CN107933461B - 基于单摄像头的车内识别融合装置及方法 - Google Patents

基于单摄像头的车内识别融合装置及方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种基于单摄像头的车内识别融合装置及方法，包括一个摄像头、镜头控制模块、电源管理模块、数字处理器、时间脉冲发生器、多个存储比较器和多个执行单元；时间脉冲发生器用于输出时序控制信号；数字处理器用于在CAN总线上有发动机运行信号时，基于时序控制信号对摄像采集的图像信息进行处理并发送给对应的存储比较器进行比对，并根据比对结果控制对应执行单元执行相应操作；数字处理器还用于在识别到发动机停止时对拍照采集的图像信息进行处理并发送给对应的存储比较器进行对比，并根据比对结果控制对应执行单元执行相应操作。本发明通过一个摄像头实现多信息采集功能，比如：驾驶员识别、安全带检测、乘员被困求救以及疲劳驾驶等。

Description

基于单摄像头的车内识别融合装置及方法
技术领域
本发明属于汽车电器技术领域，具体涉及一种基于单摄像头的车内识别融合装置及方法。
背景技术
随着车载摄像头技术的发展，车载摄像头被广泛应用于汽车上。比如在车内安装内视镜头，用来采集并识别驾驶员的操作状态，乘员情况以及车内其他情况，以便实施相应的状态管理。比如人脸识别技术，车内遗留儿童感知、车内防盗等。但是，目前大多采用单一传感器采集单种信息。比如用内视镜头来对驾驶员和驾驶员的姿态进行信息采集和识别，用重力传感器对副驾座位有无人员进行识别，用声音传感器等对停车后是否被偷盗进行信息采集和识别等等，即使某些车采用了融合技术，其融合度也并不高。用目前单一传感器的采集技术方案所带来的缺陷是，所用传感器较多且品种复杂，增加了材料的采购成本；线路过于复杂会引起相互干扰和布置困难。
因此，有必要开发一种基于单摄像头的车内识别融合装置及方法。
发明内容
本发明的目的是提供一种基于单摄像头的车内识别融合装置及方法，能通过一个摄像 头实现多信息采集功能，以达到节省材料成本，简化电器布置，提高信息采集的可靠性和 抗干扰能力。
本发明所述的基于单摄像头的车内识别融合装置，包括一个摄像头、镜头控制模块、电源管理模块、数字处理器、时间脉冲发生器、多个存储比较器和多个执行单元；
所述摄像头用于采集图像信息，安装在车内前方上部，该摄像头具有拍照模式和摄像模式，且拍摄覆盖范围包括正驾驶座椅、副驾驶座椅和整个乘员舱；
所述电源管理模块与CAN总线连接，从CAN总线上采集发动机运行信号，并为各模块供电；
所述镜头控制模块用于在CAN总线上有发动机运行信号时将所述摄像头切换到摄像模式，并在识别到发动机停止时将所述摄像头切换到拍照模式，该镜头控制模块分别与电源管理模块和摄像头连接；
所述时间脉冲发生器用于输出时序控制信号，该时间脉冲发生器与数字处理器连接；
所述数字处理器与各存储比较器连接；
所述数字处理器用于在CAN总线上有发动机运行信号时，基于时序控制信号对摄像采集的图像信息进行处理并发送给对应的存储比较器，该存储比较器将摄像采集的图像信息与预设的图像信息进行比对，并根据比对结果控制对应执行单元执行相应操作；
所述数字处理器还用于在识别到发动机停止时对拍照采集的图像信息进行处理并发送给对应的存储比较器，该存储比较器将本次拍照采集的图像信息与上一次拍照采集的图像信息进行对比，并根据比对结果控制对应执行单元执行相应操作。
所述电源管理模块被配置为：在CAN总线上有发动机运行信号时，对各模块持续供电，在发动机停止时，对各模块按一定周期间隔供电，以保证在停车时不至于过分耗用蓄电池的电量而影响下次正常启动汽车。
所述摄像头为具有红外线灯的广角摄像头，即具有可见光和红外线光拍摄功能。
本发明所述的一种基于单摄像头的车内识别融合方法，采用本发明所述的基于单摄像头的车内识别融合装置，其方法包括以下步骤：
在检测到CAN总线上有发动机运行信号时，电源管理模块对各模块持续供电，且摄像头进入摄像模式，实时摄像采集车内的图像信息，数字处理器基于时序控制信号对所采集的图像信息进行处理并发送给对应的存储比较器，该存储比较器将摄像采集的图像信息与预设的图像信息进行比对，并根据比对结果控制对应执行单元执行相应操作；
在检测到发动机停止时，电源管理模块对各模块按一定周期间隔供电，且摄像头进入拍照模式，并按一定周期间隔拍照采集车内的图像信息，数字处理器对拍照采集的图像信息进行处理并发送给对应的存储比较器，该存储比较器将本次拍照采集的图像信息与上一次拍照采集的图像信息进行对比；并根据比对结果控制对应执行单元执行相应操作。
在检测到CAN总线上有发动机运行信号时：
首先，摄像头摄像采集第一段视频，数字处理器对第一段视频进行处理，获取驾驶员的脸部图像，并将该脸部图像与预设的脸部图像进行比对，若比对不成功，则通过对应的执行单元发出报警或询问，若对比成功，则获取该驾驶员所对应的座椅和后视镜位置数据，并基于该座椅和后视镜位置数据调整座椅和后视镜的位置，即实现自动识别驾驶员，并自动将座椅和后视镜调整至驾驶员所保存的状态；
然后，摄像头采集第二段视频，数据处理器对第二段视频进行处理，获取驾驶员及副驾驶员的胸部图像，并将该胸部图像与预设图像进行比较，识别驾驶员和副驾驶员是否系好安全带，如有安全带未系好，则通过对应执行单元发出报警提示，若驾驶员和副驾驶员的安全带均系好，则不进行报警提示；即实现安全带未系检测；
接着，摄像头采集第三段视频，数据处理器对第三段视频进行处理，获取驾驶员的面部目标特征，并实时与预设的面部目标特征进行比较，若识别出驾驶员为疲劳驾驶，则通过对应执行单元发出报警提示，即实现疲劳驾驶检测。
在检测到发动机停止时，若通过本次拍照采集的图像信息与上一次拍照采集的图像信息识别出车内有活动物体时，则执行求救策略；即实现乘员被困求救或防盗功能。
所述求救策略包括：
车窗升降电机驱动车窗玻璃下降aCM，保障车内成员呼吸；
和/或双闪警示灯开启，吸引路人救援；
和/或鸣笛喇叭开启，吸引路人救援；
和/或发送求救信息给车主手机，确保驾驶员能够及时接到相应的报警信息。
所述报警策略包括：
双闪警示灯开启；
和/或鸣笛喇叭开启；
和/或发送报警信息给车主手机。
本发明的有益效果：
（1）仅通过一个摄像头来采集信息，就能够实现驾驶员识别、安全带未系检测、乘员被困求救、疲劳驾驶及防盗识别等多种功能；相对于现有一个摄像头只有一种拍摄模式，实现多个功能需要多个摄像头（或多个摄像头与其他传感器的结合），既减少了摄像头和其他传感器的使用数量，节约了零部件成本，节省了车内布置空间，又提高了信息采集的可靠性和抗干扰能力；
（2）系统供电采用开车时连续供电，停车时断续供电，保证了停车后蓄电池的储能不会受到深度损耗。
附图说明
图1为本发明的原理框图；
图2为本发明中的时序控制信号图；
图3 为本发明的逻辑图；
图中：1、目标对象A，2、目标对象B，3、广角摄像头，4、镜头控制模块，5、数字处理器，6、时间脉冲发生器，7、存储比较器D，8、执行单元D，9、执行单元C，10、执行单元B，11、执行单元A ，12、存储比较器C，13、存储比较器B，14、存储比较器A，15、电源管理模块。
具体实施方式
下面结合附图对本发明作进一步说明。
如图1至图3所示的基于单摄像头的车内识别融合装置，包括一个摄像头、镜头控制模块4、电源管理模块15、数字处理器5、时间脉冲发生器6、多个存储比较器和多个执行单元。其中，摄像头与镜头控制模块4连接，镜头控制模块4与数字处理器5连接，数字处理器5分别与时间脉冲发生器6和各存储比较器连接。本发明仅用一个摄像头便可实现对车内多种目标的长期甄别和实施管控。
本实施例中，所述摄像头为高清的广角摄像头3，且具有红外线灯，即能够实现可见光和红外线光拍摄功能。如图1所示，高清的广角摄像头其覆盖角要在120º以上，可以摄取目标对象A1、目标对象B2以及其身后的其他目标对象。即将广角摄像头3安装在车内前方上部后，其拍摄覆盖范围能够包括正驾驶座椅、副驾驶座椅和整个乘员舱。
本实施例中，所述广角摄像头3具有拍照模式和摄像模式。镜头控制模块4用于在CAN总线上有发动机运行信号时将所述摄像头切换到摄像模式，并在识别到发动机停止时将所述摄像头切换到拍照模式。
如图1所示，所述电源管理模块15与CAN总线连接，能够从CAN总线上采集发动机运行信号，并通过CAN总线信号确定ACC电源是实施恒定供电或进行断续供电。具体为：
当从CAN总线上获取到发动机运行信号时，电源ACC通过电源管理模块15的供电线A向整个系统持续供电，即高清的广角摄像头3及其控制电路持续工作。
当发动机停机后，电源管理模块15识别到由CAN总线传送来的发动机停止信号时，电源ACC通过电源管理模块15的电源线B向系统断续供电，即电源ACC利用不定期休眠和唤醒方式实施断续供电。由于是拍照模式，所以供电的时间可以做得非常短，比如唤醒拍照和比较处理的时间长度可以设定为“秒钟”级别的，而休眠的时间长度可以设定为“分钟”级别的。如果用3秒进行拍照对比处理，而休眠3分钟，则用电的比值是六十分之一，而本身广角镜信息采集系统的耗电是“W”级别的，一夜耗电在1Ah以下，可以忽略不计。还可以对休眠和唤醒功能实行限数，如果停止时间长过某一标定值，比如5天，可以实现长期休眠，进一步保证电池的储能不受深度损耗。
所述时间脉冲发生器6用于输出时序控制信号。本实施例中，所述时间脉冲发生器6的工作方式如下：时间脉冲发生器6按照编制程序在不同的时间内产生不同脉冲数，从而形成不同的脉冲时间Ti(i=1.2.3……)和不同的间隔时间ti(i=1.2.3……)。如图2所示，数字处理器5在接收到第一组脉冲后，在时间T1结束时将会跳转到预定的处理流程，针对第一组脉冲所对应的图像进行处理计算，间隔时间t1是计算过程所需要的时间；数字处理器5在接收到第二组脉冲后，在时间T2结束时将会跳转到预定的处理流程，针对第二组脉冲所对应的图像进行处理计算，间隔时间t2是计算过程所需要的时间；依次类推。
本发明中，数字处理器5用于对所采集的图像信号进行运算处理，具体为：
所述数字处理器5用于在CAN总线上有发动机运行信号时，基于时序控制信号对摄像采集的图像信息进行处理并发送给对应的存储比较器，该存储比较器将摄像采集的图像信息与预设的图像信息进行比对，并根据比对结果控制对应执行单元执行相应操作。
所述数字处理器5还用于在识别到发动机停止时对拍照采集的图像信息进行处理并发送给对应的存储比较器，该存储比较器将本次拍照采集的图像信息与上一次拍照采集的图像信息进行对比，并根据比对结果控制对应执行单元执行相应操作。
本发明所述的一种基于单摄像头的车内识别融合方法，采用本发明所述的基于单摄像头的车内识别融合装置，其方法包括以下步骤：
在检测到CAN总线上有发动机运行信号时，电源管理模块15对各模块持续供电，且摄像头进入摄像模式，实时摄像采集车内的图像信息，数字处理器5基于时序控制信号对所采集的图像信息进行处理并发送给对应的存储比较器，该存储比较器将摄像采集的图像信息与预设的图像信息进行比对，并根据比对结果控制对应执行单元执行相应操作；
在检测到发动机停止时，电源管理模块15对各模块按一定周期间隔供电，且摄像头进入拍照模式，并按一定周期间隔拍照采集车内的图像信息，数字处理器5对拍照采集的图像信息进行处理并发送给对应的存储比较器，该存储比较器将本次拍照采集的图像信息与上一次拍照采集的图像信息进行对比；并根据比对结果控制对应执行单元执行相应操作。
如图3所示，本系统的工作逻辑关系如下：
驾驶员进入汽车后，自行确定是否开启融合功能。一旦开启，本融合功能按下述逻辑实施操作。
第一步判断发动机是否启动，如果“是”，由电源线A供电实施摄像模式采集信号，如果“否”，由电源线B供电，进入休眠和唤醒模式进行拍照采集信号。摄像采集的信号受脉冲发生器所发出的脉冲频率和时间间隔控制。拍照的时间和拍照间隔时间受休眠和唤醒的功能控制。
对于摄像采集到的图像信息，首先进行数字处理并将处理结果进行比较判断。比较结果与标定的数据相符则继续比较，如果不符则让对应的执行单元工作或报警。
对于拍照采集的图像信息，将图像信息送入存储比较器与之前的一张照片比较。比较结果与标定的数据相符则继续比较，如果不符则让对应的执行单元工作或报警。
本发明利用摄像和拍照的融合技术实现人员识别，安全带识别，疲劳识别，车内儿童识别及防盗识别的过程如下：
（一）在检测到CAN总线上有发动机运行信号时：
首先，摄像头摄像采集第一段视频，数字处理器5对第一段视频进行处理（比如：在时间T1结束时跳转到预定的驾驶员识别程序，计算过程所需要的时间为t1），获取驾驶员的脸部图像并发送给存储比较器A14，存储比较器A14将该脸部图像与存储在存储比较器A14内的预设的脸部图像进行比对，若比对不成功，则通过执行单元A11发出报警或询问。若对比成功，则获取该驾驶员所对应的座椅和后视镜位置数据，并基于该座椅和后视镜位置数据调整座椅和后视镜的位置，即实现自动识别驾驶员，并自动将座椅和后视镜调整至驾驶员所保存的状态。
然后，摄像头采集第二段视频，数据处理器对第二段视频进行处理（比如：在时间T2结束时跳转到预定的安全带未系检测程序，计算过程所需要的时间为t2），获取驾驶员及副驾驶员的胸部图像并发送给存储比较器B13，存储比较器B13将该胸部图像与存储在存储比较器B13内的预设图像进行比较，识别驾驶员和副驾驶员是否系好安全带，如有安全带未系好，则通过执行单元B10发出报警提示，若驾驶员和副驾驶员的安全带均系好，则不进行报警提示；即实现安全带未系检测。
接着，摄像头采集第三段视频，数据处理器对第三段视频进行处理，获取驾驶员的面部目标特征（比如：双眼）并发送给存储比较器C12，存储比较器C12不断地与储存在存储比较器C12中的标准眼部之态比较，如果发现异常，即识别出驾驶员为疲劳驾驶，则通过执行单元C9发出报警提示。
本融合系统可以根据需要设定多段以时间和脉冲数为参数的处理流程，不断扩展其融合度。
（二）在检测到发动机停止时：
电源ACC通过电源线B给整个系统供电后，镜头控制模块4会识别是来自电源线B的供电，就立马控制摄像头转换成拍照模式并实施拍照。被拍出的第一张照片通过数字处理器5运算处理被传送和存放在存储比较器D7中。接着电源线B的供电被休眠。当电源线B的供电第二次被唤醒后，系统重复上述动作，并在存储比较器D7中将第一张照片与第二张照片相比较。如果比较发现痕迹不能重合，这表明车内有活动物体。存储比较器D7将向执行单元D8发出信号，以实施报警或执行相关操作。比如，有儿童在车内，车窗升降电机驱动车窗玻璃下降acm（比如：5cm），以保障车内成员能够正常呼吸；双闪警示灯开启，吸引路人救援；鸣笛喇叭开启，吸引路人救援；发送求救信息给车主手机，确保驾驶员能够及时接到相应的求救信息。如果是车内有盗贼，则执行报警策略，比如：双闪警示灯开启；鸣笛喇叭开启；并发送报警信息给车主手机。
本发明利用本高度融合技术具有材料用量少，线束布置简单，干扰小，可靠性高等特点，仅仅利用改变算法方案，就可以实现不断扩展的新融合功能。

Claims (8)

1.一种基于单摄像头的车内识别融合装置，其特征在于：包括一个摄像头、镜头控制模块（4）、电源管理模块（15）、数字处理器（5）、时间脉冲发生器（6）、多个存储比较器和多个执行单元；
所述摄像头用于采集图像信息，安装在车内前方上部，该摄像头具有拍照模式和摄像模式，且拍摄覆盖范围包括正驾驶座椅、副驾驶座椅和整个乘员舱；
所述电源管理模块（15）与 CAN 总线连接，从 CAN 总线上采集发动机运行信号，并为各模块供电；
所述镜头控制模块（4）用于在 CAN 总线上有发动机运行信号时将所述摄像头切换到摄像模式，并在识别到发动机停止时将所述摄像头切换到拍照模式，该镜头控制模块（4）分别与电源管理模块（15）和摄像头连接；
所述时间脉冲发生器（6）用于输出时序控制信号，该时间脉冲发生器（6）与数字处理器（5）连接；
所述数字处理器（5）与各存储比较器连接；
所述数字处理器（5）用于在 CAN 总线上有发动机运行信号时，基于时序控制信号对摄像采集的图像信息进行处理并发送给对应的存储比较器，该存储比较器将摄像采集的图像信息与预设的图像信息进行比对，并根据比对结果控制对应执行单元执行相应操作；
所述数字处理器（5）还用于在识别到发动机停止时对拍照采集的图像信息进行处理并发送给对应的存储比较器，该存储比较器将本次拍照采集的图像信息与上一次拍照采集的图像信息进行对比，并根据比对结果控制对应执行单元执行相应操作。
2.根据权利要求 1 所述的基于单摄像头的车内识别融合装置，其特征在于：所述电源管理模块（15）被配置为：在 CAN 总线上有发动机运行信号时，对各模块持续供电，在发动机停止时，对各模块按一定周期间隔供电。
3.根据权利要求 1 或 2 所述的基于单摄像头的车内识别融合装置，其特征在于：所述摄像头为具有红外线灯的广角摄像头（3）。
4.一种基于单摄像头的车内识别融合方法，其特征在于，采用权利要求 1 至 3 任一所述的基于单摄像头的车内识别融合装置，其方法包括以下步骤：
在检测到 CAN 总线上有发动机运行信号时，电源管理模块（15）对各模块持续供电，且摄像头进入摄像模式，实时摄像采集车内的图像信息，数字处理器（5）基于时序控制信号对所采集的图像信息进行处理并发送给对应的存储比较器，该存储比较器将摄像采集的图像信息与预设的图像信息进行比对，并根据比对结果控制对应执行单元执行相应操作；
在检测到发动机停止时，电源管理模块（15）对各模块按一定周期间隔供电，且摄像头进入拍照模式，并按一定周期间隔拍照采集车内的图像信息，数字处理器（5）对拍照采集的图像信息进行处理并发送给对应的存储比较器，该存储比较器将本次拍照采集的图像信息与上一次拍照采集的图像信息进行对比；并根据比对结果控制对应执行单元执行相应操作。
5.根据权利要求 4 所述的基于单摄像头的车内识别融合方法，其特征在于：在检测到CAN 总线上有发动机运行信号时：
首先，摄像头摄像采集第一段视频，数字处理器（5）对第一段视频进行处理，获取驾驶员的脸部图像，并将该脸部图像与预设的脸部图像进行比对，若比对不成功，则通过对应的执行单元发出报警或询问，若对比成功，则获取该驾驶员所对应的座椅和后视镜位置数据，并基于该座椅和后视镜位置数据调整座椅和后视镜的位置；
然后，摄像头采集第二段视频，数据处理器对第二段视频进行处理，获取驾驶员及副驾驶员的胸部图像，并将该胸部图像与预设图像进行比较，识别驾驶员和副驾驶员是否系好安全带，如有安全带未系好，则通过对应执行单元发出报警提示，若驾驶员和副驾驶员的安全带均系好，则不进行报警提示；
接着，摄像头采集第三段视频，数据处理器对第三段视频进行处理，获取驾驶员的面部目标特征，并实时与预设的面部目标特征进行比较，若识别出驾驶员为疲劳驾驶，则通过对应执行单元发出报警提示。
6.根据权利要求 4 或 5 所述的基于单摄像头的车内识别融合方法，其特征在于：在检测到发动机停止时，若通过本次拍照采集的图像信息与上一次拍照采集的图像信息识别出车内有活动物体时，则执行求救或报警策略。
7.根据权利要求 6 所述的基于单摄像头的车内识别融合方法，其特征在于：所述求救策略包括：车窗升降电机驱动车窗玻璃下降 aCM；
和/或双闪警示灯开启；
和/或鸣笛喇叭开启；
和/或发送求救信息给车主手机。
8.根据权利要求 6 所述的基于单摄像头的车内识别融合方法，其特征在于：所述报警策略包括：
双闪警示灯开启；
和/或鸣笛喇叭开启；
和/或发送报警信息给车主手机。
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