CN100440269C - 高速公路汽车行驶智能检测预警方法及其预警系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种高速公路汽车行驶智能检测预警方法及装置，由人机接口、前向摄像机、后向摄像机、专用计算机构成。由人机接口输入车型和天气信息；通过前向摄像机、后向摄像机、对前后方向的路面环境进行摄像，经釆集转换电路将摄录的图像转换为数字信号，并由专用计算机根据信息检测出车距、相对速度和相对加速度，在把这些信息送到人机接口；人机接口得到信息根据天气信息、车型信息进行信息融合和安全判断，如果有危险，进行危险级别判断，并显示危险级别和危险方向的提示信息。本发明能在汽车行驶中检测汽车前、后方道路障碍物，判断汽车是否处于安全行使，出现危险状况时，立即发出声、光、图像报警，保障驾乘人员的生命和财产的安全，具有重要的社会效益和经济效益。

Description

高速公路汽车行驶智能检测预警方法及其预警系统

技术领域

本发明涉及一种预警方法及其预警系统，特别涉及一种高速公路汽车行驶智能检测预警方法及其预警系统。

背景技术

随着我国汽车保有量和生产量的快速增长，高速公路和高等级公路里程的快速延伸，由于汽车大量增加，路上车流不息，使道路交通事故逐年大幅度增加，造成大量人员伤亡和财产损失。据统计资料显示，2005年，全国共发生道路交通事故450254起，造成98738人死亡、469911人受伤，直接财产损失18.8亿元。专家对汽车交通事故的分析结果表明，在所发生的交通事故中，其中有65％的事故属于汽车追尾碰撞造成.现有汽车防撞系统技术常用超声波雷达、微波雷达、毫米雷达等检测技术，它们传播方式是直线传播，造成了它们固有的缺陷：在弯道、坡度以及汽车抖动时，常引起检测错误，而且它们也容易受外界干扰，导致预警系统的误报率和漏报率很高。

发明内容

本发明的目的就是针对现有技术的不足，提供一种高速公路汽车行驶智能检测预警方法及其预警系统。

为实现上述发明目的，本发明采用如下技术方案：

一种高速公路汽车行驶智能检测预警方法，包括以下步骤：

a、启动高速公路汽车行驶智能检测预警系统，由人机接口输入车型和天气信息；

b、通过前向图像传感器、后向图像传感器、对前后方向的路面环境进行摄像，经采集转换电路将摄录的图像转换为数字信号，并送到可编程逻辑器进行时序转换和总线控制，把控制行信号和图像信息分别送到图像分析与处理器和图像存储器，图像存储器得到信息后给可编程逻辑器一个确认信息，经程序存储器里的处理和分析装置，从图像存储器提取图像进行处理和分析，图像存储器把处理和分析的信息送到计算机控制器，计算机控制器得到信息后，给视频采集转换电路一个确认信号，并根据信息检测出车距、相对速度和相对加速度，在把这些信息送到人机接口；

c、人机接口得到信息，给计算机控制器一个确认信息，人机接口控制器根据天气信息、车型信息、车速、车距、相对速度和相对加速度进行信息融合和安全判断，如果有危险，进行危险级别判断，并分别给报警方向和报警级别显示电路和报警语音提示显示电路一个信号，显示危险级别和危险方向的提示信息。

步骤b中图像处理和分析是先对图像采用中值滤波对图像进行局部平滑，滤波预处理；再对图像分割，将原始灰度图像通过双阈值法对图像进行二值化，需要计算的阈值分别是总体阈值和每行的局部阈值；在二值化图像中搜索本车道左右两边的分道线的内侧边缘，并保存分道线的坐标信息，记录每段分道线的起点和终点；检测右分道线，校正右分道线，再检测左分道线，校正左分道线，最后同时修正左右分道线；根据车道检测的信息，检测行驶车道内汽车前后是否有障碍物，采用窗口区域判断方法来识别障碍物，并跟踪障碍物；采用连续的10帧车道宽度值，对10个值按升序排列，排列完以后，取第6号的宽度值按公式L＝d*|x₂-x₁|计算相对距离，其中L为距离，d为定标量，表示车道的实际宽度与像素相关系数，|x₂-x₁|表示当前车道障碍物底部的像素宽度，根据前面所测距离校正距离，再计算相对速度和相对加速度。

步骤c根据步骤b得到的相对距离、相对速度和相对加速度，加入天气、车型信号由计算机控制器进行信息融合和安全判断。

所述的双阈值法对图像进行二值化，是在二值化图像中搜索本车道左右两边的分道线的内侧边缘，并保存分道线的坐标信息，记录每段分道线的起点和终点；检测右分道线，校正右分道线，再检测左分道线，校正左分道线，最后同时修正左右分道线；左右两边分道线的检测顺序以比较容易检测的那边为先；接着进行车道内障碍物识别与跟踪，如果有则搜索出障碍物所在的窗口区域；先变量初始化，然后计算车道每行的平均灰度AvgGray[y]，并统计车道每行的灰度等级数，即多少种不一样的灰度值LevelNum[y]和该行车道的宽度wd，再计算车道每行的灰度变化率，则第y行整数化的灰度等级变化率为

GrayLevRate[y]＝1000*LevelNum[y]/wd；

从y＝0到y＝170行，在本车道内搜索是否有满足障碍物基本约束的区域，如果有则准确搜索出障碍物的底部y坐标p，检测障碍物的左右边的x坐标l和r；先对以点(p，l)、(p，r)、(p+Δp，l)和(p+Δp，r)(Δp是跟y值大小有关的整数值，一般取3～10)其中围成的窗口区域进行统计平均灰度值Bottomgrey；然后再计算以点(p，l)、(p，r)、(p-10，l)和(p-10，r)围成的窗口的平均灰度值Frontgrey。是障碍物必须满足以下几个约束条件：

a、(GrayLevRate[y]＞200&&AvgGray[y]＜AvgGray[y-1]&&AvgGray[y]＜160)

b、BottomGray＜0.88*Frontgrey||GrayLevRate[y]＞380

||(abs(y-m_nPreCarPosition)＜5&&GrayLevRate[y]＞320)

其中m_nPreCarPosition表示是前帧找到的障碍物的位置。

如果某一行同时满足a、b两个条件则，就认为找到了障碍物；

检测车距、相对速度和相对加速度，采用连续的10帧的车道宽度值进行距离计算，所以前10帧是一个初始化过程，然后每隔10帧(大约0.7s)显示更新距离值；当内存中满10帧的车道宽度值时，则对这10个值按升序排列，排列完以后，取第6号的宽度值按公式L＝d*|x₂-x₁|计算相对距离，其中L为距离，d为定标量，表示车道的实际宽度与像素相关系数，|x₂-x₁|表示当前车道障碍物底部的像素宽度.当内存中满10帧的车道宽度值时，则对这10个值按升序排列，排列完以后，由计算机计算距离；最后，校正判断L与前次距离preL的偏差，如果偏差太大，则对L进行适当的调整。调整公式为

$L^{\′}=\left\{\begin{array}{cc}\mathrm{preL}+10& \mathrm{if}(L-\mathrm{pre}L>21)\\ \mathrm{preL}+5& \mathrm{if}(L-\mathrm{pre}L>11)\\ \mathrm{preL}-5& \mathrm{if}(\mathrm{preL}->11)\\ \mathrm{preL}-10& \mathrm{if}(\mathrm{preL}-L>21)\\ L& \mathrm{otherwise}\end{array}\right.$

车距L检测到之后，相应的相对速度和相对加速度就能得到。

一种实现上述方法的高速公路汽车行驶智能检测预警系统，由人机接口、前向图像传感器、后向图像传感器、计算机构成；人机接口安装在汽车的驾驶台上，前向图像传感器、后向图像传感器分别安装在汽车的前部和后部，计算机安装在汽车内；人机接口、前向图像传感器、后向图像传感器分别与计算机连接；所述前向图像传感器置于汽车的前部、后向图像传感器置于汽车的后部，用于采集汽车前、后的信息，并将信息传输给计算机。

所述计算机包括计算机控制器、图像分析与处理器、图像存储器、程序存储器、可编程逻辑器；采集转换电路的输入端分别与前向图像传感器、后向图像传感器的输出端连接；可编程逻辑器的输入端与采集转换电路的输出端连接；可编程逻辑器的输出端与图像分析与处理器、图像存储器、程序存储器的输入端连接；图像分析与处理器分别与图像存储器、程序存储器、可编程逻辑器连接；图像分析与处理器的输出端与计算机控制器的输入端连接；计算机控制器与人机接口控制器连接。

人机接口包括人机接口控制器、天气选择和显示电路、车型选择和显示电路，工作的确认和显示电路、报警方向和报警级别显示电路、报警语音提示电路；人机接口控制器的输入端分别与天气选择和显示电路、车型选择和显示电路，工作的确认和显示电路，报警方向和报警级别显示电路，报警语音提示电路的输出端连接。

本发明的一种高速公路汽车行驶智能检测预警方法及预警系统，能在汽车行驶中实时检测汽车前、后方道路、障碍物，根据高速公路的特点具有车道线，沿着车道线检测障碍物，能克服弯道、坡度以及汽车抖动等造成的影响，检测出与障碍物的距离、相对速度和相对加速度。本发明根据距离、相对速度、相对加速度、天气、车型等信息判断汽车是否处于安全行使，一旦出现危险状况时，立即发出声、光、图像和声光报警，提醒驾驶者必须进行处理，以防止汽车同其它汽车或物体相碰撞，可大量减少或避免交通事故的发生，保障驾乘人员的生命和财产的安全，具有重要的社会效益和经济效益。

附图说明

图1是本发明的结构示意图；

图2是本发明的工作原理图；

图3是本发明安装示意图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明作进一步的说明，参见图1、图2：

一种高速公路汽车行驶智能检测预警方法，于包括以下步骤：

a、启动高速公路汽车行驶智能检测预警系统，由人机接口1输入车型和天气信息；

b、通过前向图像传感器2、后向图像传感器3、对前后方向的路面环境进行摄像，经采集转换电路46将摄录的图像转换为数字信号，并送到可编程逻辑器45进行时序转换和总线控制，把控制行信号和图像信息分别送到图像分析与处理器42和图像存储器43，图像存储器43得到信息后给可编程逻辑器45一个确认信息，经程序存储器44里的处理和分析装置，从图像存储器43提取图像进行处理和分析，图像存储器43把处理和分析的信息送到计算机控制器41，计算机控制器41得到信息后，给视频采集转换电路46一个确认信号，并根据信息检测出车距、相对速度和相对加速度，在把这些信息送到人机接口1；

c、人机接口1得到信息，给计算机控制器41一个确认信息，人机接口控制器11根据天气信息、车型信息进行信息融合和安全判断，如果有危险，进行危险级别判断，并分别给报警方向和报警级别显示电路15和报警语音提示显示电路16一个信号，显示危险级别和危险方向的提示信息。

步骤b中图像处理和分析是先对图像采用中值滤波对图像进行局部平滑，滤除加盐噪声预处理；再对图像分割，将原始灰度图像通过双阈值法对图像进行二值化，需要计算的阈值分别是总体阈值和每行的局部阈值；在二值化图像中搜索本车道左右两边的分道线的内侧边缘，并保存分道线的坐标信息，记录每段分道线的起点和终点；检测右分道线，校正右分道线，再检测左分道线，校正左分道线，最后同时修正左右分道线；根据车道检测的信息，检测行驶车道内汽车前后是否有障碍物，采用窗口区域判断方法来识别障碍物，并跟踪障碍物；采用连续的10帧的车道宽度值变化进行相对距离计算，再计算相对速度和相对加速度；

步骤c根据步骤b得到的相对距离、相对速度和相对加速度，加入天气、车型信号由计算机控制器41进行信息融合和安全判断。

所述的双阈值法对图像进行二值化，是在二值化图像中搜索本车道左右两边的分道线的内侧边缘，并保存分道线的坐标信息，记录每段分道线的起点和终点；检测右分道线，校正右分道线，再检测左分道线，校正左分道线，最后同时修正左右分道线；左右两边分道线的检测顺序以比较容易检测的那边为先；接着进行车道内障碍物识别与跟踪，如果有则搜索出障碍物所在的窗口区域；

检测车距、相对速度和相对加速度，采用连续的10帧的车道宽度值进行距离计算，前10帧是初始化过程，然后每隔10帧显示更新距离值；当内存中满10帧的车道宽度值时，则对这10个值按升序排列，排列完以后，取第6号的宽度值按公式L＝d*|x₂-x₁|计算相对距离，其中L为距离，d为定标量，表示车道的实际宽度与像素相关系数，|x₂-x₁|表示当前车道障碍物底部的像素宽度。最后，校正判断L与前次距离preL的偏差，如果偏差太大，则对L进行适当的调整。

调整公式为

$L^{\′}=\left\{\begin{array}{cc}\mathrm{preL}+10& \mathrm{if}(L-\mathrm{pre}L>21)\\ \mathrm{preL}+5& \mathrm{if}(L-\mathrm{pre}L>11)\\ \mathrm{preL}-5& \mathrm{if}(\mathrm{preL}->11)\\ \mathrm{preL}-10& \mathrm{if}(\mathrm{preL}-L>21)\\ L& \mathrm{otherwise}\end{array}\right.$

计算机4根据上述原理计算出车距、相对速度和相对加速度。

一种实现上述方法的高速公路汽车行驶智能检测预警系统，由人机接口1、前向图像传感器2、后向图像传感器3、计算机4构成；人机接口1安装在汽车5的驾驶台上，前向图像传感器2、后向图像传感器3分别安装在汽车5的前部和后部，计算机4安装在汽车5内；人机接口1、前向图像传感器2、后向图像传感器3分别与计算机4连接；所述前向图像传感器2置于汽车的前部、后向图像传感器3置于汽车的后部，用于采集汽车前、后的信息，并将信息传输给计算机4。

所述计算机4包括计算机控制器41、图像分析与处理器42、图像存储器43、程序存储器44、可编程逻辑器45；采集转换电路46的输入端分别与前向图像传感器2、后向图像传感器3的输出端连接；可编程逻辑器45的输入端与采集转换电路46的输出端连接；可编程逻辑器45的输出端与图像分析与处理器42、图像存储器43、程序存储器44的输入端连接；图像分析与处理器42分别与图像存储器43、程序存储器44、可编程逻辑器45连接；图像分析与处理器42的输出端与计算机控制器41的输入端连接；计算机控制器41与人机接口控制器11连接。

人机接口1包括人机接口控制器11、天气选择和显示电路12、车型选择和显示电路13，工作的确认和显示电路14、报警方向和报警级别显示电路15、报警语音提示电路16；人机接口控制器11的输入端分别与天气选择和显示电路12、车型选择和显示电路13、工作的确认和显示电路14、报警方向和报警级别显示电路15、报警语音提示电路16的输出端连接。

前后向图像传感器2、3采集汽车5前后的车道信息，车道信息送到专用计算机4进行分析处理，如果存在障碍物，就得到车距、相对速度和相对加速度信息，把这些信息传到人机接口控制器11，由驾驶员选择天气信息和车型信息，并传递给人机接口控制器11，人机接口控制器11进行信息融合和预警系统判断汽车是否安全行驶，如果有危险，就判断危险级别，报警方向和报警级别显示电路15、报警语音提示电路16发出危险的方向和危险级别的声、光、图像报警信息。

其中专用计算机4的工作原理，视频输入接口接到图像传感器，通过采集卡进行视频采集，并送到可编程逻辑器45进行时序转换和总线控制，把控制行信号和图像信息分别送到图像分析与处理器42和图像存储器43，图像分析与处理器42得到信息后给可编程逻辑器45一个确认信息，调用程序存储器44里的程序，并从图像存储器43提取图像进行处理和分析。图像分析与处理器42把处理和分析的信息送到计算机控制器41中，计算机控制器41得到信息后，给采集转换电路46一个确认信号，并根据信息检测出车距、相对速度和相对加速度，在把这些信息送到人机接口11。

人机接口11得到信息，给计算机控制器41一个确认信息，人接口控制器11根据得到的信息、天气信息、车型信息进行信息融合和安全判断，如果有危险，进行危险级别判断，报警方向和报警级别显示电路15、报警语音提示电路16发出危险的方向和危险级别的声、光、图像报警信息。

Claims (5)

1、一种高速公路汽车行驶智能检测预警方法，其特征在于包括以下步骤：

a、启动高速公路汽车行驶智能检测预警系统，由人机接口(1)输入车型和天气信息；

b、通过前向图像传感器(2)、后向图像传感器(3)、对前后方向的路面环境进行摄像，经采集转换电路(46)将摄录的图像转换为数字信号，并送到可编程逻辑器(45)进行时序转换和总线控制，把控制行信号和图像信息分别送到图象分析与处理器(42)和图像存储器(43)，图像存储器(43)得到信息后给可编程逻辑器(45)一个确认信息，经程序存储器(44)里的处理和分析装置，从图像存储器(43)提取图像进行处理和分析，图像存储器(43)把处理和分析的信息送到计算机控制器(41)，计算机控制器(41)得到信息后，给视频采集转换电路(46)一个确认信号，并根据信息检测出车距、相对速度和相对加速度，在把这些信息送到人机接口(1)；

图像处理和分析是先对图像采用中值滤波对图像进行局部平滑，滤波预处理；再对图像分割，将原始灰度图像通过双阈值法对图像进行二值化，需要计算的阈值分别是总体阈值和每行的局部阈值；在二值化图像中搜索本车道左右两边的分道线的内侧边缘，并保存分道线的坐标信息，记录每段分道线的起点和终点；检测右分道线，校正右分道线，再检测左分道线，校正左分道线，最后同时修正左右分道线；根据车道检测的信息，检测行驶车道内汽车前后是否有障碍物，采用窗口区域判断方法来识别障碍物，并跟踪障碍物；采用连续的10帧的车道宽度值变化进行相对距离计算，再计算相对速度和相对加速度；步骤c根据步骤b得到的相对距离、相对速度和相对加速度，加入天气、车型信号由计算机控制器(41)进行信息融合和安全判断；

c、人机接口(1)得到信息，给计算机控制器(41)一个确认信息，人机接口控制器(11)根据天气信息、车型信息、车速、车距、相对速度和相对加速度进行信息融合和安全判断，如果有危险，进行危险级别判断，并分别给报警方向和报警级别显示电路(15)和报警语音提示显示电路(16)一个信号，显示危险级别和危险方向的提示信息。

2、根据权利要求1所述的高速公路汽车行驶智能检测预警方法，其特征在于：所述的双阈值法对图像进行二值化，是在二值化图像中搜索本车道左右两边的分道线的内侧边缘，并保存分道线的坐标信息，记录每段分道线的起点和终点；检测右分道线，校正右分道线，再检测左分道线，校正左分道线，最后同时修正左右分道线；左右两边分道线的检测顺序以比较容易检测的那边为先；接着进行车道内障碍物识别与跟踪，如果有则搜索出障碍物所在的窗口区域；

检测车距、相对速度和相对加速度，采用连续的10帧的车道宽度值进行距离计算，前10帧是初始化过程，然后每隔10帧显示更新距离值；当内存中满10帧的车道宽度值时，则对这10个值按升序排列，排列完以后，取第6号的宽度值按公式L＝d*|x₂-x₁|计算距离，其中L为距离，d为定标量，表示车道的实际宽度与像素相关系数，|x₂-x₁|表示当前车道障碍物底部的像素宽度，再根据前面距离修正距离，由计算机(4)根据上述原理计算出车距、相对速度和相对加速度。

3、一种实现权利要求1所述高速公路汽车行驶智能检测预警方法的预警系统，其特征在于：由人机接口(1)、前向图像传感器(2)、后向图像传感器(3)、计算机(4)构成；人机接口(1)安装在汽车(5)的驾驶台上，前向图像传感器(2)、后向图像传感器(3)分别安装在汽车(5)的前部和后部，计算机(4)安装在汽车(5)内；人机接口(1)、前向图像传感器(2)、后向图像传感器(3)分别与计算机(4)连接；所述前向图像传感器(2)置于汽车的前部、后向图像传感器(3)置于汽车的后部，用于采集汽车前、后的信息，并将信息传输给计算机(4)。

4、根据权利要求3所述的高速公路汽车行驶智能检测预警系统，其特征在于：所述计算机(4)包括计算机控制器(41)、图像分析与处理器(42)、图像存储器(43)、程序存储器(44)、可编程逻辑器(45)；采集转换电路(46)的输入端分别与前向图像传感器(2)、后向图像传感器(3)的输出端连接；可编程逻辑器(45)的输入端与采集转换电路(46)的输出端连接；可编程逻辑器(45)的输出端与图像分析与处理器(42)、图像存储器(43)、程序存储器(44)的输入端连接；图像分析与处理器(42)分别与图像存储器(43)、程序存储器(44)、可编程逻辑器(45)连接；图像分析与处理器(42)的输出端与计算机控制器(41)的输入端连接；计算机控制器(41)与人机接口控制器(11)连接。

5、根据权利要求3所述的高速公路汽车行驶智能检测预警系统，其特征在于：人机接口(1)包括人机接口控制器(11)、天气选择和显示电路(12)、车型选择和显示电路(13)，工作的确认和显示电路(14)、报警方向和报警级别显示电路(15)、报警语音提示电路(16)；人机接口控制器(11)的输入端分别与天气选择和显示电路(12)、车型选择和显示电路(13)，工作的确认和显示电路(14)，报警方向和报警级别显示电路(15)，报警语音提示电路(16)的输出端连接。

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