CN109552255A - 一种基于抖动状态的雨刮片胶条故障检测方法及检测系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种基于抖动状态的雨刮片胶条故障检测方法及检测系统，该方法为：雨刮片工作时，通过图像采集模块采集车辆挡风玻璃图像，提取雨刮片的图像信息，计算拟合雨刮片的角速度曲线，根据角速度的数值变化特性判断雨刮片是否存在抖动的现象，据此判断雨刮片胶条是否需要更换。本发明还公开了一种基于该检测方法的检测系统。本发明通过雨刮片角速度变化的原理来判断雨刮片是否抖动，原理和系统结构简单，检测方法具有较好的准确率和实时性。

Description

一种基于抖动状态的雨刮片胶条故障检测方法及检测系统

技术领域

本发明涉及车辆故障诊断技术领域，更具体地，涉及一种能够根据雨刮片的抖动状态，自动检测车辆雨刮片胶条是否老化并据此做出相应提醒的方法和装置。

背景技术

雨天驾驶车辆，清晰的驾驶视野是保障安全的基本前提。雨刮系统用于及时刮除车辆前挡玻璃上附着的雨水，起着至关重要的作用。雨刮片上的橡胶胶条是刮除前挡玻璃雨水的直接工作零件，其长期使用容易磨损；此外，由于烈日爆晒、气候冷暖变化等原因，雨刮片胶条还极易出现老化。这种老化是一种相对渐进和缓慢的过程，属于雨刮片故障的最常见类型，相对普遍但又不易被驾驶员察觉。其直接影响是导致雨刮工作时发生抖动、噪音以及雨水刮不干净等故障，严重时将导致雨刮电机损坏。然而，由于雨刮系统并不属于经常工作的系统，大部分驾驶员通常是直到雨刮片胶条严重老化或者出现明显故障时才会进行维护或更换，在这之前其实已经对雨天行车安全带来了潜在隐患。因此，有必要对雨刮片胶条老化故障进行检测，提醒驾驶员在该故障产生严重影响之前及时更换雨刮片胶条，从而提高雨天行车的安全性。目前，关于雨刮片胶条老化的检查多为人工主观判断，依靠车辆自动检测的方法应用较少。

CN201720430146.9所公开的“一种汽车雨刷更换提醒系统以及车辆”，是一种基于机器视觉的可自动检测雨刷工作状态的雨刷更换提醒系统，该系统通过图像采集装置采集雨刷和/或挡风玻璃的图像信息，并将该图像信息与预先存储的基准图像进行对比，以此判断是否需要更换雨刷，并生成更换提醒信息，从而达到自动检测并提醒的目的。然而，该专利前案并未公开详细的图像处理及检测方法，其实现起来较为困难。主要表现在：一方面，雨刷在使用时是一个动态的过程，在动态时对图像进行采集，采集到的雨刷位置状态多种多样，而其预先存储的基准图像有限，导致对比困难、误差大、且数据处理量过多等缺陷；另一方面，动态采集的雨刮片图像同时包含着交通环境背景图像信息的随机干扰，因此在与预先存储的基准图像对比时容易发生判断错误。如果是采集雨刷的静止状态，一般雨刷的静止位置是在挡风玻璃的下方，该位置的图像很难采集；而且静止图像一般只能通过磨损的外观情况进行判断，细长的雨刷胶条对磨损外观图像的要求较大，这也大大增加了对比的困难度。

鉴于上述问题，本案发明人经过大量研究工作发现，磨损或者老化的雨刮片胶条在工作时会发生抖动现象，因此开发了一种基于雨刮片抖动状态对雨刮片胶条进行故障检测的方法及装置，本案由此而产生。

发明内容

本发明所要解决的技术问题在于提供一种基于抖动状态的雨刮片胶条故障检测方法及检测装置，其通过判断雨刮片在工作时是否抖动，来进行雨刮片胶条的故障检测，并可进一步进行提醒更换。

为解决上述技术问题，本发明的技术解决方案是：

一种基于抖动状态的雨刮片胶条故障检测方法：雨刮片工作时，通过图像采集模块采集车辆挡风玻璃图像，提取雨刮片的图像信息，计算拟合雨刮片的角速度曲线，根据角速度的数值变化特性判断雨刮片是否存在抖动的现象，据此判断雨刮片胶条是否需要更换。

优选地，所述雨刮片的图像信息提取方法为：对采集的车辆挡风玻璃图像进行降噪和灰度化预处理，求取预处理图像的边缘信息获得边缘图像，计算各边缘线的包围面积与图像总面积的面积比值ρ，根据预先设置的面积比阈值ω滤除边缘图像中的小面积边缘线，即滤除ρ≤ω的所有边缘线，获得雨刮片图像信息。

优选地，所述角速度曲线的拟合方法为：根据雨刮片的图像信息计算雨刮的重心，并进一步计算其方向角，据此拟合绘制出雨刮片的中心线图像，根据雨刮片图像中心线的位置信息测量出其角位移，并结合上一幅图像的角位移和图像采样时间间隔T，计算出相邻采样时间间隔内的雨刮角速度平均值，从而拟合出角速度曲线。

优选地，所述根据角速度的数值变化特性判断雨刮片是否存在抖动现象的算法为：对雨刮片的角速度曲线信号进行傅里叶变换，获得各组成信号成分的功率谱P(x)，其中x表示信号频率；以雨刮片工作频率f的α倍频为边界，其中α>1，统计高频振动信号的功率谱比例当高频振动信号功率谱比例ε超过一定阈值β，即ε≥β时，判断雨刮片工作时存在抖动现象，否则判断雨刮片工作时不存在明显抖动现象。

一种基于抖动状态的雨刮片胶条故障检测系统，包括：

系统开关，用于人为或自动开启或关闭系统；

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T采集挡风玻璃的图像；

图像预处理器，接收来自图像采集模块的图像，提取出每一幅静态图像，并对图像进行降噪和灰度化处理；

雨刮片检测器，接收图像预处理器处理后的图像，从中提取出雨刮片图像的中心线；

角速度拟合器，根据雨刮片检测器获得的雨刮片图像中心线的位置信息测量出其角位移，并结合上一幅图像的角位移和图像采样时间间隔T计算出相邻采样时间间隔内的雨刮角速度平均值，并拟合出角速度曲线；

抖动检测器，根据角位移拟合器获得的角位移曲线特征进行计算评估，判别雨刮片在工作过程中是否存在抖动现象；

胶条故障判断器，根据抖动检测器的输出结果来判定雨刮胶条当前是否已经存在抖动的故障现象。

优选地，进一步包括更换提醒模块，接收来自胶条故障判断器的故障信息后，提示车辆驾驶员进行雨刮片更换操作。

优选地，进一步包括参数设置模块，用于设置系统的工作参数。

优选地，进一步包括通讯模块，用于实现本系统与其它车载电子系统的信息交互和应用。

上述雨刮片胶条故障检测系统的检测方法，包括如下步骤：

第一步，当雨刮系统启动时，本系统自动启动，图像采集模块即开启工作，按固定时间间隔T连续采集车辆挡风玻璃图像A(k)，其中k表示当前的采样数，k＝1,2,3，…；

第二步，对挡风玻璃图像A(k)进行降噪和灰度化预处理，获得图像B(k)；

第三步，求取图像B(k)的边缘信息，获得仅包含图像边缘信息的边缘图像C(k)；

第四步，计算边缘图像C(k)中各边缘线的包围面积与图像总面积的面积比值ρ，根据预先设置的面积比阈值ω滤除边缘图像C(k)中的小面积边缘线，即滤除边缘图像C(k)中的所有ρ≤ω的边缘线，获得雨刮片的外轮廓线图像D(k)；

第五步，根据雨刮片的外轮廓线图像D(k)计算雨刮的重心，并进一步计算其方向角，据此在图像A(k)中拟合绘制出雨刮片的中心线图像E(k)；

第六步，根据雨刮片图像中心线的位置信息测量出其角位移，并结合上一幅图像的角位移和图像采样时间间隔T计算出相邻采样时间间隔内的雨刮角速度平均值，并拟合出角速度曲线；

第七步，对雨刮片的角速度曲线信号进行傅里叶变换，获得各组成信号成分的功率谱P(x)，其中x表示信号频率；以雨刮片工作频率f的α倍频为边界，其中α>1，统计高频振动信号的功率谱比例当高频振动信号功率谱比例ε超过一定阈值β，即ε≥β时，判断雨刮片工作时存在抖动现象；否则判断雨刮片工作时不存在明显抖动现象；

第八步，根据雨刮片工作时是否存在抖动现象，判断雨刮片胶条是否存在故障现象；当雨刮片工作时存在抖动现象时，判断雨刮片胶条已经故障；否则，判断雨刮片胶条未故障；至此，检测结束。

进一步包括第九步，根据故障信号对驾驶员进行更换提醒。

采用上述方案后，本发明通过采集车辆挡风玻璃图像，经过预处理后得到雨刮片的图像信息，并计算拟合出雨刮片的角速度曲线，根据角速度的数值变化特征来判断雨刮片是否存在不平稳抖动现象，据此判断雨刮片胶条是否老化或者磨损故障，并当判断出雨刮胶条已经故障时，给出更换雨刮片胶条的信息提醒，从而促进驾驶员及时更换雨刮片胶条，提高雨天行车的安全性。本发明通过雨刮片角速度变化的原理来判断雨刮片是否抖动，进而判断雨刮片是否故障，无需预存基准图像，无需进行图像比对，原理和系统结构简单，检测方法具有较好的准确率和实时性。且本发明可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是本发明所述检测系统的组成示意图；

图2是在下雨时对采集到的车辆前挡风玻璃图像进行预处理后的前挡风玻璃图像；

图3是本发明所获得的前挡风玻璃图像的边缘图像；

图4是本发明所获得的雨刮轮廓图像；

图5A及图5B是本发明所获得的雨刮片的中心线图像；

图6是本发明所获得雨刮片工作正常时的角速度曲线；

图7是本发明所获得雨刮片工作存在抖动时的角速度曲线。

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抖动状态的雨刮片胶条故障检测方法，该方法具体为：雨刮片工作时，通过图像采集模块采集车辆挡风玻璃图像，提取雨刮片的图像信息，计算拟合雨刮片的角速度曲线，根据角速度的变化特性判断雨刮片是否存在抖动的现象，据此判断雨刮片胶条是否需要更换。

当判断雨刮片胶条老化或者磨损需要更换时，给出更换雨刮片胶条的信息提醒，促进驾驶员及时更换雨刮片胶条，以提高雨天行车的安全性。

由于所采集的车辆挡风玻璃图像是雨刮片工作时的图像，而雨刮片工作时一般为雨雪天气，且为车辆运行时，因此车辆挡风玻璃图像上不可避免的存在水滴或者其他景物的图像信息。为了更准确获得雨刮片图像信息，本发明采用如下方法：对采集的车辆挡风玻璃图像进行降噪和灰度化预处理，求取预处理图像的边缘信息获得边缘图像，计算各边缘线的包围面积与图像总面积的面积比值ρ，根据预先设置的面积比阈值ω滤除边缘图像中的小面积边缘线，即滤除ρ≤ω的所有边缘线，从而可去除水滴或者其他景物轮廓，获得雨刮片的外轮廓线图像，即获得雨刮片图像信息。

所述角速度曲线的具体拟合方法为：根据雨刮片的图像信息计算雨刮的重心，并进一步计算其方向角，据此拟合绘制出雨刮片的中心线图像，根据雨刮片图像中心线的位置信息测量出其角位移，并结合上一幅图像的角位移和图像采样时间间隔T，计算出相邻采样时间间隔内的雨刮角速度平均值，从而拟合出角速度曲线。

本发明通过雨刮片的角速度曲线的变化特征，来判断雨刮片是否存在抖动的现象。这种角速度曲线的变化特征可以是角速度曲线是否光滑或者存在较多锯齿波。也可以通过如下算法进行判断：对雨刮片的角速度曲线信号进行傅里叶变换，获得各组成信号成分的功率谱P(x)，其中x表示信号频率。以雨刮片工作频率f的α倍频为边界(其中α>1)，统计高频振动信号的功率谱比例 当高频振动信号功率谱比例ε超过一定阈值β(即ε≥β)时，判断雨刮片工作时存在抖动现象；否则判断雨刮片工作时不存在明显抖动现象。

本发明还揭示了一种基于抖动状态的雨刮片胶条故障检测系统，如图1所示，为本发明所述检测系统的较佳实施例。所述的检测系统主要包括：

系统开关，用于人为或自动开启或关闭系统，优选地，当雨刮系统工作时系统自动启动。

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T采集挡风玻璃的图像，要求不遮挡驾驶员视线、能够稳定的采集影像、不容易被污染。优选地，采用微距镜头，固定安装于车内后视镜背板，朝前偏下方进行拍摄以保证获得尽量多的挡风玻璃图像信息。

图像预处理器，接收来自图像采集模块的图像，提取出每一幅静态图像，并对图像进行降噪和灰度化处理。灰度化处理的主要目的是降低图像处理的数据量，提高实时性。

雨刮片检测器，接收图像预处理器处理后的图像，从中提取出雨刮片图像的中心线。

角速度拟合器，根据雨刮片检测器获得的雨刮片图像中心线的位置信息测量出其角位移，并结合上一幅图像的角位移和图像采样时间间隔T计算出相邻采样时间间隔内的雨刮角速度平均值，并拟合出角速度曲线。

抖动检测器，根据角位移拟合器获得的角位移曲线特征进行计算评估，判别雨刮片在工作过程中是否存在抖动现象。

胶条故障判断器，根据抖动检测器的输出结果来判定雨刮胶条当前是否已经存在抖动的故障现象。当判断胶条已经出现抖动故障时，可进一步输出故障信号给更换提醒模块。

更换提醒模块，接收来自胶条故障判断器的故障信息后，优选地通过故障显示灯提示车辆驾驶员进行雨刮片更换操作。

进一步的，本发明所述的检测系统还可以包括：

参数设置模块，用于设置系统的工作参数。

通讯模块，用于实现本系统与其它车载电子系统的信息交互和应用。

上述雨刮片胶条故障检测系统的具体检测方法包括如下步骤：

第一步，当雨刮系统启动时，本系统自动启动。图像采集模块即开启工作，按固定时间间隔T连续采集车辆挡风玻璃图像A(k)，其中k表示当前的采样数，k＝1,2,3，…。

第二步，对挡风玻璃图像A(k)进行降噪和灰度化预处理，获得图像B(k)，如图2所示。

第三步，求取图像B(k)的边缘信息，获得仅包含图像边缘信息的边缘图像C(k)，如图3所示。

第四步，计算边缘图像C(k)中各边缘线的包围面积与图像总面积的面积比值ρ，根据预先设置的面积比阈值ω滤除边缘图像C(k)中的小面积边缘线(例如水滴等)，即滤除边缘图像C(k)中的所有ρ≤ω的边缘线，获得雨刮片的外轮廓线图像D(k)，如图4所示。

第五步，根据雨刮片的外轮廓线图像D(k)计算雨刮的重心，并进一步计算其方向角，据此拟合绘制出雨刮片的中心线图像E(k)，如图5A及图5B所示。

第六步，根据雨刮片图像中心线的位置信息测量出其角位移，并结合上一幅图像的角位移和图像采样时间间隔T计算出相邻采样时间间隔内的雨刮角速度平均值，并拟合出角速度曲线。当雨刮片运转正常时，其角速度曲线相对光滑，如图6所示。当雨刮片运转时存在抖动时，其角速度曲线存在较多的锯齿波，如图7所示。其中图6和图7的横坐标为采样的图像帧数k，纵坐标为雨刮片的角速度值且单位为幅度/秒。

第七步，可以通过所拟合出的角速度曲线直观的看出雨刮片工作时是否存在抖动现象。为了达到定量自动检测的目的，也可以采用计算方法进行判断，具体为：对雨刮片的角速度曲线信号进行傅里叶变换，获得各组成信号成分的功率谱P(x)，其中x表示信号频率。以雨刮片工作频率f的α倍频为边界(其中α>1)，统计高频振动信号的功率谱比例当高频振动信号功率谱比例ε超过一定阈值β(即ε≥β)时，判断雨刮片工作时存在抖动现象；否则判断雨刮片工作时不存在明显抖动现象。

第八步，根据雨刮片工作时是否存在抖动现象，判断雨刮片胶条是否存在老化或者磨损等故障现象。当雨刮片工作时存在抖动现象时，判断雨刮片胶条已经老化或者磨损故障；否则，判断雨刮片胶条未故障。至此，检测结束。

第九步，根据故障信号对驾驶员进行更换提醒，可以采用故障显示灯或者语言提醒。

以上检测方法中，参数ω、α和β可根据实际情况进行灵活设定，可以通过参数设置模块进行设定。根据现有测试经验，在800*600的相机分辨率下，优选地选择ω＝0.08、α＝2.5、β＝0.05。

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)

1.一种基于抖动状态的雨刮片胶条故障检测方法，其特征在于：雨刮片工作时，通过图像采集模块采集车辆挡风玻璃图像，提取雨刮片的图像信息，计算拟合雨刮片的角速度曲线，根据角速度的数值变化特性判断雨刮片是否存在抖动的现象，据此判断雨刮片胶条是否需要更换。

2.根据权利要求1所述的一种基于抖动状态的雨刮片胶条故障检测方法，其特征在于所述雨刮片的图像信息提取方法为：对采集的车辆挡风玻璃图像进行降噪和灰度化预处理，求取预处理图像的边缘信息获得边缘图像，计算各边缘线的包围面积与图像总面积的面积比值ρ，根据预先设置的面积比阈值ω滤除边缘图像中的小面积边缘线，即滤除ρ≤ω的所有边缘线，获得雨刮片图像信息。

3.根据权利要求1所述的一种基于抖动状态的雨刮片胶条故障检测方法，其特征在于所述角速度曲线的拟合方法为：根据雨刮片的图像信息计算雨刮的重心，并进一步计算其方向角，据此拟合绘制出雨刮片的中心线图像，根据雨刮片图像中心线的位置信息测量出其角位移，并结合上一幅图像的角位移和图像采样时间间隔T，计算出相邻采样时间间隔内的雨刮角速度平均值，从而拟合出角速度曲线。

4.根据权利要求1所述的一种基于抖动状态的雨刮片胶条故障检测方法，其特征在于所述根据角速度的数值变化特性判断雨刮片是否存在抖动现象的算法为：对雨刮片的角速度曲线信号进行傅里叶变换，获得各组成信号成分的功率谱P(x)，其中x表示信号频率；以雨刮片工作频率f的α倍频为边界，其中α>1，统计高频振动信号的功率谱比例当高频振动信号功率谱比例ε超过一定阈值β，即ε≥β时，判断雨刮片工作时存在抖动现象，否则判断雨刮片工作时不存在明显抖动现象。

5.一种基于抖动状态的雨刮片胶条故障检测系统，其特征在于包括：

系统开关，用于人为或自动开启或关闭系统；

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T采集挡风玻璃的图像；

图像预处理器，接收来自图像采集模块的图像，提取出每一幅静态图像，并对图像进行降噪和灰度化处理；

雨刮片检测器，接收图像预处理器处理后的图像，从中提取出雨刮片图像的中心线；

角速度拟合器，根据雨刮片检测器获得的雨刮片图像中心线的位置信息测量出其角位移，并结合上一幅图像的角位移和图像采样时间间隔T计算出相邻采样时间间隔内的雨刮角速度平均值，并拟合出角速度曲线；

抖动检测器，根据角位移拟合器获得的角位移曲线特征进行计算评估，判别雨刮片在工作过程中是否存在抖动现象；

胶条故障判断器，根据抖动检测器的输出结果来判定雨刮胶条当前是否已经存在抖动的故障现象。

6.根据权利要求5所述的一种基于抖动状态的雨刮片胶条故障检测系统，其特征在于：进一步包括更换提醒模块，接收来自胶条故障判断器的故障信息后，提示车辆驾驶员进行雨刮片更换操作。

7.根据权利要求5所述的一种基于抖动状态的雨刮片胶条故障检测系统，其特征在于：进一步包括参数设置模块，用于设置系统的工作参数。

8.根据权利要求5所述的一种基于抖动状态的雨刮片胶条故障检测系统，其特征在于：进一步包括通讯模块，用于实现本系统与其它车载电子系统的信息交互和应用。

9.根据权利要求5-8任一所述的一种基于抖动状态的雨刮片胶条故障检测系统的检测方法，其特征在于包括如下步骤：

第一步，当雨刮系统启动时，本系统自动启动，图像采集模块即开启工作，按固定时间间隔T连续采集车辆挡风玻璃图像A(k)，其中k表示当前的采样数，k＝1,2,3，…；

第二步，对挡风玻璃图像A(k)进行降噪和灰度化预处理，获得图像B(k)；

第三步，求取图像B(k)的边缘信息，获得仅包含图像边缘信息的边缘图像C(k)；

第四步，计算边缘图像C(k)中的各边缘线的包围面积与图像总面积的面积比值ρ，根据预先设置的面积比阈值ω滤除边缘图像C(k)中的小面积边缘线，即滤除边缘图像C(k)中的所有ρ≤ω的边缘线，获得雨刮片的外轮廓线图像D(k)；

第五步，根据雨刮片的外轮廓线图像D(k)计算雨刮的重心，并进一步计算其方向角，据此在图像A(k)中拟合绘制出雨刮片的中心线图像E(k)；

第六步，根据雨刮片图像中心线的位置信息测量出其角位移，并结合上一幅图像的角位移和图像采样时间间隔T计算出相邻采样时间间隔内的雨刮角速度平均值，并拟合出角速度曲线；

第七步，对雨刮片的角速度曲线信号进行傅里叶变换，获得各组成信号成分的功率谱P(x)，其中x表示信号频率；以雨刮片工作频率f的α倍频为边界，其中α>1，统计高频振动信号的功率谱比例当高频振动信号功率谱比例ε超过一定阈值β，即ε≥β时，判断雨刮片工作时存在抖动现象；否则判断雨刮片工作时不存在明显抖动现象；

第八步，根据雨刮片工作时是否存在抖动现象，判断雨刮片胶条是否存在故障现象；当雨刮片工作时存在抖动现象时，判断雨刮片胶条已经故障；否则，判断雨刮片胶条未故障；至此，检测结束。

10.根据权利要求9所述的检测方法，其特征在于：根据故障信号对驾驶员进行更换提醒。