CN103295424A

CN103295424A - 基于视频识别和车载自组网的汽车主动安全系统

Info

Publication number: CN103295424A
Application number: CN2013102678058A
Authority: CN
Inventors: 尚岩峰; 胡传平; 梅林�; 刘云淮; 齐力; 蔡烜; 王建; 颜志国; 王文斐; 刘伟豪; 谭懿先; 邵杰
Original assignee: Third Research Institute of the Ministry of Public Security
Current assignee: Third Research Institute of the Ministry of Public Security
Priority date: 2013-06-28
Filing date: 2013-06-28
Publication date: 2013-09-11
Anticipated expiration: 2033-06-28
Also published as: CN103295424B

Abstract

本发明公开了一种基于视频识别和车载自组网的汽车主动安全系统。本发明主要采用视频采集模块、处理模块、短距离通信模块、主控模块和输出模块。通过车辆上安装的各个模块，实时地把车辆前方和后方有关车辆连接成移动自组网(Mobile Ad-hoc Network)，传递网络内的车辆位置、车牌、速度等信息，实现车辆的主动安全防护。

Description

基于视频识别和车载自组网的汽车主动安全系统

技术领域

本发明涉及汽车主动安全技术，具体涉及基于视频识别和车载自组网的汽车主动安全技术。

背景技术

汽车安全措施可以分为主动安全措施（防止事故发生）和被动安全措施（减小事故后果）。现有的被动安全技术中，主要包括安全气囊、预紧式安全带等；常见的主动安全技术有AWS防碰撞预警系统、ABS防抱死制动系统、VSA车辆稳定性控制系统等等。此外，在基于机器视觉的主动安全方面，国内外在后视系统、车道偏离和车距保持等方面有一些较为初步的成果。但是，这些技术仅仅从车辆本身角度考虑可能的危险，没有从汽车移动网络范围内考虑各个车辆的视觉盲区内的危险，而实际上视觉盲区一直是汽车安全的最大杀手。

近年来，随着无线通信网络技术的快速发展和交通领域信息化的迫切需求，催生了无线通信网络技术在交通领域内的应用。作为未来智能交通系统的基础部分，通过车与车、车与路边节点的相互通信来构成统一的无线通信网络，用于传递辅助驾驶或避免事故的实时信息。车载无线网络的部署为车辆提供了相互通信的能力，在事故预警、保障交通安全等主动安全方面起到了巨大的作用。车载无线具有节点数量多、计算能力强、运动速度快等特点。

在通信方式和网络结构上，可以分为由基站对所有汽车进行集中式控制的一跳式无线通信技术，以及汽车之间构成自组织网（Ad-Hoc Network）的无线通信技术。由基站进行集中式网络控制无疑是比较简单的方案，可以直接借助于成熟的2G/3G移动通信网络技术，但该方案存在两个缺点：1）、无法提供行车安全应用的实时支持，实际上，通过基站在车辆之间转发信息存在较大的时延和较低的可靠性；2）、基站的信道资源十分有限并且相对昂贵，向所有行驶车辆提供在线通信支持是不现实且不经济的。因此，车载无线网络的网络结构必然是自组织的，至多可能会在某个特定情况下结合现有的集中式移动通信网络来支持特定的业务。

自组网是一种没有骨干网络的条件下，由系统中的通信节点通过分布式协议互联或组织起来的网络系统。移动自组网是支持通信节点移动的网络，与传统的移动通信系统相比较，移动自组网具有以下特点：1）节点移动性或机动性；2）动态拓扑；3）分布性；4）传输带宽受限且链路容量是时变的；5）独立性。

车载无线自组网是指在交通道路上车辆之间、车辆与固定接入点之间相互通信组成的开放移动自组网络，其目标是为了在道路上构建一个自组织的、部署方便、费用低廉、结构开放的车辆间通信网络，以实现事故预警、辅助驾驶、道路交通信息查询、车间通信和Internet接入服务等应用。

目前，车载自组网多数基于GPS，但受GPS测量精度和响应速度限制，存在很多不足。例如，在车辆红灯停靠过程中，车辆距离可以低到1米，这种情况下GPS就很难进行定位。此外，在汽车行驶过程中，要求汽车位置更新很快，这种由绝对位置计算距离和速度很容易引起误差，而精度较高的距离计算又依赖于地图，对复杂路况和环境会产生误差。

发明内容

本发明针对现有汽车安全技术所存在的问题，而提供一种基于视频识别和车载自组网的汽车主动安全系统。本发明提供的方案能够有效克服现有技术所存在的缺陷，同时能够减少汽车行驶过程中由于视野盲区引发的严重交通事故，提高车辆的安全性。

为了达到上述目的，本发明采用如下的技术方案：

基于视频识别和车载自组网的汽车主动安全系统，所述安全系统包括：

视频采集模块，所述视频采集模块用于采集前方车辆的视频数据；

处理模块，所述处理模块对视频采集模块采集的视频数据进行计算得到本车与相对于本车前向行驶的车辆之间的距离、识别提取相对于本车前向行驶的车辆的车牌信息以及获取当前车辆主动安全信息；

短距离通信模块，所述短距离通信模块与处于自身有效通信范围内的其它所有短距离通信模块之间进行彼此通信组成相应的车载自组网；

主控模块，所述主控模块协调所述安全系统中的所有功能模块工作，实时接受处理模块对计算得到的数据并将该数据通过短距离通信模块发送至车载自组网中；同时所述主控模块通过短距离通信模块实时接受车载自组网中其它短距离通信模块发送的数据，并对接受到的所有数据进行检索和计算得到以本车为中心的树状车联网络及该网络中每辆车的信息；

危险目标和事件识别模块，所述危险目标和事件识别模块对以本车为中心的树状车联网络及该网络中每辆车的信息进行整理，获取本车车辆主动安全信息；

输出模块，所述输出模块根据计算结果实时发布车联网络内相对本车前行和后行车辆的各种安全信息。

在本发明的优选实例中，所述处理模块包括并行处理的距离计算模块和车牌识别模块，所述距离计算模块用于实现对前向行驶的车辆进行距离计算，所述车牌识别模块用于对视频数据的识别处理，实现对相对于本车前向行驶的车辆的车牌进行识别和提取。

进一步的，所述短距离通信模块以无线广播的通信方式进行数据传送。

进一步的，所述短距离通信模块发送的数据包括本车车牌、相对于本车前向行驶的车辆车牌、本车与前向车辆的相对位置以及其它有关行驶安全的信息。

进一步的，所述主控模块在对接收到的所有数据信息进行检索计算时，搜索包含本车车牌信息的数据包，根据该数据包的信息，确定相对于本车后行的车辆的车牌、位置以及有关安全信息，并重复此过程，可以确定所有后行车辆的信息；搜索包含本车中处理模块识别出的相对于本车前向行驶的车辆的车牌的数据包，根据该数据包的信息，确定相对于本车前向行驶的车辆的信息，并重复此过程，可以确定所有前行车辆的信息；通过一前一后的计算过程，得到以本车为中心的树状的车联网络及每辆车的信息。

进一步的，所述车载自组网中的网络以多叉树的形式相互互联，某一车辆脱离原有自组网中观测车辆视野时，多叉树进行更新，形成新的树状网络。

根据上述方案形成本发明实时地把车辆前方和后方有关车辆连接成移动自组网(Mobile Ad-hoc Network)，实时传递网络内所有车辆的车辆位置、车牌、速度、汽车行驶环境中的认为危及汽车安全的目标和事件等信息，实现车辆的主动安全防护，且本方案的的判断精度非常高和及时，能够大大提高车辆在行驶过程中的安全性。

同时本发明对在视野盲区的汽车的信息也可以获取，减少汽车行驶过程中由于视野盲区引发的严重交通事故，提高车辆的安全性。

再者，本发明采用车载无线自组网技术，其机动性和灵活性非常的强、能够实时快速的传输数据、部署方便、费用低廉、结构开放，具有极强的实用性。

附图说明

以下结合附图和具体实施方式来进一步说明本发明。

图1为本发明的原理框图；

图2为本发明中处理模块的原理框图；

图3为本发明的实施示意图；

图4为车辆行驶过程中盲区示意图。

具体实施方式

为了使本发明实现的技术手段、创作特征、达成目的与功效易于明白了解，下面结合具体图示，进一步阐述本发明。

如图1所示，本发明实施例公开的基于视频识别和车载自组网的汽车主动安全系统100，其主要包括视频采集模块101、处理模块102、主控模块103、短距离通信模块104、危险目标和事件识别模块106和输出模块105。

其中，视频采集模块101用于采集车辆在行驶时，位于其前方车辆的车牌视频数据。该视频采集模块101具体可以为设置在车辆上的摄像头。

处理模块102用于对视频采集模块101采集的视频数据进行识别和计算，对比计算和识别结果进行标准化处理。该模块对采集到的视频数据进行距离计算得到当前车辆（即本车）与相对于本车前向行驶（即位于本车前方）的车辆之间的距离；同时对采集到的视频数据进行车牌识别处理，识别提取相对于本车前向行驶的车辆的车牌信息以及获取当前车辆的主动安全信息。

参见图2，其所示为本系统中处理模块102的结构原理图。由图可知，本系统中的处理模块102主要由距离计算模块102a和车牌识别模块102b组成。这两个模块并行处理，这样能够达到提高其计算速度。

距离计算模块102a能够根据采集的前方车辆视频数据计算得到本车与前方车辆之间的距离，其具体计算方式可采用现有的距离计算方式，但并不限于此，只要能够达到精确计算距离即可。

车牌识别模块102b能够对采集到的前方车辆视频数据进行识别处理得到前方车辆的ID信息（即车牌信息）。车牌识别技术具体可根据实际需求而定，只要能够根据视频数据精确识别出相应的车牌信息即可。

本系统中的短距离通信模块104用于在多个安全系统之间形成车载自组网络。该短距离通信模块104能够进行数据的发送和接受，具体可以采用现有的无线通信技术，如802.11（Wi-Fi）、UTRA-TDD（TD-CDMA）和GSM等。在组网工作时，短距离通信模块104能够与处于自身有效通信范围内的其它所有短距离通信模块之间进行彼此通信，由此组成相应的车载自组网。

为了保证车载自组网中所有短距离通信模块104之间通信的全面性，所有短距离通信模块104都以无线广播的通信方式将相应的数据传至车载自组网中。

每个短距离通信模块104广播至车载自组网中的数据包主要包括当前汽车ID（车牌）、当前汽车的速度和转向信息、前方车辆ID（车牌）、当前车辆与前行车辆的相对位置和威胁当前汽车安全的信息等相关信息（可以包含汽车行驶环境中的认为危及汽车安全的目标和事件）。由此，在局部物理空间内的车辆通过广播包含各自关键属性的数据包，并通过识别计算实现空间内各个车辆的定位和属性关联，从而形成一个包含多个汽车的距离、速度、车牌等信息的动态的信息网络。

由此形成的车载自组网中的网络以多叉树的形式相互互联，当该网络中某一辆车辆脱离原有车载自组网观测车辆视野时，该网络中的其余车辆将自动进行组成新的车载自组网络，其对应的多叉树进行更新，形成新的树状网络。

主控模块103为整个系统的控制核心，该模块接收的三方面的数据包括：1）、来自处理模块102的识别结果；2）、通过短距离通信模块104接收的信息；3）、还可以包括汽车总线引入的汽车状态数据，例如速度、转向等。通过对三方面的数据进行综合处理，实现对整个系统中的模块进行协调控制，具体协调控制如下：

主控模块103接受处理模块102对视频图像的分析计算结果，同时可以结合汽车总线引入的汽车状态数据，例如速度、转向等数据形成相应的数据包，并通过短距离通信模块104与其他短距离通信模块组成的无线车载自组网将该数据包以广播的方式进行发布，当其它车辆驶入短距离通信模块的通信范围时，将接收到发布的这些数据。

主控模块103还通过短距离通信模块104实时接受车载自组网中其它短距离通信模块发送的数据包，并对接受到的所有数据包进行检索和计算得到以本车为中心的树状车联网络及该网络中每辆车的信息（即获得车载自组网内前行和后行车辆的各种安全信息）。

系统中的危险目标和事件识别模块106通过对主控模块103得到的，以本车为中心的树状车联网络及该网络中每辆车的信息进行整理，得到当前车辆主动安全信息，车辆主动安全信息具体可包括：前行车辆的速度、是否有追尾危险、视野盲区中是否存在车辆等。

最后，通过输出模块105将计算得到的车载自组网内前行和后行车辆的各种安全信息进行及时的发布。该输出模块105可以采用多种的输出方式，如图像显示、数据显示、语音提示、警告声、震动提示等等，可根据实际需求而定。

主控模块103在对接收到的所有数据包进行检索计算时，主要基于本车的车牌ID和通过视频识别出来的前方车辆车牌ID进行搜索，来确定来之前方车辆和后方车辆的数据包：

主控模块103搜索接收到的数据包中是否有这样一类数据包，其包含的通过视频识别出来的前方车辆车牌ID_f与本车车牌ID（即接收数据包的车辆）相同。由于每辆车通过短距离通信模块104发布的数据包中关于车牌信息只包括自身车牌和识别出的前方车辆车牌，如果搜索到的数据包中包含的通过视频识别出来的前方车辆车牌ID_f与本车ID相同，则可以确定该数据包来之位于本车后方的车辆（即相对于本车后行的车辆）。由上可知，主控模块103在对接收到的所有数据包进行检索计算时，如果搜索到的数据包包含本车车牌信息，则就可以确定该数据包来之位于本车后方的车辆（即相对于本车后行的车辆）。最后通过该数据包中的相关信息，就可以确定相对于本车后行的车辆的车牌、位置以及有关安全信息，并重复此过程，可以确定所有后行车辆的信息。

同时主控模块103搜索接收到的数据包中是否包含这样一类数据包，其包含的自身车牌信息与本车（即接收数据包的车辆）通过视频识别出来的车辆车牌信息相同。由于每辆车通过短距离通信模块104发布的数据包中关于车牌信息只包括自身车牌和识别出的前方车辆车牌，如果搜索到的数据包中包含的自身车牌信息与本车（即接收数据包的车辆）通过视频识别出来的车辆车牌信息相同，则可以确定该数据包来之位于本车前方的车辆（即相对于本车前行的车辆）。由上可知，主控模块103在对接收到的所有数据包进行检索计算时，如果搜索到的数据包包含本车（即接收数据包的车辆）中处理模块识别出的相对于本车前向行驶的车辆的车牌信息，则可以确定该数据包来之位于本车前方的车辆（即相对于本车前行的车辆）。最后通过该数据包中的相关信息可以确定相对于本车前向行驶的车辆的信息，并重复此过程，可以确定所有前行车辆的信息。

通过一前一后的计算过程，得到以本车为中心的树状的车联网络及每辆车的信息。因此，即使在视野盲区的车辆的信息也可以获取。

下面通过一具体实施例来进一步说明本发明的方案：

参见图3，其所示为高速公路上的某路段的车辆分布图以及相应多叉树表示。在行驶中的每辆车上都安装本发明提供的安全系统，系统中都具有一个无线短距离通信模块。在一定的物理范围内的车辆之间通过无线短距离通信模块组成临时移动车载自组网络，实现车辆运行时的安全信息的共享与发布（具体实现方案和原理如上，此处不加以赘述）。

本实例以车辆ID_i作为考虑对象，当车辆ID_i在高速公路上行驶时，其通过车载终端视频采集模块101和处理模块102，实时采集其前方的车辆ID_i+1 ¹和ID_i+1 ²的车辆ID（车牌）、与之的相对位置和当前车辆主动安全信息。同时，车载终端中的短距离通信模块实时地将当前车辆ID_i的数据包广播，与在有效物理范围内的车辆组成移动自组网络。

车辆ID_i的主控模块103对接收到的广播信息进行检索，通过搜索当前车辆ID与得到的前行车辆ID_i+1 ¹和ID_i+1 ²的ID（车牌）相同的数据包，得到前行车辆ID_i+1 ¹和ID_i+1 ²的数据包。通过前行车辆ID_i+1 ¹的数据包中的数据，得到车辆ID_i+1 ¹的前行车辆ID_i+2的ID（车牌），重复上述检索过程，可以得到车辆ID_i+2的数据包。

通过搜索前行车辆ID与当前车辆ID_i的ID相同的数据包，得到后行车辆ID_i-1的数据包。通过这一前一后的计算过程，车辆ID_i获得了其前方所有的车辆ID_i+1 ¹、ID_i+1 ²、ID_i+2和后方的车辆ID_i-1的各种信息，其中包括不在视野内的车辆ID_i+2和ID_i-1。

最后输出模块105发布局域网内前行和后行车辆的各种信息。

在上述实例的基础，本发明提供的方案不仅能够获得相关车辆的各种信息，其能够实现车辆行驶安全的主动防御。

如，本发明可具体应用于防前方车辆急停时的追尾。例如图3中车辆ID_i+2急停，车辆ID_i+1可以直接观察到车辆ID_i+2，并对做出相应反应。但当前车辆ID_i不能直接观察到车辆ID_i+2，很难快速做出相应反应，从而容易引发追尾事故。本发明提供的安全系统，当前车辆ID_i可以通过无线自组网获取车辆ID_i+2的各种信息，因此可以得知车辆ID_i+2急停的信息，输出模块可以及时提示用户前方车辆急停，并提醒用户做出相应反应。

同时，本发明还可具体应用于防因后视镜盲区导致的撞车。汽车盲区是指驾驶员位于正常驾驶座位置，其视线被车体遮挡而不能直接观察到的那部分区域。如图4所示，后视镜盲区是指车两边的后视镜只能看到车身两侧，并不能完全地收集到车身周围的全部信息，尤其从辅路上主路，从左后视镜不能观察到车辆，假如加速大角度切上最内侧车道，很容易与正在最内侧车道高速行驶的车辆发生碰撞。通过本发明中的安全系统，所述后视镜盲区的车辆行驶情况可以通过局域网内后行车辆的数据包共享获得，输出模块可以用于提示用户在左侧或右侧的盲区内有车辆行驶。

上述实例只是对本发明提供的方案应用的举例说明，本发明提供的方案在车辆主动安全的应用和功能并不限于此，如其还可以用于实现车辆的自动驾驶，其可以在自动驾驶过程中，对道路上的车辆建立时间和位置的动态模型，全程监控前后周围车辆的行驶状况。

最后，本发明提供的方案中对于基本数据的获取（即前方车辆、车牌、距离、相对位置关系等）并不限于视频识别技术，也可以有其他测距和定位方式，只要能够达到相应的目的即可。

以上显示和描述了本发明的基本原理、主要特征和本发明的优点。本行业的技术人员应该了解，本发明不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的只是说明本发明的原理，在不脱离本发明精神和范围的前提下，本发明还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本发明范围内。本发明要求保护范围由所附的权利要求书及其等效物界定。

Claims

1.基于视频识别和车载自组网的汽车主动安全系统，其特征在于，所述安全系统包括：

2.根据权利要求1所述的基于视频识别和车载自组网的汽车主动安全系统，其特征在于，所述处理模块包括并行处理的距离计算模块和车牌识别模块，所述距离计算模块用于实现对前向行驶的车辆进行距离计算，所述车牌识别模块用于对视频数据的识别处理，实现对相对于本车前向行驶的车辆的车牌进行识别和提取。

3.根据权利要求1所述的基于视频识别和车载自组网的汽车主动安全系统，其特征在于，所述短距离通信模块以无线广播的通信方式进行数据传送。

4.根据权利要求1或3所述的基于视频识别和车载自组网的汽车主动安全系统，其特征在于，所述短距离通信模块发送的数据包括本车车牌、相对于本车前向行驶的车辆车牌、本车与前向车辆的相对位置以及其它有关行驶安全的信息。

5.根据权利要求1所述的基于视频识别和车载自组网的汽车主动安全系统，其特征在于，所述主控模块在对接收到的所有数据信息进行检索计算时，搜索包含本车车牌信息的数据包，根据该数据包的信息，确定相对于本车后行的车辆的车牌、位置以及有关安全信息，并重复此过程，可以确定所有后行车辆的信息；搜索包含本车中处理模块识别出的相对于本车前向行驶的车辆的车牌的数据包，根据该数据包的信息，确定相对于本车前向行驶的车辆的信息，并重复此过程，可以确定所有前行车辆的信息；通过一前一后的计算过程，得到以本车为中心的树状的车联网络及每辆车的信息。

6.根据权利要求1所述的基于视频识别和车载自组网的汽车主动安全系统，其特征在于，所述车载自组网中的网络以多叉树的形式相互互联，某一车辆脱离原有自组网中观测车辆视野时，多叉树进行更新，形成新的树状网络。