CN106355919B - 一种基于机器视觉的弯道车速限速计算方法及超速警示装置 - Google Patents
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Abstract
本发明公开一种基于机器视觉的弯道限速计算方法及超速警示装置；该方法包括以下步骤：测量弯道等视距不良路段的可视距离；根据可视距离，计算能保证车辆遇到紧及情况时可确保紧及停车的安全车速；比较安全车速和当前车速，当前车速大于安全车速对驾驶员进行警示；本方法基于车载装置，无需道路设施协同，具有成本低，计算简单，运算速度快，可靠性高等优势，防止驾驶员冒险假设前方路况良好而导致制动距离不足进而发生交通事故，为不良路段车速安全控制理论方法提高支撑。
Description
技术领域
本发明涉及汽车辅助驾驶安全领域，特别是涉及一种基于机器视觉的弯道车速限速计算方法及超速警示装置。
背景技术
近年来，汽车保有量逐年增加，道路交通事故居高不下，给社会造成大量的人员伤亡和财产损失。通过对事故的统计分析，大多数事故发生在弯道等视距不良路段，主要事故类型为因躲避急转向而发生的侧翻事故和制动距离不足发生的追尾事故。其主要原因为视距不足路段，驾驶员只考虑了车辆能通过路段的车速，而没有考虑因视距不足可能出现未知突发事件，如前方有车辆抛锚，对向车辆较大占中线行驶，进而车速超出视距范围内可安全停车的车速，导致事故发生。
目前，车辆在视距不良路段如弯道处，只考虑车辆防侧翻和防侧滑的速度控制，如现有技术中CN 103121447 B大连理工大学，一种弯道防侧滑侧翻自动控制系统及方法，而没有考虑驾驶员在视距不良处因无法及时发现突发的情况，应该将车速控制在可视距离范围可安全停车的车速。
因此，现有技术的上述问题亟需解决。
发明内容
本发明的目的在于提供基于机器视觉的弯道安全车速判定方法及警示装置，安全车速判定方法采用图像技术、控制精度高，使用成本低、适合规模化推广，为交通管理部门及企业安全管理车辆提供技术支撑。
本发明的原理是通过摄像机采集车辆前方道路的图像，然后经过图像解码器把图像信号传输给集成图像信号处理的嵌入式单片机，通过程序判断当前车速的安全制动距离是否超过道路的最大可视距离，如果超过，通过LED灯光和喇叭向驾驶员警示并语音提示驾驶员安全车速值。
本发明请求保护一种基于机器视觉的弯道超速警示装置，该装置包括：
图像采集模块，由摄像机和图像解码器组成，摄像机安装在前挡风玻璃上部，镜头朝向前方行驶的道路；
嵌入式单片机，安装在车辆仪表盘附近，用于存储、处理图像，识别车道边界点并计算最大可视距离，同时控制液晶显示器和报警模块；
报警模块，安装在车辆仪表盘附近，由LED灯和喇叭和组成，在收到报警信号后，控制LED灯闪烁及喇叭鸣叫。
进一步的，所述图像采集模块通过摄像机采集车前道路信息，并识别道路的车道边界线，识别道路最远可视端D，采用图像测距技术计算道路最远可视端D距车辆的距离S4，所述S4取所述车道两条边界线实际距离的平均值，然后计算机根据公式计算该距离可保证安全的安全车速vsafe，同时与采集的车速v进行比较，如果当前车速v超过安全车速vsafe，则控制报警模块报警。
本发明还请求保护一种应用于上述系统中的基于机器视觉的弯道限速计算方法，该方法包括如下步骤：
S101，计算当前最远可视道路距离S；
采集车辆前道路图像信息，经过图像处理，提取车道线及弯道处道路最远可视端D，利用图像测距技术计算道路最远可视端D距车辆的实际距离，记为最远可视道路距离S；
S102，计算车辆安全视距可紧急停车的临界安全速度：车辆在可视距离范围紧急停车的临界安全速度vsafe可由式1计算得到：
式中：s为最远可视道路距离，m为驾驶员对制动距离的影响系数，主要为驾驶员的反应时间，c为车辆对制动距离的影响系数，包括消除制动间隙和制动力增长时间，a为车辆紧急制动时的平均制动减速度；
S103，由单片机读取车辆的CAN总线车速信号采集车辆当前车速v，并判断当前车辆速度v是否大于所述当前临界安全车速vsafe，如果大于，计算机控制报警装置发出警报，同时继续动态计算安全速度vsafe，并动态显示所述临界安全车速vsafe，直到车速低于所述安全速度vsafe。
进一步的，临界安全速度vsafe的计算中，驾驶员反应时间取0.1s。
进一步的，步骤S101具体包括：
计算当前最远可视道路距离S，将摄像机采集的车前道路图像信息，进行图像灰度处理，并利用sobel算子检测车道边缘，再利用hough变换算法实现车道线提取；将车道线的终端标记为道路最远可视端D；根据单目摄像头的成像原理，计算出图像中竖直方向上每相邻两个像素的实际距离和水平方向上每相邻两个像素的实际投影距离，依据这一原理，通过计算出车道线所在每一像素之间的距离并求和，计算摄像头距道路最远可视端D的实际距离S；所述的摄像头距道路最远可视端D的实际道路距离S取车辆所在车道两边车道线计算距离的平均值。
附图说明
图1为本发明的方法的基本流程图；
图2为本发明的图像处理效果图；
图3为本发明装置的示意图。
具体实施方式
下面通过具体实施例对本发明作进一步详述，以下实施例只是描述性的，不是限定性的，不能以此限定本发明的保护范围。
如图3，本发明请求保护一种基于机器视觉的弯道超速警示装置，该装置包括：
图像采集模块，由摄像机和图像解码器组成，摄像机安装在前挡风玻璃上部，镜头朝向前方行驶的道路；
嵌入式单片机，安装在车辆仪表盘附近，用于存储、处理图像，识别车道边界点并计算最大可视距离，同时控制液晶显示器和报警模块；
报警模块，安装在车辆仪表盘附近，由LED灯和喇叭和组成，在收到报警信号后，控制LED灯闪烁及喇叭鸣叫。
进一步的，图像采集模块通过摄像机采集车前道路信息，并识别道路的车道边界线1，识别道路最远可视端D，采用图像测距技术计算道路最远可视端D距车辆的距离S4，所述S4取所述车道两条边界线1实际距离的平均值，然后计算机根据公式计算该距离可保证安全的安全车速vsafe，同时与采集的车速v进行比较，如果当前车速v超过安全车速vsafe，则控制报警模块报警；
其中LED灯向驾驶员发出警示，并通过喇叭语音提示安全车速vsafe值。
如图1所示，本发明还请求一种应用于上述装置中的基于机器视觉的弯道限速计算方法，具体步骤以下：
S101，计算当前最远可视道路距离S；
采集车辆前道路图像信息，经过图像处理，提取车道线及弯道处道路最远可视端D，利用图像测距技术计算道路最远可视端D距车辆的实际距离，记为最远可视道路距离S；
S102，计算车辆安全视距可紧急停车的临界安全速度：车辆在可视距离范围紧急停车的临界安全速度vsafe可由式1所的：
式中：s为最远可视道路距离，m为驾驶员对制动距离的影响系数，主要为驾驶员的反应时间，c为车辆对制动距离的影响系数，包括消除制动间隙和制动力增长时间，a为车辆紧急制动时的平均制动减速度；
S103，由单片机读取车辆的CAN总线车速信号采集车辆当前车速v，并判断当前车辆速度v是否大于所述当前临界安全车速vsafe，如果大于，计算机控制报警装置发出警报，同时继续动态计算安全速度vsafe，并动态显示所述临界安全车速vsafe，直到车速低于所述安全速度vsafe。
在一个具体的实施例中，临界安全速度vsafe的计算中，驾驶员反映时间取0.1s，即m取值0.1或者根据驾驶的自身状况取值，所述的c根据车辆技术状况取值。车辆紧急制动时的平均制动减速度a取决于道路的附着系数和车辆制动性能。本发明所述的安全车速为天气状况良好条件下，如果遇到雨，雪等不良天气时，该速度值应该考虑不良天气对道路附着系数的影响，乘以相应的修正系数ki，具体如下表1所示。
表1
参照图2本发明图像处理效果图所示，计算当前最远可视道路距离S，将摄像机采集的车前道路图像信息，进行图像灰度处理，并利用sobel算子检测车道边缘，再利用hough变换算法实现车道线提取。将车道线的终端标记为道路最远可视端D。根据单目摄像头的成像原理，计算出图像中竖直方向上每相邻两个像素的实际距离和水平方向上每相邻两个像素的实际投影距离，依据这一原理，通过计算出车道线所在每一像素之间的距离并求和，计算摄像头距道路最远可视端D的实际距离S。所述的摄像头距道路最远可视端D的实际道路距离S取车辆所在车道两边车道线计算距离的平均值。
本发明中应用具体实施例对本发明的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想，对于本领域的一般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，都属于本发明的保护的范围。
Claims (2)
1.一种应用于基于机器视觉的弯道超速警示装置的基于机器视觉的弯道限速计算方法，其特征在于，所述的基于机器视觉的弯道超速警示装置包括：
图像采集模块，由摄像机和图像解码器组成，摄像机安装在前挡风玻璃上部，镜头朝向前方行驶的道路；
嵌入式单片机，安装在车辆仪表盘附近，用于存储、处理图像，识别车道边界点并计算最大可视距离，同时控制液晶显示器和报警模块；
报警模块，安装在车辆仪表盘附近，由LED灯和喇叭和组成，在收到报警信号后，控制LED灯闪烁及喇叭鸣叫；
所述图像采集模块通过摄像机采集车前道路信息，并识别道路的车道边界线，识别道路最远可视端D，采用图像测距技术计算道路最远可视端D距车辆的距离S4，所述S4取所述车道两条边界线实际距离的平均值，然后计算机根据公式计算该距离可保证安全的安全车速vsafe，同时与采集的车速v进行比较，如果当前车速v超过安全车速vsafe，则控制报警模块报警；
所述计算方法包括如下步骤：
S101，计算当前最远可视道路距离S；
采集车辆前道路图像信息，经过图像处理，提取车道线及弯道处道路最远可视端D，利用图像测距技术计算道路最远可视端D距车辆的实际距离，记为最远可视道路距离S；
S102，计算车辆安全视距可紧急停车的临界安全速度：车辆在可视距离范围紧急停车的临界安全速度vsafe可由式1计算得到：
式中：s为最远可视道路距离，m为驾驶员对制动距离的影响系数，主要为驾驶员的反应时间，c为车辆对制动距离的影响系数，包括消除制动间隙和制动力增长时间，a为车辆紧急制动时的平均制动减速度；
S103，由单片机读取车辆的CAN总线车速信号采集车辆当前车速v，并判断当前车辆速度v是否大于所述当前临界安全车速vsafe，如果大于，计算机控制报警装置发出警报，同时继续动态计算安全速度vsafe，并动态显示所述临界安全车速vsafe，直到车速低于所述安全速度vsafe；
步骤S101具体包括：计算当前最远可视道路距离S，将摄像机采集的车前道路图像信息，进行图像灰度处理，并利用sobel算子检测车道边缘，再利用hough变换算法实现车道线提取；将车道线的终端标记为道路最远可视端D；根据单目摄像头的成像原理，计算出图像中竖直方向上每相邻两个像素的实际距离和水平方向上每相邻两个像素的实际投影距离，依据这一原理，通过计算出车道线所在每一像素之间的距离并求和，计算摄像头距道路最远可视端D的实际距离S；所述的摄像头距道路最远可视端D的实际道路距离S取车辆所在车道两边车道线计算距离的平均值。
2.如权利要求1所述的方法，其特征在于，临界安全速度vsafe的计算中，驾驶员反应时间取0.1s。
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