CN102556043A - 一种基于交通灯识别的汽车控制系统及其控制方法 - Google Patents

一种基于交通灯识别的汽车控制系统及其控制方法 Download PDF

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丁武俊
陈冰
张方伟
黄博学
邓健
陈文强
潘之杰
赵福全
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Abstract

本发明公开了一种基于交通灯识别的汽车控制系统，包括：控制器和与控制器相连的摄像机；控制器包括通信模块、图像处理模块、与通信模块和图像处理模块相连的信息处理模块。同时本发明还公开了该控制系统对应的控制方法，其通过实时采集车辆前方的路况图像，提取图像中的特征信息，根据图像的特征信息以及车辆的运行信息，进行相应的判断，为驾驶员在穿越路口的判断上提供了相应的可行性的语音提示，大大提高了驾驶员行车判断的准确率；同时，即使驾驶员判断失误执意勉强穿越路口，本发明可自动控制车辆减速制动，避免汽车碰撞事故的发生，保证了驾驶员和他人的人生安全。

Description

一种基于交通灯识别的汽车控制系统及其控制方法
技术领域
本发明属于汽车控制技术领域，具体涉及一种基于交通灯识别的汽车控制系统及其控制方法。
背景技术
经不完全统计分析，很多汽车交通事故都是出自于闯红灯或赶绿灯导致的。目前，马路上的交通灯大多都有倒计时提示功能，人们可以清楚的知道绿灯还需要多久到来，红灯还需要多久结束；没有倒计时功能的交通灯也会在红绿灯快要结束前自动闪烁提示。这些功能具有相当人性化的优点以外，其实也伴随着一些安全隐患，这些提示信息往往却成了司机加踩油门在红灯到来前赶过路口的提示了。
当横向路段的绿灯快结束时，也意味着纵向路段的绿灯快要开启，此时横向路段的车辆要在绿灯结束前赶过路口，需要驾驶员对绿灯结束的倒计时以及车辆与路口的距离做出很好的判断估计，一旦判断估计失误，驾驶员驾驶车辆试图快速越过路口，很容易与纵向路段刚要穿越路口的汽车和行人发生碰撞，此时由于要赶绿灯的车辆车速很快，一旦发生碰撞事故，其事故的危害严重程度是非常大的；而现有的车辆中并不具有消除避免这类情况发生所相应的安全措施及实施系统。
发明内容
本发明提供了一种基于交通灯识别的汽车控制系统及其控制方法，能够自动控制纠正驾驶员闯红灯或赶绿灯时出现的错误操作。
一种基于交通灯识别的汽车控制系统，包括：控制器；
与控制器相连且用于实时采集汽车前方路况图像的摄像机；
所述的控制器，包括：
通信模块，用于获取发动机控制器提供的车速信息和油门开度信息；
图像处理模块，用于对所述的路况图像进行图像处理，从图像中提取出车与停车线的距离信息以及交通灯的颜色信息、倒计时信息和闪烁信息；
信息处理模块，用于根据所述的车速信息、油门开度信息、颜色信息、倒计时信息、闪烁信息和距离信息，通过通信模块向车载主机、发动机控制器和刹车控制器分别发送语音提示信号、减速信号和刹车信号。
优选的技术方案中，所述的通信模块通过CAN(Controller Area Network，控制器局域网络)总线与车载主机、发动机控制器和刹车控制器进行通信；信号信息传输速度快，实时性强。
所述的信息处理模块为MCU(微处理器单元)。
所述的刹车控制器为ABS(防抱死刹车系统)。
一种基于交通灯识别的汽车控制方法，包括如下步骤：
(1)实时采集车速信息、油门开度信息以及汽车前方的路况图像；
(2)对所述的路况图像进行图像处理，从图像中提取出车与停车线的距离信息以及交通灯的颜色信息、倒计时信息和闪烁信息；
(3)根据所述的车速信息、油门开度信息、颜色信息、倒计时信息、闪烁信息和距离信息，判断输出语音提示信号、减速信号和刹车信号；
(4)车载主机根据所述的语音提示信号通过扬声器播放对应的提示语音，发动机控制器根据所述的减速信号使汽车减速，刹车控制器根据所述的刹车信号使汽车制动。
所述的步骤(3)中，根据以下条件判断输出语音提示信号、减速信号和刹车信号；
交通灯为绿灯：
当T＜10s，且V*T＜1.2L，则输出语音提示信号，若语音提示信号输出后，车速或油门开度没有降低，则输出减速信号和刹车信号；
当绿灯闪烁，则输出语音提示信号，若语音提示信号输出后，车速或油门开度没有降低，则输出减速信号和刹车信号；
交通灯为红灯：
当L＜30m，若车速或油门开度没有降低，则输出减速信号和刹车信号；
其中，T为交通灯的倒计时秒数，V为车速，L为车与停车线的距离。
本发明通过实时采集车辆前方的路况图像，提取图像中的特征信息，根据图像的特征信息以及车辆的运行信息，进行相应的判断，为驾驶员在穿越路口的判断上提供了相应的可行性的语音提示，大大提高了驾驶员行车判断的准确率；同时，即使驾驶员判断失误执意勉强穿越路口，本发明可自动控制车辆减速制动，避免汽车碰撞事故的发生，保证了驾驶员和他人的人生安全。
附图说明
图1为本发明控制系统的结构示意图。
图2为本发明控制方法的具体流程示意图。
具体实施方式
为了更为具体地描述本发明，下面结合附图及具体实施方式对本发明的技术方案及其控制过程进行详细说明。
如图1所示，一种基于交通灯识别的汽车控制系统，包括：控制器和与之相连的摄像机。
摄像机，实时采集汽车前方的路况图像；其安装在车顶，并采用汇泰M-3318A-1系列产品。
控制器，包括：通信模块、图像处理模块和MCU。
通信模块通过CAN总线与发动机控制器进行通信，并获取发动机控制器提供的车速信息和油门开度信息；其中车速信息和油门开度信息均为差分信号，通信模块会将这些信号转换为数字信号后提供给MCU。
图像处理模块与摄像机相连，并对摄像机采集到的路况图像进行图像处理、特征提取和计算，当图像中出现路口处的停车线，图像处理模块会根据摄像机的内外参数以及焦距等参数，计算出车与停车线间的距离；当图像中出现交通灯，图像处理模块会提取出交通灯的颜色信息(红或绿)；若交通灯在倒计时，图像处理模块会提取出交通灯的倒计时秒数；若交通灯在闪烁，图像处理模块会提取出交通灯的闪烁信息；并将这些距离信息、颜色信息、倒计时信息和闪烁信息提供给MCU。
MCU与通信模块和图像处理模块相连，其根据车速信息、油门开度信息、颜色信息、倒计时信息、闪烁信息和距离信息，通过通信模块向车载主机、发动机控制器和ABS分别发送语音提示信号、减速信号和刹车信号。其中，MCU向通信模块传送的语音提示信号、减速信号和刹车信号均为数字信号，通信模块会将这些信号转换为差分信号后通过CAN总线分别发送给车载主机、发动机控制器和ABS；本实施例中，MCU采用ST公司的STM32F103系列产品。
发动机控制器接收到减速信号后，会控制降低发动机喷油器的喷油量，同时控制减小发动机节气门的开启角度，从而使得车辆减速；ABS接收到刹车信号后，会驱动四个车轮上的制动器，从而使得车辆制动；本实施例中，ABS采用Depcon气制动6S3M系列产品，发动机控制器采用型号为TMS470R1VF67的微处理器。
当交通灯为绿色，倒计时秒数小于10秒，且车速与倒计时秒数的乘积小于车与停车线间的距离的1.2倍，则MCU输出语音提示信号；若语音提示信号输出后，车速或油门开度没有降低，则MCU输出减速信号和刹车信号。
当交通灯为绿色且闪烁，则MCU输出语音提示信号；若语音提示信号输出后，车速或油门开度没有降低，则MCU输出减速信号和刹车信号。
当交通灯为红色，车与停车线间的距离小于30米，且车速或油门开度没有降低，则MCU输出减速信号和刹车信号。
如图2所示，本实施方式的控制系统对应的控制方法过程，包括如下步骤：
(1)通过CAN总线实时采集车速信息和油门开度信息，通过摄像机实时采集汽车前方的路况图像；
(2)对路况图像进行图像处理，从图像中提取出车与停车线的距离信息以及交通灯的颜色信息、倒计时信息和闪烁信息；
(3)进行判断：若前方出现交通灯，先判断交通灯是否为绿灯：
若为绿灯，判断车与停车线间的距离：若距离为0，则告知用户可以行车穿越路口；若距离不为0，则判断交通灯是否倒计时：
若是，且倒计时秒数小于10s且车速与倒计时秒数的乘积小于车与停车线间的距离的1.2倍，则发送语音提示信号；若用户仍未按提示进行减速(车速或油门开度没有降低)，则介入驾驶控制，发送减速信号和刹车信号。
若否，且交通灯闪烁，则发送语音提示信号；若用户仍未按提示进行减速(车速或油门开度没有降低)，则介入驾驶控制，发送减速信号和刹车信号。
若为红灯，判断车与停车线间的距离是否小于30m：若是，且车速或油门开度没有降低，则介入驾驶控制，发送减速信号和刹车信号。
(4)车载主机根据语音提示信号通过扬声器播放对应的提示语音，发动机控制器根据减速信号使汽车减速，ABS根据刹车信号使汽车制动。
本实施方式通过实时采集车辆前方的路况图像，提取图像中的特征信息，根据图像的特征信息以及车辆的运行信息，进行相应的判断，为驾驶员在穿越路口的判断上提供了相应的可行性的语音提示，大大提高了驾驶员行车判断的准确率；同时，即使驾驶员判断失误执意勉强穿越路口，本实施方式可自动控制车辆减速制动，避免汽车碰撞事故的发生，保证了驾驶员和他人的人生安全。

Claims (6)

1.一种基于交通灯识别的汽车控制系统，其特征在于，包括：控制器；
与控制器相连且用于实时采集汽车前方路况图像的摄像机；
所述的控制器，包括：
通信模块，用于获取发动机控制器提供的车速信息和油门开度信息；
图像处理模块，用于对所述的路况图像进行图像处理，从图像中提取出车与停车线的距离信息以及交通灯的颜色信息、倒计时信息和闪烁信息；
信息处理模块，用于根据所述的车速信息、油门开度信息、颜色信息、倒计时信息、闪烁信息和距离信息，通过通信模块向车载主机、发动机控制器和刹车控制器分别发送语音提示信号、减速信号和刹车信号。
2.根据权利要求1所述的基于交通灯识别的汽车控制系统，其特征在于：所述的通信模块通过CAN总线与车载主机、发动机控制器和刹车控制器进行通信。
3.根据权利要求1或2所述的基于交通灯识别的汽车控制系统，其特征在于：所述的信息处理模块为MCU。
4.根据权利要求1或2所述的基于交通灯识别的汽车控制系统，其特征在于：所述的刹车控制器为ABS。
5.一种基于交通灯识别的汽车控制方法，包括如下步骤：
(1)实时采集车速信息、油门开度信息以及汽车前方的路况图像；
(2)对所述的路况图像进行图像处理，从图像中提取出车与停车线的距离信息以及交通灯的颜色信息、倒计时信息和闪烁信息；
(3)根据所述的车速信息、油门开度信息、颜色信息、倒计时信息、闪烁信息和距离信息，判断输出语音提示信号、减速信号和刹车信号；
(4)车载主机根据所述的语音提示信号通过扬声器播放对应的提示语音，发动机控制器根据所述的减速信号使汽车减速，刹车控制器根据所述的刹车信号使汽车制动。
6.根据权利要求5所述的基于交通灯识别的汽车控制方法，其特征在于：所述的步骤(3)中，根据以下条件判断输出语音提示信号、减速信号和刹车信号；
交通灯为绿灯：
当T＜10s，且V*T＜1.2L，则输出语音提示信号，若语音提示信号输出后，车速或油门开度没有降低，则输出减速信号和刹车信号；
当绿灯闪烁，则输出语音提示信号，若语音提示信号输出后，车速或油门开度没有降低，则输出减速信号和刹车信号；
交通灯为红灯：
当L＜30m，若车速或油门开度没有降低，则输出减速信号和刹车信号；
其中，T为交通灯的倒计时秒数，V为车速，L为车与停车线的距离。
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