CN102556021A - 一种汽车防闯红灯的控制装置 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种汽车防闯红灯的控制装置，属于汽车技术领域。它解决了现有技术中汽车防闯红灯控制装置智能化自动化程度不高的问题。本发明的汽车防闯红灯的控制装置包括摄像器件、车速传感器、刹车执行机构、汽车控制器和与汽车控制器连接的视频识别单元，摄像器件与视频识别单元连接，车速传感器和刹车执行机构均与汽车控制器连接，视频识别单元用于提取摄像器件内的视频图像信息并将该视频图像信息进行识别，汽车控制器用于进行综合判断是否控制刹车执行机构进行刹车。该汽车防闯红灯控制装置能够自动在红灯亮起时刹车并停车在斑马线前，提高行车的安全和行车智能化。

Description

一种汽车防闯红灯的控制装置

技术领域

本发明属于汽车技术领域，涉及一种汽车防闯红灯的控制装置。

背景技术

交通安全日益成为人类社会的一个焦点。车辆闯红灯等行为造成了严重的交通安全隐患，有时甚至酿成大事故。一些驾驶员是无视交通安全故意闯红灯，一些驾驶员则是在绿灯将结束时，由于对时间和距离的错误估计，误以为车辆仍然能在绿灯时通过，导致在绿灯变红灯时无意闯了红灯。

为此，有人在2008年11月20日提出一种感应式汽车刹车(中国发明公开号CN101734240A)，包括刹车系统，刹车系统由电路A、电路B和红外线发射装置组成，红外线发射装置安装在离人行道5米处，并以人行道旁的红绿灯的红灯为开关，车顶的红外光敏电阻，电磁铁和电源串接组成电路A，红外光敏电阻是该电路的控制端，车头的红外感应电阻，电磁铁和电源串接组成电路B，红外感应电阻是该电路的控制端，刹车踩板在电磁铁的后端。由于采用上述结构，如果装有此刹车系统的车辆要闯红灯或者前方3米内有行人时，电路A或者B接通，通电后的电磁铁带有磁力，吸住刹车踏板，汽车被迫停止，避免撞到行人，所以达到了有效减少交通事故的目的。

上述的感应式刹车只能在有红绿灯的情况时使用，并且采用红外感应存在诸多的干扰，如汽车尾灯发出的红光，这样会造成汽车存在误刹车的情况。另外，采用红外传感器并不能感知红绿灯的读秒情况，其智能化自动化程度不高。

随着图像处理的技术的发展，采样摄像头采集信息并进行判断已进入到实用阶段，如在茶叶分辨、橘子自动筛选等方面以得到应用并申请了专利。

HIS彩色系统是图像一种处理技术，不同的颜色是由色彩的三个测量值来刻画的。分别是色调(Hue)，区别不同光谱颜色的主要特征；饱和度(Saturation)，色彩中的灰色量或者颜色的纯度；强度(Intensity)，颜色的相对亮度，强度值越大，色彩越亮。HIS(Hue Intensity saturation)是具有更加直观的彩色处理方法。

形态学是一门新兴科学，它的用途主要是获取物体拓扑和结果信息，它通过物体和结构元素相互作用的某些运算，得到物体更本质的形态。它在图像处理中的应用主要是利用形态学的基本运算，对图像进行观察和处理，从而达到改善图像质量的目的。

发明内容

本发明针对现有技术存在的上述问题，提出了一种汽车防闯红灯控制装置，该汽车防闯红灯控制装置能够自动在红灯亮起时刹车并停车在斑马线前，提高行车的安全和行车智能化。

本发明通过下列技术方案来实现：一种汽车防闯红灯的控制装置，包括摄像器件、车速传感器和刹车执行机构，其特征在于，本控制装置还包括汽车控制器和与汽车控制器连接的视频识别单元，所述的摄像器件与视频识别单元连接，所述的车速传感器和刹车执行机构均与汽车控制器连接，所述的视频识别单元用于提取摄像器件内的视频图像信息并将该视频图像信息进行识别，在确认为红绿灯时识别红绿状态、倒计时时间和计算本车头与斑马线之间的距离，所述的汽车控制器用于接收视频识别单元输送的上述红绿状态、倒计时时间的信息以及车速传感器输送的车速信息并进行综合判断是否控制所述的刹车执行机构进行刹车。

本汽车防闯红灯的控制装置能够实现智能判断红绿灯和根据红绿灯情况进行智能刹车。摄像器件不断地摄取车头前方的行车环境并输送摄取的图像，视频识别单元实时地提取图像并对图像进行识别处理，在识别到有红绿灯时，确认红绿灯的红绿状态、倒计时时间和距离斑马线距离等情况，汽车控制器根据车速和红绿状态、倒计时时间、距离综合判断是否进行刹车以防止汽车闯红灯。

在上述的汽车防闯红灯的控制装置中，所述的视频识别单元包括图像提取处理器、图像去噪处理器、形状滤波器和图像匹配处理器，所述的图像提取处理器用于提取摄像器件内的图像并将该图像中的每个像素进行阈值分割，所述的图像去噪处理器用于将经过阈值分割的图像上的噪声除去，所述的形状滤波器用于根据红绿灯形状属性和红绿灯上的数字形状属性对各图像标记区域进行滤波，所述的图像匹配处理器用于生成红绿灯特征模板、多个数字特征模板和斑马线特征模板并计算图像中相应标记区域的特征匹配值，在所述相应特征匹配值大于图像匹配处理器中相设定的相应特征阈值时，即判定为红绿灯、数字和斑马线。

在上述的汽车防闯红灯的控制装置中，所述的图像提取处理器用于将接收的图像从RGB色彩空间转换为HSI色彩空间，并对上述的每个像素根据RGB值和HSI值进行阈值分割。通过图像提取处理器将图像提取并对图像进行阈值分割使图像进行初步处理，使图像中的图形的轮廓更加清晰。

在上述的汽车防闯红灯的控制装置中，所述的图像去噪处理器用于将已进行阈值分割的图像进行两次形态学腐蚀和对腐蚀后的图像进行两次形态学膨胀处理。腐蚀的作用是消除红绿灯、数字和斑马线的边界点，使目标缩小，可以消除小于结构元素的噪声点；膨胀的作用是将与红绿灯、数字和斑马线接触的相应的所有背景点合并到红绿灯、数字和斑马线中，使目标增大，可添补目标中的空洞。因此，两次形态学腐蚀会对图像造成破损，在对腐蚀后的图像进行两次形态学膨胀处理，以修复破损的图像。两次形态学腐蚀处理能够将图像中的红绿灯、数字及斑马线背景完全去除和二次膨胀处理能够完美修复因破损的图像。

在上述的汽车防闯红灯的控制装置中，所述的形状滤波器用于通过聚类算法将图像中的候选点进行区域标记，并求解标记区域的外切矩形框，对矩形框依据长宽比、面积以及填充比进行滤波。所述的候选点是指图像中的红绿灯、数字和斑马线区域。

在上述的汽车防闯红灯的控制装置中，所述的视频识别单元还包括距离计算单元，所述的距离计算单元用于根据图像中斑马线的间距与预存的斑马线间距之比以及斑马线在图像中的位置计算斑马线距离车头的距离。

在上述的汽车防闯红灯的控制装置中，所述的汽车控制器用于根据红绿灯的倒计时时间和斑马线距离车头的距离计算参考速度，在上述的视频识别单元输送红灯信号且判断当前车速大于参考车速时输出控制信号控制所述的刹车执行机构进行刹车减速。此时，如果当前车速小于参考车速时则不需要进行刹车减速。

在上述的汽车防闯红灯的控制装置中，所述的汽车控制器用于在上述的视频识别单元输送绿灯信号且判断当前车速小于参考车速时输出控制信号控制所述的刹车执行机构进行刹车减速。此时，如果当前车速大于参考车速时则不需要进行刹车减速。

在上述的汽车防闯红灯的控制装置中，所述的汽车控制器用于在当前车速与参考车速之差大于汽车控制器内设定的预定值时输出控制信号控制上述的刹车执行机构刹车减速。

在上述的汽车防闯红灯的控制装置中，所述的汽车控制器上还连接有报警装置。

与现有技术相比，本汽车防闯红灯的控制装置具有以下优点：

1、本汽车防闯红灯的控制装置通过摄像器件实时摄取车头前方的行车环境，并对摄取的图像进行识别，因此能够准确地识别红绿灯、倒计时时间和斑马线，同时也能计算出车头距离斑马线的距离，并通过汽车控制器进行综合判断和控制，在红灯亮起时自动刹车并停车在斑马线前，提高了行车的安全和行车智能化。

2、本汽车防闯红灯的控制装置只采用了摄像器件和视频识别单元等元器件，代替了雷达的测距和红外传感器的红外感应，将全部功能整合在视频识别单元中，简化了汽车的元器件，方便了该装置的加装。

附图说明

图1是本发明的结构示意图。

图中，1、摄像器件；2、车速传感器；3、刹车执行机构；4、汽车控制器；5、视频识别单元；51、图像提取处理器；52、图像去噪处理器；53、形状滤波器；54、图像匹配处理器。

具体实施方式

以下是本发明的具体实施例，并结合附图对本发明的技术方案作进一步的描述，但本发明并不限于这些实施例。

如图1所示，本汽车防闯红灯的控制装置包括摄像器件1、车速传感器2、刹车执行机构3，汽车控制器4以及与汽车控制器4连接的视频识别单元5，摄像器件1与视频识别单元5连接，车速传感器2和刹车执行机构3均与汽车控制器4连接。上述汽车防闯红灯的控制装置可使汽车在红灯亮起时自动刹车并停车在斑马线前。

具体来说，摄像器件1为带存储器的摄像头，其安装于汽车车头上，用于实时地对车前行车环境进行拍摄。摄像头具有广角镜头，能够拍摄到车前地面和车前上方预定高度的景象。作为代替广角镜头的代替方案，摄像头也可包括多个镜头，多个镜头拍摄图像并对每个镜头的图像进行分别识别处理合成完整的车前景象。

车速传感器2和刹车执行机构3采用通用的结构，其中刹车执行机构3为市场上常用的电动刹车系统。作为改进，刹车执行机构3还可以包括对发动机、离合器和节气门进行控制，实现快速制动。

视频识别单元5用于提取摄像器件1内的视频图像信息并对该视频图像信息进行识别，在确认为红绿灯时识别红绿状态、倒计时时间和计算本车头与斑马线之间的距离。视频识别单元5包括图像提取处理器51、图像去噪处理器52、形状滤波器53和图像匹配处理器54。图像提取处理器51、图像去噪处理器52、形状滤波器53和图像匹配处理器54可以是集成一起的图像处理芯片，也可以是图像处理电路和/或图像处理芯片的组合。

图像提取处理器51用于提取摄像器件1内的图像并将该图像中的每个像素进行阈值分割，具体是将接收的图像从RGB色彩空间转换为HS I色彩空间，并将上述的每个像素根据RGB值和HS I值进行阈值分割。通过图像提取处理器51提取图像并对图像进行阈值分割以对图像进行初步处理。图像提取处理器51采用根据RGB色彩值进行阈值分割后已使图像有较明显的图形轮廓，再通过HI S值进行阈值分割，使图形在色调、饱和度和强度方面更加清晰，使图像中的图形的色彩更加清晰，避免红绿灯内的颜色出现混淆而出现误判的情况。

图像去噪处理器52用于将经过阈值分割的图像上的噪声除去，具体为将已进行阈值分割的图像进行两次形态学腐蚀和对腐蚀后的图像进行两次形态学膨胀处理。腐蚀的作用是消除红绿灯、数字和斑马线的边界点，使目标缩小，可以消除小于结构元素的噪声点；膨胀的作用是将与红绿灯、数字和斑马线接触的相应的所有背景点合并到红绿灯、数字和斑马线中，使目标增大，可添补目标中的空洞。因此，两次形态学腐蚀会对图像造成破损，再对腐蚀后的图像进行两次形态学膨胀处理，以修复破损的图像。

形状滤波器53用于根据红绿灯形状属性和红绿灯上的数字形状属性对各图像标记区域进行滤波，具体为通过聚类算法将图像中的候选点进行区域标记，并求解标记区域的外切矩形框，对矩形框依据长宽比、面积以及填充比进行滤波。

图像匹配处理器54用于生成红绿灯特征模板、多个数字特征模板和斑马线特征模板并计算图像中相应标记区域的特征匹配值，在所述相应特征匹配值大于图像匹配处理器54中相设定的相应特征阈值时，即判定为红绿灯、数字和斑马线。

视频识别单元5还包括距离计算单元，所述的距离计算单元用于根据图像中斑马线的间距与预存的斑马线间距之比以及斑马线在图像中的位置计算斑马线距离车头的距离。作为计算方法的示例，假设图像中斑马线的间距为d1，预存的斑马线间距为d2，斑马线距图像底边的距离为d3，则斑马线距离车头的距离d＝d3×d2/d1。当然，本发明的计算斑马线距离车头的距离并不仅限于此。

汽车控制器4用于接收视频识别单元5输送的上述红绿状态、计时时间的信息以及车速传感器2输送的车速信息进行综合判断是否控制所述的刹车执行机构3进行刹车。具体为根据红绿灯的倒计时时间和斑马线距离车头的距离计算参考速度，在上述的视频识别单元5输送红灯信号且判断当前车速大于参考车速时输出控制信号控制所述的刹车执行机构3进行刹车减速。此时，如果当前车速小于参考车速时则不需要进行刹车减速。在上述的视频识别单元5输送绿灯信号且判断当前车速小于参考车速时输出控制信号控制所述的刹车执行机构3进行刹车减速。此时，如果当前车速大于参考车速时则不需要进行刹车减速。在当前车速与参考车速之差大于汽车控制器内设定的预定值时输出控制信号控制上述的刹车执行机构3刹车减速并控制报警装置发送报警信息。

汽车控制器4上还连接有报警装置，报警装置为显示器、警示灯、鸣蜂器、扬声器中的一种或一种以上的任意组合。

本汽车防闯红灯的控制装置能够实现智能判断红绿灯和根据红绿灯情况进行智能刹车。摄像器件1不断地摄取车头前方的行车环境并摄取图像，视频识别单元5实时提取图像并对图像进行识别处理，在识别到有红绿灯时，确认红绿灯的红绿状态、倒计时时间和距离斑马线距离等情况，汽车控制器4根据车速和红绿状态、倒计时时间、距离综合判断是否进行刹车以防止汽车闯红灯。

为此，本汽车防闯红灯控制方法如下：实时对车前景物摄像，并感测车速；根据所摄影像识别交通灯的颜色、交通灯的倒计时时间及斑马线，并计算斑马线距车头的距离；根据得到的交通灯的颜色、倒计时时间、斑马线距车头的距离及当前车速，判断是否需要减速；当需要减速时，发出警示信号并进行减速。

本文中所描述的具体实施例仅仅是对本发明精神作举例说明。本发明所属技术领域的技术人员可以对所描述的具体实施例做各种各样的修改或补充或采用类似的方式替代，但并不会偏离本发明的精神或者超越所附权利要求书所定义的范围。

尽管本文较多地使用了摄像器件1、车速传感器2、刹车执行机构3、汽车控制器4、视频识别单元5、图像提取处理器51、图像去噪处理器52、形状滤波器53、图像匹配处理器54等术语，但并不排除使用其它术语的可能性。使用这些术语仅仅是为了更方便地描述和解释本发明的本质；把它们解释成任何一种附加的限制都是与本发明精神相违背的。

Claims (10)

1.一种汽车防闯红灯的控制装置，包括摄像器件(1)、车速传感器(2)和刹车执行机构(3)，其特征在于，本控制装置还包括汽车控制器(4)和与汽车控制器(4)连接的视频识别单元(5)，所述的摄像器件(1)与视频识别单元(5)连接，所述的车速传感器(2)和刹车执行机构(3)均与汽车控制器(4)连接，所述的视频识别单元(5)用于提取摄像器件(1)内的视频图像信息并对该视频图像信息进行识别，在确认为红绿灯时识别红绿状态、倒计时时间和计算本车头与斑马线之间的距离，所述的汽车控制器(4)用于接收视频识别单元(5)输送的上述红绿状态、倒计时时间的信息以及车速传感器(2)输送的车速信息并进行综合判断是否控制所述的刹车执行机构(3)进行刹车。

2.根据权利要求1所述的汽车防闯红灯的控制装置，其特征在于，所述的视频识别单元(5)包括图像提取处理器(51)、图像去噪处理器(52)、形状滤波器(53)和图像匹配处理器(54)，所述的图像提取处理器(51)用于提取摄像器件(1)内的图像并将该图像中的每个像素进行阈值分割，所述的图像去噪处理器(52)用于将经过阈值分割的图像上的噪声除去，所述的形状滤波器(53)用于根据红绿灯形状属性和红绿灯上的数字形状属性对各图像标记区域进行滤波，所述的图像匹配处理器(54)用于生成红绿灯特征模板、多个数字特征模板和斑马线特征模板并计算图像中相应标记区域的特征匹配值，在所述相应特征匹配值大于图像匹配处理器(54)中相设定的相应特征阈值时即判定为红绿灯、数字和斑马线。

3.根据权利要求2所述的汽车防闯红灯的控制装置，其特征在于，所述的图像提取处理器(51)用于将接收的图像从RGB色彩空间转换为HS I色彩空间，并将上述的每个像素根据RGB值和HS I值进行阈值分割。

4.根据权利要求2所述的汽车防闯红灯的控制装置，其特征在于，所述的图像去噪处理器(52)用于将已进行阈值分割的图像进行两次形态学腐蚀和对腐蚀后的图像进行两次形态学膨胀处理。

5.根据权利要求2所述的汽车防闯红灯的控制装置，其特征在于，所述的形状滤波器(53)用于通过聚类算法将图像中的候选点进行区域标记，并求解标记区域的外切矩形框，对矩形框依据长宽比、面积以及填充比进行滤波。

6.根据权利要求2或3或4或5所述的汽车防闯红灯的控制装置，其特征在于，所述的视频识别单元(5)还包括距离计算单元，所述的距离计算单元用于根据图像中斑马线的间距与预存的斑马线间距之比以及斑马线在图像中的位置计算斑马线距离车头的距离。

7.根据权利要求6所述的汽车防闯红灯的控制装置，其特征在于，所述的汽车控制器(4)用于根据红绿灯的倒计时时间和斑马线距离车头的距离计算参考速度，在上述的视频识别单元(5)输送红灯信号且判断当前车速大于参考车速时输出控制信号控制所述的刹车执行机构(3)进行刹车减速。

8.根据权利要求7所述的汽车防闯红灯的控制装置，其特征在于，所述的汽车控制器(4)用于在上述的视频识别单元(5)输送绿灯信号且判断当前车速小于参考车速时输出控制信号控制所述的刹车执行机构(3)进行刹车减速。

9.根据权利要求8所述的汽车防闯红灯的控制装置，其特征在于，所述的汽车控制器(4)用于在当前车速与参考车速之差大于汽车控制器(4)内设定的预定值时输出控制信号控制上述的刹车执行机构(3)刹车减速。

10.根据权利要求9所述的汽车防闯红灯的控制装置，其特征在于，所述的汽车控制器(4)上还连接有报警装置。

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