CN107804227A - 一种基于3d深度测量的汽车安全系统 - Google Patents

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周晓军
杨高峰
李骊
李朔
盛赞
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    • B60—VEHICLES IN GENERAL
    • B60Q—ARRANGEMENT OF SIGNALLING OR LIGHTING DEVICES, THE MOUNTING OR SUPPORTING THEREOF OR CIRCUITS THEREFOR, FOR VEHICLES IN GENERAL
    • B60Q9/00—Arrangement or adaptation of signal devices not provided for in one of main groups B60Q1/00 - B60Q7/00, e.g. haptic signalling
    • B60Q9/008—Arrangement or adaptation of signal devices not provided for in one of main groups B60Q1/00 - B60Q7/00, e.g. haptic signalling for anti-collision purposes
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B60—VEHICLES IN GENERAL
    • B60T—VEHICLE BRAKE CONTROL SYSTEMS OR PARTS THEREOF; BRAKE CONTROL SYSTEMS OR PARTS THEREOF, IN GENERAL; ARRANGEMENT OF BRAKING ELEMENTS ON VEHICLES IN GENERAL; PORTABLE DEVICES FOR PREVENTING UNWANTED MOVEMENT OF VEHICLES; VEHICLE MODIFICATIONS TO FACILITATE COOLING OF BRAKES
    • B60T7/00—Brake-action initiating means
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    • B60T7/22—Brake-action initiating means for automatic initiation; for initiation not subject to will of driver or passenger initiated by contact of vehicle, e.g. bumper, with an external object, e.g. another vehicle, or by means of contactless obstacle detectors mounted on the vehicle

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Abstract

本发明公开了一种基于3D深度测量的汽车安全系统，包括第一～第三3D深度测量传感器、人体骨架计算模块、主控模块、车速传感器、报警模块和刹车机构；三个3D深度测量传感器分别安装于车头的左侧、右侧和中间位置，用于测量车头前方的不同位置区域，每个3D深度测量传感器均包括红外发射器和红外接收器，且在红外发射器内部设有光栅薄板；三个3D深度测量传感器的红外发射器分别向前方发射激光，激光经过光栅薄板打散成光点并发生反射，由对应的红外接收器接收反射回的光点，人体骨架计算模块根据反射回的光点坐标值提取出前方行人的骨架，主控模块根据骨架数据判断前方行人的距离和行走趋势，再根据判断结果驱动报警模块和刹车机构。

Description

一种基于3D深度测量的汽车安全系统
技术领域
本发明属于深度测量及其应用领域，特别涉及了一种基于3D深度测量的汽车安全系统。
背景技术
汽车安全系统一直是世界范围内共同探究的问题，从早期的驾驶员主动预警到现在通过汽车传感器获取环境信息来采取安全保护措施，均有一定成效，但随着汽车数量增加，驾驶环境变的更加复杂，汽车事故仍然频出不穷，尤其是在夜间行驶和前方行人突然横穿马路的情况。
目前，3D深度测量技术已经得到一定的应用，尤其在体感游戏领域、教育领域、3D扫描仪上得到了一定的发展。将3D深度测量技术运用到汽车安全系统上或许能够成为汽车安全系统新的研究方向。
发明内容
为了解决上述背景技术提出的技术问题，本发明旨在提供一种基于3D深度测量的汽车安全系统，克服现有技术存在的缺陷，将3D深度测量技术运用到汽车安全系统上。
为了实现上述技术目的，本发明的技术方案为：
一种基于3D深度测量的汽车安全系统，包括第一3D深度测量传感器、第二3D深度测量传感器、第三3D深度测量传感器、人体骨架计算模块、主控模块、车速传感器、报警模块和刹车机构；所述第一～第三3D深度测量传感器分别安装于车头的左侧、右侧和中间位置，用于测量车头前方的不同位置区域，每个3D深度测量传感器均包括红外发射器和红外接收器，且在红外发射器内部设有光栅薄板；所述第一～第三3D深度测量传感器的红外发射器分别向前方发射激光，激光经过光栅薄板打散成光点并发生反射，由对应的红外接收器接收反射回的光点，人体骨架计算模块根据反射回的光点坐标值提取出前方行人的人体骨架，主控模块根据骨架数据判断前方行人的距离和行走趋势，再根据判断结果和车速传感器获取的当前车速，驱动报警模块发出相应的报警提示，并控制刹车机构进行相应的制动。
进一步地，红外发射器经过光栅薄板，打散成数万颗光点，由红外接收器获取反射回的光点图像，得到图像上每个光点的坐标值(x,y,z)，其中，(x,y)为光点的二维坐标，z为点(x,y)处的深度值。
进一步地，人体骨架计算模块将设定范围内的z值光点集合起来，形成前景深度图，并根据前景深度图构建人体区域图像，并由人体骨架计算模块在人体区域的图像中抓取若干个骨架点，将这些骨架点连接并实时跟踪，形成完整的人体骨架图，主控模块根据人体骨架图得到前方行人各部位的位置信息，并据此判断出行人的行走趋势，即远离车头前方区域还是靠近车头前方区域。
进一步地，在获取人体骨架图时，设定人体头部取一个骨架点，每个手臂取3个骨架点，每个腿部取3个骨架点，肩膀、腰部和颈部共取7个骨架点，将这些骨架点连接并实时跟踪，形成完整的人体骨架图。
进一步地，当主控模块判断出行人正在靠近车头前方区域时，主控模块通过车速传感器采集当前车速，并根据下式计算在当前车速下撞到行人的时间t：
上式中，S为该行人与汽车的距离，v为当前车速；
再根据时间t和下式计算减速度a：
上式中，v0为减速前的车速；
主控根据减速度a控制刹车机构进行相应的制动，实现汽车的自动制动。
进一步地，所述报警模块采用语音播放芯片，用于语音提示是否有行人正在靠近车头前方区域、该行人与汽车的距离以及在当前车速下撞到该行人的时间t。
进一步地，所述报警模块还包括设置在驾驶座位上的微振动机构，当系统检测到有行人靠近车头前方区域时，主控模块驱动该微振动机构发出轻微振动，以示提醒。
进一步地，所述报警模块还包括设置在汽车内的提示灯，当系统检测到有行人靠近车头前方区域时，主控模块驱动该提示灯连续闪烁，以示提醒。
进一步地，该系统还包括与主控模块连接的显示模块，用于动态显示前方探测区域内每个行人的行走趋势模拟图。
采用上述技术方案带来的有益效果：
本发明通过在汽车头部配备3个3D深度测量传感器，由这3个传感器分别获取汽车正前方、左前方和右前方3块区域的行人活动信息，3D深度测量传感器可以在白天和夜间识别人体，由主控模块进行计算并预警，并自动启动刹车机构来执行制动操作，减少驾驶员因在夜间行驶时存在盲区或因反应延迟而造成的交通事故
附图说明
图1是本发明的系统组成框图；
图2是本发明中3D深度测量传感器的结构示意图；
图3是本发明中3D深度测量传感器的安装位置示意图；
图4是本发明中3D深度测量传感器的工作示意图；
图5是本发明中3D深度测量传感器激光经过的光栅示意图；
图6是本发明中3D深度测量传感器激光经过光栅打散后的光点平面图；
图7是本发明中红外接收器拍到有人体图像的光点图；
图8是本发明中人体骨架计算模块计算出来的前景深度图；
图9是本发明中人体骨架计算模块计算出来的人体骨架图。
具体实施方式
以下将结合附图，对本发明的技术方案进行详细说明。
一种基于3D深度测量的汽车安全系统，如图1所示，包括第一3D深度测量传感器、第二3D深度测量传感器、第三3D深度测量传感器、人体骨架计算模块、主控模块、车速传感器、报警模块和刹车机构。
3D深度测量传感器的结构如图2所示，包括红外发射器1、电路板2、传感器定位支架3和红外接收器4。将第一～第三3D深度测量传感器分别安装于车头的左侧、右侧和中间位置，用于测量车头前方的不同位置区域。如图3所示，5为车头左侧的3D深度测量传感器视角区域，6为车头中间3D深度测量传感器视角区域，7为车头左侧的3D深度测量传感器放置点，8为车头中间的3D深度测量传感器放置点，9为车头右侧的3D深度测量传感器放置点，10为车头右侧的3D深度测量传感器视角区域，11为装有3D深度测量传感器的汽车，3块传感器可以覆盖车头左侧、中部、右侧180度视角。
图4为3D深度测量传感器的工作示意图，其中12为红外发射器，13为红外接收器，14为红外接收器的视角大小(α1)，15为红外接收器的可视区域(S2)，16为红外发射器的激光发散区域(S1)，17为红外发射器的激光发散角大小(α2)。传感器的测量距离可以根据红外发射器的功率来调整。由红外发射器12发射激光，该激光不是一束光，而是经过定制光栅打散成很多光点，定制光栅如图5所示，光点数量有6万颗左右，光点平面图像如图6所示，每颗光点均有坐标值，分为x\y\z三个维度，由红外接收器拍摄图像得到每个光点的坐标如表1所示：
表1
如图7所示，红外接收器拍到光点落在有人体的区域，由人体骨架计算模块将一定范围内的z值光点集合起来，将这些光点集合区域抠出来并显示成完整图像，即形成前景深度图，如图8所示，构建出人体区域图像，并由人体骨架计算模块在人体区域的图像中抓取若干个骨架点，可以设定人体头部取一个骨架点，每个手臂取3个骨架点，每个腿部取3个骨架点，身体肩膀和腰部、颈部共取7个骨架点，将这些骨架点连接并实时跟踪，形成完整的人体骨架图，如图9所示。
主控模块根据人体骨架图得到前方行人各部位的位置信息，并据此判断出行人的行走趋势，即远离车头前方区域还是靠近车头前方区域。当主控模块判断出行人正在靠近车头前方区域时，主控模块通过车速传感器采集当前车速，并根据下式计算在当前车速下撞到行人的时间t：
上式中，S为该行人与汽车的距离，v为当前车速；
再根据时间t和下式计算减速度a：
上式中，v0为减速前的车速；
主控根据减速度a控制刹车机构进行相应的制动，实现汽车的自动制动。
在本实施例中，报警模块采用语音播放芯片，用于语音提示是否有行人正在靠近车头前方区域、该行人与汽车的距离以及在当前车速下撞到该行人的时间t。
在本实施例中，所述报警模块还包括设置在驾驶座位上的微振动机构，当系统检测到有行人靠近车头前方区域时，主控模块驱动该微振动机构发出轻微振动，以示提醒。
在本实施例中，所述报警模块还包括设置在汽车内的提示灯，当系统检测到有行人靠近车头前方区域时，主控模块驱动该提示灯连续闪烁，以示提醒。
在本实施例中，如图1所示，该系统还包括与主控模块连接的显示模块，用于动态显示前方探测区域内每个行人的行走趋势模拟图。
实施例仅为说明本发明的技术思想，不能以此限定本发明的保护范围，凡是按照本发明提出的技术思想，在技术方案基础上所做的任何改动，均落入本发明保护范围之内。

Claims (9)

1.一种基于3D深度测量的汽车安全系统，其特征在于：包括第一3D深度测量传感器、第二3D深度测量传感器、第三3D深度测量传感器、人体骨架计算模块、主控模块、车速传感器、报警模块和刹车机构；所述第一～第三3D深度测量传感器分别安装于车头的左侧、右侧和中间位置，用于测量车头前方的不同位置区域，每个3D深度测量传感器均包括红外发射器和红外接收器，且在红外发射器内部设有光栅薄板；所述第一～第三3D深度测量传感器的红外发射器分别向前方发射激光，激光经过光栅薄板打散成光点并发生反射，由对应的红外接收器接收反射回的光点，人体骨架计算模块根据反射回的光点坐标值提取出前方行人的人体骨架，主控模块根据骨架数据判断前方行人的距离和行走趋势，再根据判断结果和车速传感器获取的当前车速，驱动报警模块发出相应的报警提示，并控制刹车机构进行相应的制动。
2.根据权利要求1所述基于3D深度测量的汽车安全系统，其特征在于：红外发射器经过光栅薄板，打散成数万颗光点，由红外接收器获取反射回的光点图像，得到图像上每个光点的坐标值(x,y,z)，其中，(x,y)为光点的二维坐标，z为点(x,y)处的深度值。
3.根据权利要求2所述基于3D深度测量的汽车安全系统，其特征在于：人体骨架计算模块将设定范围内的z值光点集合起来，形成前景深度图，并根据前景深度图构建人体区域图像，并由人体骨架计算模块在人体区域的图像中抓取若干个骨架点，将这些骨架点连接并实时跟踪，形成完整的人体骨架图，主控模块根据人体骨架图得到前方行人各部位的位置信息，并据此判断出行人的行走趋势，即远离车头前方区域还是靠近车头前方区域。
4.根据权利要求3所述基于3D深度测量的汽车安全系统，其特征在于：在获取人体骨架图时，设定人体头部取一个骨架点，每个手臂取3个骨架点，每个腿部取3个骨架点，肩膀、腰部和颈部共取7个骨架点，将这些骨架点连接并实时跟踪，形成完整的人体骨架图。
5.根据权利要求3所述基于3D深度测量的汽车安全系统，其特征在于：当主控模块判断出行人正在靠近车头前方区域时，主控模块通过车速传感器采集当前车速，并根据下式计算在当前车速下撞到行人的时间t：
<mrow> <mi>t</mi> <mo>=</mo> <mfrac> <mi>S</mi> <mi>v</mi> </mfrac> </mrow>
上式中，S为该行人与汽车的距离，v为当前车速；
再根据时间t和下式计算减速度a：
<mrow> <mi>a</mi> <mo>=</mo> <mfrac> <mrow> <mn>2</mn> <mrow> <mo>(</mo> <msub> <mi>v</mi> <mn>0</mn> </msub> <mi>t</mi> <mo>-</mo> <mi>S</mi> <mo>)</mo> </mrow> </mrow> <msup> <mi>t</mi> <mn>2</mn> </msup> </mfrac> </mrow>
上式中，v0为减速前的车速；
主控根据减速度a控制刹车机构进行相应的制动，实现汽车的自动制动。
6.根据权利要求3所述基于3D深度测量的汽车安全系统，其特征在于：所述报警模块包括语音播放芯片，用于语音提示是否有行人正在靠近车头前方区域、该行人与汽车的距离以及在当前车速下撞到该行人的时间t。
7.根据权利要求6所述基于3D深度测量的汽车安全系统，其特征在于：所述报警模块还包括设置在驾驶座位上的微振动机构，当系统检测到有行人靠近车头前方区域时，主控模块驱动该微振动机构发出轻微振动，以示提醒。
8.根据权利要求6所述基于3D深度测量的汽车安全系统，其特征在于：所述报警模块还包括设置在汽车内的提示灯，当系统检测到有行人靠近车头前方区域时，主控模块驱动该提示灯连续闪烁，以示提醒。
9.根据权利要求1-8中任意一项所述基于3D深度测量的汽车安全系统，其特征在于：该系统还包括与主控模块连接的显示模块，用于动态显示前方探测区域内每个行人的行走趋势模拟图。
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