CN104200689A - 一种道路预警方法及装置 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了一种道路预警方法及装置，包括：采集图像组信息，所述图像组信息为在不同视角拍摄的同一目标的图像序列；获取所述目标的距离信息；基于视差原理，根据所述图像组信息和所述距离信息进行三维重建，以确定所述目标的运动轨迹；获取参考车的运动轨迹，所述参考车为驾驶员驾驶的车辆；根据所述目标的运动轨迹和所述参考车的运动轨迹生成预警信息，并输出至显示器。本发明所述的预警方法及装置解决了现有技术中不能对潜在的危险目标和危险情况进行预警的问题，提高了车辆行驶的安全性。
Description
技术领域
本发明涉及安全辅助驾驶技术领域，特别涉及一种道路预警方法及装置。
背景技术
随着汽车在日常生活中的普及以及汽车工业的飞速发展，人们对车辆行驶时的安全性越来越关注，而安全辅助驾驶技术可以为驾驶员及时提供有效的路况信息，以便驾驶员根据路况信息及时判断路况，规避了可能出现的驾车危险。
然而，在现有的安全辅助驾驶技术中，通常使用雷达测量自车(即参考车)与前车(即目标)的距离，进而结合自车的实际车速和预定安全距离，使用PID(比例、积分、微分)控制算法计算出合理的自车车速，以便根据计算出的合理的自车车速对驾驶员进行预警，进行车速控制。
可以看出，在上述预警机制中，仅针对当前道路前方的目标进行测距，且无法预测出目标的运动轨迹，不能对潜在的危险目标和危险情况进行预警，其安全系数已无法适应越来越复杂的道路状况。
发明内容
有鉴于此，本发明旨在提出一种道路预警方法及装置，以解决现有技术中不能对潜在的危险目标和危险情况进行预警的问题，提高了车辆行驶的安全性。
为达到上述目的，本发明的技术方案是这样实现的：
一种道路预警方法，所述方法包括：
采集图像组信息，所述图像组信息为在不同视角拍摄的同一目标的图像序列；
获取所述目标的距离信息；
根据所述图像组信息和所述距离信息进行三维重建，以确定所述目标的运动轨迹；
获取参考车的运动轨迹，所述参考车为驾驶员驾驶的车辆；
根据所述目标的运动轨迹和所述参考车的运动轨迹生成预警信息，并输出至显示器。
进一步的，所述基于视差原理，根据所述图像组信息和所述距离信息进行三维重建，以确定所述目标的运动轨迹，包括：
根据所述图像组信息和所述距离信息，计算所述目标的三维几何信息和所述目标的连续位置；
根据所述三维几何信息和所述目标的连续位置，确定所述目标的运动轨迹。
进一步的，所述图像组信息至少包括左视图信息和右视图信息；
其中，所述根据所述图像组信息和所述距离信息，计算所述目标的三维几何信息，包括：
分别提取所述图像组信息内的特征点，所述特征点用于反映所述目标的属性特征；
根据预置的匹配算法，将所述左视图信息内的每一个特征点与所述右视图信息内的特征点进行匹配，获得N组特征对，N＞0；
根据所述N组特征对和所述距离信息，计算所述目标的三维几何信息。
进一步地，所述预警信息按照危险等级从低到高分为：第一预警信息、第二预警信息以及第三预警信息。
进一步地，所述根据所述目标的运动轨迹和所述参考车的运动轨迹生成预警信息，包括：
若所述目标在预置的安全距离以外，且所述目标的运动轨迹与所述参考车的运动轨迹有交点，则生成第一预警信息；
若所述目标在所述预置的安全距离以内，且所述目标的运动轨迹与所述参考车的运动轨迹没有交点，则生成第二预警信息；
若所述目标在所述预置的安全距离以内，且所述目标的运动轨迹与所述参考车的运动轨迹有交点，则生成第三预警信息。
进一步地，所述方法还包括：
若所述目标在预置的危险距离以内，则进行强制减速和制动。
进一步地，所述获取参考车的运动轨迹，包括：
获取所述参考车的车速和所述参考车的方向盘转角；
根据所述参考车的车速和所述参考车的方向盘转角，确定所述参考车的运动轨迹。
进一步地，在所述根据所述目标的运动轨迹和所述参考车的运动轨迹生成预警信息之后，还包括：
生成所述预警信息的提示音进行报警。
本发明实施例提供的道路预警方法，通过采集目标在不同视角下的图像序列以及目标的距离信息，对目标进行三维重建，进而确定目标的运动轨迹，该运动轨迹可以反映目标的运动趋势，进一步地，将目标的运动轨迹于参考车的运动轨迹进行比较，生成预警信息，以提示驾驶员注意潜在的危险目标，增加了驾驶员的反应时间，解决了现有技术中不能对潜在的危险目标和危险情况进行预警的问题，提高了车辆行驶的安全性。
本发明的另一目的在于提出一种预警装置，以解决现有技术中不能对潜在的危险目标和危险情况进行预警的问题，提高了车辆行驶的安全性。
为达到上述目的，本发明的技术方案是这样实现的：
一种预警装置，所述装置包括：
采集设备，用于采集图像组信息，所述图像组信息为在不同视角拍摄的同一目标的图像序列；
监测设备，用于获取所述目标的距离信息；以及获取参考车的运动轨迹；
预警控制设备，用于根据所述图像采集设备中所述图像组信息和所述距离信息进行三维重建，确定所述目标的运动轨迹；以及根据所述目标的运动轨迹和所述参考车的运动轨迹生成预警信息；
显示设备，用于将所述预警控制设备中的预警信息进行输出。
进一步的，所述采集设备为双目摄像头和/或红外双目摄像头，所述显示设备为HUD(Head Up Display，平视显示器)。
本发明实施例提供的预警装置，采集设备通过采集目标在不同视角下的图像序列以及目标的距离信息，使得预警控制设备对目标进行三维重建，进而确定目标的运动轨迹，该运动轨迹可以反映目标的运动趋势，进一步地，预警控制设备将目标的运动轨迹于参考车的运动轨迹进行比较，生成预警信息，并在显示设备上呈现该预警信息，以提示驾驶员注意潜在的危险目标，增加了驾驶员的反应时间，解决了现有技术中不能对潜在的危险目标和危险情况进行预警的问题，提高了车辆行驶的安全性。
附图说明
构成本发明的一部分的附图用来提供对本发明的进一步理解，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。在附图中：
图1为本发明实施例所述的预警方法的流程示意图一；
图2为本发明实施例所述的预警方法的流程示意图二；
图3为本发明实施例所述的预警装置的结构示意图。
附图标记说明：
01-采集设备，02-监测设备，03-预警控制设备，04-显示设备。
具体实施方式
需要说明的是，在不冲突的情况下，本发明中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。
在本发明的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。
为方便理解和描述，本发明的实施例提供的道路预警方法应用于预警装置，该预警装置安装在参考车内，以便对道路内或道路两旁的目标进行采集并及时生成预警信息告知驾驶所述参考车的驾驶员。
下面将参考附图并结合实施例来详细说明本发明。
本发明实施例提供一种道路预警方法，如图1所示，包括：
101、预警装置采集图像组信息，所述图像组信息为在不同视角拍摄的同一目标的图像序列；
102、预警装置获取所述目标的距离信息；
103、基于视差原理，预警装置根据所述图像组信息和所述距离信息进行三维重建，以确定所述目标的运动轨迹；
104、预警装置获取参考车的运动轨迹；
105、预警装置根据所述目标的运动轨迹和所述参考车的运动轨迹生成预警信息，并输出至显示器。
本发明实施例提供的道路预警方法，通过采集目标在不同视角下的图像序列以及目标的距离信息，对目标进行三维重建，进而确定目标的运动轨迹，该运动轨迹可以反映目标的运动趋势，进一步地，将目标的运动轨迹于参考车的运动轨迹进行比较，生成预警信息，以提示驾驶员注意潜在的危险目标，增加了驾驶员的反应时间，解决了现有技术中不能对潜在的危险目标和危险情况进行预警的问题，提高了车辆行驶的安全性。
具体的，在步骤101中，预警装置内可以包括双目摄像头和/或红外双目摄像头，双目摄像头和/或红外双目摄像头采集参考车周围的图像组信息，所述图像组信息为在不同视角拍摄的同一目标的图像序列，所述图像组信息可以包括左视图信息和右视图信息。此外，所述目标可以是车辆，例如所述目标是相对于参考车在道路左前方正在行驶的车辆，也可以是行人，例如所述目标是相对于参考车在道路前方的行人，或者，所述目标还可以是道路上的道路标示，例如禁止停车的标识。
可选的，预警装置可以通过光线传感器判断参考车周围的光线环境，进而控制双目摄像头和/或红外双目摄像头进行切换。例如，在白天的时候由于光线条件达到光线传感器的阈值，此时使用双目摄像头采集参考车周围的图像组信息；在夜晚的时候由于光线条件不能达到光线传感器的阈值，此时使用红外双目摄像头采集参考车周围的图像组信息，这样一来，可以实现全天候的安全驾驶辅助和预警，提高了预警装置的可靠性。
可选的，预警装置还可以根据驾驶员的触发，手动控制双目摄像头和/或红外双目摄像头的切换，本发明对此不做限定。
在步骤102中，预警装置在采集参考车周围的图像组信息之后，可以获取所述目标的距离信息。可选的，可以使用激光雷达进行测距，获取目标与参考车的距离信息。
在步骤103中，预警装置在获取所述目标的距离信息之后，可以根据所述图像组信息和所述距离信息进行三维重建，以确定所述目标的运动轨迹。
三维重建(3D Reconstruction)是指对三维物体建立适合计算机表示和处理的数学模型，它是根据单视图或者多视图的图像重建三维信息的过程。其中，多视图的三维重建(类似人的双目定位)相对比较容易,其方法是先对摄像机进行标定,即计算出摄像头的图像坐标系与世界坐标系的关系，然后利用多个二维图像中的信息重建出三维信息。
具体的，三维重建的方法很多，本发明的实施例中示例性的给出一种可行的通过三维重建以确定所述目标的运动轨迹的方法，如图2所示：
201、分别提取所述图像组信息内的特征点，所述特征点用于反映所述目标的属性特征。
其中，所述特征点可以是所述图像组信息内的任一相对位置，这种特征点可以不是物理意义上的特征，只要满足一定的数学描述就可以，例如边缘点、拐点、角点等。
以边缘点为例，图像组信息内的左视图信息中某一像素(i，j)的灰度值为f(i，j)，那么，分别计算f(i，j)在水平、垂直、左对角和右对角方向上与相邻像素灰度值的差的平方和Fk(i，j)，k＝1，2，3,4，并取其中的最小值作为该点的特征值，即特征值F(i，j)＝{Fk(i，j)}min，当特征值F(i，j)大于预设值Th时，则记该点为边缘点，这样一来，循环上述方法便可获取左视图信息中的所有边缘点。
202、根据预置的匹配算法，将所述左视图信息内的每一个特征点与所述右视图信息内的特征点进行匹配，获得N组特征对。
其中，所述预置的匹配算法中包含有至少一个约束条件，例如相容性约束、唯一性约束、连续性约束、极限约束、次序性约束和互对应约束等。
示例性的，假设在步骤201中采集到的图像组信息中包含有目标的左视图和右视图，那么，在分别提取所述左视图和右视图内的M个特征点后，可以在左视图中选取任一提取到的特征点为第一特征点，并计算该第一特征点周围的候选特征点个数，并标记该第一特征点的八邻域候选特征点的存在状况；对右视图中与第一特征点相应的第二特征点周围的候选特征点进行统计，当第二特征点周围的候选特征点与左视图中第一特征点周围的候选特征点个数一致时，则判定第一特征点与第二特征点为相匹配的特征点，获得一组特征对，并继续匹配下一组特征对。
进一步地，若第二特征点周围的候选特征点与左视图中第一特征点周围的候选特征点个数不一致，但相差不超过1，则标记该第二特征点周围八邻域候选特征点的存在状况，并与左视图中第一特征点的八邻域候选特征点的存在状况进行相似性判断；如果相似性大于给定阈值，则判定右视图中该点为匹配点，获得一组特征对，反之则判定该点为非匹配点。
如果左视图中第一特征点在右视图中对应极限约束行内找不到匹配点，则上移一个像素行进行寻找，如果仍未找到再下移一个像素行进行寻找；如果仍未找到，则判定左视图中该第一特征点在右视图中没有匹配点，再继续从左视图中的下一个特征点开始匹配下一组特征对；直到左视图中所有M个特征点全部检测完毕后，获得N组特征对。
203、根据所述N组特征对和所述距离信息，计算所述目标的三维几何信息和所述目标的连续位置。
具体的，在获得N组特征对之后，可以根据所述N组特征对和所述距离信息还原出目标的三维几何信息，并计算所述目标在一组图像序列内的连续三维位置。
应当说明的是，上述特征点提取和匹配的方法有很多种，本发明只是给出了一种可行的实现方式，还可以用OpenCV(Open Source Computer VisionLibrary，基于开源发行的跨平台计算机视觉库)来进行特征提取匹配等多种方式，本发明对此不作限制。
204、根据所述三维几何信息和所述目标的连续位置，确定所述目标的运动轨迹。
其中，所述运动轨迹可以包含有所述目标的当前运动轨迹，以及根据当前运动轨迹和所述距离信息预计出的后续运动轨迹。
至此，预警装置通过采集图像组信息得到目标的运动轨迹。
在步骤104中，预警装置可以从参考车的动力系统处获取参考车的车速和参考车的方向盘转角；进一步地，预警装置根据参考车的车速和参考车的方向盘转角，确定所述参考车的运动轨迹。
需要说明的是，步骤104与步骤101-103之间并没有时间上的逻辑关系，因此本发明并不限制步骤104与步骤101-103之间的执行顺序。
在步骤105中，预警装置根据所述目标的运动轨迹和所述参考车的运动轨迹生成预警信息，并输出至显示器。
具体的，所述预警信息按照危险等级从低到高可以分为：第一预警信息、第二预警信息以及第三预警信息，以保证驾驶员及时获知道路上的潜在危险情况等级，以便及时做出应对，提高了车辆行驶的安全性。
若所述目标在预置的安全距离以外，且所述目标的运动轨迹与所述参考车的运动轨迹有交点，则生成第一预警信息；若所述目标在所述预置的安全距离以内，且所述目标的运动轨迹与所述参考车的运动轨迹没有交点，则生成第二预警信息；若所述目标在所述预置的安全距离以内，且所述目标的运动轨迹与所述参考车的运动轨迹有交点，则生成第三预警信息。若所述目标在预置的危险距离以内，则进行强制减速和制动，以保证驾驶员的人身安全。
另外，预警装置在将预警信息输出至显示器的同时，可以生成所述预警信息的提示音进行报警，以便提醒驾驶员提前注意到潜在的危险情况，避免由于驾驶员疏忽而造成的交通事故。
至此，本发明实施例提供的道路预警方法不仅仅计算自车(即参考车)与前车(即目标)的距离，并进一步分析了目标的运动轨迹，并根据目标的运动轨迹和参考车的运动轨迹分析出道路上潜在的危险情况，并及时提醒驾驶员可能出现的危险情况，增加驾驶员反映的时间，提高了车辆行驶的安全性。
本发明实施例提供一种预警装置，如图3所示，包括：
采集设备01，用于采集图像组信息，所述图像组信息为在不同视角拍摄的同一目标的图像序列；
监测设备02，用于获取所述目标的距离信息；以及获取参考车的运动轨迹；
预警控制设备03，用于根据所述图像采集设备中的图像组信息和所述监测设备中的距离信息进行三维重建，确定所述目标的运动轨迹；根据所述目标的运动轨迹和所述参考车的运动轨迹生成预警信息；
显示设备04，用于将所述预警控制设备中的预警信息进行输出。
本发明实施例提供的预警装置，采集设备通过采集目标在不同视角下的图像序列以及目标的距离信息，使得预警控制设备对目标进行三维重建，进而确定目标的运动轨迹，该运动轨迹可以反映目标的运动趋势，进一步地，预警控制设备将目标的运动轨迹于参考车的运动轨迹进行比较，生成预警信息，并在显示设备上呈现该预警信息，以提示驾驶员注意潜在的危险目标，增加了驾驶员的反应时间，解决了现有技术中不能对潜在的危险目标和危险情况进行预警的问题，提高了车辆行驶的安全性。
进一步地，所述采集设备01为双目摄像头和/或红外双目摄像头，所述显示设备04为平视显示器HUD。
其中，双目摄像头和/或红外双目摄像头是根据视差原理，将三维空间求深度信息的问题转化成二维空间求视差的问题，而本发明中采集设备01正是根据此原理再结合激光雷达测距，可以更精确的确定目标的运动轨迹，有效保障了预警装置的可靠性和安全性。
另外，显示设备04使用的平视显示器HUD，是利用的光学反射的原理，将预警信息投射在参考车的前挡风玻璃上面，可以使驾驶员不必低头查看预警信息，始终将注意力集中在前方，进而提高行车安全性。例如，可以在HUD上以闪烁的黄色图标显示目标的位置，同时使用扬声器以1.5Hz(赫兹)的提示音进行报警，也可以在HUD上显示目标的绿色轮廓线，并显示目标的运动轨迹，以提醒驾驶员及时避开存在潜在危险的目标。
在本说明书的描述中，具体特征、结构、材料或者特点可以在任何的一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。
以上所述，仅为本发明的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应以所述权利要求的保护范围为准。
Claims (10)
1.一种道路预警方法，其特征在于，所述方法包括：
采集图像组信息，所述图像组信息为在不同视角拍摄的同一目标的图像序列；
获取所述目标的距离信息；
根据所述图像组信息和所述距离信息进行三维重建，以确定所述目标的运动轨迹；
获取参考车的运动轨迹，所述参考车为驾驶员驾驶的车辆；
根据所述目标的运动轨迹和所述参考车的运动轨迹生成预警信息，并输出至显示器。
2.根据权利要求1所述的预警方法，其特征在于，所述基于视差原理，根据所述图像组信息和所述距离信息进行三维重建，以确定所述目标的运动轨迹，包括：
根据所述图像组信息和所述距离信息，计算所述目标的三维几何信息和所述目标的连续位置；
根据所述三维几何信息和所述目标的连续位置，确定所述目标的运动轨迹。
3.根据权利要求2所述的预警方法，其特征在于，所述图像组信息至少包括左视图信息和右视图信息；
其中，所述根据所述图像组信息和所述距离信息，计算所述目标的三维几何信息，包括：
分别提取所述图像组信息内的特征点，所述特征点用于反映所述目标的属性特征；
根据预置的匹配算法，将所述左视图信息内的每一个特征点与所述右视图信息内的特征点进行匹配，获得N组特征对，N＞0；
根据所述N组特征对和所述距离信息，计算所述目标的三维几何信息。
4.根据权利要求1所述的预警方法，其特征在于，所述预警信息按照危险等级从低到高分为：第一预警信息、第二预警信息以及第三预警信息。
5.根据权利要求4所述的预警方法，其特征在于，所述根据所述目标的运动轨迹和所述参考车的运动轨迹生成预警信息，包括：
若所述目标在预置的安全距离以外，且所述目标的运动轨迹与所述参考车的运动轨迹有交点，则生成第一预警信息；
若所述目标在所述预置的安全距离以内，且所述目标的运动轨迹与所述参考车的运动轨迹没有交点，则生成第二预警信息；
若所述目标在所述预置的安全距离以内，且所述目标的运动轨迹与所述参考车的运动轨迹有交点，则生成第三预警信息。
6.根据权利要求5所述的预警方法，其特征在于，还包括：
若所述目标在预置的危险距离以内，则进行强制减速和制动。
7.根据权利要求1所述的预警方法，其特征在于，所述获取参考车的运动轨迹，包括：
获取所述参考车的车速和所述参考车的方向盘转角；
根据所述参考车的车速和所述参考车的方向盘转角，确定所述参考车的运动轨迹。
8.根据权利要求1所述的预警方法，其特征在于，在所述根据所述目标的运动轨迹和所述参考车的运动轨迹生成预警信息之后，还包括：
生成所述预警信息的提示音进行报警。
9.一种用于如权利要求1～8中任一项所述的道路预警方法的装置，其特征在于，所述预警装置包括：
采集设备，用于采集图像组信息，所述图像组信息为在不同视角拍摄的同一目标的图像序列；
监测设备，用于获取所述目标的距离信息；以及获取参考车的运动轨迹；
预警控制设备，用于根据所述图像采集设备中的图像组信息和所述监测设备中的距离信息进行三维重建，确定所述目标的运动轨迹；以及根据所述目标的运动轨迹和所述参考车的运动轨迹生成预警信息；
显示设备，用于将所述预警控制设备中的预警信息进行输出。
10.根据权利要求9所述的预警装置，其特征在于，所述采集设备为双目摄像头和/或红外双目摄像头，所述显示设备为平视显示器HUD。
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| RJ01 | Rejection of invention patent application after publication |