基于旋转变焦多摄像头的车辆后视监测报警系统及方法与流程

文档序号:12472825阅读:来源:国知局

技术特征:

1.基于旋转变焦多摄像头的车辆后视监测报警系统,其特征在于:包括旋转变焦装置、图像采集模块、图像处理分析模块、车辆信息提取模块、警示提醒模块、示警模块以及辅助模块;

辅助模块包括锂电池、与锂电池相连接的GPS定位装置和用于将辅助模块吸附在车顶上的强磁粘合装置;

图像采集模块包括用于采集后方全景车道图像的正后方全局摄像头、用于采集左后盲区车道图像的左后盲区摄像头、用于采集右后盲区车道图像的右后盲区摄像头和用于采集后方车道远景图像和近景图像的旋转变焦摄像头;

旋转变焦装置包括旋转环形架和用于读取磁性编码器信息的读取器,旋转环形架沿周向均匀间隔设有六个镜头,六个镜头的焦距分别为1倍焦距、2倍焦距、4倍焦距、8倍焦距、16倍焦距和32倍焦距;旋转环形架连接有微型步进电机并由微型步进电机驱动;每个镜头分别连接有储存有该镜头的焦距信息的磁性编码器;读取器设置在旋转变焦摄像头处,位于读取器处的镜头处于工作位置并作为旋转变焦摄像头的镜头;

所述微型步进电机与所述辅助模块相连接;

所述旋转变焦摄像头的位置与旋转环形架相对应,所述读取器位于所述旋转变焦摄像头处并与该处的镜头上的磁性编码器间隔设置;

图像处理分析模块与所述图像采集模块相连接,图像处理分析模块包括嵌入式处理器,嵌入式处理器内置有背景分离模块和卷积神经网络的嵌入式处理器;

背景分离模块用于在图像采集模块采集的图像中提取背景之外的物体轮廓形状;卷积神经网络用于根据物体轮廓形状判断该物体是否为车辆;

车辆信息提取模块与所述图像处理分析模块相连接,车辆信息提取模块包括第一径向基神经网络分类器,第一径向基神经网络分类器对于图像采集模块中的各摄像头所采集的图像当中被图像处理分析模块判断为车辆的各物体,根据图像当中的轮廓形状及车辆在各帧图像当中的位置,对车辆进行分类、计算各车辆的速度及各车辆的位置信息和与本车之间的安全间距信息;安全间距是指在当前车速状态下,后车与本车应当保持的最小安全距离;

警示提醒模块与所述车辆信息提取模块相连接并接收车辆信息提取模块的输出信息,警示提醒模块包括第二径向基神经网络分类器,第二径向基神经网络分类器根据车辆信息提取模块输出的车辆类型、速度、位置和安全间距等信息,计算出报警的等级和报警内容;

示警模块与所述警示提醒模块相连接并接收警示提醒模块的输出信息,示警模块包括激光投影装置和声音报警器;激光投影装置与车辆的前挡风玻璃相对应。

2.根据权利要求1所述的基于旋转变焦多摄像头的车辆后视监测报警系统,其特征在于:所述图像采集模块设有开关。

3.使用权利要求2所述的基于旋转变焦多摄像头的车辆后视监测报警系统的报警方法,其特征在于依次按以下步骤进行:

第一步骤是获取后方车道图像信息,首先辅助模块通过其内置的GPS定位装置获取车速信息,当车速高于预设启动值Vmax时,辅助模块打开图像采集模块的开关;

然后正后方全局摄像头、左后盲区摄像头、右后盲区摄像头和旋转变焦摄像头开始持续采集车辆后视路面图像;正后方全局摄像头采集后方全景车道图像,左后盲区摄像头采集左后盲区车道图像,右后盲区摄像头采集右后盲区车道图像,旋转变焦摄像头在不同焦距条件下采集后方车道图像;

在采集后视路面图像的过程中,辅助模块根据调节微型步进电机,使相应焦距的镜头与旋转变焦摄像头相对应;调节原则包括如下两条:一是车速越高,与旋转变焦摄像头相对应的镜头的焦距倍数越高;二是以测距为目的拍摄时使用1-4倍焦距的镜头,以对车辆分类为目的拍摄时使用8-32倍焦距的镜头;

图像采集模块将采集到的车辆后视路面图像传送给图像处理分析模块;

第二步骤是车辆检测步骤,图像处理分析模块中的背景分离模块在图像采集模块采集的图像中提取背景之外的物体轮廓形状,图像处理分析模块中的卷积神经网络判断所述物体轮廓形状是否为车辆,并将判断为车辆的轮廓信息传送给车辆信息提取模块;

第三步骤是车辆跟踪步骤,本步骤首先是车辆信息提取模块中的第一径向基神经网络分类器接收图像处理分析模块传送的信息,根据轮廓形状对车辆进行分类、并计算各车辆的速度及各车辆的位置信息和安全间距信息,车辆分类后,标识出大型车辆信息;

然后第一径向基神经网络分类器根据本车的速度以及后方各车辆的速度,将后方车辆的行驶状态分为远离状态和接近状态,并将后方车辆的类型、状态以及计算出的安全间距信息传送给警示提醒模块;

第四步骤是危险预警步骤,本步骤首先是警示提醒模块接收后方车辆的类型、位置信息、车速信息、安全间距和状态信息,进行预警分析,并通过示警模块进行实时声光报警。

4.根据权利要求3所述的报警方法,其特征在于:在上述第一至第四步骤的进行过程中,辅助模块持续监测车速,当车速连续2分钟落在0±1公里/小时的区间内时,辅助模块关闭图像采集模块的开关。

5.根据权利要求3或4所述的报警方法,其特征在于:所述第四步骤中,警示提醒模块根据不同的情况控制示警模块进行不同的示警动作,具体是:

若后方左右车道上的盲区内有车辆,警示提醒模块控制激光投影装置在前挡风玻璃上显示禁止变道和谨慎驾驶的提醒信息;

若在正后方车道上行驶的是大型车辆,警示提醒模块控制激光投影装置在前挡风玻璃上显示谨慎驾驶、避免急刹车和注意前方道路情况的提醒信息;

若正后方同向车辆不断接近,当正后方同向车辆与本车的距离低于车辆信息提取模块传送的安全间距时,警示提醒模块控制激光投影装置在前挡风玻璃上显示注意追尾风险的提醒信息;

本车的车速为V1,正后方同车道车辆的车速为V2,若V2-V1≥15公里/小时,并持续时间达到15秒,则警示提醒模块控制激光投影装置在前挡风玻璃上显示切换到低速行驶车道的提醒信息。

6. 根据权利要求3或4所述的报警方法,其特征在于:在所述第一步骤中,图像处理分析模块对正后方全局摄像头进行参数标定,即获取正后方全局摄像头的如下三个参数:相对地面的高度H、相对车轮外侧的距离 V3、相对侧边车身的偏离角θ;其他各摄像头的所述三个参数依据全局摄像头安装参数进行调整后标定。

7. 根据权利要求6所述的报警方法,其特征在于:在第二步骤即车辆检测步骤中,图像处理分析模块的嵌入式处理器将车辆当前车道后方盲区长 Lm米、宽 Wm米的区域及左右车道盲区长 Lb米、宽 Wb米 的区域标识为监测区域;背景分离模块所处理的图像为监测区域的图像;

背景分离模块在图像采集模块采集的图像中提取背景之外的物体轮廓形状时,先通过背景分离操作获得包含车辆部分的前景区域,再根据边缘特征提取车辆轮廓形状;

背景分离模块在进行背景分离操作时,对车辆后视区域图像以自适应性灰度阈值 Tg 进行二值分割,分离路面与车辆信息,获取该车辆的图像子区域;

背景分离模块在提取车辆轮廓形状时,对于已经获取的图像子区域,使用Canny算子计算出车辆的边缘特征,得到一副代表了车辆的主要轮廓信息的黑白的二值图像。

8.根据权利要求7所述的报警方法,其特征在于:

在所述第三步骤即车辆跟踪步骤中,第一径向基神经网络分类器在判断后方车辆类型时,读取图像处理分析模块传送的所述黑白的二值图像,计算后输出车辆的类型,从而实现对车辆类型的初步判断;

第一径向基神经网络分类器在判断后方车辆类型时的数据处理流程如下:

a. 第一径向基神经网络分类器的输入层为所述黑白的二值图像,图像尺寸为n1×n2像素,n1和n2均为自然数;第一径向基神经网络分类器将图像按列展开,形成n1×n2个结点,第一层的结点向前没有任何的连结线;

b. a步骤卷积后产生三个特征提取图,然后特征提取图中每组的四个像素再进行求和,加权值,加偏置,通过Sigmoid函数得到三个特征映射图;

c. 第一径向基神经网络分类器对产生的三个特征映射图再次进行卷积,卷积后产生三个二次特征提取图,然后对二次特征提取图中每组的四个像素再进行求和,加权值,加偏置,通过Sigmoid函数得到三个二次特征映射图;

d. 对上述产生的二次特征映射图进行光栅化,并连接成一个向量输入到传统的神经网络,判断出后方车辆的具体类型。

9.根据权利要求8所述的报警方法,其特征在于:

所述第三步骤即车辆跟踪步骤中,第一径向基神经网络分类器按照以下方案中的任一种来计算车距;

方案一:根据图像处理分析模块对各摄像头标定的参数,得出其图像坐标系与世界坐标系的转换关系,将目标车辆在图像中所在位置转换到世界坐标系中,从而计算出目标车辆与本车间的相对距离;

方案二:方案二是车辆区域辨识模板图方法,根据所述黑白的二值图像,将车辆的位置映射入模板图中,根据车辆在模板图中的方格位置映射出车辆与本车间的相对距离;

在利用方案一或方案二得出车辆与本车间的相对距离后,若车辆为第三步骤中标识出的大型车辆,则将计算出的车距减小5%-15%,以便提前触发报警,增加安全系数。

10.根据权利要求9所述的报警方法,其特征在于:

第三步骤中,第一径向基神经网络分类器在判断后方车辆的行驶状态时,根据最近车辆在若干帧黑白的二值图像中的位置,分析后方车辆与当前车辆的距离变化趋势,如果某一后方车辆的状态是远离或者该后方车辆与本车间的距离超过安全间距,第一径向基神经网络分类器结束对该后方车辆的跟踪;如果某一后方车辆处于接近状态,在满足以下四种条件中的任一种时,将该后方车辆设置为危险状态:

①该后方车辆位于盲区监测区域内;

②该后方车辆为大型车辆;

③该后方车辆与本车的距离小于所述安全间距;

④后方车辆与本车之间的安全间距逐渐缩短;

分析后方车辆与当前车辆的距离变化趋势的具体操作是:不断根据帧间车辆距离的变化,判定各个摄像头所拍摄车辆处于远离状态或是接近状态,如果车距在最近 N 帧内连续减少,则判定为接近;如果车距在最近 N 帧内连续增加,则判定为远离;如果车距在最近 N 帧内保持不变,则保持该车状态为最近 N 帧之前的前次判定的状态;其中,N为自然数且N≥10;

所述第四步骤即危险预警步骤中,警示提醒模块对处于危险状态的车辆,控制激光投影装置以红色字体在前挡风玻璃上显示提醒信息;警示模块对于处于远离状态或危险状态之外的接近状态的车辆,控制激光投影装置以蓝色字体在前挡风玻璃上显示提醒信息;

激光投影装置在前挡风玻璃上以红色字体显示提醒信息时,以闪烁的方式进行警示;对于与本车之间的安全距离逐渐缩短的后方车辆的相关警示信息,警示提醒模块控制激光投影装置提高闪烁的频率进行警示;

第四步骤即危险预警步骤中,警示提醒模块在控制激光投影装置在前挡风玻璃上显示提醒信息的同时,控制声音报警器以语音的形式对本车驾驶员进行警示。

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