CN101367350A - 一种汽车主动防眩光装置和方法 - Google Patents

Abstract

本发涉及一种汽车主动防眩光装置和方法，主要解决夜间驾驶由于眩光影响而容易导致安全隐患的问题。本装置由CCD摄像机、图像采集卡、微处理器、LED控制器、前照系统光源组成；本方法是摄像机摄取前方视频图像，由图像采集卡高速传输给微处理器内存，微处理器根据对视频图像的处理判断前方是否有迎面车辆驶来，LED控制器根据判断结果控制前照系统光源执行相应的光照模式。本发明能根据车载摄像机摄取的图像自动判断前方是否有迎面车辆，并主动控制车辆前照系统，避免给迎面车辆造成眩光，有利于夜间安全驾驶，同时减轻了驾驶员的负担。

Description

一种汽车主动防眩光装置和方法

技术领域

本发明涉及一种汽车主动防眩光装置和方法，尤其是根据摄像机摄取的汽车夜间行驶场景特征主动调整自车光照模式，以达到防眩光的目的，用于汽车夜间安全行驶领域。

背景技术

据交通部门统计，夜间或黎明时间的交通只占到全天交通的25％，但这一时段的事故率却高达44％左右，发生的严重交通事故率更是白天的两倍。排除驾驶员饮酒和疲劳驾驶等人为因素，造成夜间交通事故居高不下的主要原因是驾驶员在夜间不能像白天一样看清道路标志、障碍、迎面车辆和路人，其中一个重要原因就是眩光。眩光是由于夜间背景相对较暗，迎面车辆的大灯强光刺激驾驶员眼睛视网膜上相应的感光细胞，抑制了其周围的感光细胞，使驾驶员看不清周围景物。

从专利检索来看，国外研究防眩光技术已有半个多世纪的历史了，国内从事此项技术开发，也有二十多年的时间。人们提出了多种汽车防眩光方法，最早的是采用贴膜的方式来过滤部分强光，比较好的是偏振片，这种方法会影响驾驶者对行车环境信息的获取且有效性不高。为此人们经过不断研究提出了各种改进方法，中国专利公开了一种机动车防眩光方法(申请号200510049670.3)，由感光装置、数据处理装置、滤光装置、显示装置组成。感光装置即摄像头和滤光片，感光装置采集到图像后交给计算机处理，计算机根据光源的亮度值判断强光源的位置，控制滤光装置实现滤光操作，根据滤光装置的处理结果控制防眩摄像头采集信号并由显示器输出，驾驶员根据显示器的输出判断是否有迎面车辆驶来并执行相应操作。该装置较为复杂，同时夜间仅靠摄像机摄取的图像很难准确判断前边路况，缩短了紧急情况下驾驶员的反应时间，而且这只是一个辅助判断装置不能减轻驾驶员的负担。还有人研制出一种利用对方灯光互相启闭大灯的装置，但是这种装置容易受其它光源的干扰，可靠性差。

近年汽车前照系统正在经历重要变革，提出的自适应前照系统(AFS)要求能自动调整光照模式，避免给迎面车辆驾驶员造成眩光，即主动避眩光，这代表了汽车前照系统的发展趋势。本装置是基于这个理念的主动防眩光装置。

发明内容

本发明的目的在于解决夜间驾驶由于眩光影响而容易导致安全隐患的问题，提出结构简单、易实现的一种汽车主动防眩光装置和方法。本发明基于夜间迎面车辆车灯相对较亮，且随着车辆驶近亮度更高；车辆迎面驶来其光流场速度相对较高，且随着车辆驶近其光流场速度愈来愈高的特点。以此来判断是否有迎面车辆，并主动改变前照系统光照模式，以避免对迎面车辆驾驶员造成眩光。

为达到上述目的，本发明采取如下技术方案：

一种汽车主动防眩光装置，包括摄取图像的CCD摄像机、视频信号采集和传输的图像采集卡、处理图像的微处理器、控制前照光源的LED控制器、执行动作的投射光源。其特征是所述的摄像机与图像采集卡相连，所述的图像采集卡与微处理器相连，所述的微处理器与LED控制器相连，所述的LED控制器与投射光源相连。

上述摄像机是黑白数字摄像机，摄像机固定于车辆前方，保证摄像机有良好视野。

上述的投射光源采用LED组成的光源阵列，用LED光源作为汽车前照系统光源。

一种自适应主动防眩光系统，采用上述装置实现防眩光，其特征在于主动防眩光的步骤为：

1.图像摄取：摄像机摄取有良好视野的前方视频图像序列，经图像采集卡高速传输到微处理器内存中。

2.图像预处理：微处理器对输入的图像序列实时按帧处理，基于亮度对灰度图进行阈值处理，过滤亮度小于所设阈值的噪声光源，突出显示图像中最大最亮的光源。

3.迎面车辆判断：对预处理后的图像进行光流分析，进一步排除亮度大于所设阈值的路灯和其它路边光源，判断是否有迎面车辆。

4.前照系统照明模式控制：LED控制器根据判断结果控制LED光源执行相应的光照模式，当有迎面车辆时改变前照系统光照模式，避免对迎面车辆驾驶员的直射影响。

车载摄像机的安装要保证其有良好的视野，其摄取的视频信号经图像采集卡实时数据采集后高速传输给微处理器。微处理器对传输过来的图像实时按帧处理，首先对获取的灰度图阈值处理，使亮度低于所设阈值的亮斑融入暗背景，然后对前后两帧图像光流分析，根据光流分析后的图像特征判断是否有迎面车辆驶来。如果有车辆迎面驶来，则在LED控制器控制下前照系统改变光照模式，避免给迎面车辆驾驶员造成眩光。

本发明与现有技术相比，具有如下显而易见的优点：本发明通过对车辆夜间行驶场景图像的处理并与车辆的主动光照行为相联系，系统自动控制前照系统避免对迎面车辆驾驶员造成眩光，减轻驾驶员的负担。同时本发明可以与自适应前照系统相兼容，顺应技术发展趋势，有较好的市场前景。装置设计合理、结构简单、技术成熟、有较大的技术优势。

附图说明

图1是本发明一个实施案例的汽车主动避眩光装置结构框图。

图2是迎面车辆判断示例图。

具体实施方式

本发明的一个优选实施例，结合附图说明如下：参见图1，本汽车主动防眩光装置包括摄取图像的CCD摄像机、视频信号采集和传输的图像采集卡、处理图像的微处理器、控制前照光源的LED控制器、执行动作的投射光源。其特征是所述的摄像机与图像采集卡相连，所述的图像采集卡与微处理器相连，所述的微处理器与LED控制器相连，所述的LED控制器与投射光源相连。

参见图1和图2，本汽车主动防眩光方法，采用上述装置实现防眩光，其特征在于包括以下步骤：

a、图像摄取：摄像机摄取有良好视野的前方视频图像序列，经图像采集卡高速传输到微处理器的内存中；

b、图像预处理：微处理器对输入的图像序列实时按帧处理，基于亮度对灰度图进行阈值处理，过滤亮度低于所设阈值的噪声光源，突出显示图像中最大最亮的光源；

c、亮斑区域光流分析：对预处理后的图像进行光流分析，解得各亮斑区域在车辆行驶方向的光流场速度；

d、迎面车辆判断：对上述处理过的图像序列进行分析，将各亮斑区域的光流速度与标定试验确定的阈值比较，以判断是否有迎面车辆；

e、前照系统照明模式控制：根据上述分析结果，当有迎面车辆时由微处理器控制前照系统，改变前照系统光照模式，避免对迎面车辆驾驶员的直射影响。

下面作详细说明：

行车环境信息获取：CCD摄像机1固定于车辆驾驶室内，能获得与驾驶员视野一致的前方图像。图像采集卡2接收来自数字相机的高速数据流，并对摄像机1输出的视频信号实时数据采集，通过高速总线传输到系统内存。

图像预处理：本装置采用黑白数字摄像机，摄像机1获取的是数字图像，微处理器3可直接处理这些图像序列。摄像机1随车辆夜间行驶，其摄取的图像中不仅有迎面车辆的车灯信息，还有前方车辆的尾灯、路灯和道路两边的其它光源信息，要从中识别出迎面的车灯信息须首先滤除这些噪声光源。本装置对灰度图进行阈值处理，滤除其中亮度低于阈值的噪声光源。系统根据标定试验设定阈值α，用阈值是α的阈值函数处理灰度图，使图像中灰度值小于α的路边干扰光源或距离还较远的迎面车灯融入暗背景，并突出显示图像中亮度最大的光源。这样得到的图像是在暗背景上的几个亮斑。

亮斑区域光流分析：上述图像预处理对亮度值大于阈值α的噪声光源无法滤除，如一些路灯和其他路边光源。本装置根据车灯随汽车相向运动，其相对速度远大于其它光源相对汽车的速度的特征，用光流分析的方法最终判断车灯。光流是带有灰度的像素点在图像平面上的运动产生的瞬时速度场，据此建立的光流方程有两个未知量(x、y方向的光流速度)V_x、V_y而只有一个约束，根据光流算法再引入一个约束可解得像素点的光流速度V_x、V_y，由于本系统仅关注汽车行驶方向的光流速度，所以解得V_y即可。

迎面车辆判断：根据透镜成像原理摄像机1摄取图像的每个像素点是被拍摄目标相应点的映射，它们的连线经过光学中心，图像上像素点的运动对应被拍摄目标的运动，每个像素点的运动形成光流场。所以图像光流场速度的大小与目标物的运动速度和目标物与摄像机1的距离有关。车辆迎面驶来，车灯光流场速度与其相对摄像机的速度和距离有关，因此本装置通过标定试验设定一个光流场速度阈值V₀。经过上一步亮斑区域光流分析得到各亮斑光流速度V_y，分别将其与速度阈值V₀比较，当存在有亮斑光流场速度V_y>V₀时，可判断前方有迎面车辆且其距离已可造成眩光；当所有亮斑的光流场速度均小于V₀时，可判断没有迎面车辆或迎面车辆还相距较远不足以造成眩光。

图2是迎面车辆判断的实施案例，亮斑区域光流分析后的图像中有A、B、C、D、E五个灰度值较大的区域，五个亮斑y方向的光流速度分别是V_A、V_B、V_C、V_D、V_E。根据标定试验设置光流速度阈值V₀，各个亮斑的光流速度分别与阈值V₀比较(为了易于理解如图2所示，用箭头的多少表示光流速度大小，标定试验设置V₀的光流速度用5个箭头表示)。易知V_A>V₀、V_B>V₀，且V_A＝V_B，可判断A、B是迎面汽车车灯。V_C<V₀、V_D<V₀、V_E<V₀，可判断C、D、E不是车灯。即该案例有迎面汽车驶来。

前照系统照射模式控制：LED控制器4根据微处理器3的处理结果控制前照系统光源执行相应的光照模式，有下面两种照射模式。

a.无迎面车辆时，开启远光灯5和近光灯6，使驾驶员有良好视野。

b.有迎面车辆时，只开启近光灯6，避免对迎面车辆驾驶员的直射。

作为优选，本装置采用LED作为前照系统光源。大功率白光LED发展迅速，在不久的将来汽车前照系统中采用高亮度或超高亮度LED将是一种发展趋势，用LED作为汽车前照灯的新车型已经在底特律、东京、法兰克福、日内瓦、巴黎等各大城市登场。本系统利用LED体积小、反应快、设计灵便的特点，通过二次光学设计，得到不同亮度和照度分布的LED投射灯。将不同亮度不同照度分布的LED灯构成LED光源阵列，配置成符合夜间行车环境变化需要的汽车前照系统照度分布阵列，利用LED反应快控制容易的特点，让每一个LED都可以根据行车环境变化独立开闭，以实现夜间行车的不同照明模式需要。

作为优选，为了避免对面车灯强光对摄像头成像造成影响，应选用防眩摄像机。同时由于实际应用中防眩摄像头采集的图像光线较暗且易产生十字条文，图像预处理时应消除这些影响。

作为优选，由于LED比现在常用的HID车灯产生更多的不适眩光，本装置的LED光源尽量减少蓝光成分，并尽量降低色温。

参见图1，本汽车主动避眩光装置包括摄像机1、图像采集卡2、微处理器3、LED控制器4、LED光源(左右前照系统之一)由远光灯5、近光灯6组成。摄像机固定于车辆前方，保证摄像机1能获得良好视野；图像采集卡2、微处理器3、LED控制器4安装在汽车合适位置；LED光源组成汽车前照光源。摄像机1摄取的图像经图像采集卡2传输给微处理器3，微处理器3对图像处理后判断是否有迎面车辆，微处理器3把判断结果通知给LED控制器4，LED控制器4对LED光源发出启闭信号，启闭不同LED车灯组成相应光照模式。

Claims (4)

1.一种汽车主动防眩光装置，包括摄取图像的CCD摄像机(1)、视频信号采集和传输的图像采集卡(2)、处理图像的微处理器(3)、控制前照光源的LED控制器(4)、执行动作的投射光源(5)。其特征是所述的摄像机(1)与图像采集卡(2)相连，所述的图像采集卡(2)与微处理器(3)相连，所述的微处理器(3)与LED控制器(4)相连，所述的LED控制器(4)与投射光源(5，6)相连。

2.根据权力要求1所述的汽车主动防眩光装置，其特征是所述的摄像机(1)是黑白数字摄像机，摄像机(1)固定于车辆前方，保证摄像机有良好视野。

3.根据权利要求1所述的汽车主动防眩光装置，其特征是所述的投射光源(5，6)采用LED组成的光源阵列，用LED光源作为汽车前照系统光源。

4.一种汽车主动防眩光方法，采用根据权利要求1所述的汽车主动防眩光装置实现防眩光，其特征在于包括如下步骤：

a、图像摄取：摄像机(1)摄取有良好视野的前方视频图像序列，经图像采集卡(2)高速传输到微处理器(3)的内存中；

b、图像预处理：微处理器(3)对输入的图像序列实时按帧处理，基于亮度对灰度图进行阈值处理，过滤亮度低于所设阈值的噪声光源，突出显示图像中最大最亮的光源；

c、亮斑区域光流分析：对预处理后的图像进行光流分析，解得各亮斑区域在车辆行驶方向的光流场速度；

d、迎面车辆判断：对上述处理过的图像序列进行分析，将各亮斑区域的光流速度与标定试验确定的阈值比较，以判断是否有迎面车辆；

a.前照系统照明模式控制：根据上述分析结果，当有迎面车辆时由微处理器(3)控制前照系统，改变前照系统光照模式，避免对迎面车辆驾驶员的直射影响。

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