CN107139922A - 一种汽车防追尾方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种汽车防追尾方法，步骤包括：1)标定摄像头；2)识别连续两帧图像中汽车获取每帧图像中前后两车之间的距离以及获取连续两帧图像之间的时间间隔，从而求取前后两车当前的相对速度；3)从惯性导航系统中获取汽车当前加速度和当前行驶速度，并通过当前行驶速度求取两车该保持的安全距离；4)若第二帧图像车距小于安全距离，则进入步骤5)，否则进入下一帧图像处理；5)综合前后两车的相对速度、汽车当前加速度、当前速度下应保持的安全距离和第二帧图像车距即当前两车测得的距离判断是否存在追尾事故发生的隐患，并及时持续地发出警告；6)重复步骤2)‑5)直到汽车停止。本发明具有可靠性和准确性高、告警发出速度快等优点。

Description

一种汽车防追尾方法
技术领域
本发明涉及计算机视觉和惯性导航领域，尤其涉及到一种汽车防追尾方法。
背景技术
随着人们生活条件的不断提高，汽车逐步走进千家万户，给人们出行带来极大的方便。但随着汽车普有量不断增多，给交通带来的压力也随之而增大，驾驶员为了争取时间常会加大油门驾驶，以致汽车追尾的情况时有发生。
为了判断是否存在追尾隐患，现有的技术利用安装在汽车上的摄像头提供的图像信息进行检测，从而给出告警信息。
例如，在专利文献(CN106080381A一种基于图像识别检测的汽车防追尾的预警系统)中，记载有通过使用图像处理技术检测是否存在汽车追尾隐患从而发出告警信息的方法。在该文献中，通过图像拍摄模块获取汽车尾部图像信息，图像识别模块识别图像中的信息；然后通过控制模块提取汽车CAN总线数据综合前两个模块的信息处理结果判断是否存在追尾隐患，最后通过预警模块发出预警信息。
但是，该专利文献采用的基于图像识别技术实现的汽车防追尾的预警系统过于简单，未能充分利用图像提供的大量信息，例如，并没有通过相关技术获得图像中检测到的汽车在现实物理空间中的距离信息。
发明内容
本发明的目的在于克服现有技术的不足，提供一种可靠性和准确性高、告警发出速度快的汽车防追尾方法。
为实现上述目的，本发明所提供的技术方案为：包括以下步骤：
(1)标定摄像头；
(2)对相机中的图像作图像识别，识别图像中汽车；
(3)通过系统函数time()调取获取该帧图像时的时间，求取图像中前后两车之间的距离；
(4)重复步骤(2)-(3)，通过计算获得连续两帧图像之间的时间间隔t＝difftime(tq+1,tq)以及连续两帧图像中每帧图像前后两车之间的距离dq、dq+1，求取前后两车当前的相对速度vt；
(5)从汽车的惯性导航系统中获取汽车当前加速度a和当前行驶速度vc，并通过当前行驶速度求取两车该保持的安全距离ds；
(6)若第二帧图像车距dq+1小于安全距离ds，则进入步骤(6)，否则进入下一帧图像处理；
(7)综合前后两车的相对速度vt、汽车当前加速度a、当前速度下应保持的安全距离ds和第二帧图像车距dq+1即当前两车测得的距离dq+1判断是否存在追尾事故发生的安全隐患，并及时持续地发出警告；
(8)重复步骤(2)-(7)直到汽车停止。
进一步地，所述标定摄像头包括以下步骤：
(1用安装在汽车中的摄像头拍摄多张含有多个角点的棋盘图；
(2使用OpenCV中的API对摄像头进行标定获得摄像头的内参；
(3调整摄像头，记录此时摄像头的俯仰角α，偏航角β、高度h、图像像素点到世界坐标的变换矩阵
(4测量摄像头到汽车前沿的距离l。
进一步地，所述内参包括fx、fy、cx和cy，其中，fx为每个像素在相机坐标系中横向的物理长度；fy为每个像素在相机坐标系中纵向的物理长度；cx和cy为主点坐标。
进一步地，所述变换矩阵计算公式如下：
其中，c1＝cos(α)，c2＝cos(β)，s1＝sin(α),s2＝sin(β)。
进一步地，所述步骤(3)图像中前后两车之间的距离通过以下步骤求取：找出图像中汽车两个后轮与地面接触处的两个中点A和B，求出该A和B之间的中点C(u,v)，并对中点C(u,v)做逆透视变换还原为世界坐标系的坐标G(x,y,h,1)，从而求得两车的距离y-l。
进一步地，所述安全距离ds的求解公式为其中，S为驾驶员反应阶段和制动作用阶段的距离，为不同路面的附着系数。
进一步地，所述判断是否存在追尾隐患的步骤如下：
1)若a＞0和vt＜0；则发出存在严重追尾隐患警告；
2)若a＞0和vt≥0；则发出存在追尾隐患；
3)若a≤0和vt＜0；则发出存在追尾隐患；
4)若a≤0和vt≥0；则两车距离逐渐拉开，不发出追尾警告。
与现有技术相比，本方案的原理以及相应的有益效果如下：
1.对图像的处理除了识别图像中的汽车外，利用逆透视变换的方法求取两车的距离，充分地利用图像中的信息，大大提高测距的准确性。
2.依据前面的汽车在真实地物理空间中的位置信息、两车的相对加速度、以及当前行驶速度下该保持的安全距离综合判断是否存在追尾隐患，使发出的告警信息具有较高可靠性。
3.每帧图像求取两车距离时只用到一个点做逆透视变换，运算量小，运算速度快，使告警信息更快提示出来，让驾驶员有充足的时间作反应。
附图说明
图1为本发明的软件算法流程图。
具体实施方式
下面结合具体实施例对本发明作进一步说明：
参见附图1所示，本实施例所述的一种汽车防追尾方法，包括以下步骤：
(1)标定摄像头；
(1用安装在汽车中的摄像头拍摄多张含有多个角点的棋盘图；
(2使用OpenCV(一个基于BSD许可(开源)发行的跨平台计算机视觉库)中的API对摄像头进行标定获得摄像头的内参fx、fy、cx和cy，其中，fx为每个像素在相机坐标系中横向的物理长度；fy为每个像素在相机坐标系中纵向的物理长度；cx和cy为主点坐标；
(3调整摄像头，记录此时摄像头的俯仰角α，偏航角β、高度h、图像像素点到世界坐标的变换矩阵
其中，c1＝cos(α)，c2＝cos(β)，s1＝sin(α),s2＝sin(β)；
(4测量摄像头到汽车前沿的距离l；
(2)对相机中的图像作图像识别，识别图像中汽车，通过系统函数time()调取获取该帧图像时的时间tq；
(3)从图像的汽车中提取两个点的坐标，分别为汽车尾部左右两个车轮与地面接触的中点A和B；
(4)求取A和B的中点C(u,v)；
(5)使用计算机视觉的逆透视变换计算C(u,v)在世界坐标系的坐标G(x,y,h,1)；
(6)计算两车的距离dq＝y-l；
(7)重复步骤(2)-(6)对下一帧图像做重复操作获得该帧图像测得的两车距离dq+1以及获取该帧图像时的时间tq+1；
(8)通过计算获得连续两帧图像之间的时间间隔t＝difftime(tq+1,tq)以及连续两帧图像中每帧图像前后两车之间的距离dq、dq+1，计算此时两车的相对速度vt＝(dq+1-dq)/t；
(9)从加速度计中获取当前加速度a；
(10)获取当前汽车的当前速度vc；
(11)求取当前速度下前后两车应该保持的安全距离ds；
S为驾驶员反应阶段和制动作用阶段的距离，为不同的路面的附着系数；
(12)若dq+1＜ds，则进行步骤(13)，否则进入步骤(14)；
(13)综合加速度a、安全距离ds、两车相对速度vt和当前测得的两侧距离dq+1做如下判断是否存在追尾隐患：
1)若a＞0和vt＜0；则发出存在严重追尾隐患警告；
2)若a＞0和vt≥0；则发出存在追尾隐患；
3)若a≤0和vt＜0；则发出存在追尾隐患；
4)若a≤0和vt≥0；则两车距离逐渐拉开，不发出追尾警告；
(14)进入下一帧图像处理；
(15)重复步骤(2)-(14)直到汽车停止。
本实施例对图像的处理除了识别图像中的汽车外，利用逆透视变换的方法求取两车的距离，充分地利用图像中的信息，大大提高测距的准确性。
另外，本实施例依据前面的汽车在真实地物理空间中的位置信息、两车的相对加速度、以及当前行驶速度下该保持的安全距离综合判断是否存在追尾隐患，使发出的告警信息具有较高可靠性。
最后，本实施例中每帧图像求取两车距离时只用到一个点做逆透视变换，运算量小，运算速度快，使告警信息更快提示出来，让驾驶员有充足的时间作反应。
以上所述之实施例子只为本发明之较佳实施例，并非以此限制本发明的实施范围，故凡依本发明之形状、原理所作的变化，均应涵盖在本发明的保护范围内。

Claims (7)

1.一种汽车防追尾方法，其特征在于：包括以下步骤：
(1)标定摄像头；
(2)对相机中的图像作图像识别，识别图像中汽车；
(3)调取获取该帧图像时的时间，求取图像中前后两车之间的距离；
(4)重复步骤(2)-(3)，通过计算获得连续两帧图像之间的时间间隔t以及连续两帧图像中每帧图像前后两车之间的距离dq、dq+1，求取前后两车当前的相对速度vt；
(5)从汽车的惯性导航系统中获取汽车当前加速度a和当前行驶速度vc，并通过当前行驶速度求取两车该保持的安全距离ds；
(6)若第二帧图像车距dq+1小于安全距离ds，则进入步骤(6)，否则进入下一帧图像处理；
(7)综合前后两车的相对速度vt、汽车当前加速度a、当前速度下应保持的安全距离ds和第二帧图像车距dq+1即当前两车测得的距离dq+1判断是否存在追尾事故发生的安全隐患，并及时持续地发出警告；
(8)重复步骤(2)-(7)直到汽车停止。
2.根据权利要求1所述的一种汽车防追尾方法，其特征在于：所述标定摄像头包括以下步骤：
(1用安装在汽车中的摄像头拍摄多张含有多个角点的棋盘图；
(2使用OpenCV中的API对摄像头进行标定获得摄像头的内参；
(3调整摄像头，记录此时摄像头的俯仰角α，偏航角β、高度h、图像像素点到世界坐标的变换矩阵
(4测量摄像头到汽车前沿的距离l。
3.根据权利要求2所述的一种汽车防追尾方法，其特征在于：所述内参包括fx、fy、cx和cy，其中，fx为每个像素在相机坐标系中横向的物理长度；fy为每个像素在相机坐标系中纵向的物理长度；cx和cy为主点坐标。
4.根据权利要求2所述的一种汽车防追尾方法，其特征在于：所述变换矩阵计算公式如下：
<mrow> <mmultiscripts> <mi>T</mi> <mi>i</mi> <mi>g</mi> </mmultiscripts> <mo>=</mo> <mfenced open = "[" close = "]"> <mtable> <mtr> <mtd> <mrow> <mo>-</mo> <mfrac> <mn>1</mn> <msub> <mi>f</mi> <mi>x</mi> </msub> </mfrac> <msub> <mi>c</mi> <mn>2</mn> </msub> </mrow> </mtd> <mtd> <mrow> <mfrac> <mn>1</mn> <msub> <mi>f</mi> <mi>y</mi> </msub> </mfrac> <msub> <mi>s</mi> <mn>1</mn> </msub> <msub> <mi>s</mi> <mn>2</mn> </msub> </mrow> </mtd> <mtd> <mrow> <mfrac> <mn>1</mn> <msub> <mi>f</mi> <mi>x</mi> </msub> </mfrac> <msub> <mi>c</mi> <mi>x</mi> </msub> <msub> <mi>c</mi> <mn>2</mn> </msub> <mo>-</mo> <mfrac> <mn>1</mn> <msub> <mi>f</mi> <mi>y</mi> </msub> </mfrac> <msub> <mi>c</mi> <mi>y</mi> </msub> <msub> <mi>s</mi> <mn>1</mn> </msub> <msub> <mi>s</mi> <mn>2</mn> </msub> <mo>-</mo> <msub> <mi>c</mi> <mn>1</mn> </msub> <msub> <mi>s</mi> <mn>2</mn> </msub> </mrow> </mtd> <mtd> <mn>0</mn> </mtd> </mtr> <mtr> <mtd> <mfrac> <mn>1</mn> <msub> <mi>f</mi> <mi>x</mi> </msub> </mfrac> </mtd> <mtd> <mrow> <mfrac> <mn>1</mn> <msub> <mi>f</mi> <mi>y</mi> </msub> </mfrac> <msub> <mi>s</mi> <mn>1</mn> </msub> <msub> <mi>c</mi> <mn>1</mn> </msub> </mrow> </mtd> <mtd> <mrow> <mo>-</mo> <mfrac> <mn>1</mn> <msub> <mi>f</mi> <mi>x</mi> </msub> </mfrac> <msub> <mi>c</mi> <mi>x</mi> </msub> <msub> <mi>s</mi> <mn>2</mn> </msub> <mo>-</mo> <mfrac> <mn>1</mn> <msub> <mi>f</mi> <mi>y</mi> </msub> </mfrac> <msub> <mi>c</mi> <mi>y</mi> </msub> <msub> <mi>s</mi> <mn>1</mn> </msub> <msub> <mi>c</mi> <mn>2</mn> </msub> <mo>-</mo> <msub> <mi>c</mi> <mn>1</mn> </msub> <msub> <mi>c</mi> <mn>2</mn> </msub> </mrow> </mtd> <mtd> <mn>0</mn> </mtd> </mtr> <mtr> <mtd> <mn>0</mn> </mtd> <mtd> <mrow> <mfrac> <mn>1</mn> <msub> <mi>f</mi> <mi>y</mi> </msub> </mfrac> <msub> <mi>c</mi> <mn>1</mn> </msub> </mrow> </mtd> <mtd> <mrow> <mo>-</mo> <mfrac> <mn>1</mn> <msub> <mi>f</mi> <mi>y</mi> </msub> </mfrac> <msub> <mi>c</mi> <mi>y</mi> </msub> <msub> <mi>c</mi> <mn>1</mn> </msub> <mo>+</mo> <msub> <mi>s</mi> <mn>1</mn> </msub> </mrow> </mtd> <mtd> <mn>0</mn> </mtd> </mtr> <mtr> <mtd> <mn>0</mn> </mtd> <mtd> <mrow> <mo>-</mo> <mfrac> <mn>1</mn> <mrow> <msub> <mi>hf</mi> <mi>y</mi> </msub> </mrow> </mfrac> <msub> <mi>c</mi> <mn>1</mn> </msub> </mrow> </mtd> <mtd> <mrow> <mfrac> <mn>1</mn> <mrow> <msub> <mi>hf</mi> <mi>y</mi> </msub> </mrow> </mfrac> <msub> <mi>c</mi> <mi>v</mi> </msub> <msub> <mi>c</mi> <mn>1</mn> </msub> <mo>-</mo> <mfrac> <mn>1</mn> <mi>h</mi> </mfrac> <msub> <mi>s</mi> <mn>1</mn> </msub> </mrow> </mtd> <mtd> <mn>0</mn> </mtd> </mtr> </mtable> </mfenced> <mo>,</mo> </mrow>
其中，c1＝cos(α)，c2＝cos(β)，s1＝sin(α),s2＝sin(β)。
5.根据权利要求1所述的一种汽车防追尾方法，其特征在于：所述步骤(3)图像中前后两车之间的距离通过以下步骤求取：找出图像中汽车两个后轮与地面接触处的两个中点A和B，求出该A和B之间的中点C(u,v)，并对中点C(u,v)做逆透视变换还原为世界坐标系的坐标G(x,y,h,1)，从而求得两车的距离y-l。
6.根据权利要求1所述的一种汽车防追尾方法，其特征在于：所述安全距离ds的求解公式为其中，S为驾驶员反应阶段和制动作用阶段的距离，为不同路面的附着系数。
7.根据权利要求1所述的一种汽车防追尾方法，其特征在于：所述判断是否存在追尾隐患的步骤如下：
1)若a＞0和vt＜0；则发出存在严重追尾隐患警告；
2)若a＞0和vt≥0；则发出存在追尾隐患；
3)若a≤0和vt＜0；则发出存在追尾隐患；
4)若a≤0和vt≥0；则两车距离逐渐拉开，不发出追尾警告。
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