CN103568990A - 一种实现车辆安全预警的方法和系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种实现车辆安全预警的方法，包括：在车辆的预定位置平行设置至少两个摄像机，分别获取目标车辆的图像；分别提取摄像机在时间点t1和t2摄取的图像，并计算其图像的视差d1、d2；根据时间点t1和t2图像的视差值及摄像机之间的位置信息，计算出目标车辆与摄像机之间的距离；当所计算得到的距离小于预定值，则触发告警信息提示驾驶员。本发明还提供相应的系统。根据本发明，可以利用安装在车身上的摄像头通过测算临近时间点获取的图像视差，准确地判断出临近的前方或后方车辆与本车的安全距离以及相对速度。在车距较近时或相对速度较少时及时给予驾驶员以警示，有利于避免或大大减少交通事故的发生。

Description

一种实现车辆安全预警的方法和系统

技术领域

本发明涉及汽车安全技术以及立体视觉技术领域，具体涉及一种实现车辆安全预警的方法和系统。

背景技术

随着汽车的不断普及，人们越来越重视行车安全问题，具有主动安全系统与否已经成为很多人选车的主要关注点。据统计，我国公路交通事故中有不少是汽车追尾碰撞导致的，所造成的伤害及经济损失很大。在追尾危险的判断中，跟车驾驶员判断和决定的依据是估计到达前车的时间，而这一时间与距离、速度、相对速度和反应时间有很重要的关系，因此设计开发的预警系统的目的，就是要辅助驾驶员提高判断能力，以增加对突发情况的预警和处理能力。在事故发生前提醒驾驶员并采取一定的安全措施，以避免或减少交通事故的发生。

在汽车行驶中，安全距离是一个非常重要的参数，如何有效地全天候监测行使中车辆之间的距离，并在必要时为驾驶员提出警示，成为亟待解决的问题。

目前传统的车辆测距的方式主要有：

超声波测距，一般不作为高速路上的测距仪，一是超声波的速度受外界影响大；二是距离越远，超声波损失越严重，会降低测量精度。

雷达测距，存在电磁波干扰问题，必须防止因雷达装置相互间以及其他通信设施的电磁波干扰。

激光测距，普遍存在成像速度过慢、价格高的问题，由于使用在高速环境下，需要提高其稳定度，安全车距预警系统并没有普及安装。

现有技术中的测距方法还有的采用微波或者红外线，但是这些方式都有很多缺点，例如易被干扰，距离有限或者范围有限，成本过高等等问题。

现有技术存在的问题：

1、红外或者微波探测：范围和距离有限，在宽阔的高速公路上应用有限；

2、单摄像头探测：单摄像头信息有限，只能通过图像中物体大小判断距离，易于出错；

3、激光投影：投影覆盖范围有限，很难保证投影刚好落在目标车体上。

发明内容

本发明提供一种实现车辆安全预警的方法和系统，可在车距较近时或相对速度较少时及时给予驾驶员以警示。本发明提供的一种实现车辆安全预警的方法，包括：

在车辆的预定位置平行设置至少两个摄像机，分别获取目标车辆的图像；

分别提取所述至少两个摄像机在第一时间点t1摄取的图像，并计算所述图像的视差d1，和第二时间点t2所述摄像机摄取的所述图像，并计算所述图像的视差d2；

根据所述时间点t1和t2图像的视差值及所述摄像机之间的位置信息，计算出目标车辆与摄像机之间的距离；

当所计算得到的距离小于预定值，则触发告警信息提示驾驶员。

更适宜地，该方法还包括：

根据预定时间内视差值的变化信息计算确定目标车辆与本车之间的相对速度；

目标车辆与本车之间的距离在预定范围内，当所述相对速度大于预定速度时，则触发告警信息提示驾驶员。

本发明还提供一种实现车辆安全预警的系统，包括：

至少两个摄像机，平行设置在车辆的预定位置，用于分别获取目标车辆的图像；

视差计算单元，用于分别提取所述至少两个摄像机在第一时间点t1摄取的图像，并计算所述图像的视差d1，和第二时间点t2所述摄像机摄取的所述图像，并计算所述图像的视差d2；

车距计算单元，根据所述时间点t1和t2图像的视差值及所述摄像机之间的位置信息，计算出目标车辆与摄像机之间的距离；

第一提示单元，当所计算得到的距离小于预定值，则触发告警信息提示驾驶员。

更适宜地，该系统，还包括：

速度计算单元，根据预定时间内视差值的变化信息计算确定目标车辆与本车辆之间的相对速度；

第二提示单元，目标车辆与本车辆之间的距离在预定范围内，当所述相对速度大于预定速度时，则触发告警信息提示驾驶员。

本发明提出了一种实现车辆安全预警的方法和系统，应用视差图与图像识别技术实现探测功能，探测汽车安全距离。可以利用安装在车身上的摄像头通过测算临近时间点获取的图像视差，准确地判断出临近的前方或后方车辆与本车的安全距离以及相对速度。本发明提出的解决方案成本低，应用灵活，在车距较近时或相对速度较少时及时给予驾驶员以警示，有利于避免或大大减少交通事故的发生。

附图说明

图1是本发明提供的平行双目视觉距离传感器测量距离的原理示意图；

图2是本发明提供的平行双目视觉距离传感器测量距离示意图；

图3是本发明实施例中提供的实现车辆安全预警的方法流程图；

图4是采用本发明提供的一种实现车辆安全预警的系统架构示意图。

具体实施方式

鉴于现有技术中存在的不足，本发明提供一种实现车辆安全预警的方法和系统，通过视差图来判断行车距离，可以利用安装在车身上的摄像头准确的判断出安全距离以及临近的前方或后方相对速度。

为使本发明的特性和优点更加清楚，下面对本发明的原理及技术实现方案进行详细描述。

通过使用按照预定方式放置的多台摄像机对同一场景采集图像，根据这些摄像机所采图像的差异（视差），结合摄像机之间的位置关系，就可以计算出目标与摄像机之间的距离，考虑到设备与计算的复杂度，实用的方式是采用两台平行放置的摄像机组成距离传感器。图1及图2所示为采用平行双目视觉距离传感器测量距离的原理示意图。如图1所示，两台焦距为f的摄像机平行放置，光轴之间的距离为T，图1中的两个矩形分别表示左右摄像机的成像平面，O_l和O_r为左右摄像机的焦点，对于场景中的任意一点P，在左右摄像机成像平面上的成像点分别为P_l和P_r，它们在成像平面上的成像坐标（图像坐标）为x_l和x_r，则视差定义为d=x_l-x_r。

以图1和图2中的左摄像机焦点O_l为原点，O_lO_r所在直线为X轴，左摄像机光轴为Z轴，垂直与XZ轴的为Y轴，则P点在O_l坐标系中的坐标可以按照公式（1）计算：

$X=\frac{{\mathrm{Tx}}_l}{d},$ $Y=\frac{{\mathrm{Ty}}_l}{d},$ $Z=\frac{\mathrm{fT}}{d}---\left(1\right)$

以图2中P点和Q点为例，P点到成像平面的距离大于Q点到成像平面的距离。用视差值来分析：

d_p=x_pl-x_pr,        d_q=x_ql-x_qr

从图2中可以看出x_pl<x_ql，x_pr>x_qr，显然可以得出d_p<d_q，即物体距离成像平面越远，视差值越小。

在实际应用中，需要调整两个摄像机之间的距离来适应不同的测距要求，如果此系统应用在较近距离内，摄像机之间的距离（O_lO_r）可以较小，如果应用在较远距离的环境中，摄像机之间的距离（O_lO_r）应该较大。

在实际应用的系统中，摄像机之间的距离（O_lO_r）是一个固定值，摄像机也是某一型号的固定设备。这时，每一个视差值和距离值是一一对应的，我们可以很容易用一个表格或者曲线来表示。在设备的调试过程中得到这些信息，然后就可以通过这个表格或者曲线来进行实际距离的测量了。

参照图3，本发明提供的一种实现车辆安全预警的方法，包括：

S301，在车辆的预定位置平行设置至少两个摄像机，分别获取目标车辆的图像；

S302，分别提取所述至少两个摄像机在第一时间点t1摄取的图像，并计算所述图像的视差d1，和第二时间点t2所述摄像机摄取的所述图像，并计算所述图像的视差d2；

S303，根据所述时间点t1和t2图像的视差值及所述摄像机之间的位置信息，计算出目标车辆与摄像机之间的距离；

当测距系统搭建好之后，摄像头型号已经固定，摄像头之间的距离已经固定，所以根据视差计算原理，视差值和距离值具有一一对应关系。在系统初始化的时候将视差值与距离值对应关系表输入系统中，之后就可以随时由视差值找到对应的距离值。

参照图1及图2，两台焦距为f的摄像机平行放置，光轴之间的距离为T。时间点t1和t2目标车辆分别处于p点和q点，这两点与本车（摄像机所在车辆）距离分别为：

Z_p=fT/d_p            Z_q=fT/d_p

其中d_p，d_p分别为目标车辆在p点到q点时的视差：

d_p=x_pl-x_pr,            d_q=x_ql-x_qr

S304，当所计算得到的距离小于预定值，则触发告警信息提示驾驶员。

该方法，还包括：

S305，根据预定时间内视差值的变化信息计算确定目标车辆与本车之间的相对速度；

S306，目标车辆与本车之间的距离在预定范围内，当所述相对速度大于预定速度时，则触发告警信息提示驾驶员。

若摄像头帧率为F帧每秒；所述计算确定目标车辆与本车之间的相对速度，具体为：

对于获取的第n帧，得到的目标车辆视差值为A；对于获取的第m帧图像，得到的目标车辆视差值为B，获取第n帧与第m帧图像的时间间隔为ΔT；

则视差变化速度为：VD=(B-A)/(ΔT/F)；

根据所述视差变化速度VD计算目标车辆与本车之间的相对速度。

当取得距离值以后，设t1时间的相对距离值为S1，t2时间的相对距离值为S2，那么目标车辆与摄像机之间的相对距离变化为S2-S1，时间为t2-t1，那么他们之间的相对速度为V=（S2-S1）/（t2-t1）。

其中摄像机之间的距离根据测距要求进行调整，当要测量的目标车辆与摄像机之间的距离越大，摄像机之间的距离越大。

摄像机设置在车辆前端，用于测试前方的目标车辆与本车之间的距离；

所述摄像机设置在车辆后端，用于测试后方的目标车辆与本车之间的距离。

如果视差越来越小，说明前（后）方车辆正在远离本车辆；

如果视差越来越大，说明前（后）方车辆正在接近本车辆；

这时视差变化速度VD反映了前（后）方车辆相对我们变化的速度；

可根据得到一些基本信息，判断出是否需要给驾驶员做出安全预警提示。

如果需要相对地面的速度，可以通过当前车辆的速度计，得到当前速度，再通过视差变化速度，通过查表的方式，得到前（后）方的车速，以及加速度。当所述相对速度大于预定速度时，则触发告警信息提示驾驶员。

参照图4，本发明还提供相应的一种实现车辆安全预警的系统400，包括：

至少两个摄像机410，平行设置在车辆的预定位置，用于分别获取目标车辆的图像；

视差计算单元420，用于分别提取所述至少两个摄像机在第一时间点t1摄取的图像，并计算所述图像的视差d1，和第二时间点t2所述摄像机摄取的所述图像，并计算所述图像的视差d2；所述时间点t1与t2的间隔Δt根据要求确定或根据摄像机拍摄到的图像质量（可用性）来确定；

车距计算单元430，根据所述时间点t1和t2图像的视差值及所述摄像机之间的位置信息，计算出目标车辆与摄像机之间的距离；

第一提示单元440，当所计算得到的距离小于预定值，则触发告警信息提示驾驶员。

该系统，还包括：

速度计算单元450，根据预定时间内视差值的变化信息计算确定目标车辆与本车辆之间的相对速度；

第二提示单元460，目标车辆与本车辆之间的距离在预定范围内，当所述相对速度大于预定速度时，则触发告警信息提示驾驶员。

该系统中，摄像机之间的距离根据测距要求进行调整，当要测量的目标车辆与摄像机之间的距离越大，相应地，摄像机之间的距离也较大。

所述摄像机设置在车辆前端，用于测试前方的目标车辆与本车之间的距离；

所述摄像机设置在车辆后端，用于测试后方的目标车辆与本车之间的距离。

本发明提供的实现车辆安全预警的系统可获取正确的视差图；

配合原始图片对前后车辆距离、速度进行判断；

在前车减速，距离缩短到预定范围时向驾驶员发出提示；

在后车加速，距离缩短到预定范围时向驾驶员发出提示。

本发明提出了一种实现车辆安全预警的方法和系统，应用视差图与图像识别技术实现探测功能，探测汽车安全距离。可以利用安装在车身上的摄像头通过测算临近时间点获取的图像视差，准确地判断出临近的前方或后方车辆与本车的安全距离以及相对速度。本发明提出的解决方案成本低，应用灵活，并且可以与其他安全系统联合使用，在车距较近时或相对速度较少时及时给予驾驶员以警示，有利于避免或大大减少交通事故的发生。

本发明虽然以较佳实施例公开如上，但其并不是用来限定本发明，任何本领域技术人员在不脱离本发明的精神和范围内，都可以做出可能的变动和修改，因此本发明的保护范围应当以本发明权利要求所界定的范围为准。

Claims (9)

1.一种实现车辆安全预警的方法，其特征在于，包括：

在车辆的预定位置平行设置至少两个摄像机，分别获取目标车辆的图像；

分别提取所述至少两个摄像机在第一时间点t1摄取的图像，并计算所述图像的视差d1，和第二时间点t2所述摄像机摄取的所述图像，并计算所述图像的视差d2；

根据所述时间点t1和t2图像的视差值及所述摄像机之间的位置信息，计算出目标车辆与摄像机之间的距离；

当所计算得到的距离小于预定值，则触发告警信息提示驾驶员。

2.如权利要求1所述的方法，其特征在于，还包括：

根据预定时间内视差值的变化信息计算确定目标车辆与本车之间的相对速度；

目标车辆与本车之间的距离在预定范围内，当所述相对速度大于预定速度时，则触发告警信息提示驾驶员。

3.如权利要求2所述的方法，其特征在于，若摄像头帧率为F帧每秒；所述计算确定目标车辆与本车之间的相对速度，具体为：

获取的第n帧，得到的目标车辆视差值为A；获取的第m帧图像，得到的目标车辆视差值为B，获取第n帧与第m帧图像的时间间隔为ΔT；

则视差变化速度为：VD=(B-A)/(ΔT/F)；

根据所述视差变化速度VD计算目标车辆与本车之间的相对速度。

4.如权利要求1所述的方法，其特征在于，

所述至少两个摄像机之间的距离根据测距要求进行调整，当要测量的目标车辆与摄像机之间的距离越大，摄像机之间的距离越大。

5.如权利要求1所述的方法，其特征在于，

所述摄像机设置在车辆前端，用于测试前方的目标车辆与本车之间的距离；

所述摄像机设置在车辆后端，用于测试后方的目标车辆与本车之间的距离。

6.一种实现车辆安全预警的系统，其特征在于，包括：

至少两个摄像机，平行设置在车辆的预定位置，用于分别获取目标车辆的图像；

视差计算单元，用于分别提取所述至少两个摄像机在第一时间点t1摄取的图像，并计算所述图像的视差d1，和第二时间点t2所述摄像机摄取的所述图像，并计算所述图像的视差d2；

车距计算单元，根据所述时间点t1和t2图像的视差值及所述摄像机之间的位置信息，计算出目标车辆与摄像机之间的距离；

第一提示单元，当所计算得到的距离小于预定值，则触发告警信息提示驾驶员。

7.如权利要求6所述的系统，其特征在于，还包括：

速度计算单元，根据预定时间内视差值的变化信息计算确定目标车辆与本车辆之间的相对速度；

第二提示单元，目标车辆与本车辆之间的距离在预定范围内，当所述相对速度大于预定速度时，则触发告警信息提示驾驶员。

8.如权利要求6所述的系统，其特征在于，

所述至少两个摄像机之间的距离根据测距要求进行调整，当要测量的目标车辆与摄像机之间的距离越大，摄像机之间的距离越大。

9.如权利要求6所述的系统，其特征在于，

所述摄像机设置在车辆前端，用于测试前方的目标车辆与本车之间的距离；

所述摄像机设置在车辆后端，用于测试后方的目标车辆与本车之间的距离。

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