CN104331703A - 监测车辆行驶状态的方法及实现该方法的汽车导航设备 - Google Patents

Abstract

本发明涉及汽车导航技术，特别涉及监测车辆行驶状态的方法以及实现该方法的汽车导航设备。按照本发明一个实施例监测车辆行驶状态的方法包括下列步骤：获取关于车辆前方景象的第一图像，以从所述第一图像识别出所述车辆当前所处的车道；获取包含行驶限制信息指示牌的第二图像；从所述行驶限制信息指示牌识别出所述车辆当前所在区域内的行驶限制信息；判断所述车辆的行驶状态是否匹配所述行驶限制信息；以及如果判断所述车辆与所述行驶限制信息不匹配，则生成警告消息。

Description

监测车辆行驶状态的方法及实现该方法的汽车导航设备

技术领域

本发明涉及汽车导航技术，特别涉及监测车辆行驶状态的方法以及实现该方法的汽车导航设备。

背景技术

对道路交通而言，随着车辆数据和车速的增加，交通事故数量和严重程度均会增加。各国的经验表明，平均车速每增加1公里/小时，交通事故伤害将增加3%，死亡性交通事故就会增加4%-5%。车辆超速已经成为世界国家发生交通事故的主要原因，因此车速控制对于改善道路交通的安全性和减少交通事故发生率至关重要。

目前，各国根据各自的实际情况，对道路限速的规定和措施各不相同。而且即使是同一国家，在不同时段和不同地区，对公路的限速值也是动态变化的。例如高速公路往往基于道路、交通、气候等条件采用合理的安全限速（又称为可变速控制）。另外，在制定安全限速时有时还会将车辆类型和车道等因素也考虑进来。

限速信息一般都显示在设置于道路上方或道路旁的信息指示牌上，以便驾车者能够及时获知。但是由于诸如注意力不集中、反应不及和视力不佳等原因，这些限速信息可能被忽视或误读，从而使车辆处于不安全的行驶状态。例如，车辆以较低的速度行驶在快车道上或以较快的速度行驶在慢车道上、驶入所属车型禁行的车道以及车速超过因为各种突发事件而临时规定的时速等。

可以借助诸如GPS之类的卫星定位信号确定车辆的行驶路线，并由此实现对车辆行驶状态的实时监测。但是该方法需要拥有海量的地理和交通信息的数据库支撑，其高度依赖于数据的准确性和及时更新。

由此可见，需要一种能够准确、可靠地自动监测车辆行驶状态的方，一旦监测到车辆处于不安全行驶状态时即提示驾车者，从而消除安全隐患。

发明内容

本发明的目的是提供一种监测车辆行驶状态的方法，其具有准确、可靠和及时等优点。

按照本发明一个实施例的监测车辆行驶状态的方法包括下列步骤：

获取关于车辆前方景象的第一图像，以从所述第一图像识别出所述车辆当前所处的车道；

获取包含行驶限制信息指示牌的第二图像；

从所述行驶限制信息指示牌识别出所述车辆当前所在区域内的行驶限制信息；

判断所述车辆的行驶状态是否匹配所述行驶限制信息；以及

如果判断所述车辆与所述行驶限制信息不匹配，则生成警告消息。

在上述实施例中，借助本地拍摄的图像实现了车辆行驶状态的监测，因此与现有技术相比，准确度和可靠性均有所提高。

优选地，在上述方法中，所述行驶限制信息为车道、车辆类型和行驶速度限制三者之间的限定关系。

优选地，在上述方法中，借助第一和第二摄像头获取所述第一和第二图像，所述第一摄像头被设置在车辆车头的中间位置，所述第二摄像头被设置在车辆前挡风玻璃上部的中间位置。

优选地，在上述方法中，获取关于行驶限制信息指示牌的第二图像包括下列步骤：

当确定所述车辆与所述行驶限制信息指示牌相隔第一设定距离时开启所述第二摄像头；

当确定所述车辆与所述行驶限制信息指示牌相隔第二设定距离时获取所述第二图像；以及

当完成所述第二图像的获取后关闭所述第二摄像头，

其中，所述第一设定距离大于所述第二设定距离，并且借助导航设备确定所述车辆与所述行驶限制信息指示牌之间的距离。

由于仅在接近指示牌时才启动行驶限制信息的识别，因此可以大大减少占用的计算设备的资源和开销。

优选地，在上述方法中，按照下列方式识别出所述行驶限制信息：

如果根据所述第二图像的像素灰度值的集中程度确定当前处于雾天天气条件，则对所述第二图像进行增强处理；

从经过增强处理的所述第二图像提取与所述行驶限制信息指示牌对应的区域；以及

从与所述行驶限制信息指示牌对应的区域识别出所述行驶限制信息。

更好地，在上述方法中，所述增强处理包括下列步骤：

将所述第二图像的像素灰度值的取值范围划分为多个灰度阈值区间，每个灰度阈值区间对应于一个雾天类型；

根据所述第二图像的像素灰度值在所述多个灰度阈值区间的分布情况来确定所属的雾天类型；以及

对于不同雾天类型的第二图像，采用各自相应的增强处理算法来处理。

由于采用不同的增强算法来处理不同雾天类型下的第二图像，因此具有更好的针对性，从而明显改善了行驶限制信息识别的准确率。

进一步地，在上述方法中，所述雾天类型包括轻雾、大雾和浓雾三种类型，其中，对于轻雾类型，采用Frankle-McCann算法进行增强处理，对于大雾类型，采用对比度增强算法进行增强处理，并且对于浓雾类型，采用下列方式进行增强处理：首先对所述第二图像进行去均值和单位方差化，随后对横向的列向量进行去均值处理并且归一化为单位方差，最后采用稀疏编码法进行去噪处理。

本发明的还有一个目的是提供一种车辆导航设备，其能够准确、可靠和及时地监测车辆的行驶状态。

按照本发明一个实施例的车辆导航设备包括：

定位信号接收单元，其配置为接收来自卫星的定位信号；

显示器；以及

与所述定位信号接收单元和显示器耦合的处理单元，其配置为对所述定位信号进行处理并且使所述显示器呈现相应的导航信息，

其特征在于，进一步包括与所述处理单元耦合的图像单元，其包括：

图像获取装置，其配置为获取关于车辆前方景象的第一图像和包含行驶限制信息指示牌的第二图像；以及

图像处理装置，其配置为从所述第一图像识别出所述车辆当前所处的车道，并且从所述行驶限制信息指示牌识别出所述车辆当前所在区域内的行驶限制信息，

所述处理单元被进一步配置为判断所述车辆的行驶状态是否匹配所述行驶限制信息，并且在判断所述车辆与所述行驶限制信息不匹配时，生成警告消息并且使显示器呈现所述警告消息。

优选地，在上述车辆导航设备中，所述图像获取装置包括：

配置为获取所述第一图像的第一摄像头，被设置在车辆车头的中间位置；以及

配置为获取所述第二图像的第二摄像头，其被设置在车辆前挡风玻璃上部的中间位置。

更好地，在上述车辆导航设备中，所述第一摄像头的广角范围和拍摄水平角度大约分别为140度和-10度，所述第二摄像头的广角范围和拍摄水平角度大约分别为140度和+20度。

附图说明

本发明的上述和/或其它方面和优点将通过以下结合附图的各个方面的描述变得更加清晰和更容易理解，附图中相同或相似的单元采用相同的标号表示，附图包括：

图1为按照本发明一个实施例的车辆导航设备的结构框图。

图2为按照本发明一个实施例的监测车辆行驶状态的方法的总体流程图。

图3为用于图2所示方法的图像增强处理例程的流程图。

附图标号列表

10  车辆导航设备

110  定位信号接收单元

120  显示器

130  存储器

140  图像单元

141  图像获取装置

141A  第一摄像头

141B  第二摄像头

142  图像处理装置

150  处理单元

具体实施方式

下面参照其中图示了本发明示意性实施例的附图更为全面地说明本发明。但本发明可以按不同形式来实现，而不应解读为仅限于本文给出的各实施例。给出的上述各实施例旨在使本文的披露全面完整，从而使对本发明保护范围的理解更为全面和准确。

诸如“包含”和“包括”之类的用语表示除了具有在说明书和权利要求书中有直接和明确表述的单元和步骤以外，本发明的技术方案也不排除具有未被直接或明确表述的其它单元和步骤的情形。

诸如“第一”和“第二”之类的用语并不表示单元在时间、空间、大小等方面的顺序而仅仅是作区分各单元之用。

以下借助附图具体描述本发明的实施例。

图1为按照本发明一个实施例的车辆导航设备的结构框图。

如图1所示，车辆导航设备10包括定位信号接收单元110、显示器120、存储器130、图像单元140和与前述单元耦合的处理单元150。

在本实施例中，定位信号接收单元110从诸如全球定位系统（GPS）和北斗卫星导航系统之类的卫星定位系统接收卫星信号。导航数据被存储在存储器130中以供处理单元150调用。处理单元150根据接收的卫星信号确定车辆的当前位置信息并结合导航数据生成导航信息。所生成的导航信息被呈现在显示器120上以供用户使用。

存储器130除了存储上述导航数据以外，还存储用于实现导航功能以及下面将要描述的车辆行驶状态监测功能的控制程序以及其它数据（例如车辆型号）。

参见图1，图像单元140包括图像获取装置141和图像处理装置142。

在本实施例中，图像获取装置141包括第一摄像头141A和第二摄像头141B，它们分别用于摄取关于车辆前方景象的第一图像和包含行驶限制信息指示牌的第二图像。为了摄取到车辆前方景象的清晰图像，优选地，第一摄像头141A被设置在车辆车头的中间位置，其广角范围和拍摄水平角度大约分别为140度和-10度。第一摄像头141A可以处于连续工作状态，可选地，其也可以周期性地开启以摄取车辆前方的景象。在其他实施方式中，图像获取装置141可以仅包括一个摄像头，用于摄取关于车辆前方景象的第一图像和包含行驶限制信息指示牌的第二图像。

行驶限制信息指示牌一般位于道路上方或道路旁，第二摄像头141B优选地可设置在车辆前挡风玻璃上部的中间位置，其广角范围和拍摄水平角度大约分别为140度和+20度。将第二摄像头141B设置在上述位置的益处是，一方面使得从该位置拍摄到的指示牌图像与驾驶者肉眼观察到的基本一致，另一方面驾驶者的视线又不会受到阻挡。

在本实施例中，第二摄像头141B优选地以触发模式工作。具体而言，当处理单元150根据定位信号和导航数据判断车辆与位于前方的行驶限制信息指示牌相隔一个设定距离（例如100米）时，指示图像单元140使第二摄像头141B进入工作状态。随后，当处理单元150根据定位信号和导航数据判断车辆与行驶限制信息指示牌相隔另一个设定距离（例如20米）时，指示图像单元140使第二摄像头141B摄取第二图像。当完成图像拍摄后，处理单元150指示图像单元140关闭第二摄像头141B，或使第二摄像头141B处于待机状态。

需要指出的是，这里所述的“行驶限制”不应狭隘地理解为仅是速度限制，而应广义地理解为对车辆行驶的各种限制，例如包括但不限于行驶车道的限制、行驶速度的上限和下限、行驶方向的限制、车辆类型的限制以及上述限制中的一种或多种的组合等。例如，在一个示例性的例子中，一段包含三条单向行驶的车道的公路具有下列行驶限制信息：

（1）外侧车道上仅允许行驶小客车，并且行驶速度在100公里/小时-120公里/小时之间。

（2）中间车道上客车和货车均允许行驶，并且行驶速度在80公里/小时-100公里/小时之间。

（3）内侧车道上客车和货车均允许行驶，并且行驶速度在60公里/小时-100公里/小时之间。

图像处理装置142与图像获取装置141耦合，负责从获取的第一和第二图像中提取相关的信息以供处理单元150使用。例如对于由第一摄像头141A摄取的车辆前方景象的第一图像，图像处理装置142首先从图像中识别出车道线，然后据此可以判断出车辆当前所处的车道。又如对于由第二摄像头141B摄取的包含行驶限制信息指示牌的第二图像，图像处理装置142先将指示牌区域从该图像中提取出来，然后从指示牌区域识别出所包含的数字、文字或符号，由此得到行驶限制信息。优选地，图像处理装置142在对第二图像进行上述处理之前先进行图像增强处理以提高识别的准确性。有关增强处理的方法将在下面作进一步的描述。

图2为按照本发明一个实施例的监测车辆行驶状态的方法的总体流程图。为阐述方便起见，这里假设借助图1所示的车辆导航设备实现本实施例的方法。但是需要指出的是，本发明的原理并不局限于特定类型和结构的导航设备。

如图2所示，在步骤S210中，车辆导航设备10的处理单元150响应于用户关于进入监测车辆行驶状态工作模式的命令，通过指示图像单元140使第一摄像头141A开始摄取车辆前方景象的图像而启动车辆行驶状态监测程序。

随后执行步骤S220，处理单元150根据定位信号接收单元110接收的卫星信号确定车辆的当前位置信息并结合导航数据确定车辆是否接近行驶限制信息指示牌（例如通过判断车辆与指示牌是否相隔第一设定距离）。如果确定接近指示牌，则进入步骤S230，否则继续执行上述确定步骤S220。

在步骤S230中，处理单元150指示图像单元140使第二摄像头141B进入待命状态，准备摄取行驶限制信息指示牌的图像。随后进入步骤S240，处理单元150利用由卫星信号得到的车辆当前位置信息以及导航数据确定车辆是否到达图像拍摄位置（例如通过判断车辆与指示牌是否相隔第二设定距离）。如果确定到达拍摄位置，则进入步骤S250，使第二摄像头141B拍摄行驶限制信息指示牌的图像并且随后关闭第二摄像头141B；否则，则继续执行上述确定步骤S240。

在步骤S250之后，图2所示的方法进入下面将要详细描述的图像增强处理例程，在该例程中，将判断是否需要对第二摄像头141B摄取的第二图像进行增强处理，并且在需要时进行这样的增强处理。

在完成图像增强处理例程之后将进入步骤S260，图像处理装置142将对第二图像或者经过增强处理的第二图像进行识别以获取行驶限制信息并且将该行驶限制信息提供给处理单元150。在本实施例中，行驶限制信息为车道、车辆类型和行驶速度限制三者之间的限定关系并且可以数据表格的形式存储在存储器130中以供处理单元150调用。需要指出的是，本实施例中的行驶限制信息仅仅是示意性的而非限定性的，其可以包括对车辆行驶的各种限制条件。

表1为一个示例性的表示行驶限制信息的表格。

表1

接着进入步骤S270，图像处理装置142根据第一摄像头141A摄取的第一图像判断车辆当前所处的车道并且将判断的结果提供给处理单元150。

随后执行步骤S280，处理单元150判断车辆当前的行驶状态是否与图像处理装置142在上述步骤S260获取的行驶限制信息匹配，如果匹配，则返回步骤S220，否则进入步骤S290，处理单元150生成警告消息以提醒驾车者车辆处于不适当的行驶状态并且使该信息以可视化的形式呈现在显示器120上和/或以声音信号呈现。

在上述步骤S280中，车辆当前的行驶状态包括车辆当前所处的车道、车辆所属的类型和车辆当前的行驶速度，其中，所处车道由图像处理装置142在上述步骤S270中确定，所属类型可以由用户自行设定或由汽车制造商在车辆出厂前设定，而当前行驶速度则可从外部传感器获取。

图3为用于图2所示方法的图像增强处理例程的流程图。

如图3所示，在步骤S310中，图像处理装置142确定第二图像中的像素灰度值的取值范围并且由此得到像素灰度值的分布。

随后进入步骤S320，图像处理装置142根据得到的像素灰度值的分布确定像素灰度值是否过于集中（例如通过判断是否存在这样的像素灰度值窗口，其内的像素数量占像素总数的比例大于一个预设的阈值）。如果确定灰度值过于集中，则进入步骤S330以进行图像增强处理；否则，则不作增强处理，直接进入图2中的步骤S260。

在步骤S330，图像处理装置142根据多个设定的灰度阈值将像素灰度值的取值范围划分为多个灰度阈值区间，每个灰度阈值区间对应于一种雾天类型。示例性地，雾天类型例如包括轻雾、大雾和浓雾三种类型。

随后进入步骤S340，图像处理装置142根据像素灰度值在上述多个区间中的分布情况确定图像摄取时所处的雾天类型。例如可以将与前述像素灰度值窗口交叠度最大的区间所对应的雾天类型确定为第二图像拍摄时的雾天类型。

接着根据步骤S340所确定的雾天类型，以择一方式执行步骤S350、S360和S370。具体而言，对于轻雾类型，则执行步骤S350，由图像处理装置142采用Frankle-McCann算法对第二图像进行增强处理；对于大雾类型，则执行步骤S360，由图像处理装置142采用对比度增强算法对第二图像进行增强处理；以及对于浓雾类型，则执行步骤S370，由图像处理装置142采用下列方式对第二图像进行增强处理：首先对第二图像进行去均值和单位方差化，随后对横向的列向量进行去均值处理并且归一化为单位方差，最后采用稀疏编码法进行去噪处理。

在以择一方式执行步骤S350、S360和S370之后，图3所示的图像增强处理例程将进入图2所示的步骤S260。

虽然已经展现和讨论了本发明的一些方面，但是本领域内的技术人员应该意识到：可以在不背离本发明原理和精神的条件下对上述方面进行改变，因此本发明的范围将由权利要求以及等同的内容所限定。

Claims (11)

1.一种监测车辆行驶状态的方法，其特征在于，包括下列步骤：

获取关于车辆前方景象的第一图像，以从所述第一图像识别出所述车辆当前所处的车道；

获取包含行驶限制信息指示牌的第二图像；

从所述行驶限制信息指示牌识别出所述车辆当前所在区域内的行驶限制信息；

判断所述车辆的行驶状态是否匹配所述行驶限制信息；以及

如果判断所述车辆与所述行驶限制信息不匹配，则生成警告消息。

2.如权利要求1所述的方法，其中，所述行驶限制信息为车道、车辆类型和行驶速度限制三者之间的限定关系。

3.如权利要求1所述的方法，其中，借助第一和第二摄像头获取所述第一和第二图像，所述第一摄像头被设置在车辆车头的中间位置，所述第二摄像头被设置在车辆前挡风玻璃上部的中间位置。

4.如权利要求3所述的方法，其中，获取关于行驶限制信息指示牌的第二图像包括下列步骤：

当确定所述车辆与所述行驶限制信息指示牌相隔第一设定距离时开启所述第二摄像头；

当确定所述车辆与所述行驶限制信息指示牌相隔第二设定距离时获取所述第二图像；以及

当完成所述第二图像的获取后关闭所述第二摄像头，

其中，所述第一设定距离大于所述第二设定距离，并且借助导航设备确定所述车辆与所述行驶限制信息指示牌之间的距离。

5.如权利要求1所述的方法，其中，按照下列方式识别出所述行驶限制信息：

如果根据所述第二图像的像素灰度值的集中程度确定当前处于雾天天气条件，则对所述第二图像进行增强处理；

从经过增强处理的所述第二图像提取与所述行驶限制信息指示牌对应的区域；以及

从与所述行驶限制信息指示牌对应的区域识别出所述行驶限制信息。

6.一种车辆导航设备，包括：

定位信号接收单元，其配置为接收来自卫星的定位信号；

显示器；以及

与所述定位信号接收单元和显示器耦合的处理单元，其配置为对所述定位信号进行处理并且使所述显示器呈现相应的导航信息，

其特征在于，进一步包括与所述处理单元耦合的图像单元，其包括：

图像获取装置，其配置为获取关于车辆前方景象的第一图像和包含行驶限制信息指示牌的第二图像；以及

图像处理装置，其配置为从所述第一图像识别出所述车辆当前所处的车道，并且从所述行驶限制信息指示牌识别出所述车辆当前所在区域内的行驶限制信息，

所述处理单元被进一步配置为判断所述车辆的行驶状态是否匹配所述行驶限制信息，并且在判断所述车辆与所述行驶限制信息不匹配时，生成警告消息并且使显示器呈现所述警告消息。

7.如权利要求6所述的车辆导航设备，其中，所述行驶限制信息为车道、车辆类型和行驶速度限制三者之间的限定关系。

8.如权利要求6所述的车辆导航设备，其中，所述图像获取装置包括：

配置为获取所述第一图像的第一摄像头，被设置在车辆车头的中间位置；以及

配置为获取所述第二图像的第二摄像头，其被设置在车辆前挡风玻璃上部的中间位置。

9.如权利要求8所述的车辆导航设备，其中，所述第一摄像头的广角范围和拍摄水平角度大约分别为140度和-10度，所述第二摄像头的广角范围和拍摄水平角度大约分别为140度和+20度。

10.如权利要求8所述的车辆导航设备，其中，所述第二摄像头在所述处理单元的控制下，按照下列方式获取所述第二图像：

当所述处理单元借助所述定位信号确定所述车辆与所述行驶限制信息指示牌相隔第一设定距离时开启所述第二摄像头；

当所述处理单元借助所述定位信号确定所述车辆与所述行驶限制信息指示牌相隔第二设定距离时获取所述第二图像；以及

当完成所述第二图像的获取后所述处理单元使所述第二摄像头关闭，

其中，所述第一设定距离大于所述第二设定距离。

11.如权利要求6所述的车辆导航设备，其中，所述图像处理装置按照下列方式识别出所述行驶限制信息：

如果根据所述第二图像的像素灰度值的集中程度确定当前处于雾天天气条件，则对所述第二图像进行增强处理；

从经过增强处理的所述第二图像提取与所述行驶限制信息指示牌对应的区域；以及

从与所述行驶限制信息指示牌对应的区域识别出所述行驶限制信息。