CN108099905A

CN108099905A - 车辆偏航检测方法、系统及机器视觉系统

Info

Publication number: CN108099905A
Application number: CN201711366925.8A
Authority: CN
Inventors: 赵海天; 徐博林
Original assignee: Shenzhen University
Current assignee: Shenzhen University
Priority date: 2017-12-18
Filing date: 2017-12-18
Publication date: 2018-06-01
Anticipated expiration: 2037-12-18
Also published as: CN108099905B

Abstract

本发明提出一种车辆偏航检测系统,应用于交通技术领域，通过安装在车辆上的双通道光强探测装置周期采样得到设置在道路两侧的光源所发出的光信号，并构建成空间与时间两个序列，采用光强动态平衡算法，实时分析光信号序列在空间与时间维度上是否处于动态平衡，将车辆偏航问题由车辆与道路中线或边线距离的动态实时测定转变为光信号强度的动态平衡分析，本发明还提供一种车辆偏航检测系统和机器视觉系统，在能见度极低的恶劣天气条件下可快速、精确、可靠地确定行驶中的车辆是否偏航。

Description

车辆偏航检测方法、系统及机器视觉系统

技术领域

本发明涉及交通技术领域，尤其涉及一种车辆偏航检测方法、系统及机器视觉系统。

背景技术

目前，车辆在驾驶中，通过机器视觉技术仅能防止追尾、碰撞等交通事故，对于在道路上行驶，则需要精确的车辆定位及道路定位信息。

现有的几种道路定位技术，第一，全球定位系统(Global Positioning System，GPS)定位提供的是“米级”定位精度，误差达到数米，且容易受到信号遮挡、干扰、多路径反射等问题的影响，在城市密集区域，无法保障车辆驾驶和单路安全要求所需的“厘米级”定位精度；第二，毫米波雷达定位，探测距离受频段损耗制约，无法感知无高护栏的道路边缘，构建道路走向图形；第三，激光雷达定位，在雨雪雾等极端天气下性能较差，原因在于：激光光束过于集中，自身不可能做成高功率设备，当能见度极低时，系统难以绘制出精准的环境地图，安全性差；第四，红外雷达定位，探测距离较近，约为3-50米，主要以实现车速为40千米每小时以下的运动物体的可靠性检测和控制，受雾影响严重，在多雾地区、环境脏乱风沙较大地区不宜使用；第五，视频图像定位，在雨雪天气，道路因结冰、积雪、积水导致路面反射特性发生变化，摄像头无法准确识别，甚至无法获得车道线，得到准确有效的影像；第六，磁力导航定位，需在车道线下面埋填铁磁体标记，通常为磁铁或电线，这种方式可以将车辆横向位置定位到厘米级别，但其缺点为道路改造耗资巨大。

发明内容

本发明的主要目的在于提供一种车辆偏航检测方法、系统及机器视觉系统，旨在解决现有技术中的偏航检测方法不能适应恶劣天气，车辆偏航状态检测不准确的技术问题。

为实现上述目的，本发明第一方面提供一种车辆偏航检测方法，该方法包括：

按照预设采样周期，由安装在车辆上的多通道光信号探测装置分别采集道路周围的光信号，并将所述光信号的强度大小转换为光信号强度值；

将所述采集的所有光信号构建成空间序列与多个时间序列，所述空间序列由多通道的光信号构成，各所述时间序列由同一通道的相邻采样周期的光信号构成，每个所述时间序列和空间序列均包括多个光信号强度值；

实时判断所述空间序列和各时间序列中的所有光信号强度值是否在预设范围内；

若所述所有光信号强度值在所述预设范围，则所述空间序列和各时间序列中光信号处于平衡状态，输出相应的车辆非偏航提示信息；

若所述所有光信号强度值超出所述预设范围，则所述空间序列和各时间序列中光信号处于非平衡状态，输出相应的车辆偏航提示信息和当前应进行的转向操控动作。

本发明第二方面提供一种车辆偏航检测系统，该系统包括：

多通道光信号探测装置、光信号强度感应装置和计算分析装置；

所述多通道光信号探测装置，安装在车辆周围，与所述光信号强度感应装置相连，用于获取按照预设采样周期采集的光信号；

所述光信号强度感应装置，与所述计算分析装置相连，用于将采集的所有所述光信号的强度大小转换为光信号强度值；

所述计算分析装置，用于将所述采集的所有光信号构建成空间序列与多个时间序列，所述空间序列由多通道的光信号构成，各所述时间序列由同一通道的相邻采样周期的光信号构成，每个所述时间序列和空间序列均包括多个光信号强度值，实时判断所述空间序列和各时间序列中的所有光信号强度值是否在预设范围内，若所述所有光信号强度值在所述预设范围，则所述空间序列和各时间序列中光信号处于平衡状态，输出相应的车辆非偏航提示信息；若所述所有光信号强度值超出所述预设范围，则所述空间序列和各时间序列中光信号处于非平衡状态，输出相应的车辆偏航提示信息和当前应进行的转向操控动作。

本发明第三方面提供一种机器视觉系统，该系统包括实现如本发明第二方面提供的车辆偏航检测系统，以及具有外接显示设备，和/或，投影设备的外接接口。

从上述本发明实施例可知，本发明提供的车辆偏航检测方法、系统及机器视觉系统，通过光信号探测装置采集光信号，并将光信号的强度大小转换为光信号强度值，然后将得到的光信号强度值分为时间序列和空间序列，分析时间序列和空间序列是否处于动态平衡，根据结果，输出车辆偏航提示信息和当前应进行的转向操控动作，即使在恶劣天气条件下，车辆仍能获取并利用周围的光信号快速、准确地确定车辆当前行驶状态，提供精准的偏航提示信息。

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为本发明第一实施例提供的车辆偏航检测方法的流程示意图；

图2为本发明第二实施例提供的车辆偏航检测方法的流程示意图；

图3为本发明第三实施例提供的车辆偏航检测系统的结构示意图；

图4为本发明第四实施例提供的车辆偏航检测系统的结构示意图；

图5为本发明第五实施例提供的机器视觉系统的结构示意图。

具体实施方式

为使得本发明的发明目的、特征、优点能够更加的明显和易懂，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，而非全部实施例。基于本发明中的实施例，本领域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。

以下各本发明实施例的典型应用场景是在恶劣天气条件下，车辆在行驶过程中可能会因为能见度低等原因，对驾驶人员造成无法准确判断当前车辆行驶状态、导致车辆偏航、产生交通事故。因此需要有合适的技术方案在能见度极低的恶劣天气条件下可快速、精确、可靠地确定行驶中的车辆是否偏航，具体技术方案的描述参见下属各实施例。

请参阅图1，为本发明第一实施例提供的车辆偏航检测方法的流程示意图，该方法包括：

S101、按照预设采样周期，由安装在车辆上的多通道光信号探测装置分别采集道路周围的光信号，并将该光信号的强度大小转换为光信号强度值；

道路两侧可安装有一种专用于恶劣天气的道路照明系统，该系统由特定照明光源和专用照明方式共同组合而成，该系统一方面采用高穿透力、高显色性光源并且以低灯位、分布式、横向照明的方式提高人眼的边缘视锐度、立体视锐度和色彩视锐度，在能见度极低的恶劣天气条件下，可重构驾驶人员的警示感、距离感和方向感，恢复驾驶员的人眼视觉能力，另一方面用于发射供光信号探测装置采集的光信号。

更多的，采集的该光信号可以为可见光信号、不可见光信号和电磁波信号等。

具体的，多通道光信号探测装置安装于车辆周围，构成多通道光信号采样，然后按照预设采样周期采集道路周围的光信号，并将采集到的所有光信号的强度大小转换为光信号强度值。

S102、将该采集的所有光信号构建成空间序列与多个时间序列；

该空间序列由多通道的光信号构成，各该时间序列由同一通道的相邻采样周期的光信号构成，每个该时间序列和空间序列均包括多个光信号强度值。

将由同一通道采集的相邻采样周期的光信号组合成光信号时间序列，再将由多通道采集的多个时间序列中的光信号强度值通过计算，构建成一列空间序列，每个时间序列和空间序列均包括多个光信号强度值。

S103、实时判断该光信号的空间序列和时间序列中的光信号强度值是否在预设范围内；

若在该预设范围内，则执行步骤S104；若不在该预设范围内，则执行步骤S105。

S104、输出相应的车辆非偏航提示信息；

若每列时间序列中的光信号强度值在该预设范围，且空间序列中的光信号强度值在该预设范围，即光信号强度在空间与时间维度上动态平衡，输出相应的车辆非偏航提示信息。

S105、输出相应的车辆偏航提示信息和当前应进行的转向操控动作。

若每列时间序列中的光信号强度值不在该预设范围，且空间序列中的光信号强度值不在该预设范围，即光信号强度在空间与时间维度上动态不平衡，车辆当前偏航，输出相应的车辆偏航提示信息和当前应进行的转向操控动作。

该车辆偏航提示信息和当前应进行的转向操控动作可通过抬头预警显示器呈现给驾驶人员，例如，在抬头预警显示器的左、右两侧可分别设置一列警示灯(绿灯、红灯和黄灯)，中间设置显示车辆当前应进行的转向操控动作标志，该标志包括直行箭头、向左箭头、向右箭头，具体的，当车辆无偏航时，左、右两侧均亮绿灯，中间显示直行箭头，当车辆左偏航时，左侧亮绿灯、右侧亮红灯，中间显示左转箭头，当车辆右偏航时，左侧亮红灯、右侧亮绿灯，中间显示右转箭头，该显示器的信息刷新速率小于0.04秒。

从上述本发明实施例可知，通过光信号探测装置采集光信号，并将光信号的强度大小转换为光信号强度值，然后将得到的光信号强度值分为时间序列和空间序列，分析时间序列和空间序列是否处于动态平衡，根据结果，输出车辆偏航提示信息和当前应进行的转向操控动作，即使在恶劣天气条件下，车辆仍能获取并利用周围的光信号快速、准确地确定车辆当前行驶状态，提供精准的偏航提示信息。

请参阅图2，为本发明第二实施例提供的车辆偏航检测方法的流程示意图，该方法包括：

S201、按照预设采样周期，由安装在车辆上的多通道光信号探测装置分别采集道路周围的光信号，并将该光信号的强度大小转换为光信号强度值；

从t点开始，通过光信号探测装置进行多通道采样，按照预设采样时间周期T，采样t、t+T，2个时刻的所有光信号，并将所有光信号的强度大小转换为光信号强度值，得到时间序列。

其中，采样周期T与整体光强动态平衡算法的计算周期均小于0.02秒，计算精度为厘米级，采样过程中还通过设置必要的光信号采样冗余，具有排除外界扰动的能力。

S202、将该光信号构建成空间序列与多个时间序列；

本发明实施例中，多通道光信号探测装置以双通道光信号探测装置为例，探测车辆左右两侧的光信号，进一步地，多个时间序列以两个时间序列为例，具体光信号探测装置的通道设置，以达到车辆偏航检测方法的最佳工作效果为准。

具体的，获取由光信号探测装置采样得到的光信号，将该光信号的强度大小转换为光信号强度值，得到两列关于时间函数t的光信号强度时间序列数据，具体原理为：

获取采样得到的两列光光信号时间序列。

右通道：R₁、R₂、R₃、····、R_n

左通道：L₁、L₂、L₃、····、L_n

经计算，得到空间函数S序列：S₁＝R₁-L₁、S₂＝R₂-L₂、S₃＝R₃-L₃、····、S_n＝R_n-L_n。

S203、实时判断该空间序列和各时间序列中的所有光信号强度值是否在预设范围内；

若在该预设范围内，则执行步骤S204；若不在该预设范围内，则执行步骤S205。

其中，采用光强动态平衡算法实时动态分析光信号序列在空间与时间维度上是否处于平衡，该光强动态平衡算法原理具体为：

若S₁＝a，S₂＝a，S₃＝a，····，S_n＝a，左、右通道的空间序列平衡，即左、右通道空间平衡，无扰动。

若右通道：R₁＝R₂，R₃＝R₂，····，R_n＝R_n-1，右通道的时间序列平衡。

若左通道：L₁＝L₂，L₃＝L₂，····，L_n＝L_n-1，左通道的时间序列平衡。

若S₂＝S₁，S₃＝S₂，····，S_n＝S_n-1，左、右通道的空间序列和时间序列平衡。

S204、输出相应的车辆非偏航提示信息；

当机动车正常(非偏航)行驶时，采样得到的光信号强度值在空间与时间维度上均处于动态平衡状态，即各时间序列中的光信号强度值在该预设范围内，以及空间序列中的光信号强度值在该预设范围内。

具体的，各时间序列中的光信号强度值近似相等，且该空间序列中的光信号强度值近似相等，即运用光强动态平衡算法分析光信号序列在空间与时间维度上处于平衡，具体过程为：

若右通道时间序列：R₁＝R₂，R₃＝R₂，····，R_n＝R_n-1，则右通道时间上动态平衡。

左通道时间序列：：L₁＝L₂，L₃＝L₂，····，L_n＝L_n-1，则左通道时间上动态平衡。

空间序列：S₂＝S₁，S₃＝S₂，····，S_n＝S_n-1，则左、右通道空间上动态平衡。

即左、右通道在时间上和空间上均保持动态平衡，输出相应的车辆非偏航提示信息。

S205、输出相应的车辆偏航提示信息和当前应进行的转向操控动作。

若该所有光信号强度值超出该预设范围，则该空间序列和各时间序列中光信号处于非平衡状态，输出相应的车辆偏航提示信息和当前应进行的转向操控动作。

即运用光强动态平衡算法分析光信号序列在空间与时间维度上处于不平衡，a为预设状态值，具体过程为：

左转条件下，光信号强度值空间序列：S₁>a,S₂>a，S₃>a，····，S_n>a，且S₂≈S₁，S₃≈S₂，····，S_n≈S_n-1，则右侧光强>左侧光强。

即左、右通道在时间上和空间上动态不平衡，且空间上各光信号强度值大于预设状态指数，输出该车辆偏航提示信息为左偏航，当前车辆应左转。

右转条件下，光信号强度值空间序列：S₁<a,S₂<a，S₃<a，····，S_n<a，且S₂≈S₁，S₃≈S₂，····，S_n≈S_n-1，则左侧光强>右侧光强。

即左、右通道在时间上和空间上动态不平衡，且空间上各光信号强度值小于预设状态指数，输出该车辆偏航提示信息为右偏航，当前车辆应右转。

本发明实施例中的未描述的技术细节，参见前述图1所示实施例的描述，此处不再赘述。

请参阅图3，为本发明第三实施例提供的车辆偏航检测系统的结构示意图，该系统包括：

多通道光信号探测装置100、光信号强度感应装置200和计算分析装置300。

多通道光信号探测装置100，安装在车辆周围，与光信号强度感应装置200相连，用于获取按照预设采样周期采集的光信号。

光信号强度感应装置200，与计算分析装置300相连，用于将采集的所有该光信号的强度大小转换为光信号强度值。

计算分析装置300，用于将该光信号构建成空间序列与多个时间序列，该空间序列由多通道的光信号构成，各该时间序列由同一通道的相邻采样周期的光信号构成，每个该时间序列和空间序列均包括多个光信号强度值，实时判断该空间序列和各时间序列中的所有光信号强度值是否在预设范围内，若该所有光信号强度值在该预设范围，则该空间序列和各时间序列中光信号处于平衡状态，输出相应的车辆非偏航提示信息；若该所有光信号强度值超出该预设范围，则该空间序列和各时间序列中光信号处于非平衡状态，输出相应的车辆偏航提示信息和当前应进行的转向操控动作。

本发明实施例中的未描述的技术细节，参见前述图1～图2所示各实施例的描述，此处不再赘述。

请参阅图4，为本发明第四实施例提供的车辆偏航检测系统的结构示意图，本实施例所示的系统与图3所示的系统不同之处在于：

计算分析装置300，具体用于具体用于将各该时间序列中，采样时刻相同的两个光信号强度值对应相减。

具体的，获取采样得到的两列光光信号时间序列。

右通道：R₁、R₂、R₃、····、R_n

左通道：L₁、L₂、L₃、····、L_n

本发明实施例中的未描述的技术细节，参见前述图1～图3所示各实施例的描述，此处不再赘述。

请参阅图5，图5为本发明第五实施例提供的机器视觉系统的结构示意图，本实施例中所描述的机器视觉系统，包括：

实现前述图3和图4所示实施例中描述的车辆偏航检测系统51，以及具有外接显示设备和/或投影设备的外接接口52。

在本申请所提供的几个实施例中，应该理解到，所揭露的系统和方法，可以通过其它的方式实现。例如，以上所描述的系统实施例仅仅是示意性的，例如，所述装置的划分，仅仅为一种逻辑功能划分，实际实现时可以有另外的划分方式，例如多个模块或组件可以结合或者可以集成到另一个系统，或一些特征可以忽略，或不执行。另一点，所显示或讨论的相互之间的耦合或直接耦合或通信连接可以是通过一些接口，装置或模块的间接耦合或通信连接，可以是电性，机械或其它的形式。

所述作为分离部件说明的模块可以是或者也可以不是物理上分开的，作为模块显示的部件可以是或者也可以不是物理模块，即可以位于一个地方，或者也可以分布到多个网络模块上。可以根据实际的需要选择其中的部分或者全部模块来实现本实施例方案的目的。

另外，在本发明各个实施例中的各功能模块可以集成在一个处理模块中，也可以是各个模块单独物理存在，也可以两个或两个以上模块集成在一个模块中。上述集成的模块既可以采用硬件的形式实现，也可以采用软件功能模块的形式实现。

所述集成的模块如果以软件功能模块的形式实现并作为独立的产品销售或使用时，可以存储在一个计算机可读取存储介质中。基于这样的理解，本发明的技术方案本质上或者说对现有技术做出贡献的部分或者该技术方案的全部或部分可以以软件产品的形式体现出来，该计算机软件产品存储在一个存储介质中，包括若干指令用以使得一台计算机设备(可以是个人计算机，服务器，或者网络设备等)执行本发明各个实施例所述方法的全部或部分步骤。而前述的存储介质包括：U盘、移动硬盘、只读存储器(ROM，Read-OnlyMemory)、随机存取存储器(RAM，Random Access Memory)、磁碟或者光盘等各种可以存储程序代码的介质。

需要说明的是，对于前述的各方法实施例，为了简便描述，故将其都表述为一系列的动作组合，但是本领域技术人员应该知悉，本发明并不受所描述的动作顺序的限制，因为依据本发明，某些步骤可以采用其它顺序或者同时进行。其次，本领域技术人员也应该知悉，说明书中所描述的实施例均属于优选实施例，所涉及的动作和模块并不一定都是本发明所必须的。

在上述实施例中，对各个实施例的描述都各有侧重，某个实施例中没有详述的部分，可以参见其它实施例的相关描述。

以上为对本发明所提供的一种车辆偏航检测方法、系统及机器视觉系统的描述，对于本领域的技术人员，依据本发明实施例的思想，在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处，综上，本说明书内容不应理解为对本发明的限制。

Claims

1.一种车辆偏航检测方法，其特征在于，所述方法包括：

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述空间序列由多通道的光信号构成包括：

将各所述时间序列中，采样时刻相同的两个光信号强度值对应相减。

3.一种车辆偏航检测系统，其特征在于，所述系统包括：

4.根据权利要求3所述的系统，其特征在于，所述计算分析装置具体用于将各所述时间序列中，采样时刻相同的两个光信号强度值对应相减。

5.一种机器视觉系统，其特征在于，所述系统包括如权利要求3至4任一项所述的车辆偏航检测系统，以及具有外接显示设备，和/或，投影设备的外接接口。