CN201484287U - 一种汽车防追尾安全预警装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及车辆行驶安全预警技术，公开了一种汽车防追尾安全预警装置。它包括：两个摄像头，水平设置在自身汽车的前方，独立采集前方目标汽车的尾部车牌图像；一个测速单元，用于检测自身汽车的速度；一个报警单元，用于输出警示信号，提醒驾驶者注意车距；一个数据处理单元，接收所述两个摄像头独立采集前方目标汽车的尾部车牌图像，根据同时刻前方目标汽车的两幅尾部车牌图像的视差，计算出前方目标车辆与自身车辆之间的距离，并结合自身汽车的速度判断，控制报警单元输出警示信号。

Description

一种汽车防追尾安全预警装置

技术领域

本实用新型涉及车辆行驶安全预警技术，特别涉及一种汽车防追尾安全预警装置。

技术背景

随着汽车车速的提高和汽车数量的增加，交通事故也与日俱增，特别是高速公路的飞速发展，汽车碰撞事故越来越多。既有车辆自身的因素，也有人为的因素，还有公路、气象等环境因素。在上述诸多因素中，人为因素是造成汽车碰撞的主要原因。因此，国内外都在研究如何利用先进的技术，辅助汽车驾驶者对影响公路交通安全的人、车、路环境进行实时监控，防止汽车相撞事故的发生。

目前主要的汽车防撞技术主要有如下几种：激光雷达方式，这种方式很容易预知冲撞的危险性。微波雷达方式，雷达是利用目标对电磁波反射来发现目标并测定其位置。超声方式，利用Ranger感应监测系统，精度和测量距离受到很大限制。但是，采用上述技术的装备，抗干扰能力差，而且价格昂贵，无法大量推广使用。

发明内容

本实用新型的目的在于提供一种简单实用、低成本的汽车防追尾安全预警装置。

为了达到上述目的，本实用新型采用以下技术方案予以实现。

一种汽车防追尾安全预警装置，其特征在于，包括：

两个摄像头，水平设置在自身汽车的前方，独立采集前方目标汽车的尾部车牌图像；

一个测速单元，用于检测自身汽车的速度；

一个报警单元，用于输出警示信号，提醒驾驶者注意车距；

一个数据处理单元，接收所述两个摄像头独立采集前方目标汽车的尾部车牌图像，根据同时刻前方目标汽车的两幅尾部车牌图像的视差，计算出前方目标车辆与自身车辆之间的距离，并结合自身汽车的速度判断，控制报警单元输出警示信号。

本实用新型的进一步特点和改进在于：

所述摄像头为VS-2923DS远距离红外夜视摄像头。

所述测速单元采用磁电式速度传感器。

所述数据处理单元采用TMS320DM642。

所述报警单元为采用DSP控制的语音报警模块。

所述报警单元采用LED灯指示和LCD显示器。

本实用新型中，利用两个摄像头，独立采集前方目标汽车的尾部车牌图像；测速单元，用于检测自身汽车的速度；数据处理单元，采用DSP接收所述两个摄像头独立采集前方目标汽车连续两帧的尾部车牌图像，计算出前方目标车辆与自身车辆之间的距离，并结合自身汽车的速度判断，控制报警单元输出警示信号。因此，本实用新型的汽车防追尾安全预警装置结构简单，造价低。同时，本使用新型采用VS-2923DS远距离红外夜视摄像头，抗干扰能力强。

附图说明

图1为本使用新型的一种汽车防追尾安全预警装置的安装示意图，图中：1为视频采集单元(摄像头)，2为测速单元，3为数据处理单元，4为报警单元；

图2为图1的结构原理图；

图3为图像处理流程图；

图4为车距检测流程图；

图5为左右摄像头的成像示意图；

图6为视差测距原理图。

具体实施方式

参照图1，视频采集单元1为两个摄像头，左右水平安装在自身汽车的前方，独立采集前方目标汽车的尾部车牌图像。两个摄像头均采用VS-2923DS远距离红外夜视摄像头，最高480TVL分辨率，电源为DC12V；它具备日夜转换红外线过滤功能；6颗大功率红外灯杯；双圈玻璃设计，有效降低干扰和气雾现象；标配16mmCS MountIR镜头；红外灯参考距离：80-100米；防水、防尘，全黑环境设计，自动感应红外线，可实现24小时全天候监控。

测速单元采用磁电式速度传感器，设置在发动机输出端，也可利用汽车自身的速度传感器；磁电式速度传感器利用电磁感应原理将被测量转速转换成电信号的一种传感器，不需要辅助电源，就能把被测对象的机械量转换成易于测量的电信号，是一种有源传感器，而且输出功率大，工作频带宽(10～1000Hz)；且性能稳定。速度传感器的采集信号经放大器后输入数据处理单元。

数据处理单元采用TMS320DM642，它具有高性能、先进的超长指令字veloci T1.2结构的DSP核及增强的并行机制，在720M赫兹的时钟频率下，其处理性能为5760MI/s，使得该DSP成为数字媒体解决方案的首选产品，拥有高速控制器的操作灵活性，而且具有阵列处理器的数字处理能力，TMS320DM642的外围集成了非常完整的音频、视频和网络通信接口，报警单元也安装在驾驶室内，用于输出警示信号，提醒驾驶者注意车距。报警单元为同时采用LED灯指示、LCD显示器显示和由DSP控制的语音报警模块。

参照图3，数据处理单元接收视频单元中两个摄像头独立采集的前方目标汽车的尾部车牌图像。采用跟踪方法是：要提取被跟踪目标的图像，建立一个模板；再在下一幅图像中，全图匹配搜索目标图像，找到最佳匹配的位置。

首先对左右两个摄像头采集到的图像做如下处理：

1、车体边缘提取

输入目标汽车图像序列，汽车的不同颜色表现为灰度随机分布；而且目标(尾部车牌)均以运动状态存在于视场中，对于视场内每一像素隶属于背景的概率极大，经过对输入序列的若干帧平均即可得到实际背景图像近似的初始背景，也同时达到了消除摄像头抖动和滤除颗粒噪声的目的。初始背景的平均次数依实验确定。可以采用一阶kalman滤波实现背景的更新。Kalman滤波是对输入序列进行时域低通滤波，可从中提出慢变过程，即得到背景序列。通过对背景的提取，相应的也就提取到了车体相对于摄像头的边缘，目标汽车轮廓图。若整个图像都判断为背景，则在可视距离内无车辆。

2、目标范围预选取

去除背景后，再根据事先存储好经验车牌所在的范围，进行车牌初步定位。具体方法：根据图像处理得到的目标汽车轮廓图，可以在几个备选的市面上的汽车类型(如：轿车、小型客车、中型客车、大型客车、货车等等)中确定目标汽车的种类，按照在已存储的特定种类的目标汽车车牌所在的大概位置，可以初步目标汽车轮廓上确定车牌的大致范围。然后，准确的确定车牌位置。

与大致范围中其他区域相比，车牌区域主要有以下两个特征：一是，车牌字符区域中的垂直边缘较水平边缘相对密集。而且车牌一般位于车身上较低的位置，该位置的下方几乎没有明显的边缘密集区域。二是，车牌具有明显的边框，在标准的车牌上有7个字符，有着标准的字符间距，边框有着标准的长宽比。底牌与字符的颜色主要有蓝底白字，黄底黑字，黑底白字和白底黑字(或红字)四种，都有着很鲜明的对比。

在车牌出现的大致范围内，根据垂直边缘较水平边缘相对密集的特点，我们又可以将范围进一步缩小，得到粗选牌照区。在进一步缩小的灰度图中我们可以清晰的看到垂直边缘线。

在这里假设：摄像头采集到的车牌图像，均按车牌没有发生偏转倾斜时的车牌图像处理。车辆在高速公路行驶过程中，前方车辆一般只进行较小角度的转弯操作(基本没有需要一次性打很大方向的转弯)，在转弯时刻ΔT内引起的车牌图像的变化较小。按近大远小的空间视觉，这样考虑，则以车牌水平边缘距差最为视差计算出来的车距，相当于计算车牌距双摄像头平面最近的点到该平面的距离。所以本使用新型认为假设可行。

(1)对粗选牌照区域进行Sobel变换，提取牌照字符的垂直边缘。经Sobel变换得到的边缘图像仍是灰度图像，将它二值化。

(2)对二值图像膨胀腐蚀处理，可以去除字符间的空缺。再对膨胀腐蚀后的图像分别进行水平和垂直方向投影，根据投影的连续性确定牌照的边界，从而得到一个精确的候选区域。

(3)上下边缘精确定位的步骤如下：车牌在车身较低的位置，所以在搜索车牌区域的时候可以由下往上搜索，当出现第一个较大的波峰时，认为该波峰即为车牌的水平投影区域，波峰的起点和终点就是车牌的上下边界。车牌由7个字符组成，若以15为限，判断波峰起点和终点的标准；结合车牌和字符有一定的高度比，可以确定车牌上下边缘的最终位置。

(4)左右边缘精确定位的步骤如下：搜索左右边缘。由粗选的牌照区图像在横坐标轴上的投影来定位牌照左右边缘。投影时，我们设立一个阙值，对这些微小边缘不予统计。由于车牌区域包含7个字符，字符间有字间距，所以投影后，在车牌区域会出现有规律的峰-谷-峰的特性。灰度为0和灰度为1的像素比小于4(针对蓝底白字，黑底白字；若为其他情况，则相反)；二值化图像灰度跳变次数范围[7，16]；最后结合区域的长宽比，最终确定车牌左右边缘的最终位置。

然后，参照图4，数据处理单元根据同时刻前方目标汽车的两幅尾部车牌图像的视差，即车牌上下边缘距的差别，计算出前方目标车辆与自身车辆之间的距离，并结合自身汽车的速度判断，控制报警单元输出警示信号。

(1)车距的计算

结合图5，左右两个摄像头(CCD)模拟双目采集目标图像。双目视觉是模仿人类用双目观察距离的方法，获取三维信息。程序中采用三角测量的方法，运用两个摄像头对同一景物从不同角度的成像，通过对左右两幅图像进行匹配找出对应点，确定对应点之间的视差，进而从视差中获得深度距离信息。

利用双目视觉测定距离的原理，选用两台性能相同、位置固定的CCD摄像头，获取同一场景的两幅图像，计算空间点在两图中的视差。如图6所示，两CCD处在汽车正前方左右两侧，两CCD沿基线相距e，前方车辆的车牌的边缘左右CL、CR，在左右两图像面上投影是CLL、CLR、CRL、CRR，则视差定义为a-b，由于两CCD参数相同，根据相似三角形相似原理可以求出目标车辆与自身车辆之间的距离。由图6可知视差测距原理图可知辆车之间的距离为： $d=\frac{\mathrm{fe}}{|a-b|}.$

(2)报警处理

按照香港警方的经验，时速40公里的最小跟车距离为22米、60公里为33米，80公里为44米，100公里为55米。归纳成一个公式就是：时速公里数除以1.8，即为安全距离。可以用这个经验公式，根据前面求出的当前时刻的车速，计算出当前时刻的绝对安全距离s₁和相对安全距离s₂。例如：当前时刻的车速为85公里，则绝对安全距离s₁为55米和相对安全距离s₂为44米(这个定义可随自身车辆的制动装置性能进行修改)。

当汽车实时车速大于120km/h时，在车内设有的指示灯用黄色光闪烁，并发出“嘟嘟”的响声。

当通过计算得到的当前时刻的实际跟车距离d满足s₁＞＝d＞s₂时，在车内设有的指示灯用黄色光闪烁；通过单片机采集实时车速和之前发出警报声时的车速相比较，在发出报警声1.5s时，若检测到司机没有采取动作，则黄灯持续闪烁。

当通过计算得到的当前时刻的的实际跟车距离d满足s₂＞＝d时，在车内设有的指示灯用红色光闪烁，并发出警报声(声音可自行设定)；通过单片机采集实时车速和之前发出警报声时的车速相比较，在发出报警声1.5s后，若检测到司机没有采取动作，即实时车速没有改变，持续发出警报声。

LCD显示器在LED指示灯闪烁时，显示与前方车辆的实时车距，以便驾驶员掌握随后对车辆的控制。

本装置具有以下优点：(1)性价比高。VS-2923DS远距离红外夜视摄像头市场价为350元左右远远低于超声波测距装置及雷达测距装置。(2)数据处理速度快，精度高。TMS320DM642拥有高速控制器的操作灵活性，而且具有阵列处理器的数字处理能力，外围集成了非常完整的音频、视频和网络通信接口。(3)抗干扰能力强。本实用新型利用双目视觉测定距离的原理对车距进行实时检测，可通过程序设定摄像头检测范围，排除前方车辆是相向而行引起错误警报，给驾驶者一个更安全更舒适的驾驶环境。

Claims (6)

1.一种汽车防追尾安全预警装置，其特征在于，包括：

两个摄像头，水平设置在自身汽车的前方，独立采集前方目标汽车的尾部车牌图像；

一个测速单元，用于检测自身汽车的速度；

一个报警单元，用于输出警示信号，提醒驾驶者注意车距；

一个数据处理单元，接收所述两个摄像头独立采集前方目标汽车的尾部车牌图像，根据同时刻前方目标汽车的两幅尾部车牌图像的视差，计算出前方目标车辆与自身车辆之间的距离，并结合自身汽车的速度判断，控制报警单元输出警示信号。

2.根据权利要求1所述的一种汽车防追尾安全预警装置，其特征在于，所述摄像头为VS-2923DS远距离红外夜视摄像头。

3.根据权利要求1所述的一种汽车防追尾安全预警装置，其特征在于，所述测速单元采用磁电式速度传感器。

4.根据权利要求1所述的一种汽车防追尾安全预警装置，其特征在于，所述数据处理单元采用TMS320DM642。

5.根据权利要求1所述的一种汽车防追尾安全预警装置，其特征在于，所述报警单元为采用DSP控制的语音报警模块。

6.根据权利要求1所述的一种汽车防追尾安全预警装置，其特征在于，所述报警单元采用LED灯指示和LCD显示器显示。

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