞警告的方法，其采用先进的计算机视觉模式识别算法，结合高速数字信号处理器对安装在车上的前视摄像头采集的行车路况实时分析，可以在预测到将与前车碰撞的情况下向驾驶员发出视觉、听觉或触觉方面的警告，以提示司机注意安全行驶，有效减少追尾事故发生。
[0004]本发明解决其技术问题采用的技术方案是:一种基于机器视觉的前车碰撞警告系统，该系统包括前视摄像头、警告面板、控制电路和电源模块，前视摄像头安装在车辆前方不遮挡司机视线的位置，前视摄像头输出图像信息给控制电路，控制电路控制警告面板工作，电源模块给其他部分供电。
[0005]一种采用上述的基于机器视觉的前车碰撞警告系统实现前车碰撞警告的方法，该方法包括下述步骤:
[0006]A、前视摄像头以每秒25帧(PAL制式)或30帧(NTSC制式)的速度向高速数字信号处理器发送视频信号；
[0007]B、高速数字信号处理器把视频信号转化为RGB格式的彩色图片；
[0008]C、YUV编码:把经过转化后取得的彩色图片经分色、分别放大校正后得到RGB，再经过矩阵变换电路得到亮度信号Y和两个色差信号R-Y即U、B-Y即V，最后将亮度和色差三个信号分别进行编码，用同一信道发送出去；
[0009]D、根据图像进行车后灯识别或车身外框形状识别，若进行车后灯识别，则跳至步骤E，若进行车身外框形状识别，则跳至步骤G ;
[0010]E、若车后灯识别时:识别前视摄像头采集的视频信号中的高亮度的区域是否为红色；
[0011]F、识别该高亮度区域的红色是否平衡对称，若平衡对称，且为红色则认为是前方物体为车辆，直接跳转至步骤I;
[0012]G、车身外框形状识别时:对图像进行Hough变换，对图像边缘检测，分析是否与车 身外框形状相似；
[0013]H、比对识别出的边缘外框是否平衡对称，若平衡对称且与车身外壳相似则认为是 前方物体车辆，直接跳转至步骤I ;
[0014]1、根据车灯或车外形出现在图片的位置查找预先校正好的距离-位置对应表，计 算本车与前车的距离Dn ；
[0015]J、实时检测车辆速度；
[0016]K、对比两次检测出的距离差，计算相对速度AV= (Dn-Dn+1) / A t，TTC = Dn+1/ A V ；
[0017]L、将TTC等级发送给接口单片机，接口单片机根据不同的TTC等级向警告面板发 送警告信号，警告面板收到信号后，发出预定的警告信息。
[0018]本发明解决其技术问题采用的技术方案进一步还包括:
[0019]所述的控制电路包括高速数字信号处理器、接口单片机和传感器，传感器输出车 辆速度信息给接口单片机，通过接口单片机输出给高速数字信号处理器，前视摄像头输出 图像信息给高速数字信号处理器，并经过高速数字信号处理器计算后，输出报警信息给接 口单片机，接口单片机控制警告面板工作。
[0020]所述的传感器包括用于检测车辆加速度的加速度传感器和用于检测车速的车速 传感器。
[0021]所述的警告面板包括显示屏、蜂鸣器或扬声器以及偏心振子中的一种或几种。
[0022]所述的电源模块采用汽车电源。
[0023]所述的前视摄像头车辆前挡风玻璃中上部。
[0024]所述的接口单片机与高速数字信号处理器通过I/O 口或者CAN Bus总线连接。
[0025]本发明的有益效果是:本发明采用先进的计算机视觉模式识别算法，结合高速数 字信号处理器对安装在车上的前视摄像头采集的行车路况实时分析，可以在预测到将与前 车碰撞的情况下向驾驶员发出视觉、听觉或触觉方面的警告，以提示司机注意安全行驶，有 效减少追尾事故发生。
[0026]下面将结合附图和【具体实施方式】对本发明做进一步说明。
【专利附图】
【附图说明】
[0027]图1为本发明电路方框图。
[0028]图2为本发明安装结构示意图。
[0029]图3为本发明实现方法流程图。
[0030]图中，1-车身，2-前挡风玻璃，3-前视摄像头，4-警告面板。
【具体实施方式】
[0031]本实施例为本发明优选实施方式，其他凡其原理和基本结构与本实施例相同或近 似的，均在本发明保护范围之内。
[0032]请结合参看附图1和附图2，本发明主要包括前视摄像头、警告面板、控制电路和 电源模块，其中，前视摄像头3安装在车辆车身I的前方不遮挡司机视线的位置，优选安装在车身I的前挡风玻璃2的中上部，前视摄像头输出图像信息给控制电路，控制电路控制警告面板4工作，本实施例中，警告面板4安装在车身I内，电源模块给其他部分供电，本实施例中，电源模块采用汽车电池(12V或24V)电源给其他部分供电。本实施例中，控制电路包括高速数字信号处理器(即DSP)、接口单片机(即MCU)和传感器，传感器输出车辆速度信息给接口单片机，本实施例中，传感器包括用于检测车辆加速度的加速度传感器和用于检测车速的车速传感器，加速度传感器和车速传感器通过I/O 口，或者CAN Bus总线将汽车车速信号传输给接口单片机，通过接口单片机输出给高速数字信号处理器，本实施例中，接口单片机通过I/O 口，或者CAN Bus总线与高速数字信号处理器连接，进行数据传输。前视摄像头输出图像信息给高速数字信号处理器，并经过高速数字信号处理器计算，高速数字信号处理器处理对获取的行车图像进行处理和模式识别，对本车前物体的距离、大小、形状、颜色和速度等来区分是车辆或其他物体，高速数字信号处理器根据图像识别算法中获得的距离数据，以及本车速度，可以测算出按照当前速度将要与前车碰撞的时间(TTC:Time toCollision)，根据TTC的不同数值等级，系统将智能归类出危险程度，而发出不同等级的警告信号。高速数字信号处理器计算后输出报警信息给接口单片机，接口单片机控制警告面板工作。本实施例中，高速数字信号处理器通过安装在前挡风玻璃处的前视摄像头获取行车中的路况影像，结合车速信息进行复杂的机器视觉识别，智能决策车辆是否将要与前车碰撞，以及计算将要碰撞的时间，高速数字信号处理器会根据将要碰撞的概率向接口单片机发送不同等级的警告信息，通过接口单片机向警告面板发送警告信息，独立的警告面板在收到警告信息后将在面板上向驾驶员显示不同的警告信息。本实施例中，警告面板包括显示屏、蜂鸣器或扬声器以及偏心振子中的一种或几种。
[0033]请参看附图3，本发明中，采用上述系统实现前车碰撞警告的方法包括下述几个步骤:
[0034]A、前视摄像头以每秒25帧(PAL制式)或30帧(NTSC制式)的速度向高速数字信号处理器发送视频信号；
[0035]B、高速数字信号处理器把视频信号转化为RGB格式的彩色图片；
[0036]C、YUV编码:把经过转化后取得的彩色图片经分色、分别放大校正后得到RGB，本实施例中的处理过程为把彩色像素分解成RGB三色，放大为对RGB强度进行乘法加强，信号不同的CMOS或CCD传感器有不同的校正系数，根据三基色原理，任意一种色光F都可以用不同分量的R、G、B三色相加混合而成。
[0037]F = r[R]+g[G]+b[B]
[0038]其中，r、g、b分别为三基色参与混合的系数。当三基色分量都为O (最弱)时混合为黑色光；而当三基色分量都为k(最强)时混合为白色光。调整r、g、b三个系数的值，可以混合出介于黑色光和白色光之间的各种各样的色光。再经过矩阵变换电路得到亮度信号Y和两个色差信号R-Y即U、B-Y即V，最后将亮度和色差三个信号分别按照统一标准的YUV编码方式进行编码，用同一信道发送出去，这种色彩的表示方法就是所谓的YUV色彩空间表示；
[0039]YUV与RGB相互转换的公式如下(RGB取值范围均为0_255):
[0040]Y = 0.299R+0.587G+0.114B
[0041]U = -0.147R-0.289G+0.436B[0042]V = 0.615R-0.515G-0.100B
[0043]R = Y+l.14V
[0044]G = Υ-0.39U-0.58V
[0045]B = Y+2.03U
[0046]YUV编码:有统一，标准的编码方式
[0047]YUV420格式多见于DV数据中，用于PAL制
[0048]YUV4:2:0
[0049]4:2:0并不意味着只有Y，Cb而没有Cr分量。它指得是对每行扫描线来说，只有一种色度分量以2: I的抽样率存储。相邻的扫描行存储不同的色度分量，也就是说，如果一行是4:2:0的话，下一行就是4:0:2，再下一行是4:2:0……以此类推。对每个色度分量来说，水平方向和竖直方向的抽样率都是2: 1，所以可以说色度的抽样率是4: I。对非压缩的8比特量化的视频来说，每个由2X2个2行2列相邻的像素组成的宏像素需要占用6字节内存。
[0050]下面八个像素为:
[0051][Y0 UO VO] [Yl Ul VI] [Y2 U2 V2] [Y3 U3 V3]
[0052][Y5 U5 V5] [Y6 U6 V6] [Y7 U7 V7] [Y8 U8 V8]
[0053]存放的码流为:
[0054]YO UO Yl Y2 U2 Y3 Y5 V5 Y6 Y7 V7 Y8
[0055]映射出的像素点为:
[0056][Y0 UO V5] [Yl UO V5] [Y2 U2 V7] [Y3 U2 V7]
[0057][Y5 UO V5] [Y6 UO V5] [Y7 U2 V7] [Y8 U2 V7]
[0058]D、将图形分解成4份，只对其中一块进行数据处理，以降低内存和CPU计算量；
[0059]E、根据图像进行车后灯识别或车身外框形状识别，若进行车后灯识别，则跳至步骤F，若进行车身外框形状识别，则跳至步骤H，两种识别方法择一即可；
[0060]F、若车后灯识别时:识别前视摄像头采集的视频信号中的高亮度的区域(本实施例中，亮度信号YUV的值大于某个设定值的时候则可以认为该像素为高亮区，该设定值需根据实际环境调节，非固定值)是否为红色；
[0061]G、识别该高亮度区域的红色是否平衡对称，若平衡对称，且为红色则认为是前方物体为车辆，直接跳转至步骤I;
[0062]H、车身外框形状识别时:对图像进行Hough变换，得到图像边缘特性，分析是否与车身外框形状相似；
[0063]1、比对识别出的边缘外框是否平衡对称，若平衡对称且与车身外壳相似则认为是前方物体车辆，直接跳转至步骤I ;
[0064]J、根据车灯或车外形出现在图片的位置查找预先校正好的距离-位置对应表，计算本车与前车的距离Dn ；
[0065]K、实时检测车辆速度；
[0066]L、对比两次检测出的距离差，计算相对速度M= (Dn-Dn+1) / Δ t，TTC = Dn+1/ Δ V ；
[0067]Μ、将TTC等级发送给接口单片机，接口单片机根据不同的TTC等级向警告面板发送警告信号，警告面板收到信号后，发出预定的警告信息。[0068] 本发明采用先进的计算机视觉模式识别算法，结合高速数字信号处理器对安装在 车上的前视摄像头采集的行车路况实时分析，可以在预测到将与前车碰撞的情况下向驾驶 员发出视觉、听觉或触觉方面的警告，以提示司机注意安全行驶，有效减少追尾事故发生。
【权利要求】
1.一种基于机器视觉的前车碰撞警告系统，其特征是:所述的系统包括前视摄像头、警告面板、控制电路和电源模块，前视摄像头安装在车辆前方不遮挡司机视线的位置，前视摄像头输出图像信息给控制电路，控制电路控制警告面板工作，电源模块给其他部分供电。
2.根据权利要求1所述的基于机器视觉的前车碰撞警告系统，其特征是:所述的控制电路包括高速数字信号处理器、接口单片机和传感器，传感器输出车辆速度信息给接口单片机，通过接口单片机输出给高速数字信号处理器，前视摄像头输出图像信息给高速数字信号处理器，并经过高速数字信号处理器计算后，输出报警信息给接口单片机，接口单片机控制警告面板工作。
3.根据权利要求2所述的基于机器视觉的前车碰撞警告系统，其特征是:所述的传感器包括用于检测车辆加速度的加速度传感器和用于检测车速的车速传感器。
4.根据权利要求1所述的基于机器视觉的前车碰撞警告系统，其特征是:所述的警告面板包括显示屏、蜂鸣器或扬声器以及偏心振子中的一种或几种。
5.根据权利要求1所述的基于机器视觉的前车碰撞警告系统，其特征是:所述的电源模块采用汽车电源。
6.根据权利要求1所述的基于机器视觉的前车碰撞警告系统，其特征是:所述的前视摄像头车辆前挡风玻璃中上部。
7.根据权利要求2所述的基于机器视觉的前车碰撞警告系统，其特征是:所述的接口单片机与高速数字信号处理器通过I/O 口或者CAN Bus总线连接。
8.一种米用如权利要求1所述的基于机器视觉的前车碰撞警告系统实现前车碰撞警告的方法，其特征是:所述的方法包括下述步骤: A、前视摄像头以每秒25帧(·PAL制式)或30帧(NTSC制式)的速度向高速数字信号处理器发送视频信号； B、高速数字信号处理器把视频信号转化为RGB格式的彩色图片； C、YUV编码:把经过转化后取得的彩色图片经分色、分别放大校正后得到RGB，再经过矩阵变换电路得到亮度信号Y和两个色差信号R-Y即U、B-Y即V，最后将亮度和色差三个信号分别进行编码，用同一信道发送出去； D、根据图像进行车后灯识别或车身外框形状识别，若进行车后灯识别，则跳至步骤E，若进行车身外框形状识别，则跳至步骤G ； E、若车后灯识别时:识别前视摄像头采集的视频信号中的高亮度的区域是否为红色； F、识别该高亮度区域的红色是否平衡对称，若平衡对称，且为红色则认为是前方物体为车辆，直接跳转至步骤I ; G、车身外框形状识别时:对图像进行Hough变换，对图像边缘检测，分析是否与车身外框形状相似； H、比对识别出的边缘外框是否平衡对称，若平衡对称且与车身外壳相似则认为是前方物体车辆，直接跳转至步骤I ; · 1、根据车灯或车外形出现在图片的位置查找预先校正好的距离-位置对应表，计算本车与前车的距离Dn ； J、实时检测车辆速度； K、对比两次检测出的距离差，计算相对速度AV= (Dn-Dn+1)/At, TTC = Dn+1/AV ；L、将TTC等级发送给接口单片机，接口单片机根据不同的TTC等级向警告面板发送警告信号，警告面板收到信号后，发出预定的警告信息。
9.根据权利要求8所述的方法，其特征是:所述的步骤C后还包括步骤C’，步骤C’为将图形分解成4份，只对其中一块`进行数据处理。
【文档编号】B60W30/08GK103569110SQ201210266227
【公开日】2014年2月12日 申请日期:2012年7月30日 优先权日:2012年7月30日
【发明者】余曦 申请人:深圳华一汽车科技有限公司