基于激光的夜間高速公路團霧自動檢測裝置及其檢測方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于高速公路檢測領(lǐng)域，特別是針對夜間高速公路團霧的自動檢測。
【背景技術(shù)】
[0002]能見度對高速公路的行車安全有著十分重要的影響，而霧天行車極易造成重特大交通事故，在一些大霧多發(fā)地段，交通事故的發(fā)生率和死亡率呈明顯上升趨勢。而團霧作為霧的一種表現(xiàn)形式，其危害性最大、最難預(yù)測，又被稱之為“流動殺手”。團霧與局地微氣候環(huán)境變化有關(guān)，范圍小，霧氣濃，團霧內(nèi)能見度迅速降低，團霧外卻視線良好。而在高速公路上，團霧產(chǎn)生和消失過程很快，難以預(yù)測，單靠人工觀測難以及時發(fā)現(xiàn)?，F(xiàn)有的氣象監(jiān)測系統(tǒng)僅能預(yù)測大范圍的霧天氣候，對于團霧無法做到實時、準(zhǔn)確的檢測。目前較流行的自動檢測方法有紅外誘導(dǎo)法和基于視頻解析的團霧檢測方法。
[0003]紅外誘導(dǎo)法主要在高速公路沿線架設(shè)紅外探測設(shè)備和控制設(shè)備，通過接收紅外光線情況判斷是否存在霧況，其成本較高，較為復(fù)雜，難以廣泛使用。而基于視頻解析的團霧檢測方法又可細分為基于同一場景下多幅圖像的檢測方法和基于單幅圖像的檢測方法。由于基于多幅圖像的方法傾向于對多幀圖像進行統(tǒng)計過程分析，實時性較差，研究的熱點便集中在了基于單幅圖像的團霧檢測方法。
[0004]早期的傳統(tǒng)方法在道路兩側(cè)架設(shè)帶有距離信息的標(biāo)識，利用視頻中這些標(biāo)識的對比度衰減和距離的關(guān)系建立一種觀測模型，用以判斷團霧的嚴(yán)重程度。而為了實現(xiàn)無需人工標(biāo)記的團霧檢測，一些改進方法被提出，其核心思想是建立以路面為背景的虛擬目標(biāo)，濾除噪聲后，提取屬于目標(biāo)邊緣的像素點，然后根據(jù)目標(biāo)的特征信息和實際距離信息進行人眼可視度曲線擬合，最后根據(jù)估算出的區(qū)域能見度判斷其中是否存在團霧。此類方法的缺陷在于其需要提取目標(biāo)的特征，而在復(fù)雜場景或有遮擋的情況下，其效率和精度會受到較大影響。更進一步，將圖像轉(zhuǎn)換到頻域進行處理，利用有團霧視頻和無團霧視頻在頻域的差另IJ，快速檢測團霧的方法被提出，但該方法在面對含有多目標(biāo)或紋理的場景時，有團霧圖像和無團霧圖像在頻域的特征較為接近，效果并不理想。
[0005]目前高速公路團霧檢測領(lǐng)域面臨的主要問題是環(huán)境的復(fù)雜性與多變性。如何提高團霧檢測的實時性和準(zhǔn)確性是研究的重點。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006]發(fā)明目的:本發(fā)明提供一種高效的夜間高速公路團霧檢測裝置及其檢測方法，面對較復(fù)雜環(huán)境時也有很好的適應(yīng)性，在檢測到團霧時，發(fā)出預(yù)警信號，為行車安全提供保障。
[0007]技術(shù)方案:一種基于激光的夜間高速公路團霧自動檢測裝置，包括用于支撐的設(shè)備柱，所述設(shè)備柱兩側(cè)分別設(shè)有用于產(chǎn)生激光信號的激光器和用于獲取圖像的攝像機；所述設(shè)備柱一端豎直插入用于校準(zhǔn)激光方向的毛玻璃，該毛玻璃一端位于設(shè)備柱內(nèi)部，另一端露在外部，并且位于毛玻璃對側(cè)設(shè)備柱一側(cè)上還設(shè)有用于獲取位置的定位設(shè)備、用于給整個裝置供電的太陽能電池、用于處理數(shù)據(jù)的通信設(shè)備以及用于控制整個裝置運行的定時控制器。
[0008]具體地，所述激光器和攝像機分別安裝在兩個可調(diào)節(jié)裝置上。
[0009]具體地，所述毛玻璃由矩形部和圓形部組成，矩形部一端插入設(shè)備柱內(nèi)，另一端連接圓形部一同露在設(shè)備柱外。
[0010]一種基于激光的夜間高速公路團霧自動檢測裝置的檢測方法，包括以下步驟: 步驟1:建立觀測系統(tǒng)，在高速公路沿線單側(cè)每隔一定距離安裝上述檢測裝置，相鄰的檢測裝置形成級聯(lián)，通過定時控制器控制整個裝置進行工作，攝像機拍攝包含相鄰檢測裝置中的激光信號的數(shù)幀圖像，再對圖像數(shù)據(jù)進行是否有團霧的檢測，再將結(jié)果連同定位信息、典型圖片傳輸?shù)綌?shù)據(jù)中心；
步驟2:檢測系統(tǒng)的標(biāo)定，在不同的團霧濃度下自動檢測激光信號特征，并建立信號特征與團霧濃度之間的對應(yīng)關(guān)系；
步驟3:激光信號特征提取，將采集的到的數(shù)幀圖像進行灰度處理，計算各個激光真實信號區(qū)域大小以及其平均亮度值，將其作為區(qū)分有團霧或無團霧的特征信息；
步驟4:團霧結(jié)果分析，根據(jù)上一步得到的最終激光信號特征與團霧濃度的映射關(guān)系，分析當(dāng)前處理的數(shù)據(jù)所對應(yīng)的團霧濃度；
步驟5:團霧報警機制，數(shù)據(jù)中心接受由檢測裝置得到的結(jié)果，將其存入數(shù)據(jù)庫并對團霧變化情況進行分析，給出團霧濃度以及團霧變化情況的預(yù)警。
[0011]具體地，步驟1建立觀測系統(tǒng)中，相鄰檢測裝置通過毛玻璃進行激光方向的校準(zhǔn)，一個檢測裝置激光器射出的激光應(yīng)該投射在另一個檢測裝置的毛玻璃上，檢測裝置通過定時控制器控制檢測裝置進行工作，一個檢測裝置攝像機拍攝包含相鄰團霧檢測裝置中的另一個檢測裝置的激光信號的數(shù)幀圖像，再對圖像數(shù)據(jù)進行是否有團霧的檢測，再將結(jié)果連同定位信息、典型圖片傳輸?shù)綌?shù)據(jù)中心。
[0012]具體地，所述步驟2中檢測系統(tǒng)的標(biāo)定方法如下:
步驟2.1，根據(jù)激光固有的顏色屬性，篩選出指定顏色的局部分塊并記錄其總和區(qū)域大小；
步驟2.2，將所采集的圖像進行灰度處理，計算并記錄上述區(qū)域的平均亮度值；
步驟2.3，對每一幀圖像，重復(fù)第一步至第二步，將每幀圖像的信號區(qū)域大小與區(qū)域平均亮度作為信號特征，再對所有圖像幀的信號特征求平均值最為最終的信號特征；
步驟2.4，在不同的團霧濃度下，重復(fù)第一步至第三步，建立最終信號特征值與團霧濃度之間的映射關(guān)系。
[0013]具體地，所述步驟3中激光信號特征提取方法如下:
步驟3.1，根據(jù)激光固有的顏色屬性，篩選出指定顏色的局部分塊并記錄其總和區(qū)域大??；
步驟3.2，將采集到的圖像進行灰度處理，計算并記錄上述區(qū)域的平均亮度值；
步驟3.3，對每一幀圖像，重復(fù)第一步至第二步，得出每幀圖像中的信號特征，再對所有圖像幀的信號特征求平均值最為最終的信號特征。
[0014]具體地，所述步驟3中團霧報警機制方法如下:
步驟4.1，數(shù)據(jù)中心接受團霧檢測設(shè)備通過通信設(shè)備傳輸過來的團霧檢測結(jié)果、設(shè)備定位信息以及一張典型圖片；
步驟4.2，典型圖片跟團霧信息都會根據(jù)定位信息存入數(shù)據(jù)庫中，在對該處在短時間內(nèi)的團霧變化進行查詢，將其在數(shù)據(jù)中心顯示，供工作人員查看。根據(jù)團霧的濃度以及變化趨勢，數(shù)據(jù)中心發(fā)出警報；
步驟4.3，數(shù)據(jù)中心繼續(xù)等待前端檢測傳入數(shù)據(jù)。
[0015]具體地，所述一個檢測裝置攝像機拍攝的圖片中的信號來自于另一個檢測裝置的激光器光源，該激光器所發(fā)出的激光線以及毛玻璃上上一級級聯(lián)激光器所發(fā)射的光所形成的光斑。
[0016]具體地，團霧濃度的結(jié)果分析在檢測裝置上完成，并且通過無線傳輸?shù)姆绞綄F霧處理結(jié)果以及一張典型圖片傳輸?shù)綌?shù)據(jù)中心。
[0017]有益效果:與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的優(yōu)點在于:
1、設(shè)備成本低，利用太陽能供電，節(jié)能環(huán)保，經(jīng)濟實用。
[0018]2、由于激光信號較為明顯，無需像傳統(tǒng)算法那樣提取路面標(biāo)志，如車道線、路標(biāo)燈特征，大大降低了在較復(fù)雜場景中路面標(biāo)志無法有效提取的風(fēng)險，且效率提高。
[0019]3、系統(tǒng)抗干擾效果好，穩(wěn)走性強。
【附圖說明】
[0020]圖1是本發(fā)明的正視圖；
圖2是本發(fā)明的側(cè)視圖；
圖3是本發(fā)明的俯視圖；
圖4是相鄰檢測裝置不意圖；
圖5是本發(fā)明基于激光的高速公路團霧自動檢測方法的流程圖；
圖6本發(fā)明多臺檢測裝置示意圖；
圖7是本發(fā)明的激光角度的設(shè)定示意圖；
圖8是本發(fā)明拍攝的包含激光信號的圖像示意圖。
[0021]圖8中(a) (b) (c) (d)分別表示在重度團霧、中度團霧、輕度團霧、無團霧下相機所拍攝到的典型圖像。
【具體實施方式】
[0022]下面結(jié)合附圖和【具體實施方式】，進一步闡明本發(fā)明。
[0023]如圖1-8所示，一種基于激光的夜間高速公路團霧自動檢測裝置及其檢測方法，包括設(shè)備柱1、太陽能板、激光器2、攝像機3、精致毛玻璃4，定位設(shè)備、通信設(shè)備等組成的檢測裝置，該裝置由一個激光信號產(chǎn)生單元(激光器)、一個圖像獲取單元(攝像機)、一個位置獲取單元(定位設(shè)備，GPS等)、一個供電單元(太陽能電池)、一個控制單元(定時控制器)、一個數(shù)據(jù)中心組成和架設(shè)設(shè)備構(gòu)成。架設(shè)設(shè)備由一個垂直于水平面的柱子、精制毛玻璃板4以及柱子頂端的兩個可調(diào)節(jié)裝置5組成。兩個可調(diào)節(jié)裝置5被相對地安裝在柱子上端的兩邊，這兩個可調(diào)節(jié)裝置5上分別安裝上激光信號產(chǎn)生單元和圖像獲取單元。在激光信號產(chǎn)生單元以及圖像獲取單元連線的垂直方向安裝精制毛玻璃板4，三者組成一個“T”形。在精制毛玻璃