基于雙目立體視覺的汽車安全車距警示裝置制造方法
【專利摘要】本實用新型一種基于雙目立體視覺的汽車安全車距警示裝置，屬于安全設(shè)備領(lǐng)域，通過雙目攝像單元獲取前方、后方車輛的圖像，根據(jù)標(biāo)定結(jié)果和對該對圖像的匹配結(jié)果，得到最小距離，該最小距離值與安全距離比較，實現(xiàn)車內(nèi)蜂鳴器報警和車尾部LED顯示警示功能；本實用新型雙目立體視覺測距具設(shè)備在成本方面具有很大的價格優(yōu)勢；立體視覺測距方法能夠捕獲汽車的圖像信息，能夠獲得更多的信息量；此外結(jié)合攝像頭、自動光圈和自動白平衡技術(shù)，可以在夜間、隧道等可視條件較差的條件下應(yīng)用；因而本實用新型在汽車安全距離測量領(lǐng)域具有廣闊的前景。
【專利說明】基于雙目立體視覺的汽車安全車距警示裝置
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本實用新型屬于安全設(shè)備領(lǐng)域，具體涉及一種基于雙目立體視覺的汽車安全車距警示裝置。
【背景技術(shù)】
[0002]隨著我國經(jīng)濟(jì)的飛速發(fā)展和人民的活水平的不斷提高，汽車已進(jìn)入千家萬戶。然而，由于交通量的急劇上升，頻繁發(fā)生的交通事也給廣大人民群眾的生命財產(chǎn)安全造成了巨大的損失。根據(jù)中國日報的統(tǒng)計數(shù)據(jù)，我國每年超過60000人死于交通事故，已連續(xù)十多年成為世界上交通事故死亡人數(shù)最多的國家之一。有研究機(jī)構(gòu)研究發(fā)現(xiàn)，汽車追尾事故占交通事故總數(shù)的35%，在高速公路事故中更是占到六成以上。
[0003]汽車追尾事故的主要原因是由于駕駛員未能保持安全的車間距離。為了降低此類事故率，可以通過在頭部安裝測距設(shè)備測算前方車輛與己方車輛的距離，并在車距小于安全距離時，給本車司機(jī)警示信號，以提示本車司機(jī)保持車距；在尾部安裝測距設(shè)備測算后方車輛與己方車輛的距離，并在車距小于安全距離時，給后車司機(jī)警示信號，以提示后車車司機(jī)保持車距。
[0004]目前，用于車輛的測距的技術(shù)主要有超聲波測距、微波雷達(dá)測距、激光測距等。然而，超聲波探測原理簡單、成本低，受天氣影響大，適合近距離探測；微波雷達(dá)測距容易受磁場的干擾較大；激光測距成本較高，且受惡劣天氣影響較大。雙目立體視覺測距技術(shù)，不僅價格較低，結(jié)合攝像頭合自動光圈和自動白平衡技術(shù)，可以在夜間、隧道等可視條件較差的條件下應(yīng)用。因而雙目立體視覺技術(shù)應(yīng)用于汽車安全距離測量領(lǐng)域具有廣闊的前景。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]針對現(xiàn)有技術(shù)的不足，本實用新型提出一種基于雙目立體視覺的汽車安全車距警示裝置，達(dá)到降低成本、提高夜間隧道等可視條件較差的環(huán)境實用性、起到車距警示、減少交通事故的目的。
[0006]一種基于雙目立體視覺的汽車安全車距警示裝置，包括蜂鳴器和鍵盤，還包括車內(nèi)LED顯示屏、車后LED顯示屏、前側(cè)雙目攝像頭、后側(cè)雙目攝像頭和中央處理單元，其中，所述的中央處理單元的三路輸入端分別連接放置于汽車車頭的前側(cè)雙目攝像頭的輸出端、放置于汽車車尾的后側(cè)雙目攝像頭輸出端和鍵盤的輸出端；中央處理單元的三路輸出端分別連接放置于車內(nèi)的蜂鳴器的輸入端、放置于車后擋風(fēng)玻璃下方車后LED顯示屏的輸入端和放置于車內(nèi)的車內(nèi)LED顯示屏輸入端。
[0007]本實用新型優(yōu)點:
[0008]通過頭部雙目攝像單元獲取兩幅車前方車輛的圖像，根據(jù)標(biāo)定結(jié)果和對該對圖像的匹配結(jié)果，可以得到本車與前車的最小距離，該最小距離值與通過鍵盤設(shè)定的安全距離比較，若小于安全距離，則車內(nèi)蜂鳴器報警，提示本車司機(jī)減速慢行，保持車距；通過尾部雙目攝像單元獲取兩幅車后方車輛的圖像，根據(jù)標(biāo)定結(jié)果和對該對圖像的匹配結(jié)果，可以得到本車與后車的最小距離，該最小距離值與通過鍵盤設(shè)定的安全距離比較，若小于安全距離，則車尾部LED顯示警示信息，提示后車司機(jī)減速慢行，保持車距；因而本實用新型專利不僅保證了本車與前車的安全，而且對于后車同樣有警示信息。對于避免或者減少交通事故，保障廣大司機(jī)和乘客朋友的生命財產(chǎn)安全具有重大的意義。與現(xiàn)有的其他汽車測距裝置相比，雙目立體視覺測距具設(shè)備在成本方面具有非常大的價格優(yōu)勢；立體視覺測距裝置能夠捕獲汽車的圖像信息，能夠獲得更多的信息量。此外結(jié)合攝像頭、自動光圈和自動白平衡技術(shù)，可以在夜間、隧道等可視條件較差的條件下應(yīng)用。因而本實用新型在汽車安全距離測量領(lǐng)域具有廣闊的前景。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0009]圖1為本實用新型一種實施例的整體結(jié)構(gòu)框圖；
[0010]圖2為本實用新型一種實施例的各部分的布局示意圖；
[0011]圖3為本實用新型一種實施例的圖像采集硬件結(jié)構(gòu)圖；
[0012]圖4為本實用新型一種實施例的AA7113解碼電路圖；
[0013]圖5為本實用新型一種實施例的DSP電路原理圖；
[0014]圖6為本實用新型一種實施例的CPLD接口電路圖；
[0015]圖7為本實用新型一種實施例的行列掃描式鍵盤電路圖；
[0016]圖8為本實用新型一種實施例的蜂鳴器電路圖；
[0017]圖9為本實用新型一種實施例的車內(nèi)LED顯示電路圖；
[0018]圖10為本實用新型一種實施例的尾部LED顯示屏電路圖；
[0019]圖11為本實用新型一種實施例的平行雙目立體視覺系統(tǒng)測距模型圖。
【具體實施方式】
[0020]下面結(jié)合附圖對本實用新型一種實施例做進(jìn)一步說明。
[0021]如圖1所示，一種基于雙目立體視覺的汽車安全車距警示裝置，包括蜂鳴器和鍵盤，還包括車內(nèi)LED顯示屏、車后LED顯示屏、前側(cè)雙目攝像頭(包括汽車頭部左側(cè)攝像頭和汽車頭部右側(cè)攝像頭)、后側(cè)雙目攝像頭(包括汽車尾部左側(cè)攝像頭和汽車尾部右側(cè)攝像頭)和中央處理單元，其中:前側(cè)雙目攝像頭用于采集該汽車車頭前方的圖像；后側(cè)雙目攝像頭用于采集該汽車車尾后方的圖像；中央處理單元用于對前側(cè)雙目攝像頭和后側(cè)雙目攝像頭進(jìn)行標(biāo)定，獲得前側(cè)雙目攝像頭的焦距、前側(cè)雙目攝像頭之間相對距離、后側(cè)雙目攝像頭的焦距和后側(cè)雙目攝像頭之間相對距離四個參數(shù)；并對采集的圖像進(jìn)行校正，對圖像像素點進(jìn)行匹配，獲得圖像上每個像素點的視差；根據(jù)上述四個參數(shù)和圖像上像素點的視差，獲得該汽車與前車之間的距離和與后車之間的距離；車內(nèi)LED顯示屏用于根據(jù)用戶需求設(shè)置安全距離；車后LED顯示屏用于提示后車人員保持安全距離。
[0022]如圖2所示，車內(nèi)LED顯示屏4、鍵盤5、DSP及外圍電路I安裝在儀表臺上。車內(nèi)蜂鳴器3安裝于方向盤下方。前側(cè)雙目攝像頭2中，兩個同型號的攝像頭平行固定于車頭部引擎蓋上。車后LED顯示屏6安裝于車尾部擋風(fēng)玻璃內(nèi)側(cè)。后側(cè)雙目攝像頭7中，兩個同型號的攝像頭平行固定于尾部后備箱蓋上。所述的中央處理單元的三路輸入端分別連接放置于汽車車頭的前側(cè)雙目攝像頭的輸出端、放置于汽車車尾的后側(cè)雙目攝像頭輸出端和鍵盤的輸出端；中央處理單元的三路輸出端分別連接放置于車內(nèi)的蜂鳴器的輸入端、放置于車后擋風(fēng)玻璃下方車后LED顯示屏的輸入端和放置于車內(nèi)的車內(nèi)LED顯示屏輸入端。
[0023]本實用新型實施例中，前側(cè)雙目攝像頭和后側(cè)雙目攝像頭均采用四個型號為IRIT-N370S的CXD攝像頭；由于CXD獲得的圖像是模擬信號的圖像，而DSP不能直接讀取模擬信號，故需要將模擬信號解碼為數(shù)字信號。如圖3所示，本實用新型實施例中，中央處理單元內(nèi)部采用的解碼芯片是SAA7113。一片SAA7113芯片，能夠把兩路C⑶攝像頭送來的模擬圖像信號解碼成DSP識別的標(biāo)準(zhǔn)數(shù)字信號；本實用新型實施例中，央處理器采用的DSP芯片型號為TMS320DM642 ;由于圖像處理過程中數(shù)據(jù)量非常大，且該DSP片內(nèi)存儲器容量有限，故不能滿足圖像處理過程中存儲要求。本實用新型實施例中，TMS320DM642芯片內(nèi)核利用EMIFA總線擴(kuò)展外部存儲器FLASH和SDRAM。本實用新型實施例中擴(kuò)展了兩片大小為32MB型號為HY57V283220T-H的SDRAM，F(xiàn)LASH存儲器在掉電時，可包存重要數(shù)據(jù)和程序，本實用新型實施例擴(kuò)展了一片AM29LV033C型號的FLASH存儲器。
[0024]本實用新型實施例中，如圖4和圖5所示，與汽車頭部攝像頭連接的SAA7113芯片解碼后數(shù)字信號通過VPO 口輸送到TMS320DM642。與汽車尾部攝像頭連接的SAA7113芯片解碼后數(shù)字信號通過VPl輸送到TMS320DM642。圖4中SAA7113的供電電源分為數(shù)字電源(VCC)和模擬電源(VCCA)，其大小均為+3.3V，引腳10、3、42接模擬電源((VCCA);引腳18、34、29、33接數(shù)字電源(VCC)。引腳44接一個Ik電阻后，接數(shù)字電源(VCC)。圖中SAA7113相應(yīng)的地線也分為數(shù)字地和模擬地，。引腳11、2、41和6接模擬地，引腳16、28、30、35、37、8接數(shù)字地。引腳26接一個3.3k的電阻后，接數(shù)字地。SAA7113芯片的輸入時鐘由外部有源晶振提供，大小24.576MHz，通過引腳I輸入。引腳17與圖5中TMS320DM642的VP0CLK0引腳連接，由引腳17輸出的27MHz的行鎖定系統(tǒng)時鐘，發(fā)送給圖5中TMS320DM642的VP0CLK0引腳作為視頻口的捕獲時鐘。引腳23、24通過I2C總線直接與圖5中TMS320DM642芯片的SCL0、SDA0引腳連接。視頻模擬信號接一個18k電阻后，串聯(lián)一個47nF電容，通過引腳I輸入到SAA7113芯片。視頻模擬信號接一個18k電阻后，連接一個5.6k電阻，再連接到模擬地。引腳4、9分別串聯(lián)一個47nF電容后，連接到模擬地。解碼后的數(shù)字信號由VPO[7:0]輸出，引腳 12、13、14、15、19、20、21、22 分別接圖 5 中 TMS320DM642 芯片的引腳 VP0D9、VP0D8、VP0D7、VP0D6、VP0D5、VP0D4、VP0D3 和 VP0D2。
[0025]TMS320DM642的I/O接口資源有限，而本實用新型需要外接鍵盤、車后LED顯示屏、車內(nèi)LED顯示屏和蜂鳴器，故需要較多的I/O接口。本實用新型實施例中采用CPLD芯片擴(kuò)展了 TMS320DM642的I/O接口，選用的芯片型號為ALTERA公司生產(chǎn)的EPM240T100I5N。如圖6所示，該芯片由100個引腳組成，極大的擴(kuò)展了 I/O接口。本實用新型專利中，鍵盤、車后LED顯示屏、車內(nèi)LED顯示屏和蜂鳴器并未與DSP的I/O直接連接，而是與CPLD擴(kuò)展后的I/O相連接。
[0026]TMS320DM642與CPLD的連接是通過外部接口實現(xiàn)的，結(jié)合圖5和圖6引腳連接如下。DSP 芯片的引腳 AEDO, AED1、AED2、AED3、AED4、AED5、AED6、AED7、EXT_INTER4、ACEI,ASffE 分別與 CPLD 的引腳 1、2、3、4、5、6、7、8、27、28、29 連接。DSP 芯片的引腳 AEA3、AEA4、AEA5、AEA6、AEA7、AEA8、AEA9、AEA10 分別與 CPLD 的引腳 15、16、17、18、19、20、21、26 連接。
[0027]本實用新型實施例中，鍵盤是4x4的行列掃描式鍵盤，如圖7所示，由4條行線和4條列線組成，在每一個交叉點上，設(shè)置一個按鍵，共16個按鍵。行列掃描式鍵盤4條行線分別與CPLD的引腳68、69、70、71連接。行列掃描式鍵盤4條列線分別與CPLD的引腳72、73、74、75 連接。
[0028]蜂鳴器的電路如圖8所示，蜂鳴器的正極性的一端聯(lián)接到5V電源上面，另一端聯(lián)接到三極管的集電極端，三極管發(fā)射極接地，基極接一個4.7k的電阻后與CPLD的引腳33
連接。三極管選用PNP型三極管。
[0029]車內(nèi)LED顯示屏采用的是型號為1602的IXD，具體電路連接如圖9所示。1602的引腳4、5、6、7、8、9、10、11、12、13、14分別與0卩0)的引腳86、87、89、85、84、83、82、81、78、77、 76連接。1602與CPLD的每條連接線分別并聯(lián)一個4.7k的上拉電阻后，與供電模塊的IXDVCC相連。1602引腳I接一個Ik的電阻后與引腳3連接，引腳2和引腳15分別與供電模塊的IXD VCC相連，引腳16接地。 [0030]尾部LED顯示屏采用的8x8的LED點陣，具體電路連接如圖10所示。LED顯示屏引腳9、14、8、12、1、7、2、5分別連接8個PNP型三極管的發(fā)射極，三極管對應(yīng)的基極在串聯(lián)一個4.7k的電阻后，分別與CPLD的引腳86、87、89、91、92、95、96、97相連接。8個三極管的集電極連接到一起后，與3.3V供電模塊連接。LED顯示屏引腳13、3、4、10、6、11、15、16分別串聯(lián)了 100 Ω的電阻后，分別與CPLD的引腳85、84、83、82、76、77、78、81相連接。
[0031]圖11是平行雙目立體視覺系統(tǒng)測距模型圖。如圖11所示，兩攝像頭平行放置，攝像機(jī)坐標(biāo)系與左側(cè)攝像機(jī)光心點O1重合，攝像機(jī)的焦距為f，左右攝像機(jī)的光心O1與Or間距離為b (基線距離)。(xcl, ycl, zcl)為以左側(cè)攝像機(jī)光心為原點建立的坐標(biāo)系，(xcr, ycr, zcr)為以右側(cè)攝像機(jī)光心為原點建立的坐標(biāo)系，(U，V)是以圖像中心點的建立的像素坐標(biāo)系。P(xw, yw, zw)為現(xiàn)實場景中世界坐標(biāo)系中的目標(biāo)點，(xw，yw，zw)為P在現(xiàn)實場景坐標(biāo)系中的位置坐標(biāo),點P1和點Pr分別為目標(biāo)點P(XW, yw, Zw)在左圖像和右圖像上的成像點。X1和Xr為圖像坐標(biāo)系中左、右圖像成像點的橫坐標(biāo)，Y1和y,為圖像坐標(biāo)系中左、右圖像成像點的縱坐標(biāo)，視差為d=x1-x,。根據(jù)三角形相似原理可得到空間點在攝像機(jī)坐標(biāo)系下的三維坐標(biāo)如式(I):
[0032]
【權(quán)利要求】
1.一種基于雙目立體視覺的汽車安全車距警示裝置，包括蜂鳴器和鍵盤，其特征在于:還包括車內(nèi)LED顯示屏、車后LED顯示屏、前側(cè)雙目攝像頭、后側(cè)雙目攝像頭和中央處理單元，其中，所述的中央處理單元的三路輸入端分別連接放置于汽車車頭的前側(cè)雙目攝像頭的輸出端、放置于汽車車尾的后側(cè)雙目攝像頭輸出端和鍵盤的輸出端；中央處理單元的三路輸出端分別連接放置于車內(nèi)的蜂鳴器的輸入端、放置于車后擋風(fēng)玻璃下方車后LED顯示屏的輸入端和放置于車內(nèi)的車內(nèi)LED顯示屏輸入端。
【文檔編號】B60Q9/00GK203450024SQ201320533787
【公開日】2014年2月26日 申請日期:2013年8月28日 優(yōu)先權(quán)日:2013年8月28日
【發(fā)明者】趙希梅, 姜明明, 趙久威, 游健康, 任成一 申請人:沈陽工業(yè)大學(xué)