專利名稱：一種汽車防追尾安全預(yù)警裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實用新型涉及車輛行駛安全預(yù)警技術(shù)，特別涉及一種汽車防追尾安全預(yù)警裝置。
背景技術(shù)：
隨著汽車車速的提高和汽車數(shù)量的增加，交通事故也與日倶增，特別是高速公路的飛速發(fā)展，汽車碰撞事故越來越多。既有車輛自身的因素，也有人為的因素，還有公路、氣象等環(huán)境因素。在上述諸多因素中，人為因素是造成汽車碰撞的主要原因。因此，國內(nèi)外都在研究如何利用先進的技術(shù)，輔助汽車駕駛者對影響公路交通安全的人、車、路環(huán)境進行實時監(jiān)控，防止汽車相撞事故的發(fā)生。 目前主要的汽車防撞技術(shù)主要有如下幾種激光雷達方式，這種方式很容易預(yù)知沖撞的危險性。微波雷達方式，雷達是利用目標對電磁波反射來發(fā)現(xiàn)目標并測定其位置。超聲方式，利用Ranger感應(yīng)監(jiān)測系統(tǒng)，精度和測量距離受到很大限制。但是，采用上述技術(shù)的裝備，抗干擾能力差，而且價格昂貴，無法大量推廣使用。

發(fā)明內(nèi)容本實用新型的目的在于提供一種簡單實用、低成本的汽車防追尾安全預(yù)警裝置。[0005] 為了達到上述目的，本實用新型采用以下技術(shù)方案予以實現(xiàn)。[0006] —種汽車防追尾安全預(yù)警裝置，其特征在于，包括 兩個攝像頭，水平設(shè)置在自身汽車的前方，獨立采集前方目標汽車的尾部車牌圖像； —個測速單元，用于檢測自身汽車的速度； —個報警單元，用于輸出警示信號，提醒駕駛者注意車距； —個數(shù)據(jù)處理單元，接收所述兩個攝像頭獨立采集前方目標汽車的尾部車牌圖
像，根據(jù)同時刻前方目標汽車的兩幅尾部車牌圖像的視差，計算出前方目標車輛與自身車
輛之間的距離，并結(jié)合自身汽車的速度判斷，控制報警單元輸出警示信號。 本實用新型的進一步特點和改進在于 所述攝像頭為VS-2923DS遠距離紅外夜視攝像頭。 所述測速單元采用磁電式速度傳感器。所述數(shù)據(jù)處理單元采用TMS320DM642。 所述報警單元為采用DSP控制的語音報警模塊。 所述報警單元采用LED燈指示和LCD顯示器。 本實用新型中，利用兩個攝像頭，獨立采集前方目標汽車的尾部車牌圖像；測速單元，用于檢測自身汽車的速度；數(shù)據(jù)處理單元，采用DSP接收所述兩個攝像頭獨立采集前方目標汽車連續(xù)兩幀的尾部車牌圖像，計算出前方目標車輛與自身車輛之間的距離，并結(jié)合自身汽車的速度判斷，控制報警單元輸出警示信號。因此，本實用新型的汽車防追尾安全預(yù)警裝置結(jié)構(gòu)簡單，造價低。同時，本使用新型采用VS-2923DS遠距離紅外夜視攝像頭，抗干擾能力強。

圖1為本使用新型的一種汽車防追尾安全預(yù)警裝置的安裝示意圖，圖中1為視頻
采集單元(攝像頭)，2為測速單元，3為數(shù)據(jù)處理單元，4為報警單元； 圖2為圖1的結(jié)構(gòu)原理圖； 圖3為圖像處理流程圖； 圖4為車距檢測流程圖； 圖5為左右攝像頭的成像示意圖； 圖6為視差測距原理圖。
具體實施方式參照圖l，視頻采集單元1為兩個攝像頭，左右水平安裝在自身汽車的前方，獨立采集前方目標汽車的尾部車牌圖像。兩個攝像頭均采用VS-2923DS遠距離紅外夜視攝像頭，最高480TVL分辨率，電源為DC12V ;它具備日夜轉(zhuǎn)換紅外線過濾功能；6顆大功率紅外燈杯；雙圈玻璃設(shè)計，有效降低干擾和氣霧現(xiàn)象；標配16mmCS Mo皿tIR鏡頭；紅外燈參考距離80-100米；防水、防塵，全黑環(huán)境設(shè)計，自動感應(yīng)紅外線，可實現(xiàn)24小時全天候監(jiān)控。[0025] 測速單元采用磁電式速度傳感器，設(shè)置在發(fā)動機輸出端，也可利用汽車自身的速度傳感器；磁電式速度傳感器利用電磁感應(yīng)原理將被測量轉(zhuǎn)速轉(zhuǎn)換成電信號的一種傳感器，不需要輔助電源，就能把被測對象的機械量轉(zhuǎn)換成易于測量的電信號，是一種有源傳感器，而且輸出功率大，工作頻帶寬(10 1000Hz);且性能穩(wěn)定。速度傳感器的采集信號經(jīng)放大器后輸入數(shù)據(jù)處理單元。 數(shù)據(jù)處理單元采用TMS320DM642，它具有高性能、先進的超長指令字veloci Tl. 2結(jié)構(gòu)的DSP核及增強的并行機制，在720M赫茲的時鐘頻率下，其處理性能為5760MI/s，使得該DSP成為數(shù)字媒體解決方案的首選產(chǎn)品，擁有高速控制器的操作靈活性，而且具有陣列處理器的數(shù)字處理能力，TMS320DM642的外圍集成了非常完整的音頻、視頻和網(wǎng)絡(luò)通信接口 ，報警單元也安裝在駕駛室內(nèi)，用于輸出警示信號，提醒駕駛者注意車距。報警單元為同時采用LED燈指示、LCD顯示器顯示和由DSP控制的語音報警模塊。 參照圖3，數(shù)據(jù)處理單元接收視頻單元中兩個攝像頭獨立采集的前方目標汽車的
尾部車牌圖像。采用跟蹤方法是要提取被跟蹤目標的圖像，建立一個模板；再在下一幅圖
像中，全圖匹配搜索目標圖像，找到最佳匹配的位置。 首先對左右兩個攝像頭采集到的圖像做如下處理 1、車體邊緣提取 輸入目標汽車圖像序列，汽車的不同顏色表現(xiàn)為灰度隨機分布；而且目標(尾部車牌)均以運動狀態(tài)存在于視場中，對于視場內(nèi)每一像素隸屬于背景的概率極大，經(jīng)過對輸入序列的若干幀平均即可得到實際背景圖像近似的初始背景，也同時達到了消除攝像頭抖動和濾除顆粒噪聲的目的。初始背景的平均次數(shù)依實驗確定?？梢圆捎靡浑Akalman濾波實現(xiàn)背景的更新。Kalman濾波是對輸入序列進行時域低通濾波，可從中提出慢變過程，即得到背景序列。通過對背景的提取，相應(yīng)的也就提取到了車體相對于攝像頭的邊緣，目標汽車輪廓圖。若整個圖像都判斷為背景，則在可視距離內(nèi)無車輛。[0031] 2、目標范圍預(yù)選取 去除背景后，再根據(jù)事先存儲好經(jīng)驗車牌所在的范圍，進行車牌初步定位。具體方法根據(jù)圖像處理得到的目標汽車輪廓圖，可以在幾個備選的市面上的汽車類型(如轎車、小型客車、中型客車、大型客車、貨車等等)中確定目標汽車的種類，按照在已存儲的特定種類的目標汽車車牌所在的大概位置，可以初步目標汽車輪廓上確定車牌的大致范圍。然后，準確的確定車牌位置。 與大致范圍中其他區(qū)域相比，車牌區(qū)域主要有以下兩個特征一是，車牌字符區(qū)域中的垂直邊緣較水平邊緣相對密集。而且車牌一般位于車身上較低的位置，該位置的下方幾乎沒有明顯的邊緣密集區(qū)域。二是，車牌具有明顯的邊框，在標準的車牌上有7個字符，有著標準的字符間距，邊框有著標準的長寬比。底牌與字符的顏色主要有藍底白字，黃底黑字，黑底白字和白底黑字(或紅字)四種，都有著很鮮明的對比。 在車牌出現(xiàn)的大致范圍內(nèi)，根據(jù)垂直邊緣較水平邊緣相對密集的特點，我們又可以將范圍進一步縮小，得到粗選牌照區(qū)。在進一步縮小的灰度圖中我們可以清晰的看到垂直邊緣線。 在這里假設(shè)攝像頭采集到的車牌圖像，均按車牌沒有發(fā)生偏轉(zhuǎn)傾斜時的車牌圖
像處理。車輛在高速公路行駛過程中，前方車輛一般只進行較小角度的轉(zhuǎn)彎操作(基本沒
有需要一次性打很大方向的轉(zhuǎn)彎)，在轉(zhuǎn)彎時刻AT內(nèi)引起的車牌圖像的變化較小。按近大
遠小的空間視覺，這樣考慮，則以車牌水平邊緣距差最為視差計算出來的車距，相當于計算
車牌距雙攝像頭平面最近的點到該平面的距離。所以本使用新型認為假設(shè)可行。 (1)對粗選牌照區(qū)域進行Sobel變換，提取牌照字符的垂直邊緣。經(jīng)Sobel變換得
到的邊緣圖像仍是灰度圖像，將它二值化。 (2)對二值圖像膨脹腐蝕處理，可以去除字符間的空缺。再對膨脹腐蝕后的圖像分別進行水平和垂直方向投影，根據(jù)投影的連續(xù)性確定牌照的邊界，從而得到一個精確的候選區(qū)域。 (3)上下邊緣精確定位的步驟如下車牌在車身較低的位置，所以在搜索車牌區(qū)域的時候可以由下往上搜索，當出現(xiàn)第一個較大的波峰時，認為該波峰即為車牌的水平投影區(qū)域，波峰的起點和終點就是車牌的上下邊界。車牌由7個字符組成，若以15為限，判斷波峰起點和終點的標準；結(jié)合車牌和字符有一定的高度比，可以確定車牌上下邊緣的最終位置。 (4)左右邊緣精確定位的步驟如下搜索左右邊緣。由粗選的牌照區(qū)圖像在橫坐標軸上的投影來定位牌照左右邊緣。投影時，我們設(shè)立一個闕值，對這些微小邊緣不予統(tǒng)計。由于車牌區(qū)域包含7個字符，字符間有字間距，所以投影后，在車牌區(qū)域會出現(xiàn)有規(guī)律的峰-谷-峰的特性。灰度為0和灰度為1的像素比小于4(針對藍底白字，黑底白字；若為其他情況，則相反)；二值化圖像灰度跳變次數(shù)范圍[7， 16];最后結(jié)合區(qū)域的長寬比，最終確定車牌左右邊緣的最終位置。 然后，參照圖4，數(shù)據(jù)處理單元根據(jù)同時刻前方目標汽車的兩幅尾部車牌圖像的視差，即車牌上下邊緣距的差別，計算出前方目標車輛與自身車輛之間的距離，并結(jié)合自身汽車的速度判斷，控制報警單元輸出警示信號。[0041] (1)車距的計算 結(jié)合圖5，左右兩個攝像頭(CCD)模擬雙目采集目標圖像。雙目視覺是模仿人類用雙目觀察距離的方法，獲取三維信息。程序中采用三角測量的方法，運用兩個攝像頭對同一景物從不同角度的成像，通過對左右兩幅圖像進行匹配找出對應(yīng)點，確定對應(yīng)點之間的視差，進而從視差中獲得深度距離信息。 利用雙目視覺測定距離的原理，選用兩臺性能相同、位置固定的CCD攝像頭，獲取同一場景的兩幅圖像，計算空間點在兩圖中的視差。如圖6所示，兩CCD處在汽車正前方左右兩側(cè)，兩CCD沿基線相距e，前方車輛的車牌的邊緣左右CL、CR，在左右兩圖像面上投影是CLL、 CLR、 CRL、 CRR，則視差定義為a-b，由于兩CCD參數(shù)相同，根據(jù)相似三角形相似原理可以求出目標車輛與自身車輛之間的距離。由圖6可知視差測距原理圖可知輛車之間的距離
力.l"l (2)報警處理 按照香港警方的經(jīng)驗，時速40公里的最小跟車距離為22米、60公里為33米，80
公里為44米，100公里為55米。歸納成一個公式就是時速公里數(shù)除以1. 8，即為安全距
離?？梢杂眠@個經(jīng)驗公式，根據(jù)前面求出的當前時刻的車速，計算出當前時刻的絕對安全距
離s工和相對安全距離s2。例如當前時刻的車速為85公里，則絕對安全距離Sl為55米和
相對安全距離s2為44米(這個定義可隨自身車輛的制動裝置性能進行修改)。 當汽車實時車速大于120km/h時，在車內(nèi)設(shè)有的指示燈用黃色光閃爍，并發(fā)出"嘟
嘟"的響聲。 當通過計算得到的當前時刻的實際跟車距離d滿足Sl > = d > s2時，在車內(nèi)設(shè)有的指示燈用黃色光閃爍；通過單片機采集實時車速和之前發(fā)出警報聲時的車速相比較，在發(fā)出報警聲1. 5s時，若檢測到司機沒有采取動作，則黃燈持續(xù)閃爍。 當通過計算得到的當前時刻的的實際跟車距離d滿足s2 > = d時，在車內(nèi)設(shè)有的指示燈用紅色光閃爍，并發(fā)出警報聲(聲音可自行設(shè)定)；通過單片機采集實時車速和之前發(fā)出警報聲時的車速相比較，在發(fā)出報警聲1.5s后，若檢測到司機沒有采取動作，即實時車速沒有改變，持續(xù)發(fā)出警報聲。 LCD顯示器在LED指示燈閃爍時，顯示與前方車輛的實時車距，以便駕駛員掌握隨后對車輛的控制。 本裝置具有以下優(yōu)點(l)性價比高。VS-2923DS遠距離紅外夜視攝像頭市場價為350元左右遠遠低于超聲波測距裝置及雷達測距裝置。(2)數(shù)據(jù)處理速度快，精度高。TMS320匿642擁有高速控制器的操作靈活性，而且具有陣列處理器的數(shù)字處理能力，外圍集成了非常完整的音頻、視頻和網(wǎng)絡(luò)通信接口。 (3)抗干擾能力強。本實用新型利用雙目視覺測定距離的原理對車距進行實時檢測，可通過程序設(shè)定攝像頭檢測范圍，排除前方車輛是相向而行引起錯誤警報，給駕駛者一個更安全更舒適的駕駛環(huán)境。
權(quán)利要求一種汽車防追尾安全預(yù)警裝置，其特征在于，包括兩個攝像頭，水平設(shè)置在自身汽車的前方，獨立采集前方目標汽車的尾部車牌圖像；一個測速單元，用于檢測自身汽車的速度；一個報警單元，用于輸出警示信號，提醒駕駛者注意車距；一個數(shù)據(jù)處理單元，接收所述兩個攝像頭獨立采集前方目標汽車的尾部車牌圖像，根據(jù)同時刻前方目標汽車的兩幅尾部車牌圖像的視差，計算出前方目標車輛與自身車輛之間的距離，并結(jié)合自身汽車的速度判斷，控制報警單元輸出警示信號。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種汽車防追尾安全預(yù)警裝置，其特征在于，所述攝像頭為 VS-2923DS遠距離紅外夜視攝像頭。
3. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種汽車防追尾安全預(yù)警裝置，其特征在于，所述測速單元 采用磁電式速度傳感器。
4. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種汽車防追尾安全預(yù)警裝置，其特征在于，所述數(shù)據(jù)處理 單元采用TMS320DM642。
5. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種汽車防追尾安全預(yù)警裝置，其特征在于，所述報警單元 為采用DSP控制的語音報警模塊。
6. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種汽車防追尾安全預(yù)警裝置，其特征在于，所述報警單元 采用LED燈指示和LCD顯示器顯示。
專利摘要本實用新型涉及車輛行駛安全預(yù)警技術(shù)，公開了一種汽車防追尾安全預(yù)警裝置。它包括兩個攝像頭，水平設(shè)置在自身汽車的前方，獨立采集前方目標汽車的尾部車牌圖像；一個測速單元，用于檢測自身汽車的速度；一個報警單元，用于輸出警示信號，提醒駕駛者注意車距；一個數(shù)據(jù)處理單元，接收所述兩個攝像頭獨立采集前方目標汽車的尾部車牌圖像，根據(jù)同時刻前方目標汽車的兩幅尾部車牌圖像的視差，計算出前方目標車輛與自身車輛之間的距離，并結(jié)合自身汽車的速度判斷，控制報警單元輸出警示信號。
文檔編號G01C3/00GK201484287SQ200920034209
公開日2010年5月26日 申請日期2009年8月14日 優(yōu)先權(quán)日2009年8月14日
發(fā)明者劉輝, 吳海偉, 張瓊, 張碩, 虎忠, 韓毅 申請人:長安大學