基于双目立体视觉的汽车安全车距警示装置制造方法
【专利摘要】本实用新型一种基于双目立体视觉的汽车安全车距警示装置，属于安全设备领域，通过双目摄像单元获取前方、后方车辆的图像，根据标定结果和对该对图像的匹配结果，得到最小距离，该最小距离值与安全距离比较，实现车内蜂鸣器报警和车尾部LED显示警示功能；本实用新型双目立体视觉测距具设备在成本方面具有很大的价格优势；立体视觉测距方法能够捕获汽车的图像信息，能够获得更多的信息量；此外结合摄像头、自动光圈和自动白平衡技术，可以在夜间、隧道等可视条件较差的条件下应用；因而本实用新型在汽车安全距离测量领域具有广阔的前景。
【专利说明】基于双目立体视觉的汽车安全车距警示装置
【技术领域】
[0001]本实用新型属于安全设备领域，具体涉及一种基于双目立体视觉的汽车安全车距警示装置。
【背景技术】
[0002]随着我国经济的飞速发展和人民的活水平的不断提高，汽车已进入千家万户。然而，由于交通量的急剧上升，频繁发生的交通事也给广大人民群众的生命财产安全造成了巨大的损失。根据中国日报的统计数据，我国每年超过60000人死于交通事故，已连续十多年成为世界上交通事故死亡人数最多的国家之一。有研究机构研究发现，汽车追尾事故占交通事故总数的35%，在高速公路事故中更是占到六成以上。
[0003]汽车追尾事故的主要原因是由于驾驶员未能保持安全的车间距离。为了降低此类事故率，可以通过在头部安装测距设备测算前方车辆与己方车辆的距离，并在车距小于安全距离时，给本车司机警示信号，以提示本车司机保持车距；在尾部安装测距设备测算后方车辆与己方车辆的距离，并在车距小于安全距离时，给后车司机警示信号，以提示后车车司机保持车距。
[0004]目前，用于车辆的测距的技术主要有超声波测距、微波雷达测距、激光测距等。然而，超声波探测原理简单、成本低，受天气影响大，适合近距离探测；微波雷达测距容易受磁场的干扰较大；激光测距成本较高，且受恶劣天气影响较大。双目立体视觉测距技术，不仅价格较低，结合摄像头合自动光圈和自动白平衡技术，可以在夜间、隧道等可视条件较差的条件下应用。因而双目立体视觉技术应用于汽车安全距离测量领域具有广阔的前景。
【发明内容】
[0005]针对现有技术的不足，本实用新型提出一种基于双目立体视觉的汽车安全车距警示装置，达到降低成本、提高夜间隧道等可视条件较差的环境实用性、起到车距警示、减少交通事故的目的。
[0006]一种基于双目立体视觉的汽车安全车距警示装置，包括蜂鸣器和键盘，还包括车内LED显示屏、车后LED显示屏、前侧双目摄像头、后侧双目摄像头和中央处理单元，其中，所述的中央处理单元的三路输入端分别连接放置于汽车车头的前侧双目摄像头的输出端、放置于汽车车尾的后侧双目摄像头输出端和键盘的输出端；中央处理单元的三路输出端分别连接放置于车内的蜂鸣器的输入端、放置于车后挡风玻璃下方车后LED显示屏的输入端和放置于车内的车内LED显示屏输入端。
[0007]本实用新型优点:
[0008]通过头部双目摄像单元获取两幅车前方车辆的图像，根据标定结果和对该对图像的匹配结果，可以得到本车与前车的最小距离，该最小距离值与通过键盘设定的安全距离比较，若小于安全距离，则车内蜂鸣器报警，提示本车司机减速慢行，保持车距；通过尾部双目摄像单元获取两幅车后方车辆的图像，根据标定结果和对该对图像的匹配结果，可以得到本车与后车的最小距离，该最小距离值与通过键盘设定的安全距离比较，若小于安全距离，则车尾部LED显示警示信息，提示后车司机减速慢行，保持车距；因而本实用新型专利不仅保证了本车与前车的安全，而且对于后车同样有警示信息。对于避免或者减少交通事故，保障广大司机和乘客朋友的生命财产安全具有重大的意义。与现有的其他汽车测距装置相比，双目立体视觉测距具设备在成本方面具有非常大的价格优势；立体视觉测距装置能够捕获汽车的图像信息，能够获得更多的信息量。此外结合摄像头、自动光圈和自动白平衡技术，可以在夜间、隧道等可视条件较差的条件下应用。因而本实用新型在汽车安全距离测量领域具有广阔的前景。
【专利附图】
【附图说明】
[0009]图1为本实用新型一种实施例的整体结构框图；
[0010]图2为本实用新型一种实施例的各部分的布局示意图；
[0011]图3为本实用新型一种实施例的图像采集硬件结构图；
[0012]图4为本实用新型一种实施例的AA7113解码电路图；
[0013]图5为本实用新型一种实施例的DSP电路原理图；
[0014]图6为本实用新型一种实施例的CPLD接口电路图；
[0015]图7为本实用新型一种实施例的行列扫描式键盘电路图；
[0016]图8为本实用新型一种实施例的蜂鸣器电路图；
[0017]图9为本实用新型一种实施例的车内LED显示电路图；
[0018]图10为本实用新型一种实施例的尾部LED显示屏电路图；
[0019]图11为本实用新型一种实施例的平行双目立体视觉系统测距模型图。
【具体实施方式】
[0020]下面结合附图对本实用新型一种实施例做进一步说明。
[0021]如图1所示，一种基于双目立体视觉的汽车安全车距警示装置，包括蜂鸣器和键盘，还包括车内LED显示屏、车后LED显示屏、前侧双目摄像头(包括汽车头部左侧摄像头和汽车头部右侧摄像头)、后侧双目摄像头(包括汽车尾部左侧摄像头和汽车尾部右侧摄像头)和中央处理单元，其中:前侧双目摄像头用于采集该汽车车头前方的图像；后侧双目摄像头用于采集该汽车车尾后方的图像；中央处理单元用于对前侧双目摄像头和后侧双目摄像头进行标定，获得前侧双目摄像头的焦距、前侧双目摄像头之间相对距离、后侧双目摄像头的焦距和后侧双目摄像头之间相对距离四个参数；并对采集的图像进行校正，对图像像素点进行匹配，获得图像上每个像素点的视差；根据上述四个参数和图像上像素点的视差，获得该汽车与前车之间的距离和与后车之间的距离；车内LED显示屏用于根据用户需求设置安全距离；车后LED显示屏用于提示后车人员保持安全距离。
[0022]如图2所示，车内LED显示屏4、键盘5、DSP及外围电路I安装在仪表台上。车内蜂鸣器3安装于方向盘下方。前侧双目摄像头2中，两个同型号的摄像头平行固定于车头部引擎盖上。车后LED显示屏6安装于车尾部挡风玻璃内侧。后侧双目摄像头7中，两个同型号的摄像头平行固定于尾部后备箱盖上。所述的中央处理单元的三路输入端分别连接放置于汽车车头的前侧双目摄像头的输出端、放置于汽车车尾的后侧双目摄像头输出端和键盘的输出端；中央处理单元的三路输出端分别连接放置于车内的蜂鸣器的输入端、放置于车后挡风玻璃下方车后LED显示屏的输入端和放置于车内的车内LED显示屏输入端。
[0023]本实用新型实施例中，前侧双目摄像头和后侧双目摄像头均采用四个型号为IRIT-N370S的CXD摄像头；由于CXD获得的图像是模拟信号的图像，而DSP不能直接读取模拟信号，故需要将模拟信号解码为数字信号。如图3所示，本实用新型实施例中，中央处理单元内部采用的解码芯片是SAA7113。一片SAA7113芯片，能够把两路C⑶摄像头送来的模拟图像信号解码成DSP识别的标准数字信号；本实用新型实施例中，央处理器采用的DSP芯片型号为TMS320DM642 ;由于图像处理过程中数据量非常大，且该DSP片内存储器容量有限，故不能满足图像处理过程中存储要求。本实用新型实施例中，TMS320DM642芯片内核利用EMIFA总线扩展外部存储器FLASH和SDRAM。本实用新型实施例中扩展了两片大小为32MB型号为HY57V283220T-H的SDRAM，FLASH存储器在掉电时，可包存重要数据和程序，本实用新型实施例扩展了一片AM29LV033C型号的FLASH存储器。
[0024]本实用新型实施例中，如图4和图5所示，与汽车头部摄像头连接的SAA7113芯片解码后数字信号通过VPO 口输送到TMS320DM642。与汽车尾部摄像头连接的SAA7113芯片解码后数字信号通过VPl输送到TMS320DM642。图4中SAA7113的供电电源分为数字电源(VCC)和模拟电源(VCCA)，其大小均为+3.3V，引脚10、3、42接模拟电源((VCCA);引脚18、34、29、33接数字电源(VCC)。引脚44接一个Ik电阻后，接数字电源(VCC)。图中SAA7113相应的地线也分为数字地和模拟地，。引脚11、2、41和6接模拟地，引脚16、28、30、35、37、8接数字地。引脚26接一个3.3k的电阻后，接数字地。SAA7113芯片的输入时钟由外部有源晶振提供，大小24.576MHz，通过引脚I输入。引脚17与图5中TMS320DM642的VP0CLK0引脚连接，由引脚17输出的27MHz的行锁定系统时钟，发送给图5中TMS320DM642的VP0CLK0引脚作为视频口的捕获时钟。引脚23、24通过I2C总线直接与图5中TMS320DM642芯片的SCL0、SDA0引脚连接。视频模拟信号接一个18k电阻后，串联一个47nF电容，通过引脚I输入到SAA7113芯片。视频模拟信号接一个18k电阻后，连接一个5.6k电阻，再连接到模拟地。引脚4、9分别串联一个47nF电容后，连接到模拟地。解码后的数字信号由VPO[7:0]输出，引脚 12、13、14、15、19、20、21、22 分别接图 5 中 TMS320DM642 芯片的引脚 VP0D9、VP0D8、VP0D7、VP0D6、VP0D5、VP0D4、VP0D3 和 VP0D2。
[0025]TMS320DM642的I/O接口资源有限，而本实用新型需要外接键盘、车后LED显示屏、车内LED显示屏和蜂鸣器，故需要较多的I/O接口。本实用新型实施例中采用CPLD芯片扩展了 TMS320DM642的I/O接口，选用的芯片型号为ALTERA公司生产的EPM240T100I5N。如图6所示，该芯片由100个引脚组成，极大的扩展了 I/O接口。本实用新型专利中，键盘、车后LED显示屏、车内LED显示屏和蜂鸣器并未与DSP的I/O直接连接，而是与CPLD扩展后的I/O相连接。
[0026]TMS320DM642与CPLD的连接是通过外部接口实现的，结合图5和图6引脚连接如下。DSP 芯片的引脚 AEDO, AED1、AED2、AED3、AED4、AED5、AED6、AED7、EXT_INTER4、ACEI,ASffE 分别与 CPLD 的引脚 1、2、3、4、5、6、7、8、27、28、29 连接。DSP 芯片的引脚 AEA3、AEA4、AEA5、AEA6、AEA7、AEA8、AEA9、AEA10 分别与 CPLD 的引脚 15、16、17、18、19、20、21、26 连接。
[0027]本实用新型实施例中，键盘是4x4的行列扫描式键盘，如图7所示，由4条行线和4条列线组成，在每一个交叉点上，设置一个按键，共16个按键。行列扫描式键盘4条行线分别与CPLD的引脚68、69、70、71连接。行列扫描式键盘4条列线分别与CPLD的引脚72、73、74、75 连接。
[0028]蜂鸣器的电路如图8所示，蜂鸣器的正极性的一端联接到5V电源上面，另一端联接到三极管的集电极端，三极管发射极接地，基极接一个4.7k的电阻后与CPLD的引脚33
连接。三极管选用PNP型三极管。
[0029]车内LED显示屏采用的是型号为1602的IXD，具体电路连接如图9所示。1602的引脚4、5、6、7、8、9、10、11、12、13、14分别与0卩0)的引脚86、87、89、85、84、83、82、81、78、77、 76连接。1602与CPLD的每条连接线分别并联一个4.7k的上拉电阻后，与供电模块的IXDVCC相连。1602引脚I接一个Ik的电阻后与引脚3连接，引脚2和引脚15分别与供电模块的IXD VCC相连，引脚16接地。 [0030]尾部LED显示屏采用的8x8的LED点阵，具体电路连接如图10所示。LED显示屏引脚9、14、8、12、1、7、2、5分别连接8个PNP型三极管的发射极，三极管对应的基极在串联一个4.7k的电阻后，分别与CPLD的引脚86、87、89、91、92、95、96、97相连接。8个三极管的集电极连接到一起后，与3.3V供电模块连接。LED显示屏引脚13、3、4、10、6、11、15、16分别串联了 100 Ω的电阻后，分别与CPLD的引脚85、84、83、82、76、77、78、81相连接。
[0031]图11是平行双目立体视觉系统测距模型图。如图11所示，两摄像头平行放置，摄像机坐标系与左侧摄像机光心点O1重合，摄像机的焦距为f，左右摄像机的光心O1与Or间距离为b (基线距离)。(xcl, ycl, zcl)为以左侧摄像机光心为原点建立的坐标系，(xcr, ycr, zcr)为以右侧摄像机光心为原点建立的坐标系，(U，V)是以图像中心点的建立的像素坐标系。P(xw, yw, zw)为现实场景中世界坐标系中的目标点，(xw，yw，zw)为P在现实场景坐标系中的位置坐标,点P1和点Pr分别为目标点P(XW, yw, Zw)在左图像和右图像上的成像点。X1和Xr为图像坐标系中左、右图像成像点的横坐标，Y1和y,为图像坐标系中左、右图像成像点的纵坐标，视差为d=x1-x,。根据三角形相似原理可得到空间点在摄像机坐标系下的三维坐标如式(I):
[0032]
【权利要求】
1.一种基于双目立体视觉的汽车安全车距警示装置，包括蜂鸣器和键盘，其特征在于:还包括车内LED显示屏、车后LED显示屏、前侧双目摄像头、后侧双目摄像头和中央处理单元，其中，所述的中央处理单元的三路输入端分别连接放置于汽车车头的前侧双目摄像头的输出端、放置于汽车车尾的后侧双目摄像头输出端和键盘的输出端；中央处理单元的三路输出端分别连接放置于车内的蜂鸣器的输入端、放置于车后挡风玻璃下方车后LED显示屏的输入端和放置于车内的车内LED显示屏输入端。
【文档编号】B60Q9/00GK203450024SQ201320533787
【公开日】2014年2月26日 申请日期:2013年8月28日 优先权日:2013年8月28日
【发明者】赵希梅, 姜明明, 赵久威, 游健康, 任成一 申请人:沈阳工业大学