CN100529796C - 一种基于虚拟环绕声技术的汽车防撞雷达报警方法和装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种基于虚拟环绕声技术的汽车防撞雷达报警方法和装置。该方法包括：1)利用超声波发声器发射超声波脉冲信号，用超声波接收器接收回波信号；2)计算得到障碍物的方位和距离等相关位置数据；3)提取预设的语音报警信号；4)对语音报警信号进行虚拟环绕声处理，处理后的信号送入汽车的音箱系统。5)激活汽车音箱发声。该装置包括：一测距和定位电路；第一存储器；第二存储器；第三存储器；一虚拟环绕声处理电路，与所述第一存储器、所述第二存储器、所述第三存储器连接。本发明更加方便更加直观的告知驾驶者汽车周围障碍物的情况，提高了在低能见度下的行车安全。

Description

一种基于虚拟环绕声技术的汽车防撞雷达报警方法和装置

技术领域

本发明涉及一种汽车防撞雷达报警方法和装置，特别涉及一种基于虚拟环绕声技术的汽车防撞雷达报警方法和装置。

背景技术

通常，人们正常行车和倒车时都是通过目视观察来判断汽车与障碍物之间的距离。但新驾驶者的空间感较差，驾驶较长、较宽的车时不能准确地判断周边距离；此外，夜间倒车时，更容易受到光线的影响，撞到栏杆、台阶、小树等障碍物。因此，各种汽车防撞和倒车雷达装置应运而生。

汽车防撞和倒车雷达装置(为叙述简便，以下均简称为倒车雷达)是一种在汽车行驶时能自动探测并提示障碍物距离和方位的智能化行车辅助装置。其工作原理是：在微处理器的控制下，由传感器(探头)发射超声波信号，当遇到障碍物时，产生回波信号，传感器接收到回波信号后，经由控制器数据处理、判断出障碍物位置，并由此发出或显示出某种警示信号。从而使驾驶者在探测范围内能方便地判断车周围障碍物的距离、方位和所在区域，得到及时警示，达到安全行车的目的。

在近几年的时间里，随着技术发展和用户需求的变化，倒车雷达得到了长足的发展。最初阶段是通过蜂鸣器提示障碍物与车的距离，“嘀嘀”声音的急促程度反应障碍物距离的远近；然后产生了使用数码管(LED)和液晶屏(LCD)的数字距离动态显示方法；目前也已经有人发明了语音提示距离的装置。当然，有的汽车上配备了多种混合装置。比如，语音提示和LCD液晶显示装置的混合使用。在不需要语音提示的时候，司机可将音量关闭，依靠液晶显示屏提供的距离信息。归根到底，获得障碍物位置和方位等数据之后进行的后处理方式的进步促进了上述倒车雷达的发展。当然，倒车雷达的发展也要归功于各种探测障碍物的装置和方法的发展和进步。例如，采用超声波传感器及其阵列、红外探测器和电磁波探测器及其各种组合装置来增大探测范围，并借助一些信号处理的方法提高探测精度等。

目前的倒车雷达发展趋势是功能多样化，例如，最近出现的魔幻镜倒车雷达将后视镜、倒车雷达、免提电话、温度显示和车内空气污染显示等多项功能整合在一起，并设计了语音功能。可以预见，更多的多功能和新颖的倒车雷达将会进入人们的视野。

但是现有技术的不足在于：目前的倒车雷达通常只提供车后存在障碍物或车辆等的单一信息，如蜂鸣器提示障碍物等与车的距离，但不提供其方位。而使用数码管(LED)和液晶屏(LCD)的数字距离动态显示方法，需要主要用来车辆行驶的视觉器官的兼顾，以致驾车者的精力分散不利于安全驾车。再者，在现有的倒车雷达产品中，方位感的信息没有被直接传送给驾车人士的听觉器官。另一方面，相对于人类的视觉器官，听觉器官是被动的接受信息系统。当听觉系统参与到方位感信息的获取中，将减少驾车人士的视觉使用，有利于安全行驶。

如果将现成的音箱设备用于汽车的防撞雷达报警，既提供方位感又减少了倒车雷达的成本。

发明内容

本发明的目的是克服现有技术的不足，提供一种更加人性化的基于虚拟环绕声技术的汽车防撞雷达报警方法和装置。

为了达到上述目的，本发明采取的技术方案如下：

一种基于虚拟环绕声技术的汽车防撞雷达报警方法，包括如下步骤：

1)利用超声波发声器发射超声波脉冲信号，利用超声波接收器接收回波信号；

2)对回波信号进行分析处理，计算得到障碍物的方位和距离等相关位置数据；

3)提取预设的语音报警信号；

4)利用步骤2)中获得的障碍物的相关位置数据，对语音报警信号进行虚拟环绕声处理，处理后的信号送入汽车的音箱系统。

5)激活汽车音箱发声，产生虚拟声场效果来提示驾驶者；返回至步骤1)。

在上述技术方案中，进一步地，步骤1)中所述的超声波发声器是压电陶瓷(PZT)换能器或压电陶瓷换能器组成的阵列发声器，或是压电薄膜(PVDF)换能器或由压电薄膜换能器组成阵列发声器，或是静电换能器(电容换能器)或由静电换能器组成的阵列发声器。

在上述技术方案中，进一步地，步骤2)中接收回波信号是使用传声器(Microphone)或超声波传感器，可以使用多个接收，也可以使用单个接收；或将步骤1)中的超声波传感器设定为收发双置状态，即发射完超声信号后立刻转入接收回波信号状态。

在上述技术方案中，进一步地，步骤1)中超声波传感器的工作方式是切换扫描式或者同步工作的方式。

在上述技术方案中，进一步地，步骤3)预设的语音报警信号是简单的“嘀嘀”声，或是语音，如“有车，小心”，或是驾驶者自己录制的声音；语音报警信号需要录制并存储在相应的存储器内。

一种基于虚拟环绕声技术的汽车防撞雷达报警装置，如图2所示，包括：

一测距和定位电路1，用来测定障碍物的距离和方位；该电路包括安装于汽车车身上的多个传感器，以及与之匹配的信号处理电路；

第一存储器2，与所述测距和定位电路1连接，用于存储障碍物的距离和方位数据；

第二存储器3，用于存储用来进行虚拟环绕声处理的HRTF(head-relatedtransfer function，简称HRTF)数据；

第三存储器4，用于存储语音报警提示信号；

一虚拟环绕声处理电路5，与所述第一存储器2、所述第二存储器3、所述第三存储器4连接，该虚拟环绕声处理电路5的输出连接至汽车音箱；该虚拟环绕声处理电路5包括用来进行信号处理的微处理器。

在上述技术方案中，所述传感器由超声波发生器和超声波接收器组成。

在上述技术方案中，多个所述传感器分布在汽车车身四周。

在上述技术方案中，进一步地，所述虚拟环绕声处理电路5按照如下步骤：(1)读取障碍物的距离和方位等位置信息；(2)读取相应的HRTF数据；(3)读取语音报警信号与HRTF进行信号卷积；(4)卷积后的信号进行串声消除网络处理(即实现虚拟环绕声处理过程)。

在上述技术方案中，所述汽车音箱包括左音箱6和右音箱7。

在上述技术方案中，进一步地，障碍物的远近可以通过报警提示音的大小来展示。

与现有技术相比，本发明的优点在于：

借助虚拟环绕声处理技术，更加方便更加直观的告知驾驶者汽车周围障碍物的情况，解除了驾驶员泊车和起动车辆时前后左右探视所引起的困扰，提高了在低能见度下的行车安全，方便了机动车在多车道路面行使过程中的超车和改变行使车道的问题。此外，本发明所述的这类系统也可以和其他倒车雷达系统混合使用。

附图说明

图1表示本发明利用两音箱实现虚拟环绕声场的原理图；

图2表示本发明的基于虚拟环绕声技术的汽车防撞雷达报警装置示意图；

图3表示本发明一实施例的超声波测距和定位过程原理图；

图4表示本发明一实施例的虚拟环绕声处理过程示意图。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细描述：

传统的环绕声产生方案均是通过多个不同方位的音箱发声，聆听者坐在多个音箱的包围中即可领略到多声道环绕声强烈的方位感及临声感。虚拟环绕声则不同，它是基于现代生理学及心理声学的环绕声处理技术。虚拟环绕声只需两个前方音箱即可虚拟出多个不同方位的音箱所发出的环绕声效果。如图1所示，通过左右两个主音箱10、11虚拟出另外的三个虚拟音箱12、13、14，从而产生环绕声场。

对于汽车系统，利用车内现有的左右音箱，虚拟出左右环绕音箱和中置音箱。经过此种处理之后，驾驶者15就可以听到有方向感的语音提示信号。例如，当车左(或右)后方有障碍物时，驾驶者15将听到在驾驶室的左(或右)后方有语音报警提示，即处理后的效果就是让驾驶者感觉左(或右)后方有一个音箱或喇叭正在发出报警声音。同理，当有一汽车从左后方超车时，报警声音的方位将随着该车的方位变化而变化。这样，驾驶者就可以通过自己的听觉系统来判断周围的状况。简言之，就是障碍物在哪个方位，报警提示声音就在哪个方位响起，从而驾驶者就可以根据报警声音的方位判断障碍物的方位。本发明没有对虚拟环绕声处理技术做详尽的叙述，对于本领域技术人员来说，其中虚拟环绕声处理过程可采用现有技术。本发明将方便驾驶者同时使用眼睛观察周围的事物，提高了行车的安全系数。

此外，对于已经配置了多个音箱的汽车，测量障碍物的距离和方位过程不变。以四个音箱为例(即车后部增加左右两个后置音箱)，此时将不需要上述的虚拟环绕声过程，可以直接利用四个音箱同时播放声音，实现环绕声场(具体技术，可以参看多通路环绕声技术和Dolby环绕声技术)。下面，以车上只有两个音箱的情况为例介绍本发明。

参照图2，制作基于虚拟环绕声技术的汽车防撞雷达报警装置，包括：测距和定位电路1，用来测定障碍物的距离和方位；该电路包括安装于汽车车身上的4个传感器，以及与之匹配的信号处理电路；传感器由超声波发生器和超声波接收器组成。

第一存储器2，与所述测距和定位电路1连接，用于存储障碍物的距离和方位数据；

第二存储器3，用于存储用来进行虚拟环绕声处理的HRTF数据；

第三存储器4，用于存储语音报警提示信号；

虚拟环绕声处理电路5，与所述第一存储器2、所述第二存储器3、所述第三存储器4连接，该虚拟环绕声处理电路5的输出连接汽车左音箱6和右音箱7；该虚拟环绕声处理电路5包括用来进行信号处理的微处理器。

四个所述传感器分布在汽车车身四个角位置处。

按照图4所示的流程图，虚拟环绕声处理电路5实现如下功能：一方面读取障碍物的距离和方位等位置信息，从而读取相应的HRTF数据；另一方面同时读取语音报警信号与HRTF进行信号卷积，卷积后的信号再进行串声消除网络处理(即实现虚拟环绕声处理过程)，此时的信号再经过音箱6和7播放，驾驶者就可以感受到声音信号空间信息了。

障碍物的远近通过报警提示音的大小来展示。

测距和定位电路1采用市场所售的超声波测距和定位系统，该系统的主要功能就是将障碍物的距离和方位数据写入相应的第一存储器2内，图3表示出一个简单的处理过程：超声波传感器发射信号；传感器是否测得反射信号？如果是就计算障碍物距离和方位，然后将计算数据写入存储器，如果否就继续检测传感器是否测得信号。

借助虚拟环绕声处理技术，本发明更加方便更加直观的告知驾驶者汽车周围障碍物的情况，解除了驾驶员泊车和起动车辆时前后左右探视所引起的困扰，提高了在低能见度下的行车安全，方便了机动车在多车道路面行使过程中的超车和改变行使车道的问题。此外，本发明的装置和方法也可以和其他倒车雷达系统混合使用。

最后所应说明的是，以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非限制。尽管参照实施例对本发明进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，对本发明的技术方案进行修改或者等同替换，都不脱离本发明技术方案的精神和范围，其均应涵盖在本发明的权利要求范围当中。

Claims (10)

1、一种基于虚拟环绕声技术的汽车防撞雷达报警方法，包括如下步骤：

1)利用超声波发声器发射超声波脉冲信号，利用超声波接收器接收回波信号；

2)对回波信号进行分析处理，计算得到障碍物的方位和距离的相关位置数据；

3)提取预设的语音报警信号；

4)利用步骤2)中获得的障碍物的相关位置数据，对语音报警信号进行虚拟环绕声处理，处理后的信号送入汽车的音箱系统；

5)激活汽车音箱发声，产生虚拟声场效果来提示驾驶者；返回至步骤1)。

2、根据权利要求1所述基于虚拟环绕声技术的汽车防撞雷达报警方法，其特征在于，所述步骤1)中所述的超声波发声器是压电陶瓷换能器或压电陶瓷换能器组成的阵列发声器，或是压电薄膜换能器或由压电薄膜换能器组成阵列发声器，或是静电换能器或由静电换能器组成的阵列发声器。

3、根据权利要求1所述基于虚拟环绕声技术的汽车防撞雷达报警方法，其特征在于，所述步骤2)中接收回波信号是使用传声器或超声波传感器；或将步骤1)中的超声波传感器设定为收发双置状态。

4、根据权利要求1、2或3中任一项所述基于虚拟环绕声技术的汽车防撞雷达报警方法，其特征在于，所述步骤1)中超声波传感器的工作方式是切换扫描式或者同步工作方式。

5、一种基于虚拟环绕声技术的汽车防撞雷达报警装置，其特征在于，包括：

一测距和定位电路(1)，用来测定障碍物的距离和方位；该电路包括安装于汽车车身上的多个传感器，以及与之匹配的信号处理电路；

第一存储器(2)，与所述测距和定位电路(1)连接，用于存储障碍物的距离和方位数据；

第二存储器(3)，用于存储用来进行虚拟环绕声处理的HRTF数据；

第三存储器(4)，用于存储语音报警提示信号；

一虚拟环绕声处理电路(5)，与所述第一存储器(2)、所述第二存储器(3)、所述第三存储器(4)连接，该虚拟环绕声处理电路(5)的输出连接至汽车音箱；该虚拟环绕声处理电路(5)包括用来进行信号处理的微处理器。

6、根据权利要求5所述基于虚拟环绕声技术的汽车防撞雷达报警装置，其特征在于，所述传感器由超声波发生器和超声波接收器组成。

7、根据权利要求5所述基于虚拟环绕声技术的汽车防撞雷达报警装置，其特征在于，多个所述传感器分布在汽车车身四周。

8、根据权利要求5所述基于虚拟环绕声技术的汽车防撞雷达报警装置，其特征在于，所述虚拟环绕声处理电路(5)按照如下步骤运行：(1)读取障碍物的距离和方位的位置信息；(2)读取相应的HRTF数据；(3)读取语音报警信号与HRTF进行信号卷积；(4)卷积后的信号进行串声消除网络处理。

9、根据权利要求5所述基于虚拟环绕声技术的汽车防撞雷达报警装置，其特征在于，所述汽车音箱包括左音箱(6)和右音箱(7)。

10、根据权利要求5、6、7、8或9中任一项所述基于虚拟环绕声技术的汽车防撞雷达报警装置，其特征在于，障碍物的远近通过报警提示音的大小来展示。

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