專利名稱：一種基于圖像的車輛防撞預警方法
技術領域：
本發(fā)明涉及汽車自動安全駕駛技術，尤其涉及利用圖像分析技術，并通過對車輛自身碰撞時間的計算和對目標車輛相對狀態(tài)的判定，以實現(xiàn)車輛防撞預警的方法。
背景技術：
隨著汽車保有量的快速增長，道路交通安全問題已經(jīng)成為各國政府和社會關注的重要問題。汽車在給人們帶來方便的同時，隨之而來的問題也顯而易見，那就是隨著車輛數(shù)量的增多，交通事故的頻繁發(fā)生，由此導致的人員傷亡和財產(chǎn)損失數(shù)目驚人。公路交通事故分析表明，80%以上的車禍是由于駕駛員反應不及所引起的，超過65%的車輛相撞屬于追尾相撞，其余則屬于側(cè)面相撞。依奔馳汽車公司對各類交通事故的統(tǒng)計和研究結果表明若駕駛員能夠提早I秒意識到有事故危險并采取相應的正確措施，則絕大多數(shù)的交通事故都可以避免。因此，大力研究開發(fā)如汽車避撞裝置等主動式汽車輔助安全裝置，減少駕駛員的負擔和判斷錯誤，對于提高交通安全將起到重要作用。顯然，此類技術和系統(tǒng)的研究開發(fā)具有極大的現(xiàn)實意義和廣闊的應用前景。目前國內(nèi)外已有多家研究機構從事于汽車防撞預警方面的工作，在已知的專利技術中，申請?zhí)枮镃N200910003247. 8、名稱為“用于碰撞預測的系統(tǒng)”的發(fā)明申請，其采用的是一批能夠感知車身周邊車輛的傳感設備，通過計算目標車輛的行為軌跡，判定是否有接觸危險，采用的是雷達傳感技術。而申請?zhí)枮镃N200910078631. 4、名稱為“一種防后車追尾預警方法及其預警系統(tǒng)”的發(fā)明申請，其采用雷達技術實現(xiàn)對車輛目標的檢測，根據(jù)車距變化計算車輛碰撞時間(TTC，Time To Collision)，并以之為危險判定基準，給出了一套預警方案。還有申請?zhí)枮镃N200710077381. 3、名稱為“一種基于機器視覺的汽車防撞預警方法及裝置”的發(fā)明申請，其采用車牌測距，根據(jù)距離的變化計算TTC。就現(xiàn)有技術而言，實現(xiàn)對盲區(qū)的危險預警，不論采用紅外傳感器、雷達傳感器的方式，都存在著受環(huán)境因素影響的問題，例如紅外傳感器容易受熱源、光源的干擾，雷達傳感器容易受天候影響，圖像傳感器受光照影響，但就設備成本而言，視覺傳感器更符合普及化的需要。對于現(xiàn)有TTC計算方案主要依據(jù)車距變化來推導，而車輛測距現(xiàn)有的技術主要為車牌測距或者車底測距。就車牌測距而言，使用面太狹隘，無法對中遠距離的車輛測距，而且在小雨天等圖像模糊的情況下無法勝任。而車底測距，又主要針對水平路面而言，無法適用于上坡等起伏路面。就駕駛安全而言，考慮并分析目標車輛的行駛狀態(tài)，特別是相對加速度的影響的分析，有助于減少誤警，以及更準確地給出適當?shù)奈ｋU預警，從而更適應于復雜的道路環(huán)境下的安全需要
發(fā)明內(nèi)容
有鑒于此，本發(fā)明的主要目的在于提供一種基于圖像的車輛防撞預警方法，利用圖像分析技術，通過對車輛碰撞時間(T TC)進行計算和對目標車輛相對狀態(tài)的判定，以實現(xiàn)車輛防撞預警。為達到上述目的，本發(fā)明的技術方案是這樣實現(xiàn)的一種基于圖像的車輛防撞預警方法，包括如下步驟A、圖像采集，利用車載視覺傳感器采集前方路面圖像；B、車輛檢測與跟蹤，結合車輛的一系列顯著特征，在圖像中對車輛目標進行檢測與提取，并且在之后圖像內(nèi)跟蹤該車輛目標；C、車輛跟蹤Ne幀以上后，開始提取圖像中車輛寬度的像素變化；D、計算目標車輛與本車之間的碰撞時間TTC，并分析目標車輛相對行駛狀態(tài)；E、結合預設閾值TTCl，TTC2，0 < TTC2 < TTCl ;對TTC進行安全警報等級分析，當TTC大于TTCl時，認為車輛行駛安全；當TTC介于TTCl與TTC2之間時，認為車輛有與前車接觸的危險，發(fā)出一聲警報；當TTC小于TTC2時，認為接觸危險非常緊迫，發(fā)出急促的警報。其中，在圖像采集過程中，所采用的視覺傳感器安裝在車輛內(nèi)部面向前方，并以固定頻率Af= I/At采集前方道路數(shù)據(jù)圖像，或采用計時器對所采集圖像進一步篩選使得幀間時差為At。其中，確定圖像中車輛寬度像素W與車距Z成反比關系，并滿足如下條件W*Z = f cam*ffcar*Aw/ffcam =常數(shù) G其中fcam為視覺傳感器的焦距，單位為毫米mm;WCar為目標車輛的實際寬度，單位為mm ;Aw為圖像水平分辨率，單位為像素pixel ;Wcam為視覺傳感器的靶面尺寸，單位為mm;當在跟蹤同一輛車時，上述公式右邊的值固定為一個常數(shù)G ;該幀間圖像中車輛寬度的像素變化量能夠有效反映兩車之間距離的變化。其中，步驟C所述目標車輛與本車之間碰撞時間TTC的計算方法過程包括如下步驟Cl、獲取三幀連續(xù)圖像中目標車輛跟蹤結果，其中設定0為當前幀圖像，I為上幀圖像，2為上上幀圖像，幀間時間為視覺傳感器采集周期At，單位為毫秒ms ；C2、在三幀連續(xù)圖像中，已知圖像中車寬分別為Wl、W2、W3，單位為pixel ;設定相對車距分別為Z0、Z1、Z2，單位為mm ;設定相對車速為V0、V1、V2，單位mm/ms ;設定相對加速度為ct，單位為mm/ms2 ；C3、在當前幀有對距離變化的預測公式
權利要求
1.一種基于圖像的車輛防撞預警方法，其特征在于，包括如下步驟 A、圖像采集，利用車載視覺傳感器采集前方路面圖像； B、車輛檢測與跟蹤，結合車輛的一系列顯著特征，在圖像中對車輛目標進行檢測與提取，并且在之后圖像內(nèi)跟蹤該車輛目標； C、車輛跟蹤Ne幀以上后，開始提取圖像中車輛寬度的像素變化； D、計算目標車輛與本車之間的碰撞時間TTC，并分析目標車輛相對行駛狀態(tài)； E、結合預設閾值TTCl，TTC2，0< TTC2 < TTCl ;對TTC進行安全警報等級分析，當TTC大于TTCl時，認為車輛行駛安全；當TTC介于TTCl與TTC2之間時，認為車輛有與前車接觸的危險，發(fā)出一聲警報；當TTC小于TTC2時，認為接觸危險非常緊迫，發(fā)出急促的警報。
2.根據(jù)權利要求I所述的基于圖像的車輛防撞預警方法，其特征在于，在圖像采集過程中，所采用的視覺傳感器安裝在車輛內(nèi)部面向前方，并以固定頻率Af = 1/At采集前方道路數(shù)據(jù)圖像，或采用計時器對所采集圖像進一步篩選使得幀間時差為At。
3.根據(jù)權利要求I所述的基于圖像的車輛防撞預警方法，其特征在于確定圖像中車輛寬度像素W與車距Z成反比關系，并滿足如下條件W*Z = f cam*ffcar*Aw/ffcam =常數(shù) G 其中fcam為視覺傳感器的焦距,單位為毫米mm ;Wcar為目標車輛的實際寬度,單位為mm ；Aw為圖像水平分辨率，單位為像素pixel ；ffcam為視覺傳感器的祀面尺寸,單位為mm ；當在跟蹤同一輛車時，上述公式右邊的值固定為一個常數(shù)G ;該幀間圖像中車輛寬度的像素變化量能夠有效反映兩車之間距離的變化。
4.根據(jù)權利要求I所述的基于圖像的車輛防撞預警方法，其特征在于，步驟C所述目標車輛與本車之間碰撞時間TTC的計算方法過程包括如下步驟 Cl、獲取三幀連續(xù)圖像中目標車輛跟蹤結果，其中設定O為當前幀圖像，I為上幀圖像，2為上上幀圖像，幀間時間為視覺傳感器采集周期At，單位為毫秒ms ； C2、在三幀連續(xù)圖像中，已知圖像中車寬分別為Wl、W2、W3，單位為pixel ;設定相對車距分別為Z0、Z1、Z2，單位為mm ;設定相對車速為V0、V1、V2，單位mm/ms ;設定相對加速度為a，單位為mm/ms2 ； C3、在當前幀有對距離變化的預測公式Z = Z0 + V0T + ^aT2 ^ 表示在T時間后的兩車的車距，當車輛即將碰撞時，取Z = O，則計算得碰撞時間為—Fq — -J Vn — laZr,TTC = ~~①a ① C4、由于車速是距離變化的反映量，即可表示為距離Z的微分形式，因此當前相對車速推導為 G__G_ y _ AZ _ Z0-Z1^W1 _ G② ° At AtAt At Wx *W0②C5、由于加速度是車速變化的反映量，即可表示為車速的微分形式，因此當前相對加速度推導為
5.根據(jù)權利要求4所述的基于圖像的車輛防撞預警方法，其特征在于，利用碰撞時間TTC公式實現(xiàn)對車輛相對行駛狀態(tài)的判定，其判定過程包括 情況i、ip<o時，此時判定目標車輛遠離己車，或暫時保持同速行駛，公式④的結果TTC < 0，因此兩車不會接觸；否則，進入情況2 ； 情況2、當P > 0時，此時判定目標車輛處于接近狀態(tài)，在此若R = 0，則進入情況3 ;若R < 0，進入情況4 ;若R > 0，進入情況5 ； 情況3、判定兩車間處于相對，此時相對加速度a =0，公式④不適用，只需計算當前相對車距與當前相對車速的關系
全文摘要
本發(fā)明公開了一種基于圖像的車輛防撞預警方法，其利用圖像傳感器采集前方路面圖像，在車輛成功檢測并跟蹤后，根據(jù)幀間圖像中車輛寬度的變化，結合相對車速與相對加速度的影響，計算目標車輛與本車的碰撞時間(TTC)，分析危險等級并向駕駛員發(fā)出警報，同時，還可以判定目標車輛與己車間的相對行駛狀態(tài)。本發(fā)明的方法，應用于車輛主動安全技術領域，可以有效預防與前方車輛的追尾，并且不受起伏地形的影響，安全性能高。
文檔編號B60R21/013GK102642510SQ20111003966
公開日2012年8月22日 申請日期2011年2月17日 優(yōu)先權日2011年2月17日
發(fā)明者任明武, 張浩峰, 李旻先, 李永智, 李莉, 潘志健, 王執(zhí)中, 王超, 趙春霞, 陳國保 申請人:汽車零部件研究及發(fā)展中心有限公司