1.基于旋轉(zhuǎn)變焦多攝像頭的車(chē)輛后視監(jiān)測(cè)報(bào)警系統(tǒng),其特征在于:包括旋轉(zhuǎn)變焦裝置、圖像采集模塊、圖像處理分析模塊、車(chē)輛信息提取模塊、警示提醒模塊、示警模塊以及輔助模塊;
輔助模塊包括鋰電池、與鋰電池相連接的GPS定位裝置和用于將輔助模塊吸附在車(chē)頂上的強(qiáng)磁粘合裝置;
圖像采集模塊包括用于采集后方全景車(chē)道圖像的正后方全局?jǐn)z像頭、用于采集左后盲區(qū)車(chē)道圖像的左后盲區(qū)攝像頭、用于采集右后盲區(qū)車(chē)道圖像的右后盲區(qū)攝像頭和用于采集后方車(chē)道遠(yuǎn)景圖像和近景圖像的旋轉(zhuǎn)變焦攝像頭;
旋轉(zhuǎn)變焦裝置包括旋轉(zhuǎn)環(huán)形架和用于讀取磁性編碼器信息的讀取器,旋轉(zhuǎn)環(huán)形架沿周向均勻間隔設(shè)有六個(gè)鏡頭,六個(gè)鏡頭的焦距分別為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;旋轉(zhuǎn)環(huán)形架連接有微型步進(jìn)電機(jī)并由微型步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng);每個(gè)鏡頭分別連接有儲(chǔ)存有該鏡頭的焦距信息的磁性編碼器;讀取器設(shè)置在旋轉(zhuǎn)變焦攝像頭處,位于讀取器處的鏡頭處于工作位置并作為旋轉(zhuǎn)變焦攝像頭的鏡頭;
所述微型步進(jìn)電機(jī)與所述輔助模塊相連接;
所述旋轉(zhuǎn)變焦攝像頭的位置與旋轉(zhuǎn)環(huán)形架相對(duì)應(yīng),所述讀取器位于所述旋轉(zhuǎn)變焦攝像頭處并與該處的鏡頭上的磁性編碼器間隔設(shè)置;
圖像處理分析模塊與所述圖像采集模塊相連接,圖像處理分析模塊包括嵌入式處理器,嵌入式處理器內(nèi)置有背景分離模塊和卷積神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的嵌入式處理器;
背景分離模塊用于在圖像采集模塊采集的圖像中提取背景之外的物體輪廓形狀;卷積神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)用于根據(jù)物體輪廓形狀判斷該物體是否為車(chē)輛;
車(chē)輛信息提取模塊與所述圖像處理分析模塊相連接,車(chē)輛信息提取模塊包括第一徑向基神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)分類(lèi)器,第一徑向基神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)分類(lèi)器對(duì)于圖像采集模塊中的各攝像頭所采集的圖像當(dāng)中被圖像處理分析模塊判斷為車(chē)輛的各物體,根據(jù)圖像當(dāng)中的輪廓形狀及車(chē)輛在各幀圖像當(dāng)中的位置,對(duì)車(chē)輛進(jìn)行分類(lèi)、計(jì)算各車(chē)輛的速度及各車(chē)輛的位置信息和與本車(chē)之間的安全間距信息;安全間距是指在當(dāng)前車(chē)速狀態(tài)下,后車(chē)與本車(chē)應(yīng)當(dāng)保持的最小安全距離;
警示提醒模塊與所述車(chē)輛信息提取模塊相連接并接收車(chē)輛信息提取模塊的輸出信息,警示提醒模塊包括第二徑向基神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)分類(lèi)器,第二徑向基神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)分類(lèi)器根據(jù)車(chē)輛信息提取模塊輸出的車(chē)輛類(lèi)型、速度、位置和安全間距等信息,計(jì)算出報(bào)警的等級(jí)和報(bào)警內(nèi)容;
示警模塊與所述警示提醒模塊相連接并接收警示提醒模塊的輸出信息,示警模塊包括激光投影裝置和聲音報(bào)警器;激光投影裝置與車(chē)輛的前擋風(fēng)玻璃相對(duì)應(yīng)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于旋轉(zhuǎn)變焦多攝像頭的車(chē)輛后視監(jiān)測(cè)報(bào)警系統(tǒng),其特征在于:所述圖像采集模塊設(shè)有開(kāi)關(guān)。
3.使用權(quán)利要求2所述的基于旋轉(zhuǎn)變焦多攝像頭的車(chē)輛后視監(jiān)測(cè)報(bào)警系統(tǒng)的報(bào)警方法,其特征在于依次按以下步驟進(jìn)行:
第一步驟是獲取后方車(chē)道圖像信息,首先輔助模塊通過(guò)其內(nèi)置的GPS定位裝置獲取車(chē)速信息,當(dāng)車(chē)速高于預(yù)設(shè)啟動(dòng)值Vmax時(shí),輔助模塊打開(kāi)圖像采集模塊的開(kāi)關(guān);
然后正后方全局?jǐn)z像頭、左后盲區(qū)攝像頭、右后盲區(qū)攝像頭和旋轉(zhuǎn)變焦攝像頭開(kāi)始持續(xù)采集車(chē)輛后視路面圖像;正后方全局?jǐn)z像頭采集后方全景車(chē)道圖像,左后盲區(qū)攝像頭采集左后盲區(qū)車(chē)道圖像,右后盲區(qū)攝像頭采集右后盲區(qū)車(chē)道圖像,旋轉(zhuǎn)變焦攝像頭在不同焦距條件下采集后方車(chē)道圖像;
在采集后視路面圖像的過(guò)程中,輔助模塊根據(jù)調(diào)節(jié)微型步進(jìn)電機(jī),使相應(yīng)焦距的鏡頭與旋轉(zhuǎn)變焦攝像頭相對(duì)應(yīng);調(diào)節(jié)原則包括如下兩條:一是車(chē)速越高,與旋轉(zhuǎn)變焦攝像頭相對(duì)應(yīng)的鏡頭的焦距倍數(shù)越高;二是以測(cè)距為目的拍攝時(shí)使用1-4倍焦距的鏡頭,以對(duì)車(chē)輛分類(lèi)為目的拍攝時(shí)使用8-32倍焦距的鏡頭;
圖像采集模塊將采集到的車(chē)輛后視路面圖像傳送給圖像處理分析模塊;
第二步驟是車(chē)輛檢測(cè)步驟,圖像處理分析模塊中的背景分離模塊在圖像采集模塊采集的圖像中提取背景之外的物體輪廓形狀,圖像處理分析模塊中的卷積神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)判斷所述物體輪廓形狀是否為車(chē)輛,并將判斷為車(chē)輛的輪廓信息傳送給車(chē)輛信息提取模塊;
第三步驟是車(chē)輛跟蹤步驟,本步驟首先是車(chē)輛信息提取模塊中的第一徑向基神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)分類(lèi)器接收?qǐng)D像處理分析模塊傳送的信息,根據(jù)輪廓形狀對(duì)車(chē)輛進(jìn)行分類(lèi)、并計(jì)算各車(chē)輛的速度及各車(chē)輛的位置信息和安全間距信息,車(chē)輛分類(lèi)后,標(biāo)識(shí)出大型車(chē)輛信息;
然后第一徑向基神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)分類(lèi)器根據(jù)本車(chē)的速度以及后方各車(chē)輛的速度,將后方車(chē)輛的行駛狀態(tài)分為遠(yuǎn)離狀態(tài)和接近狀態(tài),并將后方車(chē)輛的類(lèi)型、狀態(tài)以及計(jì)算出的安全間距信息傳送給警示提醒模塊;
第四步驟是危險(xiǎn)預(yù)警步驟,本步驟首先是警示提醒模塊接收后方車(chē)輛的類(lèi)型、位置信息、車(chē)速信息、安全間距和狀態(tài)信息,進(jìn)行預(yù)警分析,并通過(guò)示警模塊進(jìn)行實(shí)時(shí)聲光報(bào)警。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的報(bào)警方法,其特征在于:在上述第一至第四步驟的進(jìn)行過(guò)程中,輔助模塊持續(xù)監(jiān)測(cè)車(chē)速,當(dāng)車(chē)速連續(xù)2分鐘落在0±1公里/小時(shí)的區(qū)間內(nèi)時(shí),輔助模塊關(guān)閉圖像采集模塊的開(kāi)關(guān)。
5.根據(jù)權(quán)利要求3或4所述的報(bào)警方法,其特征在于:所述第四步驟中,警示提醒模塊根據(jù)不同的情況控制示警模塊進(jìn)行不同的示警動(dòng)作,具體是:
若后方左右車(chē)道上的盲區(qū)內(nèi)有車(chē)輛,警示提醒模塊控制激光投影裝置在前擋風(fēng)玻璃上顯示禁止變道和謹(jǐn)慎駕駛的提醒信息;
若在正后方車(chē)道上行駛的是大型車(chē)輛,警示提醒模塊控制激光投影裝置在前擋風(fēng)玻璃上顯示謹(jǐn)慎駕駛、避免急剎車(chē)和注意前方道路情況的提醒信息;
若正后方同向車(chē)輛不斷接近,當(dāng)正后方同向車(chē)輛與本車(chē)的距離低于車(chē)輛信息提取模塊傳送的安全間距時(shí),警示提醒模塊控制激光投影裝置在前擋風(fēng)玻璃上顯示注意追尾風(fēng)險(xiǎn)的提醒信息;
本車(chē)的車(chē)速為V1,正后方同車(chē)道車(chē)輛的車(chē)速為V2,若V2-V1≥15公里/小時(shí),并持續(xù)時(shí)間達(dá)到15秒,則警示提醒模塊控制激光投影裝置在前擋風(fēng)玻璃上顯示切換到低速行駛車(chē)道的提醒信息。
6. 根據(jù)權(quán)利要求3或4所述的報(bào)警方法,其特征在于:在所述第一步驟中,圖像處理分析模塊對(duì)正后方全局?jǐn)z像頭進(jìn)行參數(shù)標(biāo)定,即獲取正后方全局?jǐn)z像頭的如下三個(gè)參數(shù):相對(duì)地面的高度H、相對(duì)車(chē)輪外側(cè)的距離 V3、相對(duì)側(cè)邊車(chē)身的偏離角θ;其他各攝像頭的所述三個(gè)參數(shù)依據(jù)全局?jǐn)z像頭安裝參數(shù)進(jìn)行調(diào)整后標(biāo)定。
7. 根據(jù)權(quán)利要求6所述的報(bào)警方法,其特征在于:在第二步驟即車(chē)輛檢測(cè)步驟中,圖像處理分析模塊的嵌入式處理器將車(chē)輛當(dāng)前車(chē)道后方盲區(qū)長(zhǎng) Lm米、寬 Wm米的區(qū)域及左右車(chē)道盲區(qū)長(zhǎng) Lb米、寬 Wb米 的區(qū)域標(biāo)識(shí)為監(jiān)測(cè)區(qū)域;背景分離模塊所處理的圖像為監(jiān)測(cè)區(qū)域的圖像;
背景分離模塊在圖像采集模塊采集的圖像中提取背景之外的物體輪廓形狀時(shí),先通過(guò)背景分離操作獲得包含車(chē)輛部分的前景區(qū)域,再根據(jù)邊緣特征提取車(chē)輛輪廓形狀;
背景分離模塊在進(jìn)行背景分離操作時(shí),對(duì)車(chē)輛后視區(qū)域圖像以自適應(yīng)性灰度閾值 Tg 進(jìn)行二值分割,分離路面與車(chē)輛信息,獲取該車(chē)輛的圖像子區(qū)域;
背景分離模塊在提取車(chē)輛輪廓形狀時(shí),對(duì)于已經(jīng)獲取的圖像子區(qū)域,使用Canny算子計(jì)算出車(chē)輛的邊緣特征,得到一副代表了車(chē)輛的主要輪廓信息的黑白的二值圖像。
8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的報(bào)警方法,其特征在于:
在所述第三步驟即車(chē)輛跟蹤步驟中,第一徑向基神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)分類(lèi)器在判斷后方車(chē)輛類(lèi)型時(shí),讀取圖像處理分析模塊傳送的所述黑白的二值圖像,計(jì)算后輸出車(chē)輛的類(lèi)型,從而實(shí)現(xiàn)對(duì)車(chē)輛類(lèi)型的初步判斷;
第一徑向基神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)分類(lèi)器在判斷后方車(chē)輛類(lèi)型時(shí)的數(shù)據(jù)處理流程如下:
a. 第一徑向基神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)分類(lèi)器的輸入層為所述黑白的二值圖像,圖像尺寸為n1×n2像素,n1和n2均為自然數(shù);第一徑向基神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)分類(lèi)器將圖像按列展開(kāi),形成n1×n2個(gè)結(jié)點(diǎn),第一層的結(jié)點(diǎn)向前沒(méi)有任何的連結(jié)線;
b. a步驟卷積后產(chǎn)生三個(gè)特征提取圖,然后特征提取圖中每組的四個(gè)像素再進(jìn)行求和,加權(quán)值,加偏置,通過(guò)Sigmoid函數(shù)得到三個(gè)特征映射圖;
c. 第一徑向基神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)分類(lèi)器對(duì)產(chǎn)生的三個(gè)特征映射圖再次進(jìn)行卷積,卷積后產(chǎn)生三個(gè)二次特征提取圖,然后對(duì)二次特征提取圖中每組的四個(gè)像素再進(jìn)行求和,加權(quán)值,加偏置,通過(guò)Sigmoid函數(shù)得到三個(gè)二次特征映射圖;
d. 對(duì)上述產(chǎn)生的二次特征映射圖進(jìn)行光柵化,并連接成一個(gè)向量輸入到傳統(tǒng)的神經(jīng)網(wǎng)絡(luò),判斷出后方車(chē)輛的具體類(lèi)型。
9.根據(jù)權(quán)利要求8所述的報(bào)警方法,其特征在于:
所述第三步驟即車(chē)輛跟蹤步驟中,第一徑向基神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)分類(lèi)器按照以下方案中的任一種來(lái)計(jì)算車(chē)距;
方案一:根據(jù)圖像處理分析模塊對(duì)各攝像頭標(biāo)定的參數(shù),得出其圖像坐標(biāo)系與世界坐標(biāo)系的轉(zhuǎn)換關(guān)系,將目標(biāo)車(chē)輛在圖像中所在位置轉(zhuǎn)換到世界坐標(biāo)系中,從而計(jì)算出目標(biāo)車(chē)輛與本車(chē)間的相對(duì)距離;
方案二:方案二是車(chē)輛區(qū)域辨識(shí)模板圖方法,根據(jù)所述黑白的二值圖像,將車(chē)輛的位置映射入模板圖中,根據(jù)車(chē)輛在模板圖中的方格位置映射出車(chē)輛與本車(chē)間的相對(duì)距離;
在利用方案一或方案二得出車(chē)輛與本車(chē)間的相對(duì)距離后,若車(chē)輛為第三步驟中標(biāo)識(shí)出的大型車(chē)輛,則將計(jì)算出的車(chē)距減小5%-15%,以便提前觸發(fā)報(bào)警,增加安全系數(shù)。
10.根據(jù)權(quán)利要求9所述的報(bào)警方法,其特征在于:
第三步驟中,第一徑向基神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)分類(lèi)器在判斷后方車(chē)輛的行駛狀態(tài)時(shí),根據(jù)最近車(chē)輛在若干幀黑白的二值圖像中的位置,分析后方車(chē)輛與當(dāng)前車(chē)輛的距離變化趨勢(shì),如果某一后方車(chē)輛的狀態(tài)是遠(yuǎn)離或者該后方車(chē)輛與本車(chē)間的距離超過(guò)安全間距,第一徑向基神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)分類(lèi)器結(jié)束對(duì)該后方車(chē)輛的跟蹤;如果某一后方車(chē)輛處于接近狀態(tài),在滿(mǎn)足以下四種條件中的任一種時(shí),將該后方車(chē)輛設(shè)置為危險(xiǎn)狀態(tài):
①該后方車(chē)輛位于盲區(qū)監(jiān)測(cè)區(qū)域內(nèi);
②該后方車(chē)輛為大型車(chē)輛;
③該后方車(chē)輛與本車(chē)的距離小于所述安全間距;
④后方車(chē)輛與本車(chē)之間的安全間距逐漸縮短;
分析后方車(chē)輛與當(dāng)前車(chē)輛的距離變化趨勢(shì)的具體操作是:不斷根據(jù)幀間車(chē)輛距離的變化,判定各個(gè)攝像頭所拍攝車(chē)輛處于遠(yuǎn)離狀態(tài)或是接近狀態(tài),如果車(chē)距在最近 N 幀內(nèi)連續(xù)減少,則判定為接近;如果車(chē)距在最近 N 幀內(nèi)連續(xù)增加,則判定為遠(yuǎn)離;如果車(chē)距在最近 N 幀內(nèi)保持不變,則保持該車(chē)狀態(tài)為最近 N 幀之前的前次判定的狀態(tài);其中,N為自然數(shù)且N≥10;
所述第四步驟即危險(xiǎn)預(yù)警步驟中,警示提醒模塊對(duì)處于危險(xiǎn)狀態(tài)的車(chē)輛,控制激光投影裝置以紅色字體在前擋風(fēng)玻璃上顯示提醒信息;警示模塊對(duì)于處于遠(yuǎn)離狀態(tài)或危險(xiǎn)狀態(tài)之外的接近狀態(tài)的車(chē)輛,控制激光投影裝置以藍(lán)色字體在前擋風(fēng)玻璃上顯示提醒信息;
激光投影裝置在前擋風(fēng)玻璃上以紅色字體顯示提醒信息時(shí),以閃爍的方式進(jìn)行警示;對(duì)于與本車(chē)之間的安全距離逐漸縮短的后方車(chē)輛的相關(guān)警示信息,警示提醒模塊控制激光投影裝置提高閃爍的頻率進(jìn)行警示;
第四步驟即危險(xiǎn)預(yù)警步驟中,警示提醒模塊在控制激光投影裝置在前擋風(fēng)玻璃上顯示提醒信息的同時(shí),控制聲音報(bào)警器以語(yǔ)音的形式對(duì)本車(chē)駕駛員進(jìn)行警示。