CN104118384A - 安全气囊启动控制系统及方法 - Google Patents

Abstract

一种安全气囊启动控制系统及方法，应用于车辆中，该车辆包括方向盘、存储装置以及致动单元，该方向盘包括深度摄影机、电子陀螺仪以及安全气囊。所述的安全气囊启动控制系统及方法通过深度摄影机对方向盘前方场景持续进行拍摄获取场景三维立体影像，并利用三维立体人型侦测技术侦测出车辆行驶过程中是否发生危险状况，当车辆行驶过程中即将发生突发紧急状况或危险状况时，通过致动单元主动开启车辆的安全气囊防护装置，让安全气囊有更长的作用时间在车辆发生撞击前预先完成充气作业，避免驾驶人在安全气囊充气之际撞上安全气囊造成更严重的伤害。

Description

安全气囊启动控制系统及方法

技术领域

本发明涉及一种安全气囊防护装置控制系统及方法，特别是关于一种车辆的安全气囊启动控制系统及方法。

背景技术

由于当车辆行驶过程中，车上的驾驶人、乘客和物品跟着快速移动。若车辆发生事故、撞上固定物体时，车辆会在极短的时间内停止移动，但是车内的驾驶人、乘员等，在惯性作用下仍会继续向前冲，造成驾驶人、乘客可能猛烈撞击车体，造成严重驾驶人、乘客严重的伤害。为降低驾驶人、乘客在车辆发生车祸等意外事故时，与车体之间发生猛烈撞击，目前市售的车辆多配备有安全气囊防护装置，但目前车辆的安全气囊防护装置，多以安全气囊防护的装置位置是否受到撞击，作为安全气囊是否开启的判别依据。由于撞击过程时间非常短，安全气囊由触发至完成充气过程约25～35毫秒，如充气时间过长便会失去其防护功用，容易造成驾驶人、乘客在安全气囊充气之际撞上气囊，使驾驶人、乘客受到充气中安全气囊的冲击，所承受的冲击力道可能远比受车辆冲撞力道更强，反而使安全气囊在此种情况下，造成驾驶人、乘客更大的伤害。

发明内容

鉴于以上内容，有必要提供一种安全气囊启动控制系统及方法，当车辆行驶过程中即将发生危险状况时，立即主动开启安全气囊防护装置让安全气囊有更长的充气时间，得以在车辆发生撞击前预先完成充气作业，避免驾驶人在安全气囊充气之际撞上气囊造成更严重的伤害。

所述的安全气囊启动控制系统运行于车辆中，该车辆包括方向盘、存储装置以及致动单元，该方向盘包括深度摄影机、电子陀螺仪以及安全气囊。所述的安全气囊启动控制系统包括：影像摄取模块，用于在车辆发动瞬间启动安装在方向盘上的深度摄影机对方向盘前方场景进行拍摄以获取人型三维立体影像，从该人型三维立体影像内取得驾驶人的初始位置，以及在驾驶人驾驶车辆行驶过程中通过深度摄影机对方向盘前方场景持续进行拍摄以获取场景三维立体影像；影像修正模块，用于利用安装在方向盘上的电子陀螺仪判别方向盘的旋转角度信息，以及根据电子陀螺仪测得的方向盘旋转角度信息修正深度摄影机摄得的场景三维立体影像的角度；人型分析模块，用于将修正后的场景三维立体影像与存储装置中的人型三维模板进行比较分析以确认场景三维立体影像内驾驶人的人型影像，对驾驶人的人型影像进行方形区域标定作业确定人型影像位置，根据驾驶人的初始位置和人型影像位置判别出驾驶人的位置移动状况及驾驶人与方向盘之间的距离信息，以及根据驾驶人的位置移动状况及驾驶人与方向盘之间的距离信息判断驾驶人是否即将发生危险状况；气囊控制模块，用于当驾驶人即将发生危险状况时，通过安装在车辆上的致动单元主动开启车辆的安全气囊防护装置使安全气囊在车辆发生撞击前预先完成充气作业。

所述的安全气囊启动控制方法，应用于车辆中，该车辆包括方向盘、存储装置以及致动单元，该方向盘包括深度摄影机、电子陀螺仪以及安全气囊。该方法包括步骤：在车辆发动瞬间启动安装在方向盘上的深度摄影机对方向盘前方场景进行拍摄以获取人型三维立体影像，并从该人型三维立体影像内取得驾驶人的初始位置；在驾驶人驾驶车辆行驶过程中通过深度摄影机对方向盘前方场景持续进行拍摄以获取场景三维立体影像；利用安装在方向盘上的电子陀螺仪判别方向盘的旋转角度信息，并根据电子陀螺仪测得的方向盘旋转角度信息修正深度摄影机摄得的场景三维立体影像的角度；将修正后的场景三维立体影像与存储装置中的人型三维模板进行比较分析以确认场景三维立体影像内驾驶人的人型影像；对驾驶人的人型影像进行方形区域标定作业确定人型影像位置，并根据驾驶人的初始位置和人型影像位置判别出驾驶人的位置移动状况及驾驶人与方向盘之间的距离信息；根据驾驶人的位置移动状况及驾驶人与方向盘之间的距离信息判断驾驶人是否即将发生危险状况；当驾驶人即将发生危险状况时，通过安装在车辆上的致动单元主动开启车辆的安全气囊防护装置使安全气囊在车辆发生撞击前预先完成充气作业。

相较于现有技术，本发明所述的安全气囊启动控制系统及方法，当车辆行驶过程中即将发生突发紧急状况或危险状况时，能够通过车辆的致动单元主动开启车辆的安全气囊防护装置，让安全气囊有更长的作用时间在车辆发生撞击前预先完成充气作业，避免驾驶人在安全气囊充气之际撞上安全气囊造成更严重的伤害。

附图说明

图1是本发明安全气囊启动控制系统较佳实施例的运行环境示意图。

图2是一种安全气囊于车辆的方向盘上的位置示意图。

图3是本发明安全气囊启动控制方法较佳实施例的流程图。

图4系深度摄影机对方向盘的前方场景持续进行拍摄获取场景三维立体影像的说明示意图。

图5是一种利用电子陀螺仪测得的方向盘旋转状况对深度摄影机摄得的场景三维立体影像进行调整修正作业的说明示意图。

图6是一种对驾驶人的人型影像位置进行方形区域标定作业的说明示意图。

图7是一种判别驾驶人出现危险状况的说明示意图。

主要元件符号说明

车辆                  1

安全气囊启动控制系统  10

影像摄取模块          101

影像修正模块          102

人型分析模块          103

气囊控制模块          104

存储装置              11

微处理器              12

致动单元              13

方向盘                2

深度摄影机            21

电子陀螺仪            22

安全气囊              23

具体实施方式

参阅图1所示，是本发明安全气囊启动控制系统10较佳实施例的运行环境示意图。在本实施例中，所述的安全气囊启动控制系统10安装并运行于车辆1中，用于当车辆1行驶过程中发生突发紧急状况或危险状况时，立即主动开启车辆1的安全气囊防护装置让安全气囊23有更长的充气时间，得以在车辆1发生撞击前预先完成充气作业，避免驾驶人在安全气囊23充气之际撞上安全气囊23造成更严重的伤害。该车辆1还包括，但不仅限于，方向盘2、存储装置11、微处理器12及致动单元13。所述的方向盘2包括深度摄影机21、电子陀螺仪22及安全气囊23。所述的致动单元13用于主动开启车辆1的安全气囊防护装置，让安全气囊23在车辆1发生撞击前预先完成充气作业。所述的深度摄影机21、电子陀螺仪22和安全气囊23于方向盘2上的安装位置如图2所示。

所述的深度摄影机21是一种三维立体（3D）影像摄取装置，用于摄取被摄场景的XY方向实时影像画面，以及取得被摄场景各点距离摄影机镜头的Z方向距离信息。所述的电子陀螺仪22是一种用于感测与维持方向盘2转动方向的感测装置，用于在驾驶人驾驶车辆1行驶过程中侦测方向盘2的转动角度。所述的安全气囊23是一种安装在车辆1的安全气囊防护装置中的充气软囊，用于在车辆1发生车祸等撞击事故时，迅速打开安全气囊防护装置并完全展开进行充气，在驾驶人、乘客与车体之间形成一个气垫，作为驾驶人、乘客在与车体之间发生猛烈撞击时的缓冲垫。

在本实施例中，所述的安全气囊启动控制系统10包括影像摄取模块101、影像修正模块102、人型分析模块103以及气囊控制模块104。本发明所称的功能模块是指一种能够被车辆1的微处理器12所执行并且能够完成固定功能的一系列程序指令段，其存储在车辆1的存储装置11中。关于各功能模块101-104将于下图3的流程图中作具体描述。

参阅图3所示，是本发明安全气囊启动控制方法较佳实施例的流程图。在本实施例中，该全气囊启动控制方法应用于车辆1中，当车辆1行驶过程中即将发生突发紧急状况或危险状况时，能够通过致动单元13主动开启车辆1的安全气囊防护装置，让安全气囊23有更长的作用时间在车辆1发生撞击前预先完成充气作业，避免驾驶人在安全气囊23充气之际撞上安全气囊23造成更严重的伤害。

步骤S31，在车辆发动瞬间，影像摄取模块101启动安装在车辆1方向盘2上的深度摄影机21对车辆1的前方场景进行拍摄以获取人型三维立体影像，并从人型三维立体影像内取得驾驶人的初始位置信息并暂存于存储装置11中。在本实施例中，深度摄影机21取得车辆1发动瞬间方向盘2前方场景的影像画面（X，Y方向）以及Z方向景深信息，通过人型侦测技术对取得的三维立体影像进行判别，确认三维立体影像内人型影像于车辆1发动瞬间的初始位置等状况数据，并将取得的数据暂存于存储装置11中，作为后续判别驾驶人位置状况的依据。

步骤S32，在驾驶人驾驶车辆行驶过程中，影像摄取模块101通过深度摄影机21对方向盘2的前方场景持续进行拍摄以获取场景三维立体影像。如图4所示，是一种利用深度摄影机21对方向盘2的前方场景持续进行拍摄获取场景三维立体影像的示意图。在驾驶人驾驶车辆行驶过程中，方向盘2的深度摄影机21对方向盘2的前方场景（包括驾驶人）持续进行拍摄来获取实时的场景三维立体影像。

步骤S33，影像修正模块102利用安装在车辆方向盘2上的电子陀螺仪22判别车辆方向盘2的旋转角度信息，并根据电子陀螺仪22测得的方向盘旋转角度信息修正深度摄影机21摄得的场景三维立体影像的角度。由于驾驶人驾驶车辆1过程中，需通过旋转方向盘2操控车辆1的行驶路径，但如此将造成方向盘2上深度摄影机21摄得影像的水平线角度位置受到影响，导致后续对场景三维立体影像信息判别上存在误差。因此，在深度摄影机21拍摄各场景三维立体影像当时，需要利用电子陀螺仪22测得的方向盘转动角度等数据对深度摄影机21摄得的实时影像画面（X，Y方向）以及Z方向景深信息进行影像调整修正作业，确保深度摄影机21取得的场景三维立体影像与场景水平线角度位置等实际状况相符。

如图5所示，是一种利用电子陀螺仪22测得的方向盘2旋转状况对深度摄影机21摄得的场景三维立体影像进行调整修正作业的示意图。若场景三维立体影像拍摄当时，方向盘2的Z轴向左旋转角度θ，此时深度摄影机21摄得场景三维立体影像的内容以及水平线位置亦将向左偏移，因此影像修正模块102将先根据该场景三维立体影像拍摄当时方向盘2的Z轴倾斜角度，将摄得的场景三维立体影像向右修正旋转角度θ，使该场景三维立体影像的内容以及水平线位置能够与现实场景状况相符合。相同地，若场景三维立体影像拍摄当时，方向盘2的Z轴为向右旋转角度θ，影像修正模块102则主动将三维立体影像向左修正旋转θ。

步骤S34，人型分析模块103将修正后的场景三维立体影像与存储装置11中的人型三维模板进行比较分析以确认场景三维立体影像内驾驶人的人型影像位置。所述的人型三维范本存储有驾驶人驾驶车辆1的各种三维立体人型数据，其预先制作并存储在车辆1的存储装置11中，作为判别驾驶人的人型影像位置的依据。在本实施例中，该人型三维模板的建模方法包括步骤：（a）利用深度摄影机21拍摄各驾驶人位于驾驶座的三维立体人型影像来搜集大量驾驶人的三维立体人型资料，取得深度摄影机21的镜头至人型各点的距离数据；（b）将人型轮廓各点至镜头的距离信息转换为像素值（pixel）并存储为特征数组，该特征数组中各点按比例分布，最高点像素值为255，最低点像素值为0；（c）针对所有搜集到的人型特征数组数据进行特征对齐作业；（d）对所有对齐完成的人型特征数组中各点进行逐点像素值统计，利用标准差方式进行人型特征数组内各点像素值的容许范围推定；（e）完成统计的人型特征数组各点像素值的容许范围构成的人型影像即为人型三维范本。

在本实施例中，人型分析模块103确认场景三维立体影像内驾驶人的人型影像位置包括步骤：（a）将深度摄影机21摄得的场景三维立体影像各点至深度摄影机21镜头的距离信息转换为像素值并存储为场景数组，该场景数组中各点按比例分布，最高点像素值为255，最低点像素值为0；（b）将场景数组中各点的像素值按比例进行缩放，并与人型三维模板中各点像素值进行比较；（c）若场景三维立体影像区域内的某一点像素值与人型三维范本内的相同点像素值的差距小于5%时（例如人型三维模板中某一点像素值为255，场景三维立体影像对应点像素值为250，两者比例差距2%），则判断场景范围内该点像素值落在人型三维范本相同点像素值的容许范围内；（d）若场景三维立体影像区域内有85%至90%以上的像素值都落在人型三维范本相同点像素值的容许范围内，则代表该比较区域的像素点分布与人型三维范本相近，可将该区域圈定为符合人型影像区域。

步骤S35，人型分析模块103对驾驶人的实时人型影像进行方形区域标定作业确定人型影像位置，并根据存储在存储装置11中驾驶人的初始位置和人型影像位置判别出驾驶人的位置移动状况及驾驶人与方向盘之间的距离信息。参考图6所示，系对驾驶人的人型影像位置进行方形区域标定作业的示意图。人型分析模块103将持续根据人型影像的方形区域判别出驾驶人位置移动状况及驾驶人与方向盘之间的距离信息。

步骤S36，人型分析模块103根据驾驶人的位置移动状况及驾驶人与方向盘之间的距离信息判断驾驶人是否即将发生危险状况。参考图7所示，是一种判别驾驶人出现危险状况的判别说明示意图。人型分析模块103对人型影像的方形区域对驾驶人位置移动状况及驾驶人与方向盘之间的距离信息进行判别，若侦测出场景三维立体影像内人型影像的位置急遽向方向盘2位置方向移动（例如移动速度超过50cm/s），且驾驶人的人型影像表面积超过安全比例（例如超过60%）与车辆方向盘2之间的距离小于安全值（例如15cm）时，则可推测车辆1行驶过程中可能发生突发紧急状况或事故，导致驾驶人急踩煞车所致，此时将视为驾驶人发生危险状况。

若驾驶人未发生危险状况，流程返回步骤S32，继续通过深度摄影机21对方向盘2的前方场景持续进行拍摄获取场景三维立体影像。若驾驶人即将发生危险状况，流程执行步骤S37，气囊控制模块104通过致动单元13主动开启车辆1的安全气囊防护装置，使安全气囊23在车辆1发生撞击前预先完成充气作业，进而避免驾驶人在安全气囊23充气之际撞上安全气囊23使驾驶人反而受到充气中安全气囊23的冲击而造成更严重的伤害。

最后应说明的是，本发明所述的安全气囊启动控制系统及方法不限应用于前座驾驶人或乘客的安全防护上，也可针对车辆1安装有安全气囊23的各位置点进行监控作业，有效在驾驶人与乘客可能受到各方位撞击时，提前使该方位的安全气囊23进行充气作业，提高驾驶人与乘客乘座车辆1的安全防护。

以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非限制，尽管参照以上较佳实施例对本发明进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，可以对本发明的技术方案进行修改或者等同替换都不应脱离本发明技术方案的精神和范围。

Claims (12)

1.一种安全气囊启动控制系统，运行于车辆中，其特征在于，该车辆包括方向盘、存储装置以及致动单元，该方向盘包括深度摄影机、电子陀螺仪以及安全气囊，该安全气囊启动控制系统包括：

影像摄取模块，用于在车辆发动瞬间启动安装在方向盘上的深度摄影机对方向盘前方场景进行拍摄，以获取人型三维立体影像，从该人型三维立体影像内取得驾驶人的初始位置，以及在驾驶人驾驶车辆行驶过程中通过深度摄影机对方向盘前方场景持续进行拍摄，以获取场景三维立体影像；

影像修正模块，用于利用安装在方向盘上的电子陀螺仪判别方向盘的旋转角度信息，以及根据电子陀螺仪测得的方向盘旋转角度信息修正深度摄影机摄得的场景三维立体影像的角度；

人型分析模块，用于将修正后的场景三维立体影像与存储在存储装置中的人型三维模板进行比较分析，以确认场景三维立体影像内驾驶人的人型影像，对驾驶人的人型影像进行方形区域标定作业确定人型影像位置，根据驾驶人的初始位置和人型影像位置判别出驾驶人的位置移动状况及驾驶人与方向盘之间的距离信息，以及根据驾驶人的位置移动状况及驾驶人与方向盘之间的距离信息判断驾驶人是否即将发生危险状况；以及

气囊控制模块，用于当驾驶人即将发生危险状况时，通过安装在车辆上的致动单元主动开启车辆的安全气囊防护装置，使安全气囊在车辆发生撞击前预先完成充气作业。

2.如权利要求1所述的安全气囊启动控制系统，其特征在于，所述的深度摄影机是一种三维立体影像摄取装置，用于摄取被摄场景的XY方向实时影像画面，以及取得被摄场景各点距离摄影机镜头的Z方向距离信息。

3.如权利要求1所述的安全气囊启动控制系统，其特征在于，所述的电子陀螺仪是一种用于在驾驶人驾驶车辆行驶过程中侦测方向盘的转动角度信息的感测装置。

4.如权利要求1所述的安全气囊启动控制系统，其特征在于，所述的安全气囊是一种安装在车辆的安全气囊防护装置中的充气软囊，在车辆发生车祸撞击事故时，用于迅速打开安全气囊防护装置并完全展开进行充气。

5.如权利要求1所述的安全气囊启动控制系统，其特征在于，所述的产生人型三维模板的产生方法包括步骤：

利用深度摄影机拍摄各驾驶人位于车辆驾驶座的三维立体人型影像来搜集大量驾驶人的三维立体人型资料，并取得深度摄影机的镜头至人型轮廓各点的距离信息；

将人型轮廓各点至镜头的距离信息转换为像素值并存储为特征数组；

针对所有搜集到的人型特征数组数据进行特征对齐作业；

针对所有对齐完成的人型特征数组中各点像素值进行逐点统计，利用标准差方式进行人型特征数组内各点像素值的容许范围推定；以及

将完成统计的人型特征数组各点像素值的容许范围构成的人型影像确定为人型三维范本。

6.如权利要求1所述的安全气囊启动控制系统，其特征在于，所述的认场景三维立体影像内驾驶人的人型影像位置包括步骤：

将深度摄影机摄得的场景三维立体影像各点至深度摄影机镜头的距离信息转为像素值并存储为场景数组；

将场景数组中各点像素值按比例进行缩放，并与人型三维模板中各点像素值进行比较；

若场景三维立体影像区域内的某一点像素值与人型三维范本内的相同点像素值的差距小于5%时，则判断该区域内该点像素值落在人型三维范本相同点像素值的容许范围内；以及

若场景三维立体影像区域内有85%至90%以上点像素值都落在人型三维范本相同点像素值的容许范围内，则代表该区域的像素点分布与人型三维范本相近，将该区域圈定为符合人型影像位置区域。

7.一种安全气囊启动控制方法，应用于车辆中，其特征在于，该车辆包括方向盘、存储装置以及致动单元，该方向盘包括深度摄影机、电子陀螺仪以及安全气囊，该方法包括步骤：

在车辆发动瞬间启动安装在方向盘上的深度摄影机对方向盘前方场景进行拍摄，以获取人型三维立体影像，并从该人型三维立体影像内取得驾驶人的初始位置；

在驾驶人驾驶车辆行驶过程中通过深度摄影机对方向盘前方场景持续进行拍摄，以获取场景三维立体影像；

利用安装在方向盘上的电子陀螺仪判别方向盘的旋转角度信息，并根据电子陀螺仪测得的方向盘旋转角度信息修正深度摄影机摄得的场景三维立体影像的角度；

将修正后的场景三维立体影像与存储在存储装置中的人型三维模板进行比较分析，以确认场景三维立体影像内驾驶人的人型影像；

对驾驶人的人型影像进行方形区域标定作业，确定人型影像位置，并根据驾驶人的初始位置和人型影像位置判别出驾驶人的位置移动状况及驾驶人与方向盘之间的距离信息；

根据驾驶人的位置移动状况及驾驶人与方向盘之间的距离信息判断驾驶人是否发即将生危险状况；以及

当驾驶人即将发生危险状况时，通过安装在车辆上的致动单元主动开启车辆的安全气囊防护装置，使安全气囊在车辆发生撞击前预先完成充气作业。

8.如权利要求7所述的安全气囊启动控制方法，其特征在于，所述的深度摄影机是一种三维立体影像摄取装置，用于摄取被摄场景的XY方向实时影像画面，以及取得被摄场景各点距离摄影机镜头的Z方向距离信息。

9.如权利要求7所述的安全气囊启动控制方法，其特征在于，所述的电子陀螺仪是一种用于在驾驶人驾驶车辆行驶过程中侦测方向盘的转动角度信息的感测装置。

10.如权利要求7所述的安全气囊启动控制方法，其特征在于，所述的安全气囊是一种安装在车辆的安全气囊防护装置中的充气软囊，在车辆发生车祸撞击事故时，用于迅速打开安全气囊防护装置并完全展开进行充气。

11.如权利要求7所述的安全气囊启动控制方法，其特征在于，所述的人型三维模板产生方法包括步骤：

利用深度摄影机拍摄各驾驶人位于车辆驾驶座的三维立体人型影像来搜集大量驾驶人的三维立体人型资料，并取得深度摄影机的镜头至人型轮廓各点的距离信息；

将人型轮廓各点至镜头的距离信息转换为像素值并存储为特征数组；

针对所有搜集到的人型特征数组数据进行特征对齐作业；

针对所有对齐完成的人型特征数组中各点像素值进行逐点统计，利用标准差方式进行人型特征数组内各点像素值的容许范围推定；以及

将完成统计的人型特征数组各点像素值的容许范围构成的人型影像确定为人型三维范本。

12.如权利要求7所述的安全气囊启动控制方法，其特征在于，所述的确认场景三维立体影像内驾驶人的人型影像位置包括步骤：

将深度摄影机摄得的场景三维立体影像各点至深度摄影机镜头的距离信息转为像素值并存储为场景数组；

将场景数组中各点像素值按比例进行缩放，并与人型三维模板中各点像素值进行比较；

若场景三维立体影像区域内的某一点像素值与人型三维范本内的相同点像素值的差距小于5%时，则判断该区域内该点像素值落在人型三维范本相同点像素值的容许范围内；以及

若场景三维立体影像区域内有85%至90%以上点像素值都落在人型三维范本相同点像素值的容许范围内，则代表该区域的像素点分布与人型三维范本相近，将该区域圈定为符合人型影像位置区域。