專利名稱：一種基于立體視覺的車輛行駛應(yīng)急處理裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實用新型涉及汽車主動安全駕駛領(lǐng)域，具體是基于立體視覺圖像處理的車輛行駛應(yīng)急處理裝置。
背景技術(shù)：
汽車技術(shù)的發(fā)展給交通運輸和人們的生活帶來了便利，但公路交通事故的發(fā)生給人民生命財產(chǎn)和國民經(jīng)濟造成了巨大的損失。為了解決車輛交通的負面影響，人們積極尋求采用高新技術(shù)來提高車輛性能，作為智能交通系統(tǒng)(ITS)的組成部分，車輛安全輔助系統(tǒng)、先進的車輛控制系統(tǒng)以及自動車輛駕駛系統(tǒng)成為了當前研究的重點。先進的車輛系統(tǒng) (Advanced Vehicle System)是指借助車載設(shè)備及路測、路面的電子設(shè)備來檢測周圍行駛環(huán)境的變化情況，進行部分或完全的自動駕駛控制以達到行車安全和增加道路通行能力的目的。目前，在探測道路障礙物的技術(shù)中，主要有激光雷達測距、微波雷達測距、超聲波測距、夜間紅外測距和視覺測距。激光雷達探測距離遠、精度高，但受云、雨、霧等惡劣天氣影響較大，且成本較高。微波雷達性能穩(wěn)定，受天氣影響較小，但易受電磁干擾。超聲波探測原理簡單、成本低，受天氣影響大，適合近距離探測，常用于倒車防撞系統(tǒng)。紅外探測一般只適合在夜間使用。視覺探測又可分為單目視覺探測和立體視覺探測，視覺成像設(shè)備尺寸小、功耗低、獲取信息量大，有利于后續(xù)信號處理，單目視覺可以檢測車道信息，但無法準確確定與前方被測物體的距離，立體視覺系統(tǒng)可以獲取道路場景及場景內(nèi)物體的深度信息， 結(jié)合自動光圈和自動白平衡技術(shù)，可以在夜間、隧道等可視程度較低的情況下使用，因此， 立體視覺在車輛運行場景探測及車輛安全駕駛領(lǐng)域中具有廣闊的應(yīng)用前景。DSP (Digital Signal ftOcessor，數(shù)字信號處理器)芯片是專門為快速實現(xiàn)各種數(shù)字信號處理算法而設(shè)計的、具有特殊的結(jié)構(gòu)的微處理器，以其作為核心處理器的立體視覺控制系統(tǒng)，能夠滿足系統(tǒng)的實時性和體積的要求，適用于各種便攜、移動終端設(shè)備的數(shù)據(jù)處理單元。DSP芯片本身的結(jié)構(gòu)特性和特點，使其在數(shù)據(jù)處理方面比通用CPU具有更大優(yōu)勢，如采用哈佛結(jié)構(gòu)、流水線操作、硬件乘法器和特殊的DSP指令。通過提高DSP芯片的硬件能力和算法的執(zhí)行效率，能夠在提升產(chǎn)品整體性能的同時，降低能源消耗和產(chǎn)品成本，對用戶產(chǎn)生更大的吸引力。車輛運行場景中道路狀況信息的獲取對于駕駛員極為重要，有關(guān)資料研究表明， 若在交通事故發(fā)生前1秒鐘給駕駛員發(fā)出警報，則可避免90%的交通事故。因此，及時發(fā)現(xiàn)前方道路的障礙及危險信息，對于避免或減少交通事故的損失，挽救人員生命，具有重要意義。同時，車輛本身的機械或電路的故障也是引發(fā)交通事故的重要原因，因此，需要車輛迅速及時地感知到故障信息，降低車速，以避免事故發(fā)生。
發(fā)明內(nèi)容本實用新型所要解決的技術(shù)問題在于針對背景技術(shù)中存在的問題，提供一種基于立體視覺的車輛行駛應(yīng)急處理裝置，輔助駕駛員實現(xiàn)道路安全駕駛。本實用新型為解決上述技術(shù)問題采用以下技術(shù)方案一種基于立體視覺的車輛行駛應(yīng)急處理裝置，包括雙目視覺攝像單元、車載總線接口電路、中央處理單元、車輛制動控制系統(tǒng)和聲光告警電路；其中，所述雙目視覺攝像單元用于獲取車輛前方道路的兩路視覺圖像信息，并將其傳輸?shù)街醒胩幚韱卧凰鲕囕d總線接口電路用于將車輛內(nèi)部傳感器采集得到的車輛狀態(tài)信息傳輸?shù)街醒胩幚韱卧?；所述中央處理單元對所述視覺圖像信息進行處理后判斷車輛行進方向是否存在障礙物，以及根據(jù)車輛狀態(tài)信息判斷車輛是否存在故障；當車輛行進方向存在障礙物或車輛存在故障時，向車輛制動控制系統(tǒng)及聲光告警電路發(fā)出控制信號；所述車輛制動控制系統(tǒng)用于根據(jù)中央處理單元的控制信號，將汽車制動；所述聲光告警電路用于接收中央處理單元輸出的控制信號，發(fā)出聲、光告警信息。進一步的，本實用新型的基于立體視覺的車輛行駛應(yīng)急處理裝置，所述雙目視覺攝像單元包括兩臺相同型號的CCD數(shù)字彩色攝像機、數(shù)字視頻輸出接口 ；其中兩臺CCD數(shù)字彩色攝像機分別獲取車輛前方道路的視覺圖像信息，然后通過數(shù)字視頻輸出接口發(fā)送至中央處理單元融合成立體視覺圖像信息。進一步的，本實用新型的基于立體視覺的車輛行駛應(yīng)急處理裝置，所述中央處理單元包括數(shù)字視頻輸入接口、DSP中央處理器、存儲器、車輛傳感器總線接口、車輛制動控制系統(tǒng)接口和告警信息輸出接口 ；其中，所述數(shù)字視頻輸入接口用于將兩路視覺圖像信息傳輸至DSP中央處理器；所述DSP中央處理器用于處理所述視覺圖像信息，然后與存儲器中存儲的安全行車道路模型進行比對，計算車輛行進方向是否存在障礙物；所述車輛傳感器總線接口用于傳輸車輛內(nèi)部傳感器采集得到的車輛狀態(tài)信息；所述DSP中央處理器分別通過車輛制動控制系統(tǒng)接口和告警信息輸出接口向車輛制動控制系統(tǒng)和聲光告警電路發(fā)送控制信號。進一步的，本實用新型的基于立體視覺的車輛行駛應(yīng)急處理裝置，所述車輛制動控制系統(tǒng)包括節(jié)氣門執(zhí)行器和制動執(zhí)行器，以及節(jié)氣門位置傳感器、制動壓力傳感器；其中，節(jié)氣門執(zhí)行器通過直流電機和第一拉線連接發(fā)動機節(jié)氣門體；制動執(zhí)行器通過直流電機和第二拉線連接制動踏板，所述節(jié)氣門位置傳感器和制動壓力傳感器分別將節(jié)氣門位置信號、制動壓力信號反饋到中央處理單元。本實用新型采用以上技術(shù)方案具有以下有益效果本實用新型利用雙目視覺攝像單元獲取車輛前方道路場景，采用基于數(shù)字信號處理器(DSP)芯片的中央處理單元，實時計算視頻圖像，建立道路三維場景；根據(jù)車速和路況信息，將實際道路場景與系統(tǒng)存儲的安全行車道路模型進行對比，計算安全行車區(qū)域內(nèi)是否存在障礙或者危險，發(fā)現(xiàn)障礙或者危險時，啟動車輛制動系統(tǒng)，降低車速，并向駕駛員發(fā)出聲光告警信息。同時，中央處理單元通過車內(nèi)總線連接車輛傳感器，檢測車輛的狀態(tài)信息，當車輛本身發(fā)生機械或者電路故障時，啟動制動系統(tǒng)，降低車速，發(fā)出聲光告警。
圖1是基于立體視覺的車輛行駛應(yīng)急處理裝置結(jié)構(gòu)框圖。圖2是雙目視覺攝像單元布局俯視圖。圖3是雙目視覺攝像單元布局側(cè)視圖。圖4是安全行車道路模型圖。圖5是裝置安裝調(diào)試流程圖。圖6是車輛運行階段裝置工作流程圖。
具體實施方式
以下結(jié)合附圖對本實用新型的技術(shù)方案做進一步的詳細說明如圖1所示，所述基于立體視覺的車輛行駛應(yīng)急處理裝置，包括雙目視覺攝像單元、車載總線接口、中央處理單元、車輛制動控制系統(tǒng)和聲光告警電路。其中，所述雙目視覺攝像單元包括兩臺相同型號的CCD數(shù)字彩色攝像機、數(shù)字視頻輸出接口和攝像機安裝支架。兩臺攝像機固定在同一支架上，安裝于車輛頂部或擋風(fēng)玻璃后面的位置，如圖2和圖3所示；所述中央處理單元包括一個DSP中央處理器、存儲器、數(shù)字視頻輸入接口、車輛傳感器總線接口、車輛制動控制系統(tǒng)接口和告警信息輸出接口。中央處理器包括一個高性能 DSP芯片和外圍電路，存儲器用于數(shù)據(jù)信息的存儲，該單元的供電由車內(nèi)電源提供直流供電；所述車載總線接口電路，傳輸車輛狀態(tài)信息到中央處理單元，包括車速信息、燃油指示信息、車胎胎壓信息、機油信息、水溫信息、發(fā)動機故障信息和電子油門信息。目前，汽車中廣泛應(yīng)用CAN和LIN等總線技術(shù)，進行車內(nèi)儀器設(shè)備的數(shù)據(jù)和信號傳輸，中央處理單元通過總線，連接車輛內(nèi)部傳感設(shè)備，對車輛狀態(tài)進行檢測；所述車輛制動控制系統(tǒng)包括節(jié)氣門執(zhí)行器和制動執(zhí)行器，以及節(jié)氣門開度和制動壓力反饋電路；節(jié)氣門執(zhí)行器是通過直流電機和拉線連接發(fā)動機節(jié)氣門體，中央處理單元輸出控制信號，控制直流電機驅(qū)動機構(gòu)，帶動繞線器的中心軸旋轉(zhuǎn)，繞線器進行正轉(zhuǎn)或反轉(zhuǎn)使拉繩伸長或縮短，進而控制發(fā)動機節(jié)氣門開度。制動執(zhí)行器是通過直流電機和拉線控制制動壓力，拉線連接制動踏板，中央處理單元輸出控制信號，電機帶動拉線拉動制動踏板上下擺動，控制制動力的大小，在裝有ABS系統(tǒng)(Antilock Brake System，防抱死系統(tǒng))的車輛上，能夠產(chǎn)生更好的制動效果。節(jié)氣門執(zhí)行器和制動執(zhí)行器分別有節(jié)氣門位置傳感器和制動壓力傳感器反饋信號到中央處理單元，作為車輛制動控制系統(tǒng)的閉環(huán)回路，實現(xiàn)車輛制動的精確控制；所述聲光告警電路包括語音電路和告警指示燈。語音電路存儲有車輛告警提示語音，具體包括障礙告警提示和危險信息告警提示。告警指示燈分為車輛正常運行的綠色指示和行車危險時的紅色閃爍指示。中央處理單元輸出信號，控制聲光告警電路協(xié)調(diào)工作，向駕駛員發(fā)出告警信息；其中，雙目視覺攝像單元獲取車輛前方道路場景，采用自動曝光和自動白平衡技術(shù)，獲得光照條件不同場景的圖像信息。中央處理單元是利用數(shù)字信號處理器(DSP)，實時快速計算雙目視覺圖像，建立三維場景；結(jié)合存儲器中存儲的安全行車道路模型，與實際行
5車場景進行對比，計算車輛行進方向是否存在障礙或者危險，發(fā)現(xiàn)危險時，啟動車輛制動系統(tǒng)，降低車速，并向駕駛員發(fā)出聲光告警信息。同時，中央處理單元通過車內(nèi)總線連接車輛傳感器，檢測車輛的狀態(tài)信息，當車輛本身發(fā)生機械或者電路故障時，啟動制動系統(tǒng)，降低車速，發(fā)出聲光告警。本裝置的安裝使用分為安裝調(diào)試階段和實際運行階段。1.如圖5所示，安裝調(diào)試階段流程如下(1)設(shè)備安裝設(shè)備安裝包括攝像機單元、中央處理單元、制動控制系統(tǒng)和聲光告警電路的安裝， 以及車載總線與中央處理單元的連接。安裝完成后，給該裝置各部分分別供電。(2)設(shè)備調(diào)試步驟1 確定雙目視覺攝像機的內(nèi)部參數(shù)。包括設(shè)定攝像機的焦距/，圖像坐標系的原點("ο，為圖像的中心像素點，每一像素在圖像坐標系χ軸與y軸上的物理尺寸 和辦。取點陣圖像標定模板，放置于攝像機前方，兩攝像機分別拍攝點陣圖像，根據(jù)模板圖像的參數(shù)計算攝像機的畸變系數(shù)A (畸變系數(shù)的求解參見范勇等，《圖像幾何畸變校正方法》，計算機工程與應(yīng)用，2009，45 (四))。步驟2 確定雙目視覺攝像機的外部參數(shù)。已確定攝像機的布局為標準立體相機布局，兩攝像機光軸平行，相機坐標系X軸重合，基線距離(光軸距離)為B。取攝像機平面標定模板，放置于攝像機前方，拍攝三組以上的畫面，根據(jù)標定參考圖像的參數(shù)計算攝像機
外部參數(shù)(),完成攝像機
標定(攝像機標定方法參見蔡健榮，趙杰文，《雙目立體視覺系統(tǒng)攝像機標定》，江蘇大學(xué)學(xué)報(自然科學(xué)版)，2006，27 (D)0步驟3 計算道路平面方程民。取左攝像機Cl的坐標系為世界坐標系(X，y, ζ), 最遠對焦距離為1)_。設(shè)該平面方程的表達式為Ax+By+Cz+D=0該平面與世界坐標系(x，y，ζ)的ζ軸的夾角為《，與坐標系原點0 (0，0，0)的垂直距離為攝像機高度h，ζ軸與平面Sr的交點在(0，0，Dmax)處，由于道路平面位于攝像機(世界坐標系原點)下方，由此可確定Sr的平面方程。步驟4 計算安全距離Ds。建立車速數(shù)據(jù)表，從Okm/h到120km/h，以2km/h為間隔建立車速數(shù)據(jù)表Vi,道路狀況分為普通路況“、雨水路況i2、積雪路況i3和結(jié)冰路況i4，不同道路狀況對應(yīng)車輛平均制動減速度不同，根據(jù)制動過程運動學(xué)分析的車輛安全距離
權(quán)利要求1.一種基于立體視覺的車輛行駛應(yīng)急處理裝置，其特征在于包括雙目視覺攝像單元、車載總線接口電路、中央處理單元、車輛制動控制系統(tǒng)和聲光告警電路；其中，所述雙目視覺攝像單元用于獲取車輛前方道路的兩路視覺圖像信息，并將其傳輸?shù)街醒胩幚韱卧凰鲕囕d總線接口電路用于將車輛內(nèi)部傳感器采集得到的車輛狀態(tài)信息傳輸?shù)街醒胩幚韱卧?；所述中央處理單元對所述視覺圖像信息進行處理后判斷車輛行進方向是否存在障礙物，以及根據(jù)車輛狀態(tài)信息判斷車輛是否存在故障；當車輛行進方向存在障礙物或車輛存在故障時，向車輛制動控制系統(tǒng)及聲光告警電路發(fā)出控制信號；所述車輛制動控制系統(tǒng)用于根據(jù)中央處理單元的控制信號，將汽車制動；所述聲光告警電路用于接收中央處理單元輸出的控制信號，發(fā)出聲、光告警信息。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種基于立體視覺的車輛行駛應(yīng)急處理裝置，其特征在于 所述雙目視覺攝像單元包括兩臺相同型號的CCD數(shù)字彩色攝像機、數(shù)字視頻輸出接口 ；其中兩臺CCD數(shù)字彩色攝像機分別獲取車輛前方道路的視覺圖像信息，然后通過數(shù)字視頻輸出接口發(fā)送至中央處理單元融合成立體視覺圖像信息。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種基于立體視覺的車輛行駛應(yīng)急處理裝置，其特征在于 所述中央處理單元包括數(shù)字視頻輸入接口、DSP中央處理器、存儲器、車輛傳感器總線接口、 車輛制動控制系統(tǒng)接口和告警信息輸出接口 ；其中，所述數(shù)字視頻輸入接口用于將兩路視覺圖像信息傳輸至DSP中央處理器；所述DSP中央處理器用于處理所述視覺圖像信息，然后與存儲器中存儲的安全行車道路模型進行比對，計算車輛行進方向是否存在障礙物；所述車輛傳感器總線接口用于傳輸車輛內(nèi)部傳感器采集得到的車輛狀態(tài)信息；所述DSP中央處理器分別通過車輛制動控制系統(tǒng)接口和告警信息輸出接口向車輛制動控制系統(tǒng)和聲光告警電路發(fā)送控制信號。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種基于立體視覺的車輛行駛應(yīng)急處理裝置，其特征在于 所述車輛制動控制系統(tǒng)包括節(jié)氣門執(zhí)行器和制動執(zhí)行器，以及節(jié)氣門位置傳感器、制動壓力傳感器；其中，節(jié)氣門執(zhí)行器通過直流電機和第一拉線連接發(fā)動機節(jié)氣門體；制動執(zhí)行器通過直流電機和第二拉線連接制動踏板，所述節(jié)氣門位置傳感器和制動壓力傳感器分別將節(jié)氣門位置信號、制動壓力信號反饋到中央處理單元。
專利摘要本實用新型涉及一種基于立體視覺的車輛行駛應(yīng)急處理裝置，包括雙目視覺攝像單元、車載總線接口、中央處理單元、車輛制動控制系統(tǒng)和聲光告警電路。其利用雙目視覺攝像機獲取車輛前方道路圖像，采用基于DSP的中央處理單元，實時快速計算視覺圖像，獲得三維道路場景，與系統(tǒng)建立的安全行車道路模型進行比較，判斷車輛行進方向是否存在障礙或者危險，發(fā)現(xiàn)危險時，啟動車輛制動控制系統(tǒng)，降低車速，并向駕駛員發(fā)出聲光告警。同時，中央處理單元通過車內(nèi)總線連接車輛傳感器，檢測車輛狀態(tài)，當車輛本身發(fā)生機械或者電路故障時，啟動制動系統(tǒng)，降低車速，發(fā)出聲光告警。該裝置可安裝于普通機動車輛，以避免事故發(fā)生或減少事故損失，提高行車安全性能。
文檔編號B60T7/12GK202271980SQ20112040984
公開日2012年6月13日 申請日期2011年10月25日 優(yōu)先權(quán)日2011年10月25日
發(fā)明者張麗麗, 徐淑芳, 楊會杰, 沈潔, 王慧斌, 董欣 申請人:河海大學(xué)