专利名称：公路客运车辆车载数字图像安全警示记录装置的制作方法
技术领域：
本实用新型属于公路客运交通安全管理和安全监控技术领域，涉及一种公路客运车辆车载数字图像安全警示记录装置，该装置通过对公路客运车辆驾驶员的驾驶操作行为、交通环境、车辆的行驶路线和运动参数进行数字图像实时监控，及时记录和警告违章驾驶行为，并结合GPS定位系统，把事故发生的位置及当时的车速传送到指挥中心，达到主动预防客运车辆发生交通事故的目的。
背景技术：
现代交通不仅依靠健全的交通法律法规，更要依靠科学技术来加强管理。在诸多交通管理设备中，电子摄像和电子曝光技术起到重要作用，它提醒和警示司机遵章守法，以保障交通安全。通过一段应用后，发现这项技术还有些不尽人意的地方，最明显的是其实时性差，警示性不足，至使违章章司机不知道在何时何地违犯了交通规则，只有等到事后罚款。车载警示系统可以在交通违规的第一时间现场实时发出警示信息，使司乘人员及时得到提示和告诫，并能下不为例，从而提高交通的安全性和通畅性。
发明内容本实用新型的目的在于，提供一套公路客运车辆车载数字图像安全警示记录装置，该装置能够实时监测、记录并警告高速客运车辆驾驶人员违章驾驶操作行为(如超速行驶、违章超车，占道行驶等)和疲劳驾驶行为。可有效管理、监控和规范公路客运车辆驾驶员(尤其是公路快速客运车辆驾驶员)的驾驶操作行为，切实提高公路客运安全管理的科技含量与能力，进而达到有效改善我国公路客运安全性和提高公路客运的营运效益及保持行业可持续发展的目的。为了实现上述任务，本发明采取如下的技术解决方案一种公路客运车辆车载数字图像安全警示记录装置，其特征在于，主要包括图像采集模块、车辆参数采集模块、图像处理模块、液晶显示模块、数据存储模块、可编程逻辑器以及网络传输模块；其中图像采集模块、数据存储模块、网络传输模块、可编程逻辑器、车辆参数采集模块分别与图像处理模块相连接，可编程逻辑器与液晶显示模块相连；所述的图像采集模块由传感器和图像解码器组成，传感器安装在车辆前部挡风玻璃的内侧，斜指向前方的车道；所述的车辆参数采集模块包括速度传感器、单片机和预警模块，其中，速度传感器安装在车辆后轮制动钳支架上，预警模块由蜂鸣器和发光二极管组成。本实用新型的其它特点是所述的传感器采用机器视觉专用(XD，其型号为WAT-231S2，图像解码芯片的型号为 TVP5145。所述的车辆参数采集模块中的单片机型号为MC9S12DG128。所述的图像处理模块选用图像数字信号处理器TMS320DM642。[0012]所述液晶显示器的型号为TVG-800。所述速度传感器采用HZL206霍尔齿轮传感器所述预警模块中的发光二极管的型号为SMD0805，蜂鸣器的型号为CY-12055。所述存储器的型号为希捷Barracuda 7200。本实用新型的公路客运车辆车载数字图像安全警示记录装置，能够实时采集客运车辆的行驶状况数字图像、实时辨识客运车辆行驶中的潜在危险、记录和警告公路客运车辆驾驶员非正常驾驶行为，并能结合GPS定位系统，把事故发生的位置及当时的车速传送到指挥中心。其优点主要包括以下几个方面(1)采用嵌入式数据图像采集和处理技术，可以大大提高公路客运车辆车载数字图像安全警示记录系统的性价比和可靠性，有利于研究成果的推广应用。(2)实现车辆行驶状态和行车环境的实时图像辨识，能够自动对公路车辆驾驶人员违章驾驶操作行为和疲劳驾驶行为进行实时检测、记录及警告。(3)可以结合GPS定位系统，把事故发生的位置及当时的车速及时传送到指挥中心，有利于事故的救援及事故现场的还原。(4)图像存储模块采用H. 264高性能视频编解码技术，在具有高压缩比的同时还拥有高质量流畅的图像。(5)体积小、操作简单、产品制造成本价低，具有较大的市场竞争力。
图1为本实用新型的硬件结构流程图。图2为本实用新型的软件结构流程图。图3为图像预处理流程图。图4为本实用新型的运行流程图。
以下结合附图和实施例对本发明作进一步的详细说明。
具体实施方式
参照图1，本实施例给出一种公路客运车辆车载数字图像安全警示记录装置，其硬件结构主要包括图像采集模块、车辆参数采集模块、图像处理模块、液晶显示模块、数据存储模块、可编程逻辑器以及网络传输模块；其中图像采集模块、数据存储模块、网络传输模块、可编程逻辑器、车辆参数采集模块分别与图像处理模块相连接，可编程逻辑器与液晶显示模块相连；图像采集模块由传感器和图像解码器组成，传感器安装在车辆前部挡风玻璃的内侦L斜指向前方的车道；车辆参数采集模块包括速度传感器、单片机和预警模块，其中，速度传感器安装在车辆后轮制动钳支架上，预警模块由蜂鸣器和发光二极管组成。图像采集模块中的传感器的型号为WAT-231S2机器视觉专用CXD摄像机，该CXD 摄像机安装在车辆前部挡风玻璃的内侧，斜指向前方的车道。其扫描方式为PAL制式，影像像素达到40万像素(720 X 576)，分辨率为460TVL (电视线)，TV镜头，采用BNC接口，通过 CCS软件开发环境对此C⑶摄像头进行初始化配置。图像解码芯片的型号为TI (德州仪器)生产的TVP5145。CXD摄像机在短时间内拍摄前方环境的瞬时图像，然后通过TVP5145图像解码芯片把图像信号传输到图像处理器TMS320DM642中。车辆参数采集模块中的单片机型号为MC9S12DG128。车辆的转向信号和车速信号是通过车辆CAN总线传到单片机的，单片机通过车辆的CAN总线获取转向信号和车速信号， 依据获取的信号来计算车辆即时的行驶参数，再通过RS232串行端口把采集到的速度和转向开关信号发送到TMS320DM642。同时，单片机也会根据车辆的行驶参数来控制蜂鸣器和发光二极管的通断。数字信号图像处理器的型号为TMS320DM642。其核心是C6416型高性能数字信号处理器，具有极强的处理性能，高度的灵活性和可编程性，同时外围集成了非常完整的音频、视频和网络通信等设备及接口。CXD图像传感器采集到的彩色图像经过DSP(数字信号处理器)处理后转化为灰度图像，利用中值滤波法、Sobel算子法以及阈值分割法等图像处理算法得到二值化图像。液晶显示器的型号为TVG-800。该显示器为5. 6寸液晶显示器，输出为PAL/NTSC 制式，两路视频输入，解析度为320X240像素，电源为DC12V电压，可以进行遥控操纵。存储器的型号为希捷Barracuda 7200。存储模块采用H. 264高性能视频压缩技术，其最大的优势是具有很高的数据压缩比率，在同等图像质量的条件下，H. 264的压缩比是MPEG-2的2倍以上，是MPEG-4的1. 5 2倍。此外，H. 264在具有高压缩比的同时还拥有高质量流畅的图像，能够实现普通硬盘的本地大容量图像存储。速度传感器采用南京生产的型号为HZL206霍尔齿轮传感器，它是一种用于测量速度、角度、转速、长度等的新型传感器。通过黑色金属齿轮或齿条的齿数并转换成电压脉冲信号来测量物体的速度、转速等参量。速度传感器安装在车辆后轮制动钳支架上，与从动轮轮毂上的齿槽有1 2mm的距离，车轮的转动带动从动轮轮毂转动，传感器输出脉冲方波信号。预警模块中的发光二极管的型号为SMD0805，蜂鸣器的型号为CY-12055。该系统采用分级预警的方式，当客运车辆行驶在安全条件下时，装置不会报警并且只有绿色的发光二极管触发；当客运车辆在不安全的情况下行驶时，会触发黄色的发光二极管并且蜂鸣器将会产生一个长警报，这意味着车辆处在报警状态，提醒司机注意驾驶；当客运车辆处在危险情况下时，红色的发光二极管会被触发，蜂鸣器发出短促的警报，这表明车辆处在危险情况下，提醒驾驶员必须做出快速的反应。网络模块的作用是当发生交通事故时，该装置通过TMS320DM642图像数字信号处理器的以太网接口与GPS定位系统接收端连接，把交通事故发生时的车辆位置及车速传递到指挥中心，有利于事故的救援及事故现场的还原。本实用新型的明公路客运车辆车载数字图像安全警示记录装置，综合运用人机工程学、计算机图形学、信息工程学、车辆工程学、交通工程学、计算机视觉技术中的嵌入式 CCD(Charge Coupled Device，电荷藕合器件)图像传感采集技术、嵌入式高速DSP(digital signal ftOcessor，数字信号微处理器)图像处理技术、地物形状边缘检测技术、高速运动物形状检测分析技术和模式识别技术，通过大量模拟试验、实车道路试验、理论分析、算法建模和程序设计，开发的工作可靠性高、能够实时采集公路客运车辆的行驶状况数字图像、 实时辨识公路车辆行驶中的行驶状况、路线和运行环境(道路、标志、标线)，实时预测分析车辆运动轨迹和潜在危险，从而检测、判断和警告(或提示)公路客运车辆驾驶员非正常驾驶行为(违章驾驶和疲劳驾驶)的车载数字图像安全警示记录装置。参照图2，装置的软件结构由四个模块组成，包括环境图像信息获取模块、图像预处理模块、车辆运行状态识别模块以及显示、存储、警报模块。存储模块采用H. 264高性能视频编解码技术，其最大的优势是具有很高的数据压缩比率，在同等图像质量的条件下， H. 264的压缩比是MPEG-2的2倍以上，是MPEG-4的1. 5 2倍。此外，H. 264在具有高压缩比的同时还拥有高质量流畅的图像。参照图3，公路客运车辆车载数字图像安全警示记录装置的工作过程如下一开始，CXD摄像机在短时间内采集前方环境的实时图像，然后通过TVP5145图像解码芯片把图像信号传输到图像处理器TMS320DM642中，经过DSP(数字信号处理器)的图像处理后，把彩色图像转化为灰度图像，利用中值滤波法、Sobel算子法以及阈值分割法等图像处理算法得到二值化图像。速度传感器采集到的速度信号和转向通断信号经过信号处理电路的滤波、放大后传给MC9S12DGU8单片机，单片机计算车辆的行驶参数，再通过RS232串行端口把采集到的速度和转向通断信号发送到TMS320DM642。在DSP图像处理的基础上，车辆依据CCD图像传感器的标定参数，通过路径识别和道路标志线识别模式来识别道路，同时，通过车道偏离预警模式来判定道路标线在整个图像中的线性位置以及车辆在道路上的位置， 然后来判别车辆在偏离车道时是否有转向信号的存在。如果车辆正在转向，则不必计算临界安全距离，如果乘用车没有进行转向，然后计算临界安全距离。DSP进行图像处理来识别前车、确定前方车辆的轮廓尺寸、确定图像上某个位置的速度，最终判别车辆是否会在安全距离预警模型内发生碰撞，确定车辆处于会发生碰撞的情况，这时应根据车辆的行驶状态计算临界安全距离。TMS320DM642数字图像信号处理器会通过RS232串行端口把报警信号传送到MC9S12DGU8单片机，触发发光二极管的接通和蜂鸣器的报警。这时，公路客运车辆车载数字图像安全警示记录系统通过TMS320DM642的接口把报警信息以及驾驶员的驾驶违规图像存储到ATA标准硬盘中。该系统采用分级预警的方式，当客运车辆行驶在安全条件下时，装置不会报警并且只有绿色的发光二极管触发；当客运车辆在不安全的情况下行驶时，会触发黄色的发光二极管并且蜂鸣器将会产生一个长警报，这意味着车辆处在报警状态，提醒司机注意驾驶；当客运车辆处在危险情况下时，红色的发光二极管会被触发，蜂鸣器发出短促的警报，这表明车辆处在危险情况下，提醒驾驶员必须做出快速的反应。当发生交通事故时，该装置通过TMS320DM642数字图像信号处理器的以太网接口与GPS定位系统接收端连接，把交通事故发生时的车辆位置及车速传递到指挥中心，有利于事故的救援及事故现场的还原。
权利要求1.一种公路客运车辆车载数字图像安全警示记录装置，其特征在于，主要包括图像采集模块、车辆参数采集模块、图像处理模块、液晶显示模块、数据存储模块、可编程逻辑器以及网络传输模块；其中图像采集模块、数据存储模块、网络传输模块、可编程逻辑器、车辆参数采集模块分别与图像处理模块相连接，可编程逻辑器与液晶显示模块相连；所述的图像采集模块由传感器和图像解码器组成，传感器安装在车辆前部挡风玻璃的内侧，斜指向前方的车道；所述的车辆参数采集模块包括速度传感器、单片机和预警模块，其中，速度传感器安装在车辆后轮制动钳支架上，预警模块由蜂鸣器和发光二极管组成。
2.如权利要求1所述的公路客运车辆车载数字图像安全警示记录装置，其特征在于，所述的传感器采用机器视觉专用(XD，其型号为WAT-231S2，图像解码芯片的型号为 TVP5145。
3.如权利要求1所述的公路客运车辆车载数字图像安全警示记录装置，其特征在于， 所述的车辆参数采集模块中的单片机型号为MC9S12DG128。
4.如权利要求1所述的公路客运车辆车载数字图像安全警示记录装置，其特征在于， 所述的图像处理模块选用图像数字信号处理器TMS320DM642。
5.如权利要求1所述的公路客运车辆车载数字图像安全警示记录装置，其特征在于， 所述液晶显示器的型号为TVG-800。
6.如权利要求1所述的公路客运车辆车载数字图像安全警示记录装置，其特征在于， 所述速度传感器采用HZL206霍尔齿轮传感器。
7.如权利要求1所述的公路客运车辆车载数字图像安全警示记录装置，其特征在于， 所述预警模块中的发光二极管的型号为SMD0805，蜂鸣器的型号为CY-12055。
8.如权利要求1所述的公路客运车辆车载数字图像安全警示记录装置，其特征在于， 所述存储器的型号为希捷Barracuda 7200。
专利摘要本实用新型公开了一种公路客运车辆车载数字图像安全警示记录装置，其硬件结构主要包括图像采集模块、车辆参数采集模块、图像处理模块、液晶显示模块、数据存储模块、可编程逻辑器以及网络传输模块；其中图像采集模块、数据存储模块、网络传输模块、可编程逻辑器、车辆参数采集模块分别与图像处理模块相连接，可编程逻辑器与液晶显示模块相连；能够实时采集公路客运车辆的行驶状况数字图像、实时辨识公路车辆行驶中的行驶状况、路线和运行环境(道路、标志、标线)，实时预测分析车辆运动轨迹和潜在危险，从而能够检测、判断和警告(或提示)公路客运车辆驾驶员非正常驾驶行为。
文档编号G07C5/08GK202257699SQ20112041683
公开日2012年5月30日 申请日期2011年10月27日 优先权日2011年10月27日
发明者刘永涛, 周扬, 李健, 杨炜, 林小凤, 魏朗 申请人:长安大学