專利名稱：一種具有駕駛員目光跟隨功能的智能車燈系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型屬于汽車主動(dòng)安全技術(shù)領(lǐng)域，特別是涉及一種具有駕駛員目光跟隨功能的智能車燈系統(tǒng)，該系統(tǒng)通過(guò)使車燈燈光智能跟隨駕駛員目光來(lái)消除視覺(jué)盲區(qū)，提高車輛夜間行駛的安全性。
背景技術(shù)：
夜間行車時(shí)，駕駛員需要依靠車燈來(lái) 辨別路面環(huán)境，從而控制車輛的安全行駛；但是現(xiàn)代汽車上安裝的普通車燈的燈光多數(shù)只能筆直投向前方，只有一個(gè)固定的照射范圍。而車輛行駛在陌生的交叉路口時(shí)，駕駛員更關(guān)注的往往是車輛側(cè)面的行人和路面環(huán)境；另夕卜，在昏暗而且狹小的停車場(chǎng)等環(huán)境中也會(huì)發(fā)生類似的情況，如圖I所示。在這些情況下，筆直投向前方的燈光顯然無(wú)法滿足駕駛員的觀察需求，駕駛員只能依靠微弱的散射余光來(lái)摸索路面狀況，存在嚴(yán)重的安全隱患。

實(shí)用新型內(nèi)容針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)存在的問(wèn)題，本實(shí)用新型提供一種具有駕駛員目光跟隨功能的智能車燈系統(tǒng)。該系統(tǒng)的車燈照明方向總是跟隨駕駛員的目光，保證了駕駛員總是能夠看清楚自己希望觀察的區(qū)域，從而提高了夜間車輛行駛的安全性。為了實(shí)現(xiàn)上述目的，本實(shí)用新型采用如下技術(shù)方案，一種具有駕駛員目光跟隨功能的智能車燈系統(tǒng)，包括駕駛員圖像采集設(shè)備、控制系統(tǒng)、信號(hào)采集單元、角度傳感器以及設(shè)置在車燈下方的車燈電機(jī)，所述駕駛員圖像采集設(shè)備經(jīng)串口通訊數(shù)據(jù)線與控制系統(tǒng)相連接；所述控制系統(tǒng)經(jīng)CAN總線分別與電機(jī)控制器和信號(hào)采集單元相連接，所述車燈電機(jī)與電機(jī)控制器相連接；所述車燈電機(jī)的輸出軸與車燈固定連接，所述角度傳感器設(shè)置在車燈電機(jī)的輸出軸上，所述角度傳感器與信號(hào)采集單元相連接。所述信號(hào)采集單元包括AD轉(zhuǎn)換器、光耦隔離器、第一單片機(jī)及第一 CAN收發(fā)器，所述AD轉(zhuǎn)換器的輸入端與角度傳感器的信號(hào)輸出端相連接,所述AD轉(zhuǎn)換器的輸出端經(jīng)第一光耦隔離器與第一單片機(jī)相連接；所述第一單片機(jī)經(jīng)第二光耦隔離器、第三光耦隔離器與第一 CAN收發(fā)器相連接，所述第一 CAN收發(fā)器與CAN總線相連接。所述控制系統(tǒng)包括RS232接口、RS232收發(fā)器、光耦隔離器、第二單片機(jī)及第二 CAN收發(fā)器，所述RS232接口與RS232收發(fā)器的輸入端相連接，RS232收發(fā)器的輸出端經(jīng)第四光耦隔離器與第二單片機(jī)相連接；所述第二單片機(jī)經(jīng)第五光耦隔離器、第六光耦隔離器與第二 CAN收發(fā)器相連接，所述第二 CAN收發(fā)器與CAN總線相連接。所述駕駛員圖像采集設(shè)備采用具有圖像后處理功能，且能夠在低光照或無(wú)光照情況下工作的紅外攝像頭。本實(shí)用新型的有益效果汽車行駛過(guò)程中，駕駛員目光指向的方向是駕駛員最希望觀察清楚的區(qū)域，因此該方向也是車燈燈光最理想的照射方向。本實(shí)用新型的智能車燈系統(tǒng)的車燈能夠根據(jù)駕駛員的視覺(jué)意圖來(lái)自動(dòng)地調(diào)節(jié)照明角度，使車燈的投射方向總是跟隨駕駛員的視線，如圖2所示；這樣就可以有效地消除傳統(tǒng)車燈筆直投向前方的燈光的照射盲區(qū)。保證了駕駛員總是能夠清楚的辨別自己希望觀察的區(qū)域路況，從而極大地提高了駕駛員夜間行車的安全性。

圖I為現(xiàn)有普通車燈的視覺(jué)盲區(qū)示意圖；圖2為本實(shí)用新型的具有駕駛員目光跟隨功能的智能車燈系統(tǒng)的控制效果示意圖；圖3為本實(shí)用新型的具有駕駛員目光跟隨功能的智能車燈系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)示意圖；圖4為本實(shí)用新型的信號(hào)采集單元的電路原理框圖；圖5為本實(shí)用新型的信號(hào)采集單元的電路原理圖； 圖6為本實(shí)用新型的控制系統(tǒng)的電路原理框圖；圖7為本實(shí)用新型的控制系統(tǒng)的電路原理圖；圖8為本實(shí)用新型的具有駕駛員目光跟隨功能的智能車燈系統(tǒng)的控制方法的程序流程圖；圖9為駕駛員面部轉(zhuǎn)角計(jì)算的幾何關(guān)系圖；圖3中，I-駕駛員圖像采集設(shè)備，2-串口通訊數(shù)據(jù)線，3-控制系統(tǒng)，4-CAN總線，5-信號(hào)米集單兀，6-電機(jī)控制器,7-車燈電機(jī),8-角度傳感器,9-車燈；圖4中，10-AD轉(zhuǎn)換器，11-第一光耦隔離器，12-第一單片機(jī)，13-第二光耦隔離器，14-第三光耦隔離器，15-第一 CAN收發(fā)器；圖6中，16-RS232收發(fā)器，17-第四光耦隔離器，18-第二單片機(jī)，19-第五光耦隔離器，20-第六光耦隔離器，21-第二 CAN收發(fā)器。
具體實(shí)施方式
如圖3所示，一種具有駕駛員目光跟隨功能的智能車燈系統(tǒng)，包括駕駛員圖像采集設(shè)備I、控制系統(tǒng)3、信號(hào)采集單元5、角度傳感器8以及設(shè)置在車燈9下方的車燈電機(jī)7，所述駕駛員圖像采集設(shè)備I經(jīng)串口通訊數(shù)據(jù)線2與控制系統(tǒng)3相連接；所述控制系統(tǒng)3經(jīng)CAN總線4分別與電機(jī)控制器6和信號(hào)采集單元5相連接，所述車燈電機(jī)7與電機(jī)控制器6相連接；所述車燈電機(jī)7的輸出軸與車燈9固定連接，所述角度傳感器8設(shè)置在車燈電機(jī)7的輸出軸上，所述角度傳感器8與信號(hào)采集單元5相連接。所述駕駛員圖像采集設(shè)備I采用具有圖像后處理功能，且能夠在低光照或無(wú)光照情況下工作的紅外攝像頭，所述紅外攝像頭采用的是恒豐威視公司生產(chǎn)的紅外CCD攝像頭，其型號(hào)為HF-6540S。所述角度傳感器8采用的是安格創(chuàng)電子有限公司生產(chǎn)的旋轉(zhuǎn)編碼器，其型號(hào)為Angtix)n-RE-38，用于測(cè)量車燈的實(shí)際轉(zhuǎn)角值，并將測(cè)得的實(shí)際轉(zhuǎn)角值轉(zhuǎn)化為電壓信號(hào)。所述車燈電機(jī)7采用的是無(wú)刷直流電機(jī)，其型號(hào)為57BL52-230。所述電機(jī)控制器6的型號(hào)為ZD-6716-V2，其具備CAN收發(fā)功能，能夠接收控制系統(tǒng)3發(fā)出的控制指令，并控制車燈電機(jī)7帶動(dòng)車燈9轉(zhuǎn)動(dòng)。如圖4所示，所述信號(hào)采集單元5包括AD轉(zhuǎn)換器10、光耦隔離器、第一單片機(jī)12及第一 CAN收發(fā)器15,所述AD轉(zhuǎn)換器10的輸入端與角度傳感器8的信號(hào)輸出端相連接,所述AD轉(zhuǎn)換器10的輸出端經(jīng)第一光耦隔離器11與第一單片機(jī)12相連接；所述第一單片機(jī)12經(jīng)第二光耦隔離器13、第三光耦隔離器14與第一 CAN收發(fā)器15相連接，所述第一 CAN收發(fā)器15與CAN總線4相連接。其具體電路連接關(guān)系如圖5所示。如圖6所示，所述控制系統(tǒng)3采用嵌入式控制器，包括RS232接口、RS232收發(fā)器16、光耦隔離器、第二單片機(jī)18及第二 CAN收發(fā)器21，所述RS232接口與RS232收發(fā)器16的輸入端相連接，RS232收發(fā)器16的輸出端經(jīng)第四光耦隔離器17與第二單片機(jī)18相連接；所述第二單片機(jī)18經(jīng)第五光耦隔離器19、第六光耦隔離器20與第二 CAN收發(fā)器21相連接，所述第二 CAN收發(fā)器21與CAN總線4相連接。其具體電路連接關(guān)系如圖7所示。一種具有駕駛員目光跟隨功能的智能車燈系統(tǒng)的控制方法，其控制過(guò)程可分為三部分一是圖像獲取，二是圖像識(shí)別，三是控制與執(zhí)行，如圖8所示，其具體包括如下步驟步驟一通過(guò)紅外攝像頭獲取駕駛員面部圖像；步驟二 將獲取的駕駛員面部圖像轉(zhuǎn)化成灰度圖像，并進(jìn)行圖像濾波、降噪；步驟三基于Otsu算法對(duì)圖像進(jìn)行二值化分割；步驟四利用紅外人臉圖像區(qū)域亮度較高，而背景圖像亮度偏黑的特點(diǎn)，基于灰度直方圖剔除圖像中的背景圖像；步驟五基于Sobel算子對(duì)圖像進(jìn)行邊緣檢測(cè)，識(shí)別并定位駕駛員面部輪廓；以駕駛員面部輪廓上部三分之一的區(qū)域?yàn)楦信d趣區(qū)域，在感興趣區(qū)域內(nèi)采用Sobel算子提取眼部邊緣信息，識(shí)別并定位駕駛員雙目輪廓；步驟六根據(jù)駕駛員面部輪廓的識(shí)別結(jié)果擬合出中心線A-A1，并計(jì)算出面部寬度L ；步驟七計(jì)算雙目中心點(diǎn)C點(diǎn)到A-A1的距離d ；步驟八計(jì)算駕駛員面部轉(zhuǎn)角I ；步驟九以駕駛員雙目輪廓為感興趣區(qū)域，選擇雙目輪廓的幾何中心點(diǎn)作為種子點(diǎn)，基于像素間灰度值相似性準(zhǔn)則，在雙目輪廓范圍內(nèi)基于區(qū)域生長(zhǎng)法進(jìn)行駕駛員瞳孔定位；步驟十根據(jù)雙目輪廓與瞳孔位置，基于BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)確定駕駛員眼球轉(zhuǎn)角3 ；步驟十一根據(jù)面部轉(zhuǎn)角I與眼球轉(zhuǎn)角P確定駕駛員目光轉(zhuǎn)角a :；步驟十二 基于PI控制計(jì)算車燈電機(jī)的電流控制信號(hào)，并通過(guò)CAN總線將所述電流控制信號(hào)發(fā)送給電機(jī)控制器，所述PI控制的輸入為駕駛員目光轉(zhuǎn)角O1與車燈轉(zhuǎn)角Ci2的差值；步驟十三電機(jī)控制器根據(jù)所接收的電流控制信號(hào)控制車燈電機(jī)，使其帶動(dòng)車燈轉(zhuǎn)動(dòng)，改變照明方向；步驟十四通過(guò)角度傳感器測(cè)量車燈轉(zhuǎn)角a 2 ;步驟十五判斷駕駛員目光轉(zhuǎn)角h是否等于車燈轉(zhuǎn)角Ci2，若是，則執(zhí)行步驟十六；否則，將車燈轉(zhuǎn)角a 2作為反饋信號(hào)，返回執(zhí)行步驟十二 ；步驟十六結(jié)束。
以下結(jié)合附圖說(shuō)明本實(shí)用新型的一次工作過(guò)程本實(shí)用新型的紅外攝像頭設(shè)置于駕駛員前下方。使用時(shí)，首先通過(guò)紅外攝像頭獲取駕駛員面部圖像，紅外攝像頭將獲取的物理圖像轉(zhuǎn)換成數(shù)字圖像，并通過(guò)串口通訊數(shù)據(jù)線實(shí)時(shí)地將駕駛員數(shù)字圖像傳輸至控制系統(tǒng)。在控制系統(tǒng)中帶有圖像處理單元模塊和控制單元模塊兩部分程序，在圖像處理單元模塊中，首先將采集到的駕駛員數(shù)字圖像轉(zhuǎn)化成灰度圖像，并進(jìn)行圖像濾波、降噪；然后基于Otsu算法對(duì)圖像進(jìn)行二值化分割，利用紅外人臉圖像區(qū)域亮度較高，而背景圖像亮度偏黑的特點(diǎn)，基于灰度直方圖剔除圖像中的背景圖像；在灰度直方圖中像素會(huì)分布為兩部分區(qū)域，通過(guò)設(shè)置一個(gè)合理的閾值，即可剔除圖像中的背景圖像，而得到駕駛員面部區(qū)域。在駕駛員面部區(qū)域內(nèi)，基于Sobel算子對(duì)圖像進(jìn)行邊緣檢測(cè)，識(shí)別并定位駕駛員面部輪廓；以駕駛員面部輪廓上部三分之一的區(qū)域?yàn)楦信d趣區(qū)域，在感興趣區(qū)域內(nèi)采用Sobel算子提取眼部邊緣信息，識(shí)別并定位駕駛員雙目輪廓。在得到雙目輪廓之后，以駕駛員雙目輪廓為感興趣區(qū)域，首先選擇雙目輪廓的幾何中心點(diǎn)作為種子點(diǎn)，然后規(guī)定一個(gè)像素間灰度值相似性準(zhǔn)則，基于區(qū)域生長(zhǎng)法進(jìn)行駕駛員瞳孔定位。例如基于像素灰度值的準(zhǔn)則，如果相鄰兩像素之間的灰度值之差的絕對(duì)值小于給定的閾值，則認(rèn)為它們是相似的。從眼睛幾何中心的種子點(diǎn)出發(fā)，逐次檢查種子點(diǎn)周圍的全部點(diǎn)，如果一個(gè)點(diǎn)類似于種子點(diǎn)，則被劃歸于該種子區(qū)域，在整個(gè)雙目輪廓內(nèi)重復(fù)這一 過(guò)程，即可實(shí)現(xiàn)駕駛員瞳孔定位。圖像處理單元模塊識(shí)別并定位駕駛員面部輪廓與雙目輪廓后，控制單元模塊根據(jù)圖像處理結(jié)果計(jì)算駕駛員面部轉(zhuǎn)角。所述駕駛員面部轉(zhuǎn)角的計(jì)算過(guò)程，如圖9所示，具體包括如下步驟首先根據(jù)駕駛員面部輪廓的識(shí)別結(jié)果擬合出一條面部輪廓的中心線A-A1,并計(jì)算出面部寬度L ;根據(jù)駕駛員雙目輪廓擬合出雙目中心點(diǎn)C點(diǎn)，計(jì)算雙目中心點(diǎn)C點(diǎn)到面部輪廓中心線A-A1的距離d ;然后根據(jù)面部寬度L和d計(jì)算駕駛員面部轉(zhuǎn)角I，其計(jì)算公式如下= arctan(^)式中，d-雙目中心點(diǎn)到面部輪廓中心線的距離；L-面部覽度。根據(jù)圖像處理單元模塊提取的雙目輪廓與瞳孔位置，基于BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)確定駕駛員眼球轉(zhuǎn)角P ;使用瞳孔在雙目輪廓中的位置作為訓(xùn)練輸入數(shù)據(jù)，駕駛員眼球轉(zhuǎn)角P作為網(wǎng)絡(luò)輸出，如下式所示
InP = Y^ ,(S waxi - aJ - bk
7=1 /=1式中，P -駕駛員眼球轉(zhuǎn)角；Xi-瞳孔在雙目輪廓中的位置坐標(biāo)；I-神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)輸入層節(jié)點(diǎn)數(shù)；n-神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)隱含層節(jié)點(diǎn)數(shù)；Wij-神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)隱含層連接權(quán)值；Wjk-神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)輸出層連接權(quán)值；ar神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)隱含層閾值；bk_神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)輸出層閾值；在使用BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行眼球轉(zhuǎn)角預(yù)測(cè)之前，首先需要進(jìn)行網(wǎng)絡(luò)訓(xùn)練，即通過(guò)一部分已知的瞳孔位置與眼球轉(zhuǎn)角測(cè)試數(shù)據(jù)來(lái)進(jìn)行權(quán)值和閾值的更新，如下式所示
權(quán)利要求1.一種具有駕駛員目光跟隨功能的智能車燈系統(tǒng)，其特征在于包括駕駛員圖像采集設(shè)備、控制系統(tǒng)、信號(hào)采集單元、角度傳感器以及設(shè)置在車燈下方的車燈電機(jī)，所述駕駛員圖像采集設(shè)備經(jīng)串口通訊數(shù)據(jù)線與控制系統(tǒng)相連接；所述控制系統(tǒng)經(jīng)CAN總線分別與電機(jī)控制器和信號(hào)采集單元相連接，所述車燈電機(jī)與電機(jī)控制器相連接；所述車燈電機(jī)的輸出軸與車燈固定連接，所述角度傳感器設(shè)置在車燈電機(jī)的輸出軸上，所述角度傳感器與信號(hào)采集單元相連接。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的一種具有駕駛員目光跟隨功能的智能車燈系統(tǒng)，其特征在于所述信號(hào)采集單元包括AD轉(zhuǎn)換器、光耦隔離器、第一單片機(jī)及第一 CAN收發(fā)器，所述AD轉(zhuǎn)換器的輸入端與角度傳感器的信號(hào)輸出端相連接，所述AD轉(zhuǎn)換器的輸出端經(jīng)第一光耦隔離器與第一單片機(jī)相連接；所述第一單片機(jī)經(jīng)第二光耦隔離器、第三光耦隔離器與第一CAN收發(fā)器相連接，所述第一 CAN收發(fā)器與CAN總線相連接。
3.根據(jù)權(quán)利要求I所述的一種具有駕駛員目光跟隨功能的智能車燈系統(tǒng)，其特征在于所述控制系統(tǒng)包括RS232接口、RS232收發(fā)器、光耦隔離器、第二單片機(jī)及第二 CAN收發(fā)器，所述RS232接口與RS232收發(fā)器的輸入端相連接，RS232收發(fā)器的輸出端經(jīng)第四光耦隔離器與第二單片機(jī)相連接；所述第二單片機(jī)經(jīng)第五光耦隔離器、第六光耦隔離器與第二 CAN收發(fā)器相連接，所述第二 CAN收發(fā)器與CAN總線相連接。
4.根據(jù)權(quán)利要求I所述的一種具有駕駛員目光跟隨功能的智能車燈系統(tǒng)，其特征在于所述駕駛員圖像采集設(shè)備采用具有圖像后處理功能，且能夠在低光照或無(wú)光照情況下工作的紅外攝像頭。
專利摘要一種具有駕駛員目光跟隨功能的智能車燈系統(tǒng)，屬于汽車主動(dòng)安全技術(shù)領(lǐng)域，特別是涉及一種具有駕駛員目光跟隨功能的智能車燈系統(tǒng)，該系統(tǒng)通過(guò)使車燈燈光智能跟隨駕駛員目光來(lái)消除視覺(jué)盲區(qū)，提高車輛夜間行駛的安全性。本實(shí)用新型包括駕駛員圖像采集設(shè)備、控制系統(tǒng)、信號(hào)采集單元、角度傳感器以及設(shè)置在車燈下方的車燈電機(jī)，所述駕駛員圖像采集設(shè)備經(jīng)串口通訊數(shù)據(jù)線與控制系統(tǒng)相連接；所述控制系統(tǒng)經(jīng)CAN總線分別與電機(jī)控制器和信號(hào)采集單元相連接，所述車燈電機(jī)與電機(jī)控制器相連接；所述車燈電機(jī)的輸出軸與車燈固定連接，所述角度傳感器設(shè)置在車燈電機(jī)的輸出軸上，所述角度傳感器與信號(hào)采集單元相連接。
文檔編號(hào)B60Q1/08GK202463683SQ201120566530
公開(kāi)日2012年10月3日 申請(qǐng)日期2011年12月30日 優(yōu)先權(quán)日2011年12月30日
發(fā)明者周淑文, 唐傳茵, 廖治, 楊英, 王迪, 趙廣耀, 陳澤宇 申請(qǐng)人:東北大學(xué)