CN102133876A - 一种汽车防偏道报警装置 - Google Patents

Abstract

本发明涉及基于计算机视觉装置的自主导航领域，特别涉及一种汽车防偏道报警装置，包括：一个针孔摄像头，设置在汽车顶部前方正中央，采集汽车前方路面图像；一个视频编码器，将所述路面图像的模拟信号转化为数字信号，并进行存储；一个数字信号处理器，处理数字信号格式的路面图像，输出汽车的当前路面信息和偏离车道的报警信息；一个视频解码器，接收汽车的当前路面信息，并转化为模拟信号；一个显示屏，接收汽车的当前路面信息的模拟信号，输出路面图像；一个音频解码器，接收报警信息，并转化为模拟信号；一个扬声器，接收报警信息的模拟信号，输出报警信号。

Description

一种汽车防偏道报警装置

技术领域

本发明涉及基于计算机视觉装置的自主导航领域，特别涉及一种汽车防偏道报警装置。

技术背景

随着人类进入21世纪，计算机技术和汽车工业得到迅猛发展，许多智能控制在现代汽车上得到广泛应用。智能控制在现代汽车上的使用使汽车的安全性大大提高。

但是，从人的视觉理论分析，只有图像处理装置的处理速度达到每秒25帧以上时智能控制才能达到实时的效果，即要求实时图像处理装置必须在40nm内完成对一帧图像的运算处理，才能保证图像的实时性。然而，现有的技术存在的最大难点就是如何解决图像处理的实时性问题，也就是如何在有限的时间内完成大量图像数据的处理。

发明内容

本发明的目的在于提供一种汽车偏离车道报警装置，它能够解决图像处理的实时性问题，当车辆偏离当前于驶车道时，能够给驾驶员一个警示信号，从而减少因偏离车道而引发的交通事故。

为了实现上述目的，本发明采用如下技术方案予以实现：一种汽车偏离车道报警装置，其特征在于，包括：一个针孔摄像头，设置在汽车顶部前方正中央，采集汽车前方路面图像；一个视频编码器，将所述路面图像的模拟信号转化为数字信号，并进行存储；一个数字信号处理器，处理数字信号格式的路面图像，输出汽车的当前路面信息和偏离车道的报警信息；一个视频解码器，接收汽车的当前路面信息，并转化为模拟信号；一个显示屏，接收汽车的当前路面信息的模拟信号，输出路面图像；一个音频解码器，接收报警信息，并转化为模拟信号；一个扬声器，接收报警信息的模拟信号，输出报警信号。

本发明的有益效果是：

所述数字信号处理器采用TMS320DM642芯片。所述视频编码器采用SAA7115芯片。所述视频解码器采用SAA7105H芯片。所述音频解码器采用TLV320AIC23芯片。所述电源转换器采用7805三端急压器和TPS54310PWP芯片或开关电源。

由于本发明数字信号处理器采用TMS320DM642芯片。芯片TMS320DM642强大的功能可以很好地满足实时性要求。TMS320DM642是TI公司发布的专门面向图像实时处理的专用芯片。该芯片时钟高达600MHz，8个并行运算单元，处理能力达4800MIPS(Million Insl；ructions Per Second的缩写)；采用二级缓存结构；具有64位外接存储器接口，可连接异步或同步的存储器；具有三个可配置的视频接口，可以和视频输入、输出或传输流输入无缝连接；具有多通道音频串行端口(McASP)，便于音频应用开发；10/1OOMbps以太网口，便于网络应用；还具有IIC总线模块、数据管理输入输出模块。因此运算速度快，实时性好。相应地，视频编码/解码的实现采用专用芯片SAA7115/SAA7105H，音频解码的实现采用专用芯片TLV320AIC23，提高了装置的运行效率。

附图说明

图1本发明的结构框图；

图2图像采集模块电路连接图；

图3图像显示模块电路连接图；

图4音频输出模块电路连接图；

图5电源模块设计电路图；

图6路面图像处理流程图。

具体实施方式

参照图1，本装置以数字信号处理器(TMS320DM642)为核心，和视频输入模块、视频输出模块、音频输出模块、电源模块共同构成。其中视频输入模块主要CCD摄像头和SAA7115视频编码器组成；视频输出模块主要由LCD显示器和SAA7105H视频解码器组成；音频输出模块由TLV320AIC23音频解码器和扬声器组成；电源模块由汽车电源和电压变换电路模块组成，电压变换电路由一个三端稳压集成块7805和两块TPS54310PWP芯片组成，其功用是给其他模块提供1.4V和3.3V电压。

视频编码器(SAA7115)、数字信号处理器(TMS320DM642)、音频解码器(TLV320AIC23)和视频解码器(SAA7105H)通过标准IIC总线进行配置连接。CCD摄像头设置在汽车顶部前方正中央，用于采集汽车前方道路图像，CCD摄像头的输出与视频编码器(SAA7115)的输入连接，音频解码器(TLV320AIC23)输出到报警系统(扬声器)，视频解码器(SAA7105H)输出到LCD液晶显示器。首先，CCD摄像头采集的PAL/NTSC制的道路图像数据经过SAA7115视频编码器，将原始的模拟视频信号转换为数字视频信号，然后，以YCrCb4:2:2格式存储到SAA7115片内的SDRAM中，等待下一步处理。最后，存储到SDRAM中的视频数字信号通过数字信号处理器(TMS320DM642)进行处理，一方面，数字信号处理器(TMS320DM642)通过视频编码器SAA7105H将数字视频信号转换成模拟信号输出到LCD液晶显示器；另一方面，数字信号处理器(TMS320DM642)根据道路图像的视频数字信号，判断汽车的偏离车道情况，产生报警信息，通过TLV320AIC23音频解码器，给报警系统一个电压信号，发出报警提示。

参照图2，图像采集模块中，使用的图像采集设备是CCD摄像头，CCD摄像头通RCA型视频插座与芯片SAA7115的AI[21-24]引脚连接。由于CCD摄像头输出的信号为PAL/NTSC制模拟信号，不能被TMS320DM642直接处理，因此选用Philips公司的SAA7115视频编码器来完成图像的数字化以及同步水平和垂直信号的分离。SAA7115的信噪比为10-15dB，在同类产品中视频编码性能好。图像采集模块由视频A/D转换芯片SAA7115及外围电路组成。来自摄像头的视频信号在SAA7115内部经过钳位、抗混叠滤波、A/D转换、YUV分离电路之后，转换成BT.656视频数据流，输入TMS320DM642中。TMS320DM642有三个视频输入端口，设计时把视频端口1用作输入端口，视频端口2用作输出显示端口。捕获端口1通过一个RCA类型的视频插座和4针的S-Video端口连接到视频源。SAA7115可通过TMS320DM642的IIC总线进行编程，并且可以连接所有的主要合成视频标准。TMS320DM642通过IIC总线控制SAA7115的内部寄存器，对视频数据流进行有效的传输。SAA7115有多种功能供用户选择，功能的选定可以通过对寄存器的设置来完成。

在该模块电路中，SAA7115的IPD[7-0]引脚与TMS320DM642的VPID[2-9]引脚相连，为视频数据传输端口；SAA7115的ICLK引脚与TMS320DM642的VPI-CLKO的引脚相连，为线锁定系统时钟端口；VPI-CTLO为水平同步信号端口，VPI-CTLI为垂直同步信号端口，VPI-CTL2为场标志信号端口；SCL、SDA分别为IIC总线控制的串行时钟线和串行数据线端口。

参照图3，图像显示模块中，采用的图像显示设备是LCD液晶显示屏。由于TMS320DM642处理后的图像信号为数字信号，而LCD液晶显示屏的输入信号为PAL/NTSC制模拟信号，所以该系统采用Philips公司的SAA7105H视频解码芯片将数字视频信号解码成NTSC/PAL制式的复合电视信号(CVBS)。该系统中，用TMS320DM642中的端口2来为SAA7105H提供数据信号，数字视频信号数据从TMS320DM642的数据引脚(VP2D[2-9])输出，送到SAA7105H的PD[0-7]引脚上，转换成模拟视频信号。SAA7105H内部有一个可编程的寄存器，通过IIC总线可以对它进行控制设置。

在该模块的电路中，PIXCLKI为SAA7105H的像素时钟输入，与TMS320DM642的VP2-CLKI连接，PIXCLKO为SAA7105H的像素时钟输出，与TMS320DM642的VP2-CLKO连接，输出给视频图像控制器(VGC)。HSVGC、VSVGC、FSVGC为SAA7105H的水平、垂直、场同步信号，分别与TMS320DM642的VP2-CTLO、VP2-CTLI、VP2-CTL2相连，输出给VGC。SCL、SDA为SAA7105H的串行时钟线与串行数据线，分别与TMS320DM642的SCLO与SDAO相连。RED-CR-C-CVBS为SAA7105H的模拟信号输出，输出给LCD显示器，以显示路面信息。

参照图4，音频输出模块中，主要由音频解码器TLV320AIC23及扬声器组成，TMS320DM642的芯片与音频解码器连接。SCLK和SDIN是AIC23控制的移位时钟和数据输入端口，分别与TMS320DM642的IIC模块端口SCL和SDA相连。McASP的收发时钟ACLKRO和ACLKXO由AIC23的串行数据传输时钟BCLK提供，并由AIC23的LRCIN和LRCOUT启动串口发送和接受数据，AXRO和AXRI分别与AIC23的DIN和DOUT相连，从而完成TMS320DM642与TLV320AIC23的通信，并通过IIC总线设置内部寄存器的工作参数和反馈状态信息。

参照图5，电源变换电路中，采用一个三端稳压集成块7805和两块TPS54310PWP的专用电源芯片组成，输入为12V，输出为1.4V和3.3V，分别给TMS320DM642内核和I/O端口供电，产生另外一个3.3V给视频编解码及其它芯片供电。这两个3.3V电源分开设计，避免了电源噪声相互干扰。加电过程中，应当保证内核电源先上电，最晚也应当与I/O电源一起加。关电源时，先关闭内核电源，再关闭I/O电源。供电次序的原因在于：如果仅CPU内核获得供电，周边I/O没有供电，对芯片不会产生损害，只是没有输入/输出能力而已。如果反过来，周边I/O得到供电而CPU内核没有加电，那么芯片缓冲/驱动部分的晶体管将在一个未知状态下工作，这是非常危险的。因此，把1.4V模块的电源输出有效引脚PG连接到3.3V模块的允许电压输入引脚EN。这样，只有当1.4V电压有效之后，3.3V电压才开始上电，这就保证了TMS320DM642的内核电压先于I/O电压上电。设计中采用2片TI公司专为高性能TMS320DM642微处理器的应用而设计的电源芯片TPS54310，分别给TMS320DM642提供CVDD和DVDD电压。

在电路连接上将三端稳压集成块7805的引脚1连接汽车电源，引脚2接地，引脚3接TPS54310的VIN引脚。三端稳压集成块7805的作用就是将12V的汽车电源电压转换成5V电压。TPS54310(a)的PWRGD引脚和TPS54310(b)的SS/ENA引脚相连。当(a)的输出电压高于1.2V时，芯片(b)开始工作；当这个值达到稳定的+1.4v后，PWRGD引脚输出高电平送到芯片(b)的SS/ENA引脚。这就保证了CPU内核的上电时间早于I/O的上电时间。

参照图6，首先，启动并初始化TMS320DM642，设置SAA7115。CCD摄像头采集路面图像，其模拟信号经SAA7115视频编码器由模拟信号转换成数字信号，然后传输给TMS320DM642。在TMS320DM642中进行图像数据处理，首先由彩色图转换成灰度图，然后经过二维FIR滤波处理，以降低噪声干扰，输出信号传给自动阀值分割模块(Auto threshold模块)，利用自动阀值分割法将灰度图像转换成二值图像；输出二值图像传给霍夫变换模块(Houghtransform模块)，霍夫变换模块根据图像空间Hough参数空间的点线对偶性原理，将图像中的每个特征点映射到Hough参数空间的累加矩阵的多个单元(累加器)中，统计各个单元的计数以检测出极值，从而确定是否存在直线(即车道线)，从而完成车道检测。然后将检测出的车道线传输给车道跟踪模块(Lane Tracking模块)，把从当前的视频帧中检测到的车道和之前保存在内存中的车道进行匹配比较，如果当前检测到的车道和内存中保存的车道线具有足够相似的直线参数(在此处设定阀值，当Δp＜0.1时即认为足够相似，其中Δp代表当前检测到的车道线与内存中保存的车道线的斜率的差值)，就会在内存中更新当前车道线的位置。最后将内存中保存的车道线传给霍夫直线变换模块(Hough Lines模块)，将车道线由极坐标转换成直角坐标，并应用这些直角坐标来计算车道线和当前视频帧底界中心线的距离。如果上述的这个距离比我们预先设定的阀值要小，TMS320DM642就会产生一个高电平信号传给TLV320AIC23，经过解码后给扬声器一个电压，从而报警。但此处阀值的设定需要根据安装车辆的车体宽度来设定，安装摄像头位置的车体越宽，上述阀值就越大。由于两侧车道线与当前视频帧底界中心线设定的阀值相等，所以当任何一侧的阀值小于设定的阀值时，装置都会报警；当上述距离大于阀值时，装置不会报警。

Claims (5)

1.一种汽车防偏道报警装置，其特征在于，包括：一个针孔摄像头，设置在汽车前方正中央，采集汽车前方路面图像；一个视频编码器，将所述路面图像的模拟信号转化为数字信号，并进行存储；一个数字信号处理器，处理数字信号格式的路面图像，输出汽车的当前路面信息和偏离车道的报警信息；一个视频解码器，接收汽车的当前路面信息，并转化为模拟信号输出；一个显示屏，接收汽车的当前路面信息的模拟信号，输出路面图像；一个音频解码器，接收报警信息，并转化为模拟信号输出；一个扬声器，接收报警信息的模拟信号，输出报警信号。

2.根据权利要求1所述的一种汽车防偏车道报警装置，其特征在于，所述数字信号处理器采用TMS320DM642芯片。

3.根据权利要求1所述的一种汽车防偏道报警装置，其特征在于，所述视频编码器采用SAA7115芯片。

4.根据权利要求1所述的一种汽车防偏道报警装置，其特征在于，所述视频解码器采用SAA7105H芯片。

5.根据权利要求1所述的一种汽车防偏道报警装置，其特征在于，所述音频解码器采用TLV320AIC23芯片。

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