CN102431552B - 一种基于双目立体视觉的车辆后方防撞安全预警装置 - Google Patents

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Abstract

一种基于双目立体视觉的车辆后方防撞安全预警装置，该装置由5部分组成；车速传感器选用磁电式车速传感器，图像采集模块包括有镜头R、镜头L、COMS图像传感器R、COMS图像传感器L和支架；图像采集模块安装在车厢内的车顶后方；预警模块包括预警信号灯驱动模块、防追尾预警信号灯和并道预警信号灯；控制器模块包括有实时数字信号处理器、数据存储器、程序存储器、电源和外围通信电路；车速传感器将检测出的信号Vf和T传递给控制器模块；图像采集模块将采集的信号图像IR和IL传递给控制器模块；控制器模块处理所述信号Vf、T、IR和IL后产生预警灯控制信号I，并通过防追尾预警信号灯和并道预警信号灯分别向后车驾驶员和本车驾驶员发布防撞预警信息。

Description

一种基于双目立体视觉的车辆后方防撞安全预警装置
【技术领域】
本发明涉及一种车辆行驶安全预警系统，更特别地说，是指一种基于双目立体视觉的车辆后方防撞安全预警装置。
【背景技术】
提高交通安全和效率一直是汽车行业关注的热点问题。防止车辆追尾和并道碰撞事故一直是车辆后方防撞安全预警装置的重点工作任务。目前该类装置普遍采用雷达、激光或红外线探测作为车辆后方防撞的传感器，通过检测车辆的相对速度、加速度、距离对追尾和并道的危险性进行预警。
然而采用该类主动型传感器的车辆后方防撞安全预警装置无法区别车辆与其他障碍物(路障、道路栏杆、绿化带等)，故而误报警率高；该类装置当车辆行驶在弯道、车道宽度变化路段或车辆不居中行驶等情况下，往往不能有效进行并道安全和防追尾预警；该类装置一般不能同时对车辆后方多个目标车辆进行实时监测，故而防撞预警能力有限；该类装置在并道安全预警时，一般仅将并入车道某预设范围是否有车作为报警的唯一依据，并未考虑车辆间相对车速、加速度和位置关系，因此是以牺牲交通通行效率来获得并道安全预警，且不能有效减少驾驶员的驾驶强度；该类装置在防追尾预警时，仅根据车辆间相对距离、加速度或速度等门限值来判断报警，没有针对不同行驶工况计算最佳安全车距，因而交通通行效率低，误报警率高，显然有待改进。
【发明内容】
发明目的：
本发明的目的是通过双目立体视觉技术实现车辆防追尾和并道防撞预警，该预警装置通过车速传感器测得本车的车速，同时通过双目立体摄像机采集本车后方车辆(包括本车道车辆和相邻车道跟驰车辆)的状态信息和车道线信息，经过进一步处理获得后方车辆相对本车的距离、速度和位置，并结合车辆运动学模型的安全距离模型实时对车辆后方安全状况进行监控，分别以防追尾和并道预警信号灯，警示后车驾驶者保持安全车距和本车驾驶者注意并道安全。
技术方案：
本发明涉及一种基于双目机器视觉的车辆后方防撞安全预警装置，该装置由车速传感器(5)、转向信号开关(4)、图像采集模块(2)、预警模块(1)和控制器模块(3)组成。
所述车速传感器(5)选用磁电式车速传感器，安装在车轮的车轮驱动轴上，与控制器模块(3)连接，将检测出的车速信号Vf传递给控制器模块(3)；
所述转向信号开关(4)选用普通汽车用转向灯开关，安装在方向盘底座上，与控制器模块(3)连接，将检测出的汽车转向信号T传递给控制器模块(3)；
所述图像采集模块(2)包括有镜头R(10)、镜头L(12)、COMS图像传感器R(9)、COMS图像传感器L(11)和支架(26)；镜头R(10)和COMS图像传感器R(9)连接，然后固定在支架(26)的右端；镜头L(12)和COMS图像传感器L(11)连接，然后固定在支架(26)的左端；图像采集模块(2)通过支架(26)安装在车厢内的车顶后方；
该镜头R(10)将检测到的图像信号R’传递给COMS图像传感器R(9)；该COMS图像传感器R(9)安装在镜头R(10)的后部，与控制器模块(3)连接，将转化后的图像信号IR传递给控制器模块(3)，并受到控制器模块(3)的总线I2C控制曝光时间、增益等；该镜头L(12)将检测到的图像信号L’传递给COMS图像传感器L(11)；该COMS图像传感器L(11)安装在镜头L(12)的后部，与控制器模块(3)连接，将转化后的图像信号IR传递给控制器模块(3)，并受到控制器模块(3)的总线I2C控制曝光时间、增益等；
其中，该镜头R(10)和镜头L(12)均选用WOKA公司的LM4NCL型号镜头；
其中，该COMS图像传感器R(9)和COMS图像传感器L(11)均选用MICRON公司的CMOS图像传感器MT9T001；
该支架(26)包括有摄像机L型安装支架(22)、摄像机中间连接支架(23)、摄像机顶部安装支架(24)和紧固螺栓和螺母(25)；该摄像机L型安装支架(22)用于固定镜头R(10)、镜头L(12)、COMS图像传感器R(9)和COMS图像传感器L(11)，并设计了多组安装孔，可调节基线长度以适应不同探测距离的要求；该摄像机中间连接支架(23)用于连接摄像机L型安装支架(22)和摄像机顶部安装支架(24)；该摄像机顶部安装支架(24)通过螺栓与车厢内车顶后部连接；该紧固螺栓和螺母(25)调节图像采集模块(2)的俯仰角以适应不同探测距离的要求；
该预警模块(1)包括预警信号灯驱动模块(6)、防追尾预警信号灯(7)和并道预警信号灯(8)；该预警信号灯驱动模块(6)分别与控制器模块(3)、防追尾预警信号灯(7)和并道预警信号灯(8)连接，该预警信号灯驱动模块(6)接收控制器模块(3)发出的预警控制信号I，并驱动防追尾预警信号灯(7)和并道预警信号灯(8)分别发出防追尾预警灯光和并道安全预警灯光，警示后车驾驶员和本车驾驶员注意安全；该防追尾预警信号灯(7)对现有汽车的高位刹车灯进行改造，向后车驾驶者产生防追尾预警灯光，在危险时提示注意保持跟车距离；该并道预警信号灯(8)分别安装在车辆左、右侧视镜上，向本车驾驶者产生并道安全预警灯光，在危险时提示注意并道安全；
其中，该预警信号灯驱动模块(6)分别选用了Motorola公司的4N25型光耦、AUK公司的S9013型三极管；
所述控制器模块(3)包括有实时数字信号处理器(17)、数据存储器(13)、程序存储器(14)、电源(15)和外围通信电路(16)；该实时数字信号处理器(17)分别与数据存储器(13)、程序存储器(14)、电源(15)和外围通信电路(16)连接，通过处理车速传感器(5)的车速信号Vf、转向信号开关(4)的转向信号(T)及图像采集模块(2)的信图像号IR和信图像号IL，来控制预警模块(1)发布预警信息和控制图像采集模块(2)采集图像信息；
其中，该实时数字信号处理器(17)选用TI公司的TMS320DM642DSP芯片；
该控制器模块(3)通过实时处理图像信息，获得本车后方的道路信息和后车速度、距离信息等，针对直道弯道不同道路情况，根据本发明设计的安全距离判断本车后方的安全状况，相应发布预警信号；
所述车速传感器(5)将检测出的车速信号Vf传递给控制器模块(3)；转向信号开关(4)将检测出的汽车转向信号T传递给控制器模块(3)；所述图像采集模块(2)将采集的图像信号IR和图像信号IL传递给控制器模块(3)；控制器模块(3)处理所述车速信号Vf、汽车转向信号T、图像信号IR和图像信号IL后产生预警灯控制信号I，并通过防追尾预警信号灯(7)和并道预警信号灯(8)分别向后车驾驶员和本车驾驶员发布防撞预警信息。
本发明优点及功效在于：
本发明基于双目立体视觉的车辆后方防撞安全预警装置优点在于：(1)本装置采用双目立体视觉技术能通过视觉处理有效识别车辆和道路，可以有效解决毫米波、激光和声波雷达等主动型传感器的固有探测局限——无法区别车辆与其他障碍物(路障、道路栏杆、绿化带等)——显著降低误报警率；(2)本装置采用双目立体视觉测距可以有效解决单目视觉测距精度不足；(3)本装置可同时对车辆后方多个目标车辆进行实时监测，提高车辆后方跟驰安全；(4)本装置为本车驾驶员提供(包括并道危险信号、安全并道时机提示等)，能有效减少并道危险和驾驶员驾驶强度；(5)本装置的安全并道预警模块通过双目立体视觉实时获得后方车辆的相对位置、车速并结合本车运动模型，比传统并道预警系统仅判断将并入车道某预设范围是否有车作为唯一报警依据更为智能化，能有效提高交通通行效率，降低误报警率；(6)本装置的防追尾模块能够根据本车与后车之间的车距变化情况，智能计算和预报出不同行驶工况下的最佳安全车距，能有效提高交通通行效率，降低误报警率；(7)本装置采用的双目立体视觉技术识别车道线，在车辆行驶在弯道、车道宽度变化路段或车辆不居中行驶等情况下，也能有效进行并道安全和防追尾预警。
【附图说明】
图1是本发明控制系统在车辆上的布局示意图。
图2双目立体摄像机安装结构示意图。
图3是本发明控制器的结构框图。
图4是DSP外部和终端接口电路原理图。
图5是DSP程序存储器电路原理图。
图6是DSP电源电路原理图。
图7是DSP数据存储器电路原理图。
图8A是DSP异步通信控制器电路原理图。
图8B是DSP串口通信驱动器电路原理图。
图8C是DSP串口通信接口电路原理图。
图9A是DSP与两个图像采集模块的连接电路原理图。
图9B是左图像采集模块的电路原理图。
图9C是右图像采集模块的电路原理图。
图10A是向左并道预警信号灯驱动电路原理图。
图10B是向右并道预警信号灯驱动电路原理图。
图10C是防追尾预警信号灯驱动电路原理图。
图11是防追尾安全距离示意图。
图12是并道过程示意图。
图13是弯道线性简化示意图。
图14是控制流程示意图。
图15是防追尾预警程序流程图。
图16是并道安全预警程序流程图。
图中序号、符号说明如下：
1、预警模块；           2、图像采集模块；       3、控制器模块；
4、转向信号开关；       5、车速传感器；         6、预警信号灯驱动模块；
7、防追尾预警信号灯；   8、并道预警信号灯；     9、COMS图像传感器R；
10、镜头R；             11、COMS图像传感器L；   12、镜头L；
13、数据存储器；        14、程序存储器；        15、电源；
16、外围通信电路；      17、实时数字信号处理器；18、侧视镜；
19、方向盘；            20、车体；              21、后车窗；
22、摄像机L型安装支架； 23、摄像机中间连接支架；
24、摄像机顶部安装支架；25、紧固螺栓和螺母；    26、支架。
【具体实施方式】
下面结合附图对本发明做进一步的详细说明。
参见图1所示，本发明一种基于双目机器视觉的车辆后方防撞安全预警装置，其由车速传感器5、转向信号开关4、图像采集模块2、预警模块1和控制器模块3组成。
在现有汽车的任意一个车轮的车轮驱动轴上安装车速传感器5，将检测出得车速信号Vf传递给控制器模块3。在汽车方向盘底座上安装转向灯开关4，将检测出得汽车转向信号T传递给控制器模块3。在车厢内的车顶后方安装图像采集模块2，将转化后的图像信号IR和IL传递给控制器模块3。防追尾预警信号灯7在原车高位刹车灯基础上改造，由预警信号灯驱动模块控制。并道预警信号灯8选用普通高亮LED灯，分别安装在左右侧视镜18上，分别向后车驾驶员和本车驾驶员发布防撞预警信息。
参见图2所示，双目立体摄像机安装结构由摄像机L型安装支架22、摄像机中间连接支架23、紧固螺栓和螺母25和摄像机顶部安装支架24组成。镜头R10和CMOS图像传感器R9、镜头L12和COMS图像传感器L11分别固定在摄像机L型安装支架22。且摄像机L型安装支架22上设计了多个安装孔，方便于调整双目立体摄像机的基线。摄像机中间连接支架23和摄像机L型安装支架22螺栓连接。摄像机顶部安装支架24上部与车厢内靠近后车窗的车顶固定连接；摄像机顶部安装支架24下部通过紧固螺栓和螺母25与摄像机中间连接支架23连接，摄像机顶部安装支架24和摄像机中间连接支架23连接角度设计为可调的，便于调整双目立体摄像机的俯仰角。
参见图3所示，所述车速传感器5将检测出得车速信号Vf传递给控制器模块4；转向信号开关4将检测出得汽车转向信号T传递给控制器模块3；所述图像采集模块2将采集的图像信号IR和IL传递给控制器模块3；控制器模块3处理上述处理信号Vf、T、IR和IL后产生预警灯控制信号I，并通过防追尾预警信号灯7和并道预警信号灯8分别向后车驾驶员和本车驾驶员发布防撞预警信息。
图4所示为DSP外部和终端接口电路原理图，实时信号处理器(TMS320DM642 DSP)U10的ED0～ED31端依次通过排阻与数据存储芯片(MT48LC4M32B2)U1的DQ0～DQ31端连接，ARDY端、HOLD#端分别通过电阻与VCC3.3连接，GP08端与转向信号开关连接并采集转向信号，GP09端与车速传感器连接并采集车速信号，GP10端与预警信号灯驱动模块连接发布并道安全预警灯光，GP11端与预警信号灯驱动模块连接发布防追尾预警灯光，EA03端～EA22端依次通过排阻与程序存储芯片(AM29LV033C)U4的A0～A19端连接，CE0#端与U1的端连接，CE1#端与U4的端连接，CE2#端和CE3#端分别与UART收发芯片(TL16C752B)U6的和连接，SDRAS#/AOE#端、SDCAS#/AWE#端和SDWE#/AWE#端分别与U1的端、端和端连接，GP01端和GP02端分别与U4的A20端和A21端连接，TEXTINT6和TEXTINT7端分别与U6的INTA和INTB端连接，ECLKPUT 1端与U 1的CLK端连接，CLKMODE0端分辨通过电阻与VCC3.3和地连接。
图5所示为DSP程序存储器电路原理图，程序存储器(AM29LV033C)U4的ACC端通过电阻与VCC3.3连接，端和端与U10的SDCAS#/AWE#端和SDRAS#/AOE#端连接，A20和A21端分别与U10的GP01端和GP02端连接，A0端～A19端分别通过电阻与U10的EA03端～EA22端连接，VCC1端和VCC2均与VCC3.3连接并通过并联的电容C5和C6与地连接，DQ0端～DQ7端分别与U6的D0端～D7端连接，VSS1端和VSS2端分别与地连接。
图6所示为DSP电源电路原理图，稳压芯片(L7805)U3将车载蓄电池12v电压转化为5v电压，IN端与12v连接，IN端通过电容C3与地连接，GND端与地连接，OUT端与5v连接，OUT端通过电容C4与地连接。稳压芯片(LM1117-3.3)U2将5v电压转化为3.3v电压，IN端与5v连接，IN端通过电容C1与地连接，GND端与地连接，OUT端与3.3v连接，OUT端通过电容C2与地连接。电压监测芯片(TPS54310PWP)U7将3.3v转化为1.4v并对3.3v和1.4v电压进行监测，PGND1端通过电容C9与VCC3.3连接，PGND2端和PGND3端分别与地连接，VIN1端、VIN2端和VIN3端连接后通过电感L1与VCC3.3连接，VIN1端、VIN2端和VIN3端连接后分别通过电容C35、C10和PGND1端连接，VBIAS端通过电容C7与地连接，SS/ENA端通过电容C8与地连接，RT端通过电阻R7与地连接，PH1端～PH5端连接后与电感L6连接在经电容C36与地连接，PH1端～PH5端连接后与电感L6连接在经电容C19与地连接，PH1端～PH5端连接后与电感L6连接在经电容C37与地连接，PH1端～PH5端连接后经电感L6与CVDD1.4V端连接，BOOT端经电容C13与电感L6一端连接，PWRGD端与VCC3.3连接，PWRGD端与DVDD3.3V端连接，DVDD3.3V端经二极管D1与DVDD1.4V端连接，COMP端经电容C12和电阻R6与地连接，COMP端经电阻R8、电容C17和电阻R6与地连接，VSENSE端经电阻R11与CVDD1.4V端连接，VSENSE端经电容C18和电阻R10与CVDD1.4V端连接，电容C18的一端与电容C12的一端连接，AGND端与地连接。
图7所示为DSP数据存储器电路原理图，数据存储器(MT48LC4M32B2)U1的所有VddQ端和Vdd端均与VCC3.3连接，端与U10的SDWE#/AWE#端连接，端与U10的SDCAS#/AWE#端连接，端与U10的SDRAS#/AOE#端连接，端与U10的CE0#端连接，CLK端与U10的ECLKPUT1端连接，A0端～A11端、BA0端和BA1端与U10的EA03端～EA16端连接，所有VssQ端均与地连接，所有Vss端均与地连接，DQ0端～DQ31端分别与U10的ED0端～ED31端连接。
图8A、图8B和图8C所示分别为DSP异步通信控制器电路原理图、DSP串口通信驱动器电路原理图和DSP串口通信接口电路原理图，它们组成了DSP串口通信电路。参见图8A、图8B和图8C所示，芯片(TL16C752B)U6实现DSP和PC机的串行通信，端、端、端和端分别与U10的SDWE#/AWE#端、SDCAS#/AWE#端、CE3#端和CE2#端连接，A0端～A2端分别与U10的EA3端～EA5端连接，D0端～D7端分别与U10ED0端～ED7端连接，GND端与地连接，VCC端分别经电容C15、C16与地连接，VCC端与VCC3.3端连接，XTAL1端经电阻R21与晶振U11的OUT端连接，INTB端和INTA端分别与U10的EXTINT6端和EXTINT7端连接，端、端、端、端、端、端、TXA端和RXA端分别与芯片U9的ROUT5端、DIN1端、DIN3端、ROUT2端、ROUT1端、ROUT3端、DIN2端和ROUT4端。
晶振U11的OUT端与电阻R21一端连接，VCC端与3.3v连接，GND端与地连接。芯片U9的C2+端经电容C39与C2-端连接，V-端经电容C38与地连接，RIN1端～RIN5端和OUT1端～OUT3端分别与串口J1的9端、8端、2端、6端、1端、4端、3端、7端，J1的5端与地连接。C1+端经电容C41与C1-端连接，V+端经电容C42与地连接，VCC端与VCC3.3连接，GND端经电容C40与VCC3.3连接，FORCEON端与VCC3.3连接，FORCEOFF端与地连接，ROUT5端、DIN1端、DIN3端、ROUT2端、ROUT1端、ROUT3端、DIN2端和ROUT4端分别与U6的端、端、端、端、端、端、TXA端和RXA端连接。
图9A、9B和9C所示分别为DSP与两个图像采集模块的连接电路原理图、左图像采集模块的电路原理图和右图像采集模块的电路原理图。参见图9A、9B和9C所示，U10为实时信号处理器(TMS320DM642DSP)，U17为2通道的I2C多路复用器(PCA9540)，U13和U14均为图像采集芯片(MT9T001)，U15和U16均为48MHz晶振。U10的VP1-CLK0端和VP1-CTL0端与U13的PIX_CLK端和L_VAL端连接，SCL端和SDA端与U17的SCL端和SDA端连接，VP0-CLK0端和VP0-CTL0端与U14的PIX_CLK端和L_VAL端连接，VP0-D00端～VP0-D09端分别和U 14的DOUT0端～DOUT9端连接，VP1-D00端～VP1-D09端分别和U13的DOUT0端～DOUT9端连接。U14的AGND1端～AGND5端分别与地连接，VAA1端、VAA端和VAAPIX端连接后分别经电容C28和C30与地连接，电容C28的一端与VCC3.3连接，DGND1端～DGND3端和DGND端分别与地连接，VDD2端、VDD1端和VDD端分别与VCC3.3连接，SDATA端和SCLK端分别与U17的SD0端连接SC0端连接，STANDBY端和OE端分别与地连接，CLK_IN端经电阻R20与晶振U16的OUT端连接，PIX_CLK端和L_VAL端分别与U 10的VP0-CLK0端和VP0-CTL0端连接，DOUT0端～DOUT9端分别与U10的VP0-D00端～VP0-D09端连接。U16的OUT端经电阻R20与U14的CLK_IN端连接，VCC端经电感L5与VCC3.3连接，GND端与地连接，GND端分别经电容C32和C34与电感L5的一端连接。U13的AGND1端～AGND5端分别与地连接，VAA1端、VAA端和VAAPIX端连接后分别经电容C27和C329与地连接，电容C27的一端与VCC3.3连接，DGND1端～DGND3端和DGND端分别与地连接，VDD2端、VDD1端和VDD端分别与VCC3.3连接，SDATA端和SCLK端分别与U17的SD1端连接SC1端连接，STANDBY端和OE端分别与地连接，CLK_IN端经电阻R19与晶振U15的OUT端连接，PIX_CLK端和L_VAL端分别与U10的VP1-CLK0端和VP1-CTL0端连接，DOUT0端～DOUT9端分别与U10的VP1-D00端～VP1-D09端连接。U15的OUT端经电阻R19与U13的CLK_IN端连接，VCC端经电感L4与VCC3.3连接，GND端与地连接，GND端分别经电容C31和C33与电感L4的一端连接。
图10A、10B和10C所示分别为向左并道预警信号灯驱动电路原理图、向右并道预警信号灯驱动电路原理图和防追尾预警信号灯驱动电路原理图，它们组成了预警信号灯驱动模块电路。参见10A、10B和10C所示，U40、U41和U42均为光耦(4N23)。U40的AN端与VCC3.3连接，CA端与三极管Q10的集电极连接，C端与5v连接，E端经电阻R53和左并道安全预警灯与地连接。三极管Q10的集电极与U40的CA端连接，基极经电阻R50与并道安全预警信号连接，基极经电阻R51与地连接，发射极经电阻R52与地连接。U41的AN端与VCC3.3连接，CA端与三极管Q11的集电极连接，C端与5v连接，E端经电阻R57和右并道安全预警灯与地连接。三极管Q11的集电极与U41的CA端连接，基极经电阻R54与并道安全预警信号连接，基极经电阻R55与地连接，发射极经电阻R56与地连接。U42的AN端与VCC3.3连接，CA端与三极管Q12的集电极连接，C端与12v连接，E端经电阻R61和防追尾预警灯与地连接。三极管Q12的集电极与U42的CA端连接，基极经电阻R58与防追尾预警信号连接，基极经电阻R59与地连接，发射极经电阻R60与地连接。
在实际道路上，后车B为了避免与本车A发生追尾事故，需要与本车A保持一定的车距D，该车距D的最小值就是安全距离DS。参见图11所示为防追尾安全距离模型的示意图，DS为两车的安全距离；Sf为前车的制动距离；Sr为后车的制动距离；ΔS为制动完成时两车之间的距离，一般取2～3米。因此本发明设定安全距离Ds＝Sr-Sf+ΔS。当本车匀速或加速行驶时，安全距离设定为Ds＝(Vr-Vf)(T1+T2/2)+(Vr-Vf)2/2Ar+ΔS。Vr为后车速度；Vf为本车速度；T1为后车驾驶员反应及动作时间，一般取0.5～2s；T2为后车减速度线性增长时间；Ar为后车制动减速度；ΔS为制动完成时两车之间的距离，本发明取2m。当本车减速行驶时，安全距离设定为Ds＝Vr(T1+T2/2)-Vf T2/2+Vr 2/2Ar-Vf 2/2Af+ΔS。Af本车加速度。
在实际道路上，本车A安全并道需要保持的最小并道距离为并道安全距离。图12所示为并道过程示意图。本车A并道时，车辆实际行驶出一条类似S型的曲线，其沿道路纵向分量为Lx，沿道路横向分量为Ly。驾驶员以较低车速并道时，会打较大的方向盘转角；而驾驶员以较高车速并道时，会打较小的方向盘转角。可见，车辆并道时沿道路横向移动Ly距离所用时间基本恒定为T，车辆并道时沿道路纵向移动Lx距离只于车速Vf相关。因此，本车A并道安全距离需满足M+Lx-Lr＞Ds。其中M为本车A并道前与后车B沿道路纵向实际保持的车距；Lx为本车A并道过程中沿道路纵向行驶的距离，Lx＝VfT；Lr为本车A并道过程中后车B行驶的距离，Lr＝VrT。
图14所示为控制程序流程。首先系统初始化，采集本车的车速信号Vf和转向信号T；接着图像采集模块2采集图像信号IR和IL；控制器模块3识别出车道线信息，判断出是直道还是弯道；若为直道，则直道车距为D；若为弯道，控制器模块3对弯道车道线进行线性简化，则弯道车距为D’＝S1+S2+S3+…+Sn，将弯道用直线段近似，简化计算量，简化方式参见图13所示；然后控制器模块3识别出本车道和相邻车道后方车辆；控制器模块3计算后方车辆的相对距离、绝对车速、加速度；最后分别根据防追尾和并道安全距离对后车驾驶员和本车驾驶员发布防追尾和并道安全预警信息。
图15所示为防追尾预警程序流程图。首先，系统初始化；接着，判断本车速度Vf是否大于预设值，如果是则进入下一步，否则返回程序开始；然后，判断当前本车是否行驶在直道上，如果是则进入直道防追尾预警程序，否者进入弯道防追尾预警程序；在直道防追尾预警程序中，首先判断本车加速度Af是否大于或等于零，如果是则进入匀速和加速工况，安全距离为Ds＝(Vr-Vf)(T1+T2/2)+(Vr-Vf)2/2Ar+ΔS，然后判断实际直道车距D是否小于安全距离Ds，如果是则发布防追尾报警，否者继续判断；判断本车加速度Af是否大于或等于零，如果否者进入减速工况，安全距离为Ds＝Vr(T1+T2/2)-Vf T2/2+Vr 2/2Ar-Vf 2/2Af+ΔS，然后判断实际直道车距D是否小于安全距离Ds，如果是则发布防追尾报警，否者继续判断；同样地，在弯道防追尾预警程序中，首先判断本车加速度Af是否大于或等于零，如果是则进入匀速和加速工况，安全距离为Ds＝(Vr-Vf)(T1+T2/2)+(Vr-Vf)2/2Ar+ΔS，然后判断实际弯道车距D’是否小于安全距离Ds，如果是则发布防追尾危险报警，否者继续判断；判断本车加速度Af是否大于或等于零，如果否者进入减速工况，安全距离为Ds＝Vr(T1+T2/2)-VfT2/2+Vr 2/2Ar-Vf 2/2Af+ΔS，然后判断实际弯道车距D’是否小于安全距离Ds，如果是则发布防追尾危险报警，否者继续判断。
图16所示为并道安全预警程序流程图。首先，系统初始化；接着，判断本车速度Vf是否大于预设值，如果是则进入下一步，否则返回程序开始；然后，判断当前本车是否行驶在直道上，如果是则进入直道并道安全预警程序，否者进入弯道并道安全预警程序；在直道并道安全预警程序中，首先判断本车加速度Af是否大于或等于零，如果是则进入匀速和加速工况，安全距离为Ds＝(Vr-Vf)(T1+T2/2)+(Vr-Vf)2/2Ar+ΔS，然后判断M+Lx-Lr是否小于安全距离Ds，如果是则发布并道危险报警，否者提示并道安全；判断本车加速度Af是否大于或等于零，如果否者进入减速工况，安全距离为Ds＝Vr(T1+T2/2)-VfT2/2+Vr 2/2Ar-Vf 2/2Af+ΔS，然后判断M+Lx-Lr是否小于安全距离Ds，如果是则发布并道危险报警，否者提示并道安全；在弯道并道安全预警程序中，判断是否检测到转向信号开关4的汽车转向信号T，如果是则发布并道危险报警，提示驾驶员不要在弯道行驶时尝试并道，如果否则返回判断当前本车是否行驶在直道上。

Claims (5)

1.一种基于双目立体视觉的车辆后方防撞安全预警装置，其特征在于：该装置由车速传感器(5)、转向信号开关(4)、图像采集模块(2)、预警模块(1)和控制器模块(3)组成；
所述车速传感器(5)选用磁电式车速传感器，安装在车轮的车轮驱动轴上，与控制器模块(3)连接，将检测出的车速信号Vf传递给控制器模块(3)；
所述转向信号开关(4)选用普通汽车用转向灯开关，安装在方向盘底座上，与控制器模块(3)连接，将检测出的汽车转向信号T传递给控制器模块(3)；
所述图像采集模块(2)包括有镜头R(10)、镜头L(12)、COMS图像传感器R(9)、COMS图像传感器L(11)和支架(26)；镜头R(10)和COMS图像传感器R(9)连接，然后固定在支架(26)的右端；镜头L(12)和COMS图像传感器L(11)连接，然后固定在支架(26)的左端；图像采集模块(2)通过支架(26)安装在车厢内的车顶后方；
该镜头R(10)将检测到的图像信号R’传递给COMS图像传感器R(9)；该COMS图像传感器R(9)安装在镜头R(10)的后部，与控制器模块(3)连接，将转化后的图像信号IR传递给控制器模块(3)，并受到控制器模块(3)的总线I2C控制曝光时间和增益；
该镜头L(12)将检测到的图像信号L’传递给COMS图像传感器L(11)；该COMS图像传感器L(11)安装在镜头L(12)的后部，与控制器模块(3)连接，将转化后的图像信号IL传递给控制器模块(3)，并受到控制器模块(3)的总线I2C控制曝光时间和增益；
该支架(26)包括有摄像机L型安装支架(22)、摄像机中间连接支架(23)、摄像机顶部安装支架(24)和紧固螺栓和螺母(25)；该摄像机L型安装支架(22)用于固定镜头R(10)、镜头L(12)、COMS图像传感器R(9)和COMS图像传感器L(11)，并设计了多组安装孔，调节基线长度以适应不同探测距离的要求；该摄像机中间连接支架(23)用于连接摄像机L型安装支架(22)和摄像机顶部安装支架(24)；该摄像机顶部安装支架(24)通过螺栓与车厢内车顶后部连接；该紧固螺栓和螺母(25)调节图像采集模块(2)的俯仰角以适应不同探测距离的要求；
该预警模块(1)包括预警信号灯驱动模块(6)、防追尾预警信号灯(7)和并道预警信号灯(8)；该预警信号灯驱动模块(6)分别与控制器模块(3)、防追尾预警信号灯(7)和并道预警信号灯(8)连接，该预警信号灯驱动模块(6)接收控制器模块(3)发出的预警灯控制信号I，并驱动防追尾预警信号灯(7)和并道预警信号灯(8)分别发出防追尾预警灯光和并道安全预警灯光，警示后车驾驶员和本车驾驶员注意安全；该防追尾预警信号灯(7)，向后车驾驶者产生防追尾预警灯光，在危险时提示注意保持跟车距离；该并道预警信号灯(8)分别安装在车辆左、右侧视镜上，向本车驾驶者产生并道安全预警灯光，在危险时提示注意并道安全；
所述控制器模块(3)包括有实时数字信号处理器(17)、数据存储器(13)、程序存储器(14)、电源(15)和外围通信电路(16)；该实时数字信号处理器(17)分别与数据存储器(13)、程序存储器(14)、电源(15)和外围通信电路(16)连接，通过处理车速传感器(5)的车速信号Vf、转向信号开关(4)的转向信号T及图像采集模块(2)的图像信号IR和图像信号IL，来控制预警模块(1)发布预警信息和控制图像采集模块(2)采集图像信息；
该控制器模块(3)通过实时处理图像信息，获得本车后方的道路信息和后车速度和距离的信息，针对直道弯道不同道路情况，相应发布预警信号；
所述车速传感器(5)将检测出的车速信号Vf传递给控制器模块(3)；转向信号开关(4)将检测出的汽车转向信号T传递给控制器模块(3)；所述图像采集模块(2)将采集的图像信号IR和图像信号IL传递给控制器模块(3)；控制器模块(3)处理所述车速信号Vf、汽车转向信号T、图像信号IR和图像信号IL后产生预警灯控制信号I，并通过防追尾预警信号灯(7)和并道预警信号灯(8)分别向后车驾驶员和本车驾驶员发布防撞预警信息。
2.根据权利要求1所述的一种基于双目立体视觉的车辆后方防撞安全预警装置，其特征在于：该镜头R(10)和镜头L(12)均选用WOKA公司的LM4NCL型号镜头。
3.根据权利要求1所述的一种基于双目立体视觉的车辆后方防撞安全预警装置，其特征在于：该COMS图像传感器R(9)和COMS图像传感器L(11)均选用MICRON公司的CMOS图像传感器MT9T001。
4.根据权利要求1所述的一种基于双目立体视觉的车辆后方防撞安全预警装置，其特征在于：其中，该预警信号灯驱动模块(6)分别选用了Motorola公司的4N25型光耦、AUK公司的S9013型三极管。
5.根据权利要求1所述的一种基于双目立体视觉的车辆后方防撞安全预警装置，其特征在于：其中，该实时数字信号处理器(17)选用TI公司的TMS320DM642 DSP芯片。
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