CN104527520A - 一种基于led灯组的障碍物车载预警显示方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种基于LED灯组的障碍物车载预警装置与方法，该装置包括：安装在车辆挡风玻璃中间上部的行人障碍物识别模块、安装在汽车前部的亮度传感器、安装于车内的处理模块、位于前挡风玻璃下沿的LED灯组模块和声音报警模块；所述的安装于车辆前挡风玻璃中间的行人障碍物识别模块、以及安装在汽车前部的亮度传感器作为输入与处理模块相连；LED灯组模块和声音预警模块接收处理模块的输出信号，进行障碍物声光预警；所述行人障碍物识别模块用于检测行人及障碍物，采用目标检测及跟踪技术识别行人和障碍物，锁定障碍物相对行人障碍物识别模块的平面坐标；所述亮度传感器用于采集车辆室内亮度信息。

Description

一种基于LED灯组的障碍物车载预警显示方法

技术领域

本发明涉及智能交通技术领域，尤其涉及一种基于LED灯组的障碍物车载预警装置与方法。

背景技术

我国道路交通事故频发，交通安全问题是大家高度关注的民生问题。2012年，全国共发生交通事故472.7万起，共造成5.9万人死亡，直接财产损失数亿元，其数目之惊心。相关资料显示，相当一部分交通事故导致的伤亡都是由于人车、车车之间的碰撞引起的，其主要原因则是驾驶员没有及时意识到路面危险状况及、驾驶员预测危险的潜意识以及应急反应能力比较差、反应速度相对滞后。因此，对车辆主动安全预警装置及其方法的研发与应用具有积极的现实意义。智能交通相关研究表明，安全辅助驾驶系统通过事先预防，有效的保护驾驶员和道路环境中行人的安全，大大减少汽车碰撞，减少经济损失避免事故的发生，有望显著减少交通事故中的人员伤亡。因而，国内外积极开展安全辅助驾驶相关的车辆预警系统的研发和预警方法的研究，对于碰撞预警起到了一定的作用。

美国Iteris公司联合开发了AutoVue系统，主要由安装在汽车内风窗玻璃后部的摄像机、两个立体音箱、一个小显示设备和控制单元等组成。该系统实时监测本车在当前车道中的位置，当检测到将要发生车道偏离时,将发出一种类似于车辆在隆声带上行驶时发出的隆隆作响的声音来提醒驾驶员修正车辆位置。该系统主要用于车道偏离预警，缺乏对路侧行人障碍物预警信息，而且显示预警信息以单独的声音报警方式执行，具有局限性。

Mobileye公司研制的Mobileye-AWS系统利用安装在前风窗玻璃上的单个摄像机监测车道标识线,测量和监控本车与道路边界的距离以及与前方的行人碰撞。碰撞时间低于设定值时,系统触发视觉警告和声音警告。该系统对障碍物识别效果较好，但是显示设备预警不明显，能让驾驶人知晓潜在碰撞风险的位置，且易导致驾驶人分分神。

日本三菱汽车公司于1998年提出的DSS系统由一个安装在汽车后视镜内的小型CCD摄像机、一些检测车辆状态和驾驶员操作行为的传感器以及视觉和听觉警告装置组成。该系统利用由CCD摄像机获得的车辆前方的车道标识线、其他传感器获得的车辆状态数据和驾驶员的操作行为等信息,判断车辆是否已经开始偏离其车道。系统将利用视觉警告信息、听觉警告信息以及振动转向盘来提醒驾驶员小心驾驶车辆。

国内研究人员对以保护行人为主的预警装置做了一些研究，如郭烈等人提出的“基于行人保护的车间协同预警装置”（专利号：CN 202927019 U），该装置中，位于汽车前部基于红外线技术的人体感应器和位于发动机上的车速传感器将采集到的实时信息产地给中央处理单元，中央处理单元根据收集到的信息进行数据分析，并做出不同的处理，在车速较高的情况下将信息发送给声音信号警示转置进行预警。该装置同样采取了单一的声音预警，且对于不同的危急状况未做出不同的反应，预警效果受到限制。此外，赵永强发明了“汽车行驶状态自动检测与预警转置”，采用语音报警装置，缺少视觉报警装置，预警信息可能出现延迟。

发明内容

本发明要解决的技术问题在于针对现有技术中的缺陷，提供一种基于LED灯组的障碍物车载预警装置与方法。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：

一种基于LED灯组的障碍物车载预警装置,包括：

安装在车辆挡风玻璃中间上部的行人障碍物识别模块、安装在汽车前部的亮度传感器、安装于车内的处理模块、位于前挡风玻璃下沿的LED灯组模块和声音报警模块；

所述的安装于车辆前挡风玻璃中间的行人障碍物识别模块、以及安装在汽车前部的亮度传感器作为输入与处理模块相连； LED灯组模块和声音预警模块接收处理模块的输出信号，进行障碍物声光预警；

所述行人障碍物识别模块用于检测行人及障碍物，采用目标检测及跟踪技术识别行人和障碍物，锁定障碍物相对行人障碍物识别模块的平面坐标；

所述亮度传感器用于采集车辆室内亮度信息；

所述处理模块，用于根据行人障碍物识别模块检测到的障碍物相对行人障碍物识别模块的平面坐标，确定行人障碍物相对驾驶人所在区域；然后确定LED灯组点亮位置；

还用于根据行人障碍物识别模块检测到的障碍物相对行人障碍物识别模块的平面坐标和车速，确定碰撞危险等级；然后确定LED灯组闪烁频率；

还用于根据亮度传感器信息，调节LED灯组模块的亮度；

所述LED灯组模块，用于根据来自处理模块的输入信息执行包括LED灯组点亮位置、LED灯组闪烁频率和LED灯组显示亮度的显示；

所述声音预警模块用于辅助报警。

按上述方案，所述本发明将车辆与行人及障碍物的碰撞危险等级的确定方法如下：碰撞危险等级分为一、二两个等级，一等代表非常危险，二等代表一般危险；

根据行人障碍物识别模块获得障碍物相对于驾驶员坐标的纵向距离y和横向偏移量x，通过车子CAN总线能获取车辆行驶的当前车速v；

本车与前方行人及障碍物可能发生相撞的时间t由如下公式计算：

t=y/v                                          （2）

根据碰撞时间计算，确定碰撞等级，并确定LED的点亮频率如下：若t<1s，则危险等级为第一等级，LED灯高频率闪烁；若1s<t<2.5s，则危险等级为第二等级，LED灯中频率闪烁；若t>2.5s，则认为没有碰撞危险，预警LED灯不被点亮。

按上述方案，若危险等级为第一等级，LED灯组高频率闪烁，声音预警模块发生高频滴滴预警声；若危险等级为第二等级，LED灯组中频率闪烁，声音预警模块发生中低频滴滴预警声。

按上述方案，所述LED灯组由一排位于挡风玻璃下沿、间隔1cm的多个LED灯组成。

按上述方案，所述根据行人障碍物识别模块检测到的障碍物相对摄像头的平面坐标，确定行人障碍物相对驾驶人所在区域的方法如下：

摄像头所识别的障碍物的三维坐标（x₁,y₁,z₁）经过处理后可将障碍物转化为摄像所在的二维平面直角坐标系O₁X₁Y₁中的点（x₁,y₁）。由于摄像机坐标和驾驶人坐标有一个固定和横向和纵向偏移量，经过平移，可将该摄像机平面直角坐标系转移到以驾驶员实视线位置为坐标原点的驾驶员二维平面坐标系OXY中，相对应的障碍物的坐标则变为（x,y）。

按上述方案，所述LED灯组点亮位置的确定方法如下：

在以驾驶人视线为原点的驾驶员二维平面坐标系OXY中，根据三角相似关系可得得到如下基本关系式：

=                                  （1）

其中x，y为所检测到障碍物的横向偏移量和纵向距离，由图像采集识别模块提供；y_LED为每个LED相对于驾驶人视线O点的纵坐标，均为均已知。只需确定LED灯的横坐标（即x_LED）即可知道LED灯的点亮位置。

由上可知，x，y，y_LED均为已知量，从而可确定x_LED，即可计算得出LED灯的点亮位置，也即确定需要点亮的LED灯。

按上述方案，所述障碍物识别模块采用CCD图像传感器和DSP技术，可将摄像头拍摄到的物体的三维坐标转化为平面坐标。

按上述方案，所述障碍物识别模块为前方视景摄像头。

根据上述装置，本发明还提供一种基于LED灯组的障碍物车载预警方法，包括以下步骤：

1）通过安装在车辆挡风玻璃中间上部的行人障碍物识别模块识别行人及障碍物；

2）根据识别结果确定障碍物相对驾驶人坐标系的相对坐标；

3）根据行人障碍物识别模块检测到的障碍物相对驾驶人的坐标，确定行人障碍物相对驾驶人所在区域；然后确定LED灯组点亮位置；

4）根据碰撞时间计算，确定碰撞等级，并确定LED的点亮频率，其中，本车与前方行人及障碍物可能发生相撞的时间t由如下公式计算：

t=y/v；式中y为行人障碍物相对于驾驶员坐标的纵向距离和， v为车辆行驶的当前车速；

若t<1s，则危险等级为第一等级，LED灯高频率闪烁；若1s<t<2.5s，则危险等级为第二等级，LED灯中频率闪烁；若t>2.5s，则认为没有碰撞危险，预警LED灯不被点亮；

5）若危险等级为第一等级，LED灯组高频率闪烁显示，声音预警模块发生高频滴滴预警声；所危险等级为第二等级，LED灯组中频率闪烁显示，声音预警模块发生中低频滴滴预警声。

本发明产生的有益效果是：该预警装置能够准确、及时地显示车辆前方行人及其他障碍物的位置信息，能保证驾驶员顺着LED灯点亮位置发现行人及障碍物，提供预警的直观性和有效性，且减少了驾驶人观察常规预警装置的屏幕导致的分神，提高了道路运营安全性。

附图说明

下面将结合附图及实施例对本发明作进一步说明，附图中：

图1是本发明实施例的结构示意图；

图2是本发明实施例的方法流程图；

图3是本发明实施例的基于行人及障碍物确定LED点亮位置示意图。

具体实施方式

为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。

如图1所示，一种基于LED灯组的障碍物车载预警装置,包括：

安装在车辆挡风玻璃中间上部的行人障碍物识别模块、安装在汽车前部的亮度传感器、安装于车内的处理模块、位于前挡风玻璃下沿的LED灯组模块和声音报警模块；

所述的安装于车辆前挡风玻璃中间的行人障碍物识别模块、以及安装在汽车前部的亮度传感器作为输入与处理模块相连； LED灯组模块和声音预警模块接收处理模块的输出信号，进行障碍物声光预警；

所述行人障碍物识别模块用于检测行人及障碍物，采用目标检测及跟踪技术识别行人和障碍物，锁定障碍物相对摄像头的平面坐标；

所述亮度传感器用于采集车辆室内亮度信息；

所述处理模块，用于根据行人障碍物识别模块检测到的障碍物相对摄像头的平面坐标，确定行人障碍物相对驾驶人所在区域；然后确定LED灯组点亮位置；

还用于根据行人障碍物识别模块检测到的障碍物相对摄像头的平面坐标和车速，确定碰撞危险等级；然后确定LED灯组闪烁频率；

还用于根据亮度传感器信息，调节LED灯组模块的亮度；

所述LED灯组模块，用于根据来自处理模块的输入信息执行包括LED灯组点亮位置、LED灯组闪烁频率和LED灯组显示亮度的显示；

所述声音预警模块用于辅助报警。

参照图1，本发明专利一种基于LED灯组的障碍物车载预警显示方法中的所有信息综合处理都在单片机中进行。安装在车辆前挡风玻璃中间上部的前方视景摄像头采集并识别障碍物，最终输出行人及障碍物坐标；障碍物识别模块采用CCD图像传感器和DSP技术，可将摄像头拍摄到的物体的三维坐标转化为平面坐标，经过平移后将障碍物坐标转换为以驾驶员为坐标原点的平面坐标（x,y），该数据经过处理输入中心单片机；输入的数据还包括由汽车CAN总线提供的汽车速度、加速度等信息，该信息用来确定危险等级；同时亮度传感器将车内亮度信息输入单片机，用来确定LED灯的闪亮亮度；此外，与单片机相连的还有电源线。

由单片机构成的控制器模块将各设备传输过来的数据信息处理后，主要进行以下处理：

（1）确定LED灯的点亮位置

根据相似三角形原理，可确定得出在障碍物坐标为（x，y）的情况下，LED灯的点亮位置xLED，如下：

式中：（x，y）为障碍物的坐标，数据从摄像头传来；（为LED灯相对驾驶员的坐标，可以近似认为，每个LED灯的纵坐标均相等，为驾驶员与LED灯组的前后垂直距离，该距离一般为定值。

根据行人障碍物识别模块检测到的障碍物相对摄像头的平面坐标的计算，如图3所示，驾驶前方摄像头安装在汽车前挡风玻璃的中间偏上部位，摄像头采集到障碍物的坐标（此坐标在世界坐标系下）后，经过标定，将三维的坐标系转化为以摄像头为坐标原点的二维图像坐标系O₁X₁Y₁，坐标点转化为该图像坐标系下的点（x₁,y₁），经过坐标平移，将坐标原点O₁由摄像头的位置平移到驾驶员的位置O，坐标系转化为OXY，障碍物坐标点为（x,y），然后，可以确定LED灯的点亮位置、闪烁频率和闪亮亮度。

（2）确定碰撞危险等级：

碰撞危险等级由本车与前方障碍物碰撞时间确定，撞的时间t可有如下公式计算：

t=y/v

式中：y为车辆与障碍物的纵向距离；v为汽车当前的行驶速度，该速度从CAN总线得到；t为驾驶员以当前速度和角度驾驶时与障碍物发生碰撞的时间。

当t<1s时，定义危险等级为一级，决定LED灯高频率闪烁，闪烁频率为4Hz；当1s<t<2.5s时，定义危险等级为二级，决定LED灯中频率闪烁，，闪烁频率为2Hz；当t>2.5s时，认为没有碰撞危险，预警LED灯不被点亮。

（3）确定LED灯的闪烁亮度：

亮度传感器将车内亮度信息传递给单片机，单片机控制LED灯闪亮时的亮度。

（4）声音预警模块：

根据LED灯闪烁频率确定发声频率，当危险等级为一级时，发声频率为4HZ；当危险等级为二级时，发声频率为2HZ。

完成以上四个计算后，单片机将输出信息输出给LED灯组和声音预警喇叭，控制LED灯点亮位置、闪烁频率和点亮亮度，以及声音预警喇叭滴滴声。

参照图2，本发明的具体流程为：本发明还提供一种基于LED灯组的障碍物车载预警方法，包括以下步骤：

1）通过安装在车辆挡风玻璃中间上部的行人障碍物识别模块识别行人及障碍物；

2）根据识别结果确定障碍物相对驾驶人坐标系的相对坐标；

3）根据行人障碍物识别模块检测到的障碍物相对驾驶人的坐标，确定行人障碍物相对驾驶人所在区域；然后确定LED灯组点亮位置；

4）根据碰撞时间计算，确定碰撞等级，并确定LED的点亮频率，其中，本车与前方行人及障碍物可能发生相撞的时间t由如下公式计算：

t=y/v；式中y为行人障碍物相对于驾驶员坐标的纵向距离和， v为车辆行驶的当前车速；

若t<1s，则危险等级为第一等级，LED灯高频率闪烁；若1s<t<2.5s，则危险等级为第二等级，LED灯中频率闪烁；若t>2.5s，则认为没有碰撞危险，预警LED灯不被点亮；

5）若危险等级为第一等级，LED灯组高频率闪烁显示，声音预警模块发生高频滴滴预警声；所危险等级为第二等级，LED灯组中频率闪烁显示，声音预警模块发生中低频滴滴预警声。

驾驶员通过观察LED灯的闪烁状态以及声音报警系统的报警状况，采取相应的安全措施。至此，整个预警过程结束。

应当理解的是，对本领域普通技术人员来说，可以根据上述说明加以改进或变换，而所有这些改进和变换都应属于本发明所附权利要求的保护范围。

Claims (9)

1.一种基于LED灯组的障碍物车载预警装置，其特征在于，包括：

安装在车辆挡风玻璃中间上部的行人障碍物识别模块、安装在汽车前部的亮度传感器、安装于车内的处理模块、位于前挡风玻璃下沿的LED灯组模块和声音报警模块；

所述的安装于车辆前挡风玻璃中间的行人障碍物识别模块、以及安装在汽车前部的亮度传感器作为输入与处理模块相连；LED灯组模块和声音预警模块接收处理模块的输出信号，进行障碍物声光预警；

所述行人障碍物识别模块用于检测行人及障碍物，采用目标检测及跟踪技术识别行人和障碍物，锁定障碍物相对行人障碍物识别模块的平面坐标；

所述亮度传感器用于采集车辆室内亮度信息；

所述处理模块，用于根据行人障碍物识别模块检测到的障碍物相对行人障碍物识别模块的平面坐标，确定行人障碍物相对驾驶人所在区域；然后确定LED灯组点亮位置；

还用于根据行人障碍物识别模块检测到的障碍物相对行人障碍物识别模块的平面坐标和车速，确定碰撞危险等级；然后确定LED灯组闪烁频率；

还用于根据亮度传感器信息，调节LED灯组模块的亮度；

所述LED灯组模块，用于根据来自处理模块的输入信息执行包括LED灯组点亮位置、LED灯组闪烁频率和LED灯组显示亮度的显示；

所述声音预警模块用于辅助报警。

2.根据权利要求1所述的障碍物车载预警装置，其特征在于，所述本发明将车辆与行人及障碍物的碰撞危险等级的确定方法如下：碰撞危险等级分为一、二两个等级，一等代表非常危险，二等代表一般危险；

根据行人障碍物识别模块获得障碍物相对于驾驶员坐标的纵向距离y和横向偏移量x，通过车子CAN总线能获取车辆行驶的当前车速v；

本车与前方行人及障碍物可能发生相撞的时间t由如下公式计算：

t=y/v                                                   （2）

根据碰撞时间计算，确定碰撞等级，并确定LED的点亮频率如下：若t<1s，则危险等级为第一等级，LED灯高频率闪烁；若1s<t<2.5s，则危险等级为第二等级，LED灯中频率闪烁；若t>2.5s，则认为没有碰撞危险，预警LED灯不被点亮。

3.根据权利要求2所述的障碍物车载预警装置，其特征在于，若危险等级为第一等级，LED灯组高频率闪烁，声音预警模块发生高频滴滴预警声；若危险等级为第二等级，LED灯组中频率闪烁，声音预警模块发生中低频滴滴预警声。

4.根据权利要求1所述的障碍物车载预警装置，其特征在于，所述LED灯组由一排位于挡风玻璃下沿、间隔1cm的多个LED灯组成。

5.根据权利要求1所述的障碍物车载预警装置，其特征在于，所述根据行人障碍物识别模块检测到的障碍物相对摄像头的平面坐标，确定行人障碍物相对驾驶人所在区域的方法如下：

摄像头所识别的障碍物的三维坐标（x₁,y₁,z₁）经过处理后可将障碍物转化为摄像所在的二维平面直角坐标系O₁X₁Y₁中的点（x₁,y₁）；

由于摄像机坐标和驾驶人坐标有一个固定和横向和纵向偏移量，经过平移，可将该摄像机平面直角坐标系转移到以驾驶员实视线位置为坐标原点的驾驶员二维平面坐标系OXY中，相对应的障碍物的坐标则变为（x,y）。

6.根据权利要求1所述的障碍物车载预警装置，其特征在于，所述LED灯组点亮位置的确定方法如下：

在以驾驶人视线为原点的驾驶员二维平面坐标系OXY中，根据三角相似关系可得得到如下基本关系式：

=                                             （1）

其中x，y为所检测到障碍物的横向偏移量和纵向距离，由图像采集识别模块提供；y_LED为每个LED相对于驾驶人视线O点的纵坐标，均为均已知；

只需确定LED灯的横坐标（即x_LED）即可知道LED灯的点亮位置；

由上可知，x，y，y_LED均为已知量，从而可确定x_LED，即可计算得出LED灯的点亮位置，也即确定需要点亮的LED灯。

7.根据权利要求1所述的障碍物车载预警装置，其特征在于，所述障碍物识别模块采用CCD图像传感器和DSP技术，可将摄像头拍摄到的物体的三维坐标转化为平面坐标。

8.根据权利要求1所述的障碍物车载预警装置，其特征在于，所述障碍物识别模块为前方视景摄像头。

9.一种基于权利要求1至9任一所述的障碍物车载预警装置的基于LED灯组的障碍物车载预警方法，其特征在于，包括以下步骤：

1）通过安装在车辆挡风玻璃中间上部的行人障碍物识别模块识别行人及障碍物；

2）根据识别结果确定障碍物相对驾驶人坐标系的相对坐标；

3）根据行人障碍物识别模块检测到的障碍物相对驾驶人的坐标，确定行人障碍物相对驾驶人所在区域；然后确定LED灯组点亮位置；

4）根据碰撞时间计算，确定碰撞等级，并确定LED的点亮频率，其中，本车与前方行人及障碍物可能发生相撞的时间t由如下公式计算：

t=y/v；式中y为行人障碍物相对于驾驶员坐标的纵向距离和， v为车辆行驶的当前车速；

若t<1s，则危险等级为第一等级，LED灯高频率闪烁；若1s<t<2.5s，则危险等级为第二等级，LED灯中频率闪烁；若t>2.5s，则认为没有碰撞危险，预警LED灯不被点亮；

5）若危险等级为第一等级，LED灯组高频率闪烁显示，声音预警模块发生高频滴滴预警声；若危险等级为第二等级，LED灯组中频率闪烁显示，声音预警模块发生中低频滴滴预警声。