CN109334557B - 一种基于车载视觉的车辆大灯调节控制方法及控制系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种基于车载视觉的车辆大灯调节控制方法及控制系统，其通过图像采集模块采集车辆行驶方向前方视野的图像P；对图像P进行处理，获得灰度化图像G；之后评估当前视野图像的昏暗程度，即计算昏暗度评估值ω，根据昏暗度评估值ω是否达到阈值α来控制大灯的开启或关闭；当达到阈值α大灯开启时，再根据昏暗程度即昏暗度评估值ω的大小生成和输出大灯亮度调节信号，以此调节大灯亮度。本发明的原理和系统结构都相对简单，具有较好的实时性、准确性和控制灵活性。

Description

一种基于车载视觉的车辆大灯调节控制方法及控制系统

技术领域

本发明涉及车辆行车安全辅助技术领域，更具体地，涉及一种基于车载视觉的车辆大灯调节控制方法及控制系统。

背景技术

随着汽车电子技术的发展，汽车的安全保护措施越来越完善。车辆的自动感应大灯就是一个典型的例子。自动感应大灯使得当车辆行驶过程中光线变暗时前大灯能够自动亮起，而当光线变亮时自动熄灭。这一方面有利于减小驾驶员的车辆操控强度，提升车辆的智能化；另一方面减少了行车安全隐患，因为现实生活中很多驾驶员在天刚刚黑的时候都忽略了开启大灯，常常在视线非常不好的情况下才想到要开启大灯。

现有自动感应大灯控制主要基于光敏元件传感器来感应光线强度，据此向控制器发出电子信号以决定是否开启或关闭车辆的大灯。由于光敏元件只获取光强信息，对光源的识别度不高，因此很容易产生车灯控制错误的现象。主要问题表现为如下几个方面：一是容易误判，因为即使是夜晚，当有光线照射到光敏元件时，控制器可能误认为当前为白天而不开启大灯，比如对向车道大灯持续一段时间照射到光敏元件的情况；二是灵敏度问题，有些车灯十分灵敏，即使穿过高架桥时的一点点黑暗都会点亮大灯，容易对周边车辆的行驶产生不利的视觉晃眼刺激，而有些车灯反映迟钝，路过隧道和大面积树阴等昏暗场合时未能及时开启车灯补偿照明而带来安全隐患。

现有自动感应车灯的控制也有基于机器视觉的控制方法，即通过获取车辆行驶方向的图像，之后对该图像进行处理分析，根据分析结果控制车灯的开启或者关闭。例如：CN201410289385.8公开的“一种汽车远近光灯控制方法和装置”、CN201110318196.5公开了“一种基于机器视觉的汽车前照灯自动控制系统”等等。但是现有基于机器视觉的车灯控制方法或者系统，基本仅能控制车灯的开启或者关闭，不能根据实际情况调节车灯的亮度。而且现有方法一般是将采集的图像进行区域划分，对各区域图像分别处理分析，图像处理量大，结构复杂。

发明内容

本发明所要解决的技术问题在于提供一种能够自动检测评估车辆行驶方向前方视野的昏暗程度，并根据前方视野昏暗程度自动开启或关闭车辆大灯及自动调节大灯亮度的控制方法及控制系统。

为解决上述技术问题，本发明的技术解决方案是：

一种基于车载视觉的车辆大灯调节控制方法，其特征在于：采集车辆行驶方向前方视野的图像P；对图像P进行处理，获得灰度化图像G；评估当前视野图像的昏暗程度，该昏暗程度以昏暗度评估值ω来表示，昏暗度评估值ω通过计算求取灰度图像G各像素点的灰度值相对于驾驶员视野集中点的加权值来获得；根据昏暗度评估值ω是否达到阈值α来控制大灯的开启或关闭；当达到阈值α大灯开启时，再根据昏暗程度即昏暗度评估值ω的大小生成和输出大灯亮度调节信号，以此调节大灯亮度。

一种基于车载视觉的车辆大灯调节控制系统，包括：

系统开关，用于人为开启或关闭系统；

电源模块，用于为系统及各模块供电；

图像采集模块，用于根据一定的时间间隔Δ采集车辆行驶方向前方的视野图像P；

图像处理器，用于接收来自图像采集模块的图像P，并对图像P进行降噪和灰度化处理获得灰度图像G；

昏暗度评估器，用于评估当前图像的昏暗程度，根据灰度图像G中各像素点的灰度值相对于驾驶员的视线集中点O(x0,y0)的加权值来计算昏暗度评估值ω；

开闭控制模块，根据昏暗度评估值ω是否达到给定阈值α来生成大灯开启和关闭信号。

亮度调节模块，根据昏暗度评估值ω来生成大灯亮度调节信号，信号功率与ω大小成正比关系；

驱动模块，用于将上述车灯开启、关闭信号以及亮度调节信号传输作用到车辆大灯。

优选地，进一步包括灵敏度调节按钮，用于调节大灯开启的阈值α。

上述控制系统的控制方法，包括如下步骤：

当车辆启动时，本系统自动启动，首先进行初始化；

第一步，图像采集模块按一定的时间间隔Δ连续采集车辆行驶方向前方视野的图像P；

第二步，对车辆行驶方向前方视野的图像P进行降噪和灰度化处理，获得灰度图像G；

第三步，根据灰度图像G中各像素点的灰度值相对于驾驶员的视线集中点O(x0,y0)的加权值来计算昏暗度评估值ω；

第四步，根据昏暗度评估值ω是否达到阈值α来生成大灯开启和关闭信号；当ω小于阈值α时，表明当前视野足够明亮，仅当车灯为开启状态时开闭控制模块生成车灯关闭信号OFF；而当ω大于或等于阈值α时，表明当前视野足够昏暗，此时如果大灯为关闭状态则开闭控制模块生成车灯开启信号ON，随后进一步根据昏暗度评估值ω来计算亮度调节信号功率ρ并生成车灯亮度调节信号BC；

第五步，一旦以上步骤产生了ON、OFF和BC中的任意控制信号则将这些控制信号驱动输出到车辆大灯；返回第一步。

优选地，所述控制系统进一步包括延时关闭计时器，用于延时关闭车辆大灯的控制信号，该延时关闭计时器的延时时间T通过延时时间调节按钮进行设置。

所述具有延时关闭计时器的控制系统的控制方法，包括如下步骤：

当车辆启动时，本系统自动启动，首先进行初始化；

第一步，图像采集模块按一定的时间间隔Δ连续采集车辆行驶方向前方视野的图像P；

第二步，对车辆行驶方向前方视野的图像P进行降噪和灰度化处理，获得灰度图像G；

第三步，根据灰度图像G中各像素点的灰度值相对于驾驶员的视线集中点O(x0,y0)的加权值来计算昏暗度评估值ω；

第四步，根据昏暗度评估值ω是否达到阈值α来生成大灯开启和关闭信号；当ω小于阈值α时，表明当前视野足够明亮，仅当车灯为开启状态且延时关闭计时器的计时时间t已达到设定值T时，开闭控制模块生成车灯关闭信号OFF并复位大灯延时关闭计数器的计时时间t为0，否则暂不生成车灯关闭信号OFF而是更新延时计时器的计时时间t＝t+Δ以实现大灯延时关闭；而当ω大于或等于阈值α时，表明当前视野足够昏暗，此时如果大灯为关闭状态则开闭控制模块生成车灯开启信号ON，然后进一步根据昏暗度评估值ω来计算亮度调节信号功率ρ并生成车灯亮度调节信号BC，最后复位大灯延时关闭计数器的计时时间t为0；

第五步，一旦以上步骤产生了ON、OFF和BC中的任意控制信号则将这些控制信号驱动输出到车辆大灯；返回第一步。

优选地，所述的昏暗度评估值ω计算公式为：

其中：x0和y0表示驾驶员视线集中点O在灰度图像G中的列和行，w和h分别表示灰度图像G的像素总宽度和总高度，g(x,y)表示灰度图像G的第x列、第y行像素点的灰度值，r(x,y)表示灰度图像G的第x列、第y行像素点相对于驾驶员视线集中点O(x0,y0)的距离大小。

优选地，所述亮度调节信号功率ρ的计算公式为：

其中Min对应点亮车灯的最小功率值，Max对应车灯达最大亮度时的功率值，α为阈值。

采用上述方案后，本发明利用机器视觉技术，实时捕捉车辆行驶方向前方视野图像，并类似于人眼一样直接对当前的视野昏暗程度进行评估和判断，据此控制大灯是否点亮以及对大灯亮度进行调节。本发明的原理和系统结构都相对简单，具有较好的实时性、准确性和控制灵活性。且可以独立工作于车辆其它电气系统，不破坏原有线路接线，系统安装、维护和更换都相对容易。

附图说明

图1是本发明所述控制系统的组成示意图；

图2是本发明所述控制系统的工作原理图。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施例对本发明作进一步详述。

本发明所揭示的是一种基于车载视觉的车辆大灯调节控制方法，采集车辆行驶方向前方视野的图像P；对图像P进行处理，获得灰度化图像G；评估当前视野图像的昏暗程度，该昏暗程度以昏暗度评估值ω来表示，昏暗度评估值ω通过计算求取灰度图像G各像素点的灰度值相对于驾驶员视野集中点的加权值来获得；根据昏暗度评估值ω是否达到阈值α来控制大灯的开启或关闭；当达到阈值α大灯开启时，再根据昏暗程度即昏暗度评估值ω的大小生成和输出大灯亮度调节信号，以此调节大灯亮度。

所述的昏暗度评估值ω计算公式为：

其中：x0和y0表示驾驶员视线集中点O在灰度图像G中的列和行，w和h分别表示灰度图像G的像素总宽度和总高度，g(x,y)表示灰度图像G的第x列、第y行像素点的灰度值，r(x,y)表示灰度图像G的第x列、第y行像素点相对于驾驶员视线集中点O(x0,y0)的距离大小。上述计算公式中，对像素灰度进行加权的目的在于严格区分图像中各昏暗区域相对于驾驶员视线集中点的影响差异，一般情况下，昏暗区域离驾驶员视线集中点的距离越大，对驾驶视野清晰度的影响越小。根据以上计算公式可知，昏暗度评估值ω的大小介于0和1之间，ω＝1表示当前图像为完全昏暗，ω＝0表示当前图像为完全明亮。

本发明还揭示一种基于车载视觉的车辆大灯调节控制系统，如图1所示，为本发明所述控制系统的较佳实施例。所述的控制系统主要包括：

系统开关，用于人为开启或关闭系统。优选地，该系统开关与车辆启动开关连动或者与车辆启动开关为同一开关，当车辆启动时本控制系统自动启动。

电源模块，用于为系统及各模块供电。优选地为车载蓄电池。

图像采集模块，主要用于根据一定的时间间隔采集车辆行驶方向前方的视野图像P。安装时要求不干扰驾驶员视线和不容易被污染。优选地，该图像采集模块固定安装于车内后视镜背板朝着车辆行驶方向前方拍摄。

图像处理器，接收来自图像采集模块的图像P，对图像P进行降噪和灰度化处理获得灰度图像G。

昏暗度评估器，用于评估当前图像的昏暗程度，主要根据灰度图像G中各像素点的灰度值相对于驾驶员视野集中点O(x0,y0)的加权值来获得昏暗度评估值ω。优选地，采用式(1)及式(2)进行计算。

开闭控制模块，根据昏暗度评估值ω是否达到给定阈值α来生成大灯开启和关闭信号。具体控制过程为：当ω小于α时，表明当前视野足够明亮，此时如果车灯为开启状态，则开闭控制模块生成车灯关闭信号OFF；当ω大于或等于阈值α时，表明当前视野足够昏暗，此时如果大灯为关闭状态，则开闭控制模块生成车灯开启信号ON。

亮度调节模块，根据昏暗度评估值ω来生成大灯亮度调节信号。当车灯为打开状态时，即满足ω>α的条件时，亮度调节模块将进一步根据昏暗度评估值ω来生成车灯亮度调节信号BC(Bright Control)。优选地，信号功率与ω值的大小成正比关系，当ω＝1时产生使大灯为最亮状态的信号功率。优选地，亮度调节信号功率ρ的计算公式为：

其中Min对应点亮车灯的最小功率值，Max对应车灯达最大亮度时的功率值。

驱动模块，用于将上述车灯开启、关闭信号以及亮度调节信号传输作用到车辆大灯。

进一步的，所述的控制系统还可以包括：

延时关闭计时器，用于延时关闭车辆大灯的控制信号，用来实现延时关闭车辆大灯的作用。该延时关闭计时器的延时时间T可以通过延时时间调节按钮进行设置。具有延时关闭计时器的具体控制方式为：当ω小于阈值α时，表明当前视野足够明亮，仅当车灯为开启状态且延时关闭计时器的计时时间t已达到设定值T时，开闭控制模块生成车灯关闭信号OFF并复位大灯延时关闭计数器的计时时间t为0，否则暂不生成车灯关闭信号OFF而是更新延时计时器的计时时间t＝t+Δ以实现大灯延时关闭；而当ω大于或等于阈值α时，表明当前视野足够昏暗，此时如果大灯为关闭状态则开闭控制模块生成车灯开启信号ON，然后进一步根据昏暗度评估值ω来计算亮度调节信号功率ρ并生成车灯亮度调节信号BC，最后复位大灯延时关闭计数器的计时时间t为0。阈值α可通过灵敏度调节按钮进行个性化设置。

灵敏度调节按钮，用于调节大灯开启的阈值α，从而进行个性化设置。

所述的控制系统工作流程原理如图2所示，具体控制方法为：

当车辆启动时，本系统自动启动，首先进行初始化。

第一步，图像采集模块按一定的时间间隔Δ连续采集车辆行驶方向前方视野的图像P。

第二步，对车辆行驶方向前方视野的图像P进行降噪和灰度化处理，获得灰度图像G。

第三步，评估当前视野图像的昏暗程度，根据计算昏暗度评估值ω来评估昏暗程度。即计算灰度图像G中各像素点的灰度值相对于驾驶员的视线集中点O(x0,y0)的加权值来表示昏暗度评估值ω，可以采用公式(1)和公式(2)进行计算。

第四步，根据昏暗度评估值ω是否达到阈值α来生成大灯开启和关闭信号；当ω小于阈值α时，表明当前视野足够明亮，仅当车灯为开启状态且延时关闭计时器的计时时间t已达到设定值T时开闭控制模块生成车灯关闭信号OFF并复位大灯延时关闭计数器的计时时间t为0，否则暂不生成车灯关闭信号OFF而是更新延时计时器的计时时间t＝t+Δ以实现大灯延时关闭；而当ω大于或等于阈值α时，表明当前视野足够昏暗，此时如果大灯为关闭状态则开闭控制模块生成车灯开启信号ON，然后进一步根据昏暗度评估值ω来计算亮度调节信号功率ρ并生成车灯亮度调节信号BC，最后复位大灯延时关闭计数器的计时时间t为0。

第五步，一旦以上步骤产生了ON、OFF和BC中的任意控制信号则将这些控制信号驱动输出到车辆大灯；返回第一步。

如此反复循环自动进行大灯开闭控制和亮度调节。

以上所述，仅是本发明的较佳实施例而已，并非对本发明的技术范围作任何限制，故但凡依本发明的权利要求和说明书所做的变化或修饰，皆应属于本发明专利涵盖的范围之内。

Claims (10)

1.一种基于车载视觉的车辆大灯调节控制方法，其特征在于：采集车辆行驶方向前方视野的图像P；对图像P进行处理，获得灰度化图像G；评估当前视野图像的昏暗程度，该昏暗程度以昏暗度评估值ω来表示，昏暗度评估值ω通过计算求取灰度图像G各像素点的灰度值相对于驾驶员视野集中点的加权值来获得；根据昏暗度评估值ω是否达到阈值α来控制大灯的开启或关闭；当达到阈值α大灯开启时，再根据昏暗程度即昏暗度评估值ω的大小生成和输出大灯亮度调节信号，以此调节大灯亮度。

2.根据权利要求1所述的基于车载视觉的车辆大灯调节控制方法，其特征在于：所述的昏暗度评估值ω计算公式为：

其中：x0和y0表示驾驶员视线集中点O在灰度图像G中的列和行，w和h分别表示灰度图像G的像素总宽度和总高度，g(x,y)表示灰度图像G的第x列、第y行像素点的灰度值，r(x,y)表示灰度图像G的第x列、第y行像素点相对于驾驶员视线集中点O(x0,y0)的距离大小。

3.根据权利要求1或2所述的基于车载视觉的车辆大灯调节控制方法，其特征在于：所述大灯调节信号的信号功率与ω值的大小成正比关系，当ω＝1时产生使大灯为最亮状态的信号功率；且所述亮度调节信号功率ρ根据昏暗度评估值ω来计算，其计算公式为：

其中Min对应点亮车灯的最小功率值，Max对应车灯达最大亮度时的功率值，α为阈值。

4.一种基于车载视觉的车辆大灯调节控制系统，其特征在于该系统包括：

系统开关，用于人为开启或关闭系统；

电源模块，用于为系统及各模块供电；

图像采集模块，用于根据一定的时间间隔Δ采集车辆行驶方向前方的视野图像P；

图像处理器，用于接收来自图像采集模块的图像P，并对图像P进行降噪和灰度化处理获得灰度图像G；

昏暗度评估器，用于评估当前图像的昏暗程度，根据灰度图像G中各像素点相对于驾驶员的视野集中点的灰度加权值来获得昏暗度评估值ω；

开闭控制模块，根据昏暗度评估值ω是否达到给定阈值α来生成大灯开启和关闭信号；

亮度调节模块，根据昏暗度评估值ω来生成大灯亮度调节信号，信号功率与ω大小成正比关系；

驱动模块，用于将上述车灯开启、关闭信号以及亮度调节信号传输作用到车辆大灯。

5.根据权利要求4所述的一种基于车载视觉的车辆大灯调节控制系统，其特征在于：进一步包括延时关闭计时器，用于延时关闭车辆大灯的控制信号，该延时关闭计时器的延时时间T通过延时时间调节按钮进行设置。

6.根据权利要求4所述的一种基于车载视觉的车辆大灯调节控制系统，其特征在于：进一步包括灵敏度调节按钮，用于调节大灯开启的阈值α。

7.根据权利要求4所述一种基于车载视觉的车辆大灯调节控制系统的控制方法，其特征在于包括如下步骤：

当车辆启动时，本系统自动启动，首先进行初始化；

第一步，图像采集模块按一定的时间间隔Δ连续采集车辆行驶方向前方视野的图像P；

第二步，对车辆行驶方向前方视野的图像P进行降噪和灰度化处理，获得灰度图像G；

第三步，根据灰度图像G中各像素点的灰度值相对于驾驶员视野集中点O(x0,y0)的加权值来表示昏暗度评估值ω；

第四步，根据昏暗度评估值ω是否达到阈值α来生成大灯开启和关闭信号；当ω小于阈值α时，表明当前视野足够明亮，仅当车灯为开启状态时开闭控制模块生成车灯关闭信号OFF；而当ω大于或等于阈值α时，表明当前视野足够昏暗，此时如果大灯为关闭状态则开闭控制模块生成车灯开启信号ON，随后进一步根据昏暗度评估值ω来计算亮度调节信号功率ρ并生成车灯亮度调节信号BC；

第五步，一旦以上步骤产生了ON、OFF和BC中的任意控制信号则将这些控制信号驱动输出到车辆大灯；返回第一步。

8.根据权利要求5所述一种基于车载视觉的车辆大灯调节控制系统的控制方法，其特征在于包括如下步骤：

当车辆启动时，本系统自动启动，首先进行初始化；

第一步，图像采集模块按一定的时间间隔Δ连续采集车辆行驶方向前方视野的图像P；

第二步，对车辆行驶方向前方视野的图像P进行降噪和灰度化处理，获得灰度图像G；

第三步，根据灰度图像G中各像素点的灰度值相对于驾驶员的视线集中点O(x0,y0)的加权值来计算昏暗度评估值ω；

第四步，根据昏暗度评估值ω是否达到阈值α来生成大灯开启和关闭信号；当ω小于阈值α时，表明当前视野足够明亮，仅当车灯为开启状态且延时关闭计时器的计时时间t已达到设定值T时，开闭控制模块生成车灯关闭信号OFF并复位大灯延时关闭计数器的计时时间t为0，否则暂不生成车灯关闭信号OFF而是更新延时计时器的计时时间t＝t+Δ以实现大灯延时关闭；而当ω大于或等于阈值α时，表明当前视野足够昏暗，此时如果大灯为关闭状态则开闭控制模块生成车灯开启信号ON，然后进一步根据昏暗度评估值ω来计算亮度调节信号功率ρ并生成车灯亮度调节信号BC，最后复位大灯延时关闭计数器的计时时间t为0；

第五步，一旦以上步骤产生了ON、OFF和BC中的任意控制信号则将这些控制信号驱动输出到车辆大灯；返回第一步。

9.根据权利要求7或8所述的基于车载视觉的车辆大灯调节控制系统的控制方法，其特征在于：所述的昏暗度评估值ω计算公式为：

其中：x0和y0表示驾驶员视线集中点O在灰度图像G中的列和行，w和h分别表示灰度图像G的像素总宽度和总高度，g(x,y)表示灰度图像G的第x列、第y行像素点的灰度值，r(x,y)表示灰度图像G的第x列、第y行像素点相对于驾驶员视线集中点O(x0,y0)的距离大小。

10.根据权利要求7或8所述的基于车载视觉的车辆大灯调节控制系统的控制方法，其特征在于：所述亮度调节信号功率ρ的计算公式为：

其中Min对应点亮车灯的最小功率值，Max对应车灯达最大亮度时的功率值，α为阈值。

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