CN102424016B

CN102424016B - 一种基于机器视觉的汽车前照灯自动控制系统

Info

Publication number: CN102424016B
Application number: CN 201110318196
Authority: CN
Inventors: 王建强; 徐成; 刘徐; 奇杨; 王迪; 李昕晏; 李克强; 曹剑东
Original assignee: Tsinghua University
Current assignee: Tsinghua University
Priority date: 2011-10-19
Filing date: 2011-10-19
Publication date: 2013-11-06
Anticipated expiration: 2031-10-19
Also published as: CN102424016A

Abstract

本发明涉及一种基于机器视觉的汽车前照灯自动控制系统，其特征在于：它包括设置在汽车前部挡风玻璃内侧的摄像头，摄像头通过数据线连接设置在汽车中央控制面板上的DSP控制系统，DSP控制系统输出端连接一三极管，三极管连接一继电器的一个控制端，继电器的另一个控制端连接在汽车电源上，继电器的触点串联在汽车前照灯控制电路中；摄像头实时采集道路两旁的路灯信息和相对方向来车的车灯信息，并将采集的彩色图像发送到DSP控制系统中，DSP控制系统对路灯区域和车灯区域内的像素点进行分析和处理，根据处理结果将控制指令发送给三极管，三极管控制继电器的吸合与断开，以控制汽车在远光灯、近光灯之间切换。本发明可以广泛应用于夜间行驶汽车前照灯的切换控制中。

Description

一种基于机器视觉的汽车前照灯自动控制系统

技术领域

本发明涉及一种汽车前照灯自动控制系统，特别是关于一种用于根据道路两旁的路灯信息和相对方向来车的车灯信息进行自动调节的基于机器视觉的汽车前照灯自动控制系统。

背景技术

汽车夜间行驶时驾驶员需要根据道路光线条件(如有无路灯照明等)和相对方向来车的车灯信息切换使用汽车的远光灯和近光灯，如果在汽车行驶时不能正确的使用远光灯和近光灯不仅违反交通规则而且会危及到相对方向来车和周围行人的安全。现有的汽车前照灯自动控制系统如汽车前照灯自动变换技术、汽车前照灯自适应系统等能够对汽车前照灯进行自动调节，这些现有技术的特点是通过设置在汽车车身侧面以及汽车头部的光敏电阻来感应道路光线条件和相对方向来车车灯信息且通过光敏电阻式光控开关自动控制汽车远光灯和近光灯之间的切换。

但是光敏电阻只能获取光强信息，对于光线来源的识别能力不强，很容易造成错误的判断导致错误的车灯控制操作，比如道路两旁中没有路灯时，如果道路两旁房屋内的灯光(或其它干扰灯光)照射到光敏电阻上，控制系统会识别为有路灯进而控制汽车开近光灯；再比如在道路两旁中无路灯的情况下会车，在即将错车时，识别车灯的光敏电阻会因为光线角度的限制(光敏电阻识别光线的角度如果太大其抗干扰能力会更差)而无法接收到灯光，控制系统认为前方无车进而控制切换为远光灯，这样错误控制汽车前照灯可能会危及周围行人和相对方向来车的安全。另外，现有的汽车前照灯自动控制系统采用简单的电子电路实现对汽车前照灯的控制，由于简单的电子电路无法处理较复杂的环境状况，使得这种控制技术的实用性不高，比如相对方向的来车一直是远光灯时，简单的电子电路是很难自动做出闪灯提醒操作的。

发明内容

针对上述问题，本发明的目的是提供一种能够根据道路两旁的路灯信息和相对方向来车的车灯信息进行自动调节的基于机器视觉的汽车前照灯自动控制系统。

为实现上述目的，本发明采取以下技术方案：一种基于机器视觉的汽车前照灯自动控制系统，其特征在于：它包括设置在汽车前部挡风玻璃内侧的摄像头，所述摄像头通过数据线连接设置在汽车中央控制面板上的DSP控制系统，所述DSP控制系统输出端连接一三极管，所述三极管连接一继电器的一个控制端，所述继电器的另一个控制端连接在汽车电源上，所述继电器的触点串联在汽车前照灯控制电路中；所述摄像头实时采集道路两旁的路灯信息和相对方向来车的车灯信息，并将采集的彩色图像发送到所述DSP控制系统中，所述DSP控制系统对路灯区域和车灯区域内的像素点进行分析和处理，根据处理结果将控制指令发送给所述三极管，所述三极管控制所述继电器的吸合与断开，以控制汽车在远光灯、近光灯之间切换。

所述DSP控制系统包括图像转换模块，图像分析和处理模块，以及信号输出模块；所述图像转换模块将获得的彩色图像经二值化分析处理后转换为灰度图像并将灰色图像发送至所述图像分析和处理模块，所述图像分析和处理模块通过对灰度图像的路灯区域和车灯区域灰度值大于阈值的像素点占相对应区域的像素点的比例值，进行判断，将得到的判断结果发送到所述信号输出模块，由所述信号输出模块将判断结果发送到所述三极管上。

所述三极管的基极连接所述DSP控制系统的输出端，所述三极管的发射极接地，所述三极管的集电极与所述继电器的一个控制端串联。

所述路灯区域分为左侧路灯区域和右侧路灯区域。

本发明由于采取以上技术方案，其具有以下优点：1、本发明由于在汽车前部挡风玻璃内侧最上方中间位置设置有一摄像头，通过对摄像头安装的角度和位置进行调节，可以准确采集道路两旁路灯的信息和相对方向来车的车灯信息的图像，因此不容易受到干扰光线和照射角度的限制，抗干扰能力强。2、本发明由于在中央控制面板内设置有一DSP控制系统，DSP控制系统内设置有图像转换模块、图像分析和处理模块及信号输出模块对采集的路灯区域和车灯区域的图像进行分析和处理，而且如果相对方向的来车一直为远光灯时，DSP控制系统可以切换使用近光灯和远光灯一次，以此作为闪灯提醒相对方向来车将车灯切换为近光灯，因此能够实现丰富的车灯控制策略。3、本发明由于采用的三极管的一端连接DSP控制系统的输出端，另一端连接继电器，而且由于继电器的触点串联在汽车的前照灯控制电路中，因此DSP控制系统可以很方便的通过三极管控制继电器的吸合与断开，进而控制汽车的远光灯、近光灯之间的切换，有效保证夜间行人和行车的安全。本发明还可以利用DSP控制系统的其它接口与其它车用智能控制系统集成在一起，从而节省总体成本，因此可以广泛应用于夜间行驶汽车前照灯的切换控制中。

附图说明

图1是本发明整体流程图；

图2是本发明灰度图像中的区域划分示意图；

图3是本发明实施例中控制汽车前照灯的流程图。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明进行详细的描述。

如图1所示，本发明包括设置在汽车前部挡风玻璃内侧上方中间位置的摄像头1，摄像头1实时采集道路两旁的路灯信息和相对方向来车的车灯信息并将采集的彩色图像通过数据线发送到设置在汽车中央控制面板内的DSP控制系统2中。DSP控制系统2对路灯区域和车灯区域内的像素点进行分析和处理，并将最终结果发送给三极管3，三极管3与继电器4的一个控制端串联，继电器4的另一个控制端连接在汽车电源上，继电器4的触点串联在汽车前照灯控制电路中。DSP控制系统2通过三极管3控制继电器3的吸合与断开，进而控制汽车在远光灯、近光灯之间切换。

上述实施例中，三级管3的基极连接DSP控制系统2的输出端，三极管3的发射极接地，三极管3的集电极与继电器4的一个控制端串联。

上述各实施例中，DSP控制系统2包括图像转换模块21，图像分析和处理模块22及信号输出模块23，其中，图像转换模块21将获得的彩色图像经二值化分析处理后转换为灰度图像并将灰色图像发送至图像分析和处理模块22，图像分析和处理模块22对灰度图像的路灯区域和车灯区域的像素点进行分析和处理，将处理的结果发送到信号输出模块23，信号输出模块23将最终结果的控制信号发送给三极管3。

如图3所示，上述各实施例中，为了更加准确地识别灯光信息，进一步提高检测的实时性，根据道路两旁路灯信息和相对方向来车的车灯信息，本发明将采集的图像进行区域划分，将道路两旁路灯信息的区域划分路灯区域，路灯区域分为左侧路灯区域和右侧路灯区域，将相对方向来车的车灯信息划分为车灯区域，具体的划分方法可以根据实际采集的图像，以图像中某一点作为坐标原点，提取图像中对应的显示路灯信息和车灯信息的像素点的横、纵坐标值的极值进而确定出路灯区域和车灯区域，也可以通过计算图像的比例来划分路灯区域和车灯区域，例如实际采集到的图像中与图像左边缘距离占图像总长7/32、与图像上边缘距离为0的，长占图像总长的1/16、宽占图像总宽的7/80的矩形区域为左侧路灯区域，与图像右边缘距离占图像总长33/320、与图像上边缘距离为0的，长占图像总长21/320、宽占图像总宽7/32的矩形区域为右侧路灯区域，与图像左边缘距离占图像总长27/64、与图像上边缘距离占图像总宽11/24的，边长占图像总长5/32的正方形区域为相对方向来车的车灯区域。

上述各实施例中，本发明的摄像头1在安装时要根据具体的情况对摄像头1的分辨率、安装位置和安装角度进行调整。

上述各实施例中，中央控制面板可以是汽车仪表盘、空调等所在的面板。

本发明以试验车型为捷达轿车，相对方向来车为英菲尼迪为实施例进一步说明上述过程：

将摄像头1安装在捷达轿车挡风玻璃内侧汽车对称线上，摄像头1距地面高度为127cm，向左偏向0°，俯视角为4°，摄像头1实时采集捷达轿车行驶过程中道路两旁的路灯信息和相对方向来车的车灯信息，将采集的视频分辨率为640×480、29帧/秒的彩色图像发送到DSP控制系统2，DSP控制系统2的图像转换模块21将接收到的彩色图像转化成8位的灰度图像，灰度值的大小为0～255。根据具体的行驶情况，将灰度图像左上角设为坐标原点，将横坐标为139～179，纵坐标为0～42以及横坐标为532～574、纵坐标为0～42的区域划分为路灯区域，横坐标为270～369、纵坐标为220～319的区域划分为车灯区域。

如果在5秒左右的时间内，某一灰度图像在路灯区域的任一块区域内的灰度值超过230的像素点占相对应的某一路灯区域总像素点的比例值大于40％，图像分析与处理模块22则判断道路两旁有路灯存在，信号输出模块23发送控制信号到三极管3上，进而通过继电器4控制捷达轿车开近光灯；如果在5秒左右的时间内，路灯区域中任一块区域内的灰度值超过230的像素点占相对应的某一路灯区域总像素点的比例值不大于40％，则判断道路两边没有路灯，同时，图像分析与处理模块22开始检测车灯区域，统计车灯区域内灰度值大于180的像素点占车灯区域所有像素点的比例值，如果此比例值大于10％而小于75％，则判断相对方向是有来车，且英菲尼迪的车灯为近光灯，信号输出模块23发送控制信号控制捷达轿车开近光灯；如果连续2秒左右的时间内上述比例值不大于10％判断相对方向无车，信号输出模块23发送控制信号控制捷达轿车切换为远光灯；如果上述比例值大于等于75％，判断相对方向有来车，且英菲尼迪的车灯为远光灯，信号输出模块23发送控制信号控制捷达轿车开近光灯；如果连续2秒内英菲尼迪的车灯一直为远光灯，信号输出模块23发送控制信号控制捷达轿车切换为远光灯大约2秒然后切换为近光灯一次以此作为闪灯提醒相对方向的英菲尼迪的车灯切换为近光灯。

上述实施例中，所有阈值的取值都是通过实验得到，根据实际情况，可对阈值进行调整。例如路灯亮度的阈值可以在180～255范围内选取，路灯区域亮度超过设定阈值的像素点数量占该区域像素点总数量的比例阈值可以在30％～100％范围内选取。同样道理，可以调整车灯区域内亮度的阈值在150～210范围内，车灯区域判断比例阈值10％和75％分别可以在5％～15％与50％～80％范围内选取。

上述各实施例中，由于相邻路灯一般最远的距离约为50m左右，如果道路两旁有路灯，假设捷达汽车低速行驶如10m/s时，在路灯区域的时间间隔约为5s，本发明的实施例中可以采用5s作为检测路灯区域的时间间隔，这样可以保证对路灯区域检测的准确性，但是实际操作中可以设置更短的检测时间，以使系统更具实用性。

上述各实施例仅用于说明本发明，其中各部件的结构、连接方式和实施过程等都是可以有所变化的，凡是在本发明技术方案的基础上进行的等同变换和改进，均不应排除在本发明的保护范围之外。

Claims

1.一种基于机器视觉的汽车前照灯自动控制系统，它包括设置在汽车前部挡风玻璃内侧的摄像头，所述摄像头通过数据线连接设置在汽车中央控制面板上的DSP控制系统，其特征在于：所述DSP控制系统输出端连接一三极管，所述三极管连接一继电器的一个控制端，所述继电器的另一个控制端连接在汽车电源上，所述继电器的触点串联在汽车前照灯控制电路中；所述摄像头实时采集道路两旁的路灯信息和相对方向来车的车灯信息，并将采集的彩色图像发送到所述DSP控制系统中，所述DSP控制系统对路灯区域和车灯区域内的像素点进行分析和处理，根据处理结果将控制指令发送给所述三极管，所述三极管控制所述继电器的吸合与断开，以控制汽车在远光灯、近光灯之间切换；

所述DSP控制系统包括图像转换模块，图像分析和处理模块，以及信号输出模块；所述图像转换模块将获得的彩色图像经二值化分析处理后转换为灰度图像并将灰度图像发送至所述图像分析和处理模块，所述图像分析与处理模块通过对灰度图像在路灯区域的任一块区域内的灰度值大于阈值的像素点占相应区域的像素点的比例值进行判断，如果判断道路两旁有路灯存在时，所述信号输出模块控制自车开启近光灯；如果判断道路两边没有路灯时，所述图像分析与处理模块开始检测车灯区域，通过对灰度图像在车灯区域的灰度值大于阈值的像素点占车灯区域的像素点的比例值进行判断，如果判断相对方向有来车，且来车的车灯为近光灯，所述信号输出模块发送控制信号控制自车开启近光灯；如果判断相对方向无来车，所述信号输出模块发送控制信号控制自车切换为远光灯；如果判断相对方向有来车，且来车的车灯为远光灯，所述信号输出模块发送控制信号控制自车开启近光灯；如果设定时间内来车的车灯一直为远光灯，所述信号输出模块发送控制信号控制自车切换为远光灯然后切换为近光灯一次以此作为闪灯提醒相对方向来车的车灯切换为近光灯。

2.如权利要求1所述的一种基于机器视觉的汽车前照灯自动控制系统，其特征在于：所述三极管的基极连接所述DSP控制系统的输出端，所述三极管的发射极接地，所述三极管的集电极与所述继电器的一个控制端串联。

3.如权利要求1或2所述的一种基于机器视觉的汽车前照灯自动控制系统，其特征在于：所述路灯区域分为左侧路灯区域和右侧路灯区域。