CN108791288A - 一种基于信息融合的防碰撞装置及方法 - Google Patents

一种基于信息融合的防碰撞装置及方法 Download PDF

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Abstract

本发明提供基于信息融合的防碰撞装置及方法，装置包括图像获取模块、图像处理模块、雷达模块、车速传感器模块、风速传感器模块、雨量传感器模块、温湿度传感器模块、定位模块、车辆控制模块、报警模块、显示模块、系统控制模块，通过图像和雷达信息融合，并结合风速、道路属性、天气等参数，从而确定前向安全距离和后向安全距离。本发明实现了提高防碰撞准确性和直观性的目的。

Description

一种基于信息融合的防碰撞装置及方法
技术领域
本发明涉及一种基于信息融合的防碰撞装置及方法。
背景技术
近年来，交通安全事故不断增加，经分析，这些事故当中90％以上是由于碰撞事故造成的，因此对防碰撞系统的研究是亟待解决的一个重要课题。
现有的防碰撞系统大都都是采用雷达和激光等方式，因为雷达检测不具备识别前方物体是否为车辆，所以这种方式并不能直观反应出检测到的物体的特征，而且很多防碰撞的安全距离模型都是理想化的，不符合实际车辆运行当中的复杂车况。因此，研发一种高性能并且通过图像处理能直观地反应检测到的目标物体特征的防碰撞预警系统是很有必要的，这样能让车主更加直观的感知前端障碍物的特征，避免误判，并根据实际路况建立安全距离模型来实现防碰撞。
发明内容
本发明提供一种基于信息融合的防碰撞装置及方法，旨在解决现有技术中的缺陷，实现基于雷达和图像信息融合的防碰撞方法，提高了防碰撞的准确性。
为达到上述目的，本发明所采取的技术方案为：
本发明一方面提供一种基于信息融合的防碰撞装置，包括：图像获取模块、图像处理模块、雷达模块、车速传感器模块、风速传感器模块、雨量传感器模块、温湿度传感器模块、定位模块、车辆控制模块、报警模块、显示模块、系统控制模块，其中，所述图像获取模块、显示模块与所述图像处理模块连接，所述图像处理模块连接、雷达模块、车速传感器模块、雨量传感器模块、风速传感器模块、温湿度传感器模块、定位模块、车辆控制模块、报警模块与所述系统控制模块连接；
所述图像获取模块，包括前向图像获取模块、后向图像获取模块中的至少一种，所述前向图像获取模块安装在车辆前部，用于获取车辆前方道路图像；所述后向图像获取模块安装在车辆后部，用于获取车辆后方道路图像；
所述图像处理模块，用于对道路图像进行处理识别；
所述雷达模块，包括前向雷达模块、后向雷达模块中的至少一种，用于发射、接收和处理雷达信号；
所述车速传感器模块，用于获取当前的车速信息；
所述风速传感器模块，用于获取当前的风速信息；
所述雨量传感器模块，用于获取当前的雨量信息；
所述温湿度传感器模块，用于获取当前的温湿度信息；
所述定位模块，用于获取当前的位置信息；
所述车辆控制模块，用于控制车辆进行制动或加速；
所述报警模块，用于发出报警信息；
所述显示模块，用于显示道路图像和用户界面；
所述系统控制模块，用于处理接收到的传感器的数据并进行相应控制。
具体地，所述图像获取模块为CCD相机，所述图像处理模块为FPGA芯片，所述定位模块为GPS模块、北斗定位模块或者网络定位模块中的至少一种，所述雷达模块为77GHz毫米波雷达。
具体地，所述图像处理模块通过SPI接口将图像处理后的数据传给所述系统控制模块，所述定位模块通过UART总线与所述系统控制模块连接，所述雷达模块、车速传感器模块、雨量传感器模块、风速传感器模块、温湿度传感器模块通过CAN总线与所述系统控制模块连接，所述报警模块通过SPI总线与所述系统控制模块连接。
具体地，所述系统控制模块通过下式确定前向安全距离SF：
SF＝[a0*(V0+αVW-VF)2]/[2(a0-aF)2]+DTF，其中，a0表示本车的制动加速度，V0表示本车速度，α表示风速对本车产生的助力系数，VW表示当前的风速，VF表示前车速度，aF表示前车加速度，DTF表示前向安全距离余量。
具体地，所述系统控制模块通过下式确定后向安全距离SR：
本发明还提供一种基于信息融合的防碰撞装置的前向防碰撞方法，包括如下步骤：
S11、检测前方障碍物是否与本车位于同一车道，是则进入下一步。
S12、获取前向道路图像，并对前向道路图像中的障碍物特征进行识别，若为车辆，则进入下一步。
S13、获取本车与前向最近车辆的距离DF、本车速度V0、前车速度VF及加速度aF。
S14、获取当前的道路属性及天气类型，确定本车的制动加速度a0。
S15、获取当前的风速信息VW。
S16、根据所述本车与前向最近车辆的距离DF、所述本车速度V0及制动加速度a0、所述前车速度VF及加速度aF、所述当前的风速信息VW确定前向安全距离SF。
S17、判断所述本车与前向最近车辆的距离DF是否大于所述前向安全距离SF，是则返回步骤S13，否则进行报警提示并控制车辆减速，返回步骤S13。
具体地，所述前向安全距离SF＝[a0*(V0+αVW-VF)2]/[2(a0-aF)2]+DTF，其中，a0表示本车的制动加速度，V0表示本车速度，α表示风速对本车产生的助力系数，VW表示当前的风速，VF表示前车速度，aF表示前车加速度，DTF表示前向安全距离余量。
本发明还提供一种基于信息融合的防碰撞装置的后向防碰撞方法，包括如下步骤：
S21、检测后方障碍物是否与本车位于同一车道，是则进入下一步。
S22、获取后向道路图像，并对后向道路图像中的障碍物特征进行识别，若为车辆，则进入下一步。
S23、获取本车与后向最近车辆的距离DR、本车速度V0、后车速度VR及加速度aR。
S24、获取当前的道路属性。
S25、根据所述本车与后向最近车辆的距离DR、所述本车速度V0、后车速度VR及当前的道路属性获得后向安全距离SR。
S26、判断所述本车与后向最近车辆的距离DR是否大于所述后向安全距离SR，是则返回步骤S23，否则进行报警提示。
具体地，所述后向安全距离SR通过下式确定：
进一步地，在步骤S26之后还包括：
S27、在预设时间间隔TR后，检测本车车速V0是否大于后车速度VR，是则返回步骤S23，否则进入下一步；
S28、检测本车与后车是否在同一车道，是则检测前向路况是否适合变道，是则发出变道提示，否则控制本车加速。
本发明的有益效果在于：本发明通过图像和雷达信息融合，并结合风速、道路属性、天气等参数，从而确定前向安全距离和后向安全距离，实现了提高防碰撞准确性和直观性的目的。
附图说明
图1是本发明的基于信息融合的防碰撞装置的结构示意图；
图2是本发明的基于信息融合的防碰撞装置的前向防碰撞方法的流程示意图；
图3是本发明的基于信息融合的防碰撞装置的后向防碰撞方法的流程示意图。
具体实施方式
下面结合附图具体阐明本发明的实施方式，附图仅供参考和说明使用，不构成对本发明专利保护范围的限制。
实施例1：
如图1所示，本发明提供一种基于信息融合的防碰撞装置，包括：图像获取模块、图像处理模块、雷达模块、车速传感器模块、风速传感器模块、雨量传感器模块、温湿度传感器模块、定位模块、车辆控制模块、报警模块、显示模块、系统控制模块，其中，所述图像获取模块、显示模块与所述图像处理模块连接，所述图像处理模块连接、雷达模块、车速传感器模块、雨量传感器模块、风速传感器模块、温湿度传感器模块、定位模块、车辆控制模块、报警模块与所述系统控制模块连接；
所述图像获取模块，包括前向图像获取模块、后向图像获取模块中的至少一种，所述前向图像获取模块安装在车辆前部，用于获取车辆前方道路图像；所述后向图像获取模块安装在车辆后部，用于获取车辆后方道路图像；
所述图像处理模块，用于对道路图像进行处理识别；
所述雷达模块，包括前向雷达模块、后向雷达模块中的至少一种，用于发射、接收和处理雷达信号；
所述车速传感器模块，用于获取当前的车速信息；
所述风速传感器模块，用于获取当前的风速信息；
所述雨量传感器模块，用于获取当前的雨量信息；
所述温湿度传感器模块，用于获取当前的温湿度信息；
所述定位模块，用于获取当前的位置信息；
所述车辆控制模块，用于控制车辆进行制动或加速；
所述报警模块，用于发出报警信息；
所述显示模块，用于显示道路图像和用户界面；
所述系统控制模块，用于处理接收到的传感器的数据并进行相应控制。
在本实施例中，所述图像获取模块为CCD相机，所述图像处理模块为FPGA芯片；
所述定位模块为GPS模块、北斗定位模块或者网络定位模块中的至少一种；
所述雷达模块为77GHz毫米波雷达，安装在车身的正前方或/和车身尾部，实现前方、后方车辆的距离、速度和角度的测量；
所述图像处理模块通过SPI接口将图像处理后的数据传给所述系统控制模块；
所述定位模块通过UART总线与所述系统控制模块连接；
所述雷达模块、车速传感器模块、雨量传感器模块、风速传感器模块、温湿度传感器模块通过CAN总线与所述系统控制模块连接；
所述报警模块通过SPI总线与所述系统控制模块连接。
所述系统控制模块通过下式确定前向安全距离SF：
SF＝[a0*(V0+αVW-VF)2]/[2(a0-aF)2]+DTF，其中，a0表示本车的制动加速度，V0表示本车速度，α表示风速对本车产生的助力系数，VW表示当前的风速，VF表示前车速度，aF表示前车加速度，DTF表示前向安全距离余量。
所述系统控制模块通过下式确定后向安全距离SR：
实施例2：
如图2所示，本发明提供一种基于信息融合的防碰撞装置的前向防碰撞方法，包括如下步骤：
S11、检测前方障碍物是否与本车位于同一车道，是则进入下一步。
前向雷达模块检测前方障碍物的角度，然后将该角度传输给系统控制模块，系统控制模块通过对该角度进行判断即可判定前方障碍物是否与本车位于同一车道。
S12、获取前向道路图像，并对前向道路图像中的障碍物特征进行识别，若为车辆，则进入下一步。
前向道路图像通过前向图像获取模块获取，前向道路图像中的障碍物特征识别由图像处理模块进行。
车辆识别为现有技术，在此不再赘述。
S13、获取本车与前向最近车辆的距离DF、本车速度V0、前车速度VF及加速度aF。
本车与前向最近车辆的距离DF、前车速度VF及加速度aF可以通过前向雷达模块获得，本车速度V0可以通过车速传感器模块获得。
S14、获取当前的道路属性及天气类型，确定本车的制动加速度a0。
所述当前的道路属性，是指当前道路属于高速公路、省道、乡村道路的哪一种，可以先通过定位模块(例如GPS、北斗定位模块或者网络定位模块)获取当前位置信息，再通过地图匹配的方式获取当前的道路属性。
所述当前的天气类型，是指当前天气是否为雨雾雪冰冻等天气。是否为雾天、冰冻可以通过图像处理模块图像识别的方式获得，是否为雨雪天可以通过雨量传感器模块、温湿度传感器模块获得。
用户也可以在显示模块中的用户界面通过手动选择当前道路属性及天气类型，由系统控制模块接收用户的输入信息。
S15、获取当前的风速信息VW。
当前的风速信息VW可以通过风速传感器模块获取。
S16、根据所述本车与前向最近车辆的距离DF、所述本车速度V0及制动加速度a0、所述前车速度VF及加速度aF、所述当前的风速信息VW确定前向安全距离SF。
所述前向安全距离SF由所述系统控制模块来确定，具体通过下式确定：
所述前向安全距离SF＝[a0*(V0+αVW-VF)2]/[2(a0-aF)2]+DTF，其中，a0表示本车的制动加速度，V0表示本车速度，α表示风速对本车产生的助力系数，VW表示当前的风速，VF表示前车速度，aF表示前车加速度，DTF表示前向安全距离余量。
S17、判断所述本车与前向最近车辆的距离DF是否大于所述前向安全距离SF，是则返回步骤S13，否则进行报警提示并控制车辆减速，返回步骤S13。
所述系统控制模块通过比较前向安全距离SF、本车与前向最近车辆的距离DF的大小即可判定本车是否处于安全距离内。
制动控制模块通过控制车辆减速来确保本车处于安全距离内，从而防止碰撞的发生。
实施例3：
如图3所示，本发明提供一种基于信息融合的防碰撞装置的后向防碰撞方法，包括如下步骤：
S21、检测后方障碍物是否与本车位于同一车道，是则进入下一步。
后向雷达模块检测后方障碍物的角度，然后将该角度传输给系统控制模块，系统控制模块通过对该角度进行判断即可判定后方障碍物是否与本车位于同一车道。
S22、获取后向道路图像，并对后向道路图像中的障碍物特征进行识别，若为车辆，则进入下一步。
后向道路图像通过后向图像获取模块获取，后向道路图像中的障碍物特征识别由图像处理模块进行。
车辆识别为现有技术，在此不再赘述。
S23、获取本车与后向最近车辆的距离DR、本车速度V0、后车速度VR及加速度aR。
本车与后向最近车辆的距离DR、后车速度VR及加速度aR可以通过后向雷达模块获得，本车速度V0可以通过车速传感器模块获得。
S24、获取当前的道路属性。
所述当前的道路属性，是指当前道路属于高速公路、省道、乡村道路的哪一种，可以先通过定位模块(例如GPS、北斗定位模块或者网络定位模块)获取当前位置信息，再通过地图匹配的方式获取当前的道路属性。
所述当前的天气类型，是指当前天气是否为雨雾雪冰冻等天气。是否为雾天、冰冻可以通过图像处理模块图像识别的方式获得，是否为雨雪天可以通过雨量传感器模块、温湿度传感器模块获得。
用户也可以在显示模块中的用户界面通过手动选择当前道路属性及天气类型，由系统控制模块接收用户的输入信息。
S25、根据所述本车与后向最近车辆的距离DR、所述本车速度V0、后车速度VR及当前的道路属性获得后向安全距离SR。
所述后向安全距离SR由所述系统控制模块来确定，具体通过下式确定：
S26、判断所述本车与后向最近车辆的距离DR是否大于所述后向安全距离SR，是则返回步骤S23，否则进行报警提示。
所述系统控制模块通过比较后向安全距离SR、本车与后向最近车辆的距离DR的大小即可判定本车是否处于安全距离内。
在步骤S26之后还包括：
S27、在预设时间间隔TR后，检测本车车速V0是否大于后车速度VR，是则返回步骤S23，否则进入下一步；
系统控制模块在预设时间间隔TR后获取本车车速V0、后车速度VR，并通过比较两者的大小来判断本车是否已采取加速措施或者后车是否已减速。
S28、检测本车与后车是否在同一车道，是则检测前向路况是否适合变道，是则发出变道提示，否则控制本车加速。
当系统控制模块判定后方障碍物与本车位于同一车道后，通过图像识别模块或/和前向雷达模块获取相关信息即可判断前向路况是否适合变道，此为现有技术，在此不再赘述。
以上所揭露的仅为本发明的较佳实施例，不能以此来限定本发明的权利保护范围，因此依本发明申请专利范围所作的等同变化，仍属本发明所涵盖的范围。

Claims (8)

1.一种基于信息融合的防碰撞装置，其特征在于，包括：图像获取模块、图像处理模块、雷达模块、车速传感器模块、风速传感器模块、雨量传感器模块、温湿度传感器模块、定位模块、车辆控制模块、报警模块、显示模块、系统控制模块，其中，所述图像获取模块、显示模块与所述图像处理模块连接，所述图像处理模块连接、雷达模块、车速传感器模块、雨量传感器模块、风速传感器模块、温湿度传感器模块、定位模块、车辆控制模块、报警模块与所述系统控制模块连接；
所述图像获取模块，包括前向图像获取模块、后向图像获取模块中的至少一种，所述前向图像获取模块安装在车辆前部，用于获取车辆前方道路图像；所述后向图像获取模块安装在车辆后部，用于获取车辆后方道路图像；
所述图像处理模块，用于对道路图像进行处理识别；
所述雷达模块，包括前向雷达模块、后向雷达模块中的至少一种，用于发射、接收和处理雷达信号；
所述车速传感器模块，用于获取当前的车速信息；
所述风速传感器模块，用于获取当前的风速信息；
所述雨量传感器模块，用于获取当前的雨量信息；
所述温湿度传感器模块，用于获取当前的温湿度信息；
所述定位模块，用于获取当前的位置信息；
所述车辆控制模块，用于控制车辆进行制动或加速；
所述报警模块，用于发出报警信息；
所述显示模块，用于道路图像和用户界面；
所述系统控制模块，用于处理接收到的传感器的数据并进行相应控制。
2.根据权利要求1所述的基于信息融合的防碰撞装置，其特征在于，所述系统控制模块通过下式确定前向安全距离SF：
SF＝[a0*(V0+αVW-VF)2]/[2(a0-aF)2]+DTF，其中，a0表示本车的制动加速度，V0表示本车速度，α表示风速对本车产生的助力系数，VW表示当前的风速，VF表示前车速度，aF表示前车加速度，DTF表示前向安全距离余量。
3.根据权利要求1所述的基于信息融合的防碰撞装置，其特征在于，所述系统控制模块通过下式确定后向安全距离SR：
4.一种基于信息融合的防碰撞装置的前向防碰撞方法，其特征在于，包括：
S11、检测前方障碍物是否与本车位于同一车道，是则进入下一步。
S12、获取前向道路图像，并对前向道路图像中的障碍物特征进行识别，若为车辆，则进入下一步。
S13、获取本车与前向最近车辆的距离DF、本车速度V0、前车速度VF及加速度aF。
S14、获取当前的道路属性及天气类型，确定本车的制动加速度a0。
S15、获取当前的风速信息VW。
S16、根据所述本车与前向最近车辆的距离DF、所述本车速度V0及制动加速度a0、所述前车速度VF及加速度aF、所述当前的风速信息VW确定前向安全距离SF。
S17、判断所述本车与前向最近车辆的距离DF是否大于所述前向安全距离SF，是则返回步骤S13，否则进行报警提示并控制车辆减速，返回步骤S13。
5.根据权利要求4所述的基于信息融合的防碰撞装置的前向防碰撞方法，其特征在于，所述前向安全距离SF＝[a0*(V0+αVW-VF)2]/[2(a0-aF)2]+DTF，其中，a0表示本车的制动加速度，V0表示本车速度，α表示风速对本车产生的助力系数，VW表示当前的风速，VF表示前车速度，aF表示前车加速度，DTF表示前向安全距离余量。
6.一种基于信息融合的防碰撞装置的后向防碰撞方法，其特征在于，包括：
S21、检测后方障碍物是否与本车位于同一车道，是则进入下一步。
S22、获取后向道路图像，并对后向道路图像中的障碍物特征进行识别，若为车辆，则进入下一步。
S23、获取本车与后向最近车辆的距离DR、本车速度V0、后车速度VR及加速度aR。
S24、获取当前的道路属性。
S25、根据所述本车与后向最近车辆的距离DR、所述本车速度V0、后车速度VR及当前的道路属性获得后向安全距离SR。
S26、判断所述本车与后向最近车辆的距离DR是否大于所述后向安全距离SR，是则返回步骤S23，否则进行报警提示。
7.根据权利要求6所述的基于信息融合的防碰撞装置的后向防碰撞方法，其特征在于，所述后向安全距离SR通过下式确定：
8.根据权利要求6所述的基于信息融合的防碰撞装置的后向防碰撞方法，其特征在于，在步骤S26之后还包括：
S27、在预设时间间隔TR后，检测本车车速V0是否大于后车速度VR，是则返回步骤S23，否则进入下一步；
S28、检测本车与后车是否在同一车道，是则检测前向路况是否适合变道，是则发出变道提示，否则控制本车加速。
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