CN105691390A - 一种车辆预警装置和预警方法 - Google Patents

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Abstract

本发明属于道路交通安全领域，公开了一种车辆预警装置和预警方法，包括：微处理器，毫米波雷达，车速传感器，内置摄像头，外置摄像头，预警单元；毫米波雷达的输出端、车速传感器的输出端、内置摄像头的输出端、外置摄像头的输出端分别与微处理器的对应输入端连接，微处理器的输出端与预警单元的输入端连接；能够对驾驶人分心时左右侧相邻车道车辆突然变道引发的碰撞进行预警，并有效避免该类碰撞，提高驾驶人行车安全性。

Description

一种车辆预警装置和预警方法
技术领域
本发明涉及道路交通安全领域，尤其涉及一种车辆预警装置和预警方法，用于在驾驶人处于分心状态且相邻车道车辆突然变道时发出预警信号。
背景技术
随着车载信息系统(如导航系统、mp3、智能电话等)的普及，由车内次任务引起的驾驶分心越来越普遍。不同交通环境下分心程度对安全驾驶影响不同，外界交通越复杂，分心对驾驶安全性的影响越严重。当驾驶人操作车内设备或打电话时，其注意力不能集中于主驾驶任务，对本车与周围其他车辆相对运动关系判断不准确。此时，若有相邻车道车辆突然变道，且没有辅助系统对其进行提前预警，驾驶人将没有足够的时间调整车辆，结果极易酿成追尾或擦刮事故，导致人员伤亡及财产损失。
目前，大多数分心研究未考虑交通环境复杂度对驾驶人的影响，而相邻车道车辆突然变道现象又是普遍现象。此外，分心预警系统基本上以驾驶人的分心程度为指标，当驾驶人分心程度超过设定的阈值时进行预警。由于当前系统过于复杂，投资较大，以至于无法发挥其应有的安全辅助作用。
发明内容
针对上述问题，本发明的目的在于提供一种车辆预警装置和预警方法，能够避免由于驾驶人分心时左右侧相邻车道车辆突然变道导致的驾追尾碰撞问题，并在碰撞发生前进行有效预警，提高驾驶人行车安全性。
为达到上述目的，本发明的实施例采用如下技术方案予以实现。
技术方案一：
一种车辆预警装置，所述预警装置包括：微处理器，毫米波雷达，车速传感器，内置摄像头，外置摄像头，预警单元；
所述毫米波雷达的输出端、所述车速传感器的输出端、所述内置摄像头的输出端、所述外置摄像头的输出端分别与所述微处理器的对应输入端连接，所述微处理器的输出端与所述预警单元的输入端连接；
所述毫米波雷达，用于测量自车与相邻车道车辆的相对行驶参数，并将所述相对行驶参数发送给所述微处理器，所述相对行驶参数至少包括：相对距离、相对速度以及相对角度；
所述车速传感器，用于获取自车的行驶速度，并将所述自车的行驶速度发送给所述微处理器；
所述内置摄像头，用于获取驾驶人的驾驶状态信息，并将所述驾驶状态信息发送给所述微处理器；
所述外置摄像头，用于获取相邻车道车辆的连续多个图像信息，并将所述相邻车道车辆的连续多个图像信息发送给所述微处理器；
所述微处理器，用于根据所述驾驶状态信息确定驾驶人是否处于分心状态；根据所述相邻车道车辆的连续多个图像信息确定相邻车道车辆是否突然变道；并根据所述相对驾驶参数、自车的行驶速度判断当所述驾驶人处于分心状态且所述相邻车道车辆突然变道时是否将发生危险情况；
所述预警单元，用于当微处理器根据自车的行驶速度判断当所述驾驶人处于分心状态且所述相邻车道车辆突然变道时将发生危险情况时，发出预警信号。
技术方案一的特点和进一步的改进为：
(1)所述毫米波雷达为ESR毫米波雷达，固定在自车进气格栅外侧。
(2)所述车速传感器为4s2m型车速传感器，安装于自身车轮上随车轮一起转动。
(3)所述内置摄像头和所述外置摄像头采用中星YJS-01USB2.0摄像头，所述内置摄像头采用胶粘方式安装于驾驶人正前方的挡风玻璃上，镜头水平朝向驾驶人；外置摄像头采用胶粘方式安装于自车的前挡风玻璃正中央下方，镜头水平朝向自车行驶方向。
(4)所述预警单元包括2个LED警示灯和1个蜂鸣器，2个LED警示灯分别安装于自车左右A柱内侧，蜂鸣器安装在自车方向盘下部；当所述驾驶人处于分心状态且所述相邻车道车辆突然变道时，蜂鸣器发出高频报警声，且若左侧相邻车道有车辆并道时左侧LED灯闪烁，右侧相邻车道有车辆并道时，右侧LED灯闪烁。
技术方案二：
一种车辆预警方法，所述预警方法包括：
车速传感器获取自车的行驶速度，当所述自车的行驶速度大于预设速度时，所述预警装置开始工作；
毫米波雷达测量自车与相邻车道车辆的相对行驶参数，所述相对行驶参数至少包括：相对距离、相对速度以及相对角度；
内置摄像头获取驾驶人的驾驶状态信息；
外置摄像头获取相邻车道车辆的连续多个图像信息；
微处理器根据驾驶人的驾驶状态信息确定驾驶人是否处于分心状态，根据所述相邻车道的连续多个图像信息，确定相邻车道车辆是否突然变道，并根据所述相对驾驶参数、自车的行驶速度判断当所述驾驶人处于分心状态且所述相邻车道车辆突然变道时是否将发生危险情况；
预警单元在发生危险情况时，发出预警信号。
技术方案二的特点和进一步的改进为：
(1)内置摄像头获取驾驶人的驾驶状态信息为连续获取多帧驾驶人的图像；所述微处理器根据所述驾驶状态信息确定驾驶人是否处于分心状态，具体包括：若连续多帧图像中，驾驶人的视线位于预设的非正常区域，则确定驾驶人处于分心状态；或者，若连续多帧图像中，驾驶人的嘴巴处于张开与闭合交替的状态，且驾驶人手部位于头部区域，则确定驾驶人处于分心状态。
(2)相邻车道车辆的连续多个图像信息包含相邻车道线轮廓与相邻车辆轮廓；所述微处理器根据所述相邻车道的连续多个图像信息，确定相邻车道车辆是否突然变道，具体包括：若所述相邻车道线与所述相邻车辆轮廓之间的距离逐渐减小，且达到一定阈值，则确定相邻车道车辆突然变道。
本发明提供一种车辆预警装置和方法，用于汽车驾驶人分心时相邻车道车辆突然变道的预警，可通过检测车道线和前方车辆轮廓识别前方车辆运动轨迹以及检测驾驶人眼睛、嘴巴和手部动作信息识别驾驶人注意力状态，可以避免由于驾驶人分心时左右侧相邻车道车辆突然变道导致的驾追尾碰撞问题，并在碰撞发生前进行有效预警，提高驾驶员行车安全性。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为本发明实施例提供的一种车辆预警装置的结构示意图一；
图2为本发明实施例提供的一种车辆预警装置的结构示意图二；
图3为本发明实施例提供的一种车辆预警方法的流程示意图；
图4为本发明实施例提供的一种相邻车道车辆变道的过程示意图；
图5为本发明实施例提供的将驾驶人视野分为5个区域的示意图。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
本发明实施例提供一种车辆预警装置，所述预警装置用于在驾驶人处于分心状态且相邻车道车辆突然变道时发出预警信号，如图1所示，所述预警装置包括：微处理器1，毫米波雷达2，车速传感器3，内置摄像头4，外置摄像头5，预警单元6。
所述毫米波雷达的输出端、所述车速传感器的输出端、所述内置摄像头的输出端、所述外置摄像头的输出端分别与所述微处理器的对应输入端连接，所述微处理器的输出端与所述预警单元的输入端连接。
所述毫米波雷达2，用于测量自车与相邻车道车辆的相对行驶参数，并将所述相对行驶参数发送给所述微处理器，所述相对行驶参数至少包括：相对距离、相对速度以及相对角度。
所述车速传感器3，用于获取自车的行驶速度，并将所述自车的行驶速度发送给所述微处理器。
所述内置摄像头4，用于获取驾驶人的驾驶状态信息，并将所述驾驶状态信息发送给所述微处理器。
所述外置摄像头5，用于获取相邻车道车辆的连续多个图像信息，并将所述相邻车道车辆的连续多个图像信息发送给所述微处理器。
所述微处理器1，用于根据所述驾驶状态信息确定驾驶人是否处于分心状态；根据所述相邻车道车辆的连续多个图像信息确定相邻车道车辆是否突然变道；并根据所述相对驾驶参数、自车的行驶速度判断当所述驾驶人处于分心状态且所述相邻车道车辆突然变道时是否将发生危险情况。
所述微处理器1用于分析处理自车内外图像信息，并判断当前行车的安全性。其封装于金属盒中，安装于车辆仪表板盖内侧(如图2所示)，微处理器的信号输入端分别电连接车速传感器的信号输出端、摄像头的信号输出端、毫米波雷达的信号输出端；微处理器的信号输出端电连预警单元。
所述预警单元6，用于当微处理器根据自车的行驶速度判断当所述驾驶人处于分心状态且所述相邻车道车辆突然变道时将发生危险情况时，发出预警信号。
进一步的，所述毫米波雷达2为ESR毫米波雷达，通过向自车前方发射信号，来探测前方和两侧车辆的运动状态，采用细纹螺栓固定在自车进气格栅外侧(如图2所示)，且周围没有遮挡物；用于测量自车与其他目标车辆的相对距离、相对速度及相对角度等参数，通过信号线将以上参数信号发送至微处理器中。该毫米波雷达在60m范围内时探测角度为90°，在175m范围内时探测角度为20°，测量精度为0.5m，速度测量精度为0.12m/s，角度精度为0.5°，满足本发明的要求。
所述车速传感器3为4s2m型车速传感器，其采样精度为0.01km/h，满足本发明的要求；安装于自身车轮上随车轮一起转动(如图2所示)，用于采集自车行驶速度数据，通过信号线将自车行驶速度数据发送到微处理器中。
所述内置摄像头4和所述外置摄像头5采用中星YJS-01USB2.0摄像头，所述内置摄像头4采用胶粘方式安装于驾驶人正前方的挡风玻璃上(如图2所示)，镜头水平朝向驾驶人，其用于采集车内驾驶人状态信息，通过信号线将参数信号发送至微处理器中；外置摄像头5采用胶粘方式安装于自车的前挡风玻璃正中央下方(如图2所示)，镜头水平朝向自车行驶方向，其用于采集前方道路和相邻车道车辆图像并通过导线传输至微处理器。
本发明实施例中，内置摄像头和外置摄像头均采用中星YJS-01USB2.0摄像头，有效像素为600万，满足本发明要求。
所述预警单元6包括2个LED警示灯(如图2中6和7所示)和1个蜂鸣器(如图2中8所示)，2个LED警示灯分别安装于自车左右A柱内侧(如图2所示)，蜂鸣器安装在自车方向盘下部(如图2所示)；当所述驾驶人处于分心状态且所述相邻车道车辆突然变道时，蜂鸣器发出高频报警声，且若左侧相邻车道有车辆并道时左侧LED灯闪烁，右侧相邻车道有车辆并道时，右侧LED灯闪烁。
本发明实施例还提供一种车辆预警方法，所述预警方法应用于如上述实施例所述的预警装置中，如图3所示，所述预警方法包括：
步骤1，车速传感器获取自车的行驶速度，当所述自车的行驶速度大于预设速度时，所述预警装置开始工作。
考虑到城市道路低速行驶对换道安全预警的影响，本发明实施例提供的预警方法可设置为在车速大于40km/h时工作，车速值由车速传感器得到。
步骤2，毫米波雷达测量自车与相邻车道车辆的相对行驶参数，所述相对行驶参数至少包括：相对距离、相对速度以及相对角度。
步骤3，内置摄像头获取驾驶人的驾驶状态信息。
步骤4，外置摄像头获取相邻车道车辆的连续多个图像信息。
步骤5，微处理器根据驾驶人的驾驶状态信息确定驾驶人是否处于分心状态，根据所述相邻车道的连续多个图像信息，确定相邻车道车辆是否突然变道，并根据所述相对驾驶参数、自车的行驶速度判断当所述驾驶人处于分心状态且所述相邻车道车辆突然变道时是否将发生危险情况。
步骤6，预警单元在发生危险情况时，发出预警信号。
具体的，内置摄像头获取驾驶人的驾驶状态信息为连续获取多帧驾驶人的图像；所述微处理器根据所述驾驶状态信息确定驾驶人是否处于分心状态，具体包括：若连续多帧图像中，驾驶人的视线位于预设的非正常区域，则确定驾驶人处于分心状态；或者，若连续多帧图像中，驾驶人的嘴巴处于张开与闭合交替的状态，且驾驶人手部位于头部区域，则确定驾驶人处于分心状态。
又具体的，相邻车道车辆的连续多个图像信息包含相邻车道线轮廓与相邻车辆轮廓；所述微处理器根据所述相邻车道的连续多个图像信息，确定相邻车道车辆是否突然变道，具体包括：若所述相邻车道线与所述相邻车辆轮廓之间的距离逐渐减小，且达到一定的阈值，则确定相邻车道车辆突然变道。
示例性的，本发明实施例提供的一种车辆预警方法的工作过程为：
根据本发明要求，安装各个元器件之后，需进行内置摄像头、外置摄像头和毫米波雷达的标定。完成标定之后，内置摄像头实时采集驾驶人状态图像，外置摄像头实时采集相邻车道车辆的图像，车速传感器实时采集自车的行驶速度，毫米波雷达实时获取前方车辆运动状态数据，所述前方车辆运动状态数据包括前方车辆相对本车的距离和速度。
利用微处理器实时接收和分析处理来自内置摄像头和外置摄像头的道路、车辆和驾驶人状态图像、来自车速传感器的本车的行驶速度以及来自毫米波雷达的前方车辆运动状态数据。
微处理器在接收到道路和车辆图像后，对实时道路和车辆图像进行预处理，然后提取前方车道线和前方车辆的轮廓图像。
具体地说，图像预处理的目的是去除摄像头所采集图像中的干扰信息。此处，采用中值滤波算法进行。图像进行预处理之后，采用二值化方法提取道路图像中车道线和前方车辆的轮廓图像。由于车道线与道路之间的灰度值差异明显，可以直接利用二值化方法提取车道线轮廓。识别车辆运动状态时，采用路面上的车辆底部阴影作为识别目标。因为，车辆底部阴影与路面的灰度值差异显著，设定路面灰度阈值后，采取二值化算法可以较好的提取出车辆底部阴影。如图4所示，为本发明实施例提供的一种相邻车道车辆变道的过程示意图，车辆底部阴影为变道车辆的周围黑色区域，车道线为灰色区域。
车辆与车道线的轮廓提取之后，根据车辆位置和车道线位置判断前方车辆是否位于相邻车道。若车辆位于相邻车道，则持续计算该车辆底部阴影与相邻车道线的距离关系。当该车辆与该车道线之间的距离持续减小，且即将接合时，则判定为该车辆正处于换道过程，如图4中的位置b。
微处理器接收到驾驶人状态图像，对实时驾驶人状态图像进行预处理，然后提取驾驶人眼睛、嘴巴和手部的轮廓。
具体的说，就是根据驾驶人肤色，先识别出驾驶人头部轮廓，再利用眼睛、鼻孔、嘴角与面部灰度值的差异，提取眼睛、鼻孔和嘴角的特征和相对位置信息。所述的眼睛信息包括眼角和瞳孔信息。利用瞳孔与鼻孔相对距离的变化和眼角位置的变化，识别驾驶人注视方向；利用嘴角特征提取嘴巴轮廓，根据嘴巴轮廓识别驾驶人嘴部动作；由于驾驶人手持电话通话时，头部轮廓有较为显著的差异，可以利用图像识别方法判断驾驶人是否手持电话进行通话。
如图5所示，为本发明实施例提供的利用聚类方法将驾驶人视野分为道路正前方、左右后视镜和2个其它区域共5个区域的示意图。
驾驶人注意力判定条件：连续k(k＞5)帧图像内，驾驶人视线位于其他区域，认为驾驶人视觉分心；连续k(k＞5)帧图片内，驾驶人的嘴巴一直处于张开与闭合状态，且驾驶人手部位于头部区域内，认为驾驶人正处于打电话状态；
本发明实施例中将驾驶人视觉分心和打电话都认为驾驶人处于注意力不集中状态。
微处理器对危险区域设定：相邻车道车辆在此范围内变道，且本车继续保持现有状态行驶时将会发生碰撞的范围。
本发明实施例中提供的车辆预警装置和方法，用于驾驶人分心时相邻车道车辆突然变道的预警，可通过检测车道线和前方车辆轮廓识别前方车辆运动轨迹以及检测驾驶人眼睛、嘴巴和手部动作信息识别驾驶人注意力状态，可以避免由于驾驶人分心时左右侧相邻车道车辆突然变道导致的驾追尾碰撞问题，并在碰撞发生前进行有效预警，提高驾驶员行车安全性。
本领域普通技术人员可以理解：实现上述方法实施例的全部或部分步骤可以通过程序指令相关的硬件来完成，前述的程序可以存储于计算机可读取存储介质中，该程序在执行时，执行包括上述方法实施例的步骤；而前述的存储介质包括：ROM、RAM、磁碟或者光盘等各种可以存储程序代码的介质。
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 (8)

1.一种车辆预警装置，其特征在于，所述预警装置包括：微处理器，毫米波雷达，车速传感器，内置摄像头，外置摄像头，预警单元；
所述毫米波雷达的输出端、所述车速传感器的输出端、所述内置摄像头的输出端、所述外置摄像头的输出端分别与所述微处理器的对应输入端连接，所述微处理器的输出端与所述预警单元的输入端连接；
所述毫米波雷达，用于测量自车与相邻车道车辆的相对行驶参数，并将所述相对行驶参数发送给所述微处理器，所述相对行驶参数至少包括：相对距离、相对速度以及相对角度；
所述车速传感器，用于获取自车的行驶速度，并将所述自车的行驶速度发送给所述微处理器；
所述内置摄像头，用于获取驾驶人的驾驶状态信息，并将所述驾驶状态信息发送给所述微处理器；
所述外置摄像头，用于获取相邻车道车辆的连续多个图像信息，并将所述相邻车道车辆的连续多个图像信息发送给所述微处理器；
所述微处理器，用于根据所述驾驶状态信息确定驾驶人是否处于分心状态；根据所述相邻车道车辆的连续多个图像信息确定相邻车道车辆是否突然变道；并根据所述相对驾驶参数、自车的行驶速度判断当所述驾驶人处于分心状态且所述相邻车道车辆突然变道时是否将发生危险情况；
所述预警单元，用于当微处理器根据自车的行驶速度判断当所述驾驶人处于分心状态且所述相邻车道车辆突然变道时将发生危险情况时，发出预警信号。
2.根据权利要求1所述的一种车辆预警装置，其特征在于，所述毫米波雷达为ESR毫米波雷达，固定在自车进气格栅外侧。
3.根据权利要求1所述的一种车辆预警装置，其特征在于，所述车速传感器为4s2m型车速传感器，安装于自身车轮上随车轮一起转动。
4.根据权利要求1所述的一种车辆预警装置，其特征在于，所述内置摄像头和所述外置摄像头采用中星YJS-01USB2.0摄像头，所述内置摄像头采用胶粘方式安装于驾驶人正前方的挡风玻璃上，镜头水平朝向驾驶人；外置摄像头采用胶粘方式安装于自车的前挡风玻璃正中央下方，镜头水平朝向自车行驶方向。
5.根据权利要求1所述的一种车辆预警装置，其特征在于，所述预警单元包括2个LED警示灯和1个蜂鸣器，2个LED警示灯分别安装于自车左右A柱内侧，蜂鸣器安装在自车方向盘下部；当所述驾驶人处于分心状态且所述相邻车道车辆突然变道时，蜂鸣器发出高频报警声，且若左侧相邻车道有车辆并道时左侧LED灯闪烁，右侧相邻车道有车辆并道时，右侧LED灯闪烁。
6.一种车辆预警方法，其特征在于，包括：
车速传感器获取自车的行驶速度，当所述自车的行驶速度大于预设速度时，所述预警装置开始工作；
毫米波雷达测量自车与相邻车道车辆的相对行驶参数，所述相对行驶参数至少包括：相对距离、相对速度以及相对角度；
内置摄像头获取驾驶人的驾驶状态信息；
外置摄像头获取相邻车道车辆的连续多个图像信息；
微处理器根据驾驶人的驾驶状态信息确定驾驶人是否处于分心状态，根据所述相邻车道的连续多个图像信息，确定相邻车道车辆是否突然变道，并根据所述相对驾驶参数、自车的行驶速度判断当所述驾驶人处于分心状态且所述相邻车道车辆突然变道时是否将发生危险情况；
预警单元在发生危险情况时，发出预警信号。
7.根据权利要求6所述的一种车辆预警方法，其特征在于，内置摄像头获取驾驶人的驾驶状态信息为连续获取多帧驾驶人的图像；所述微处理器根据所述驾驶状态信息确定驾驶人是否处于分心状态，具体包括：若连续多帧图像中，驾驶人的视线位于预设的非正常区域，则确定驾驶人处于分心状态；或者，若连续多帧图像中，驾驶人的嘴巴处于张开与闭合交替的状态，且驾驶人手部位于头部区域，则确定驾驶人处于分心状态。
8.根据权利要求6所述的一种车辆预警方法，其特征在于，相邻车道车辆的连续多个图像信息包含相邻车道线轮廓与相邻车辆轮廓；所述微处理器根据所述相邻车道的连续多个图像信息，确定相邻车道车辆是否突然变道，具体包括：若所述相邻车道线与所述相邻车辆轮廓之间的距离逐渐减小，则确定相邻车道车辆突然变道。
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