專利名稱：汽車行駛安全監(jiān)控系統(tǒng)及監(jiān)控方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種汽車行駛安全監(jiān)控系統(tǒng)及監(jiān)控方法。
背景技術(shù)：
汽車的普及使人們的活動半徑增大、生產(chǎn)生活節(jié)奏加快、辦公效率提高，提高了人們的生活質(zhì)量，現(xiàn)正越來越多地進入了普通人的家庭，并成為人們生產(chǎn)、生活領(lǐng)域須臾不可離開的重要交通運輸工具。但是，隨著汽車保有量的不斷增加，當我們看到汽車在給人類帶來巨大利益的同時，也要看到由于道路擁擠、汽車技術(shù)性能不完備，加上司機“超載行車、疲勞駕駛、酒后開車，超速、搶道、長時間占道行駛”等，或在對路況、地形不熟悉的情況下仍不提高警惕等原因所引發(fā)的“翻車、車撞車、車撞人”等惡性交通事故時有發(fā)生，確實釀成了許多人間悲劇。美國交通部提供的研究數(shù)據(jù)表明在美國發(fā)生的機動車相撞事故中大約23％是由追尾事故引發(fā)的；戴姆勒-克萊斯勒汽車制造公司對50000起8噸以上重型卡車發(fā)生的交通意外進行了統(tǒng)計，其中有48469起是因為駕駛員精力不集中導(dǎo)致汽車偏離車道所致。汽車偏離自己的行車道以后，可能發(fā)生追尾、車-車側(cè)撞、刮傷，也可能傷人或發(fā)生翻車事故，因而如何防止汽車偏離正常行車道、長時間占道、搶道以及超速行駛，必須引起人們的高度重視。為了減少追尾造成的損失，確保自身車輛的安全，人們在車的前后方安裝了保險杠，在一定程度上減少了自身的損失，但這種方法是被動的，無法主動避免追尾；隨著電子技術(shù)的發(fā)展，近年來有人發(fā)明了倒車告警裝置等，但這裝置一般是用在會車、泊車時，一般說來并不能有效解決追尾、側(cè)撞等問題，至于能全面預(yù)防車-車相撞、人-車相撞、車-車側(cè)碰/側(cè)刮的技術(shù)至今尚未見到。

發(fā)明內(nèi)容
針對現(xiàn)有技術(shù)的缺陷，本發(fā)明的目的就是提供一種汽車行駛安全監(jiān)控系統(tǒng)及監(jiān)控方法，這種系統(tǒng)和方法，可以在行駛的車輛長時間偏離自己的行車道或存在發(fā)生交通事故的危險時，發(fā)出告警，以便提醒駕駛員。
為了實現(xiàn)本發(fā)明的目的，本發(fā)明采用如下技術(shù)方案一種汽車行駛安全監(jiān)控系統(tǒng)，包括車載數(shù)字圖像信息獲取單元和車載嵌入式計算機平臺，以及通過總線與所述車載嵌入式計算機平臺相接的聲光告警裝置，所述車載嵌入式計算機平臺設(shè)有系統(tǒng)圖像處理與決策控制單元，所述的車載數(shù)字圖像信息獲取單元由其內(nèi)置的數(shù)碼攝像裝置獲取車輛周圍的實景圖像，并生成預(yù)處理數(shù)字圖像信息送給所述系統(tǒng)圖像處理與決策控制單元，所述系統(tǒng)圖像處理與決策控制單元對所述預(yù)處理數(shù)字圖像信號進行分析處理，生成威脅種類和威脅等級信號，當威脅種類和威脅等級到達告警標準時，向所述聲光告警裝置發(fā)送告警指令，進行告警。
所述車載嵌入式計算機單元的總線可連接有車載顯示器，所述系統(tǒng)圖像處理與決策控制單元接收所述預(yù)處理數(shù)字圖像信息后，生成矢量數(shù)字圖像信息并發(fā)送至所述車載顯示器顯示。
所述車載嵌入式計算機單元的總線可連接車輛自身的一個或多個電控單元，所述系統(tǒng)圖像處理與決策控制單元對其生成的威脅種類和等級信號進行判斷，當威脅種類和威脅等級到達緊急避險自動控制標準時，向車輛相應(yīng)的電控單元發(fā)送緊急避險自動控制指令，以控制車輛動作。
所述車載嵌入式計算機單元的總線可連接有移動數(shù)字通信裝置，所述系統(tǒng)圖像處理與決策控制單元對其生成的威脅種類和等級信號進行判斷，當威脅種類和威脅等級到達緊急求援標準時，向所述移動數(shù)字通信裝置發(fā)出緊急求援指令，啟動所述移動數(shù)字通信裝置依照預(yù)訂的方式發(fā)送緊急求援信號。
所述的車載數(shù)字圖像信息獲取單元可以由若干數(shù)碼攝像裝置、緩沖電路、數(shù)字圖像預(yù)處理模塊組成，所述若干數(shù)碼攝像裝置可以包括一架高性能自動變焦數(shù)碼攝像機和若干個數(shù)碼攝像頭，所述高性能自動變焦數(shù)碼攝像機和數(shù)碼攝像頭一般均應(yīng)帶有遮光防護罩，其中所述的高性能自動變焦數(shù)碼攝像機通過防震支架被安置在汽車的正前端，而數(shù)碼攝像頭則通過防震支架固定分布在汽車的前面兩側(cè)、側(cè)面及后面，所述的數(shù)字圖像預(yù)處理模塊主要由設(shè)有圖像預(yù)處理模塊的數(shù)字信號處理芯片組成，用于進行圖像失真校正、平滑濾波降噪處理、圖像增強與銳化處理、邊沿檢測處理，以有效濾除各種干擾、減少圖像失真，由自動變焦數(shù)碼攝像機和數(shù)碼攝像頭等數(shù)碼攝像裝置產(chǎn)生的原始圖像信號，通過緩沖電路送到所述數(shù)字信號處理芯片的信號進行處理，生成高保真數(shù)字圖像數(shù)據(jù)，然后通過CAN/LIN總線和串口RS-232送入車載嵌入式計算機平臺的系統(tǒng)圖像處理與決策控制單元做進一步處理。
所述系統(tǒng)圖像處理與決策控制單元可以包括視頻圖像主處理模塊、圖像顯示控制模塊、威脅優(yōu)先級處理模塊、系統(tǒng)決策控制模塊，所述的視頻圖像主處理模塊通過總線接收車載數(shù)字圖像信息獲取單元輸出的預(yù)處理數(shù)字圖像信息，處理后生成所述的矢量數(shù)字圖像，并將該矢量數(shù)字圖像信息分別送給圖像顯示控制模塊和威脅優(yōu)先級處理模塊，以便進行圖像顯示和威脅種類和威脅等級判定，威脅優(yōu)先級處理模塊從矢量數(shù)字圖像中提取威脅種類和威脅等級信息，并將該信息一路送至所述車載顯示器進行威脅種類和威脅等級的顯示，一路送至所述系統(tǒng)決策控制模塊進行處理，所述系統(tǒng)決策控制模塊將所述威脅種類和威脅等級數(shù)據(jù)同預(yù)設(shè)的威脅處理方案數(shù)據(jù)庫的數(shù)據(jù)進行比較，生成與該威脅種類和威脅等級相應(yīng)的所述告警、緊急避險自動控制和緊急求援指令。
所述的圖像顯示控制模塊設(shè)有基于象素與屏幕尺寸關(guān)系的車載顯示器分區(qū)控制程序和圖像顯示控制程序。在所述車載顯示器分區(qū)控制程序的支持下，把車載顯示器分為主顯示區(qū)、威脅參數(shù)顯示區(qū)、汽車圖標顯示區(qū)和觸摸鍵盤顯示區(qū)；在所述圖像顯示控制程序的支持下，對來自視頻圖像主處理模塊與威脅優(yōu)先級處理模塊的輸出數(shù)據(jù)信息進行識別和分類，將識別分類后的矢量數(shù)字圖象數(shù)據(jù)送到車載顯示器的主顯區(qū)進行圖象顯示，將威脅優(yōu)先級屬性參數(shù)數(shù)據(jù)送到威脅參數(shù)顯示區(qū)進行表格顯示，或根據(jù)人機對話命令對所顯示的圖像進行無級縮放、平移、滾動、任意角度旋轉(zhuǎn)和/或動態(tài)更新處理。
本系統(tǒng)還可以設(shè)有人機對話裝置，所述人機對話裝置與所述車載嵌入式計算機平臺相互通信，向所述車載嵌入式計算機平臺輸入人工命令。作為一個優(yōu)選的實施例，所述人機對話裝置可以由一組軟件觸摸開關(guān)組成，這些軟件觸摸開關(guān)與所述車載顯示器集成為一體，形成一個車載顯示器和人機對話裝置的組合。所述人機對話裝置也可以采用其他觸摸屏或鍵盤等。
一種汽車行駛安全監(jiān)控系統(tǒng)的監(jiān)控方法，該方法包括如下幾個主要步驟(1)用系統(tǒng)的車載數(shù)碼攝像裝置獲取車輛周圍道路等的實景圖像并進行預(yù)處理，得出車輛周圍實景的高保真數(shù)字圖象；(2)將車輛周圍的實景高保真數(shù)字進行主處理，得出本車周圍的矢量數(shù)字圖像；(3)從所述本車周圍的矢量數(shù)據(jù)圖像中提取出車道線、周圍其他車輛或障礙物等目標與本車的相對位置信息，以本車邊沿離周圍目標種類以及距目標圖像邊沿的距離大小為判據(jù)，對該車目前的安全性給出種類和等級描述；(4)在出現(xiàn)威脅的情況下，根據(jù)威脅種類和威脅等級進行相應(yīng)的告警、緊急自動避險控制和/或緊急求援。
所述步驟(1)的具體過程主要是(1.1)采用車載數(shù)碼攝像裝置獲取本車周圍包括車道邊界線、前后車輛、以及其他行車標志在內(nèi)的目標景物的原始圖象；(1.2)對目標景物的原始圖象進行處理，包括圖像失真校正、平滑濾波降噪處理、圖像增強與銳化處理、邊沿檢測處理等，以有效濾除各種干擾，減少圖像失真，得出車輛周圍實景的高保真數(shù)字圖象。
所述步驟(3)的具體過程主要是(3.1)從車輛周圍目標的矢量數(shù)字圖像中提取并計算出車道線、周圍其他車輛或障礙物等目標的邊沿與本車邊沿之間的距離，并以此為判據(jù)，對該車目前的威脅種類和威脅等級給出定量描述；(3.2)對照預(yù)設(shè)的威脅處理方案數(shù)據(jù)庫，判斷在本車目前所處的威脅種類和威脅等級下，是否需要進行告警、緊急避險自動控制和/或緊急求援，如需要，發(fā)出相應(yīng)的指令，控制相應(yīng)的裝置做相應(yīng)的動作，其中所述告警、緊急避險自動控制和緊急求援采用下列方式進行(a)向車載顯示器發(fā)送威脅種類和威脅等級顯示指令，由車載顯示器顯示出威脅種類和威脅等級信息；(b)向車輛自身的相應(yīng)電控單元發(fā)出緊急避險自動控制指令，通過電控單元控制車輛做相應(yīng)的緊急避險動作；(c)向移動數(shù)字通信裝置發(fā)送緊急求援指令，啟動移動數(shù)字通信裝置依照預(yù)設(shè)的方式向外界(例如，公安交通管理中心)發(fā)出緊急求援信號。
由于本發(fā)明可以通過系統(tǒng)的自動處理，在長時間偏離自己的行車道、或臨近由其他車輛或障礙物的情況下，可以自動告警，并將威脅顯示在顯示器上，可以使駕駛員避開危險，有效地避免因駕駛員疏忽造成的事故，同時在必要時還可以自動控制車輛進行緊急避險，并自動發(fā)出緊急求援信號，使出現(xiàn)事故的可能性降得更低。


圖1是本發(fā)明系統(tǒng)一個實施例的簡化示意圖；圖2是本發(fā)明系統(tǒng)的另一個實施例的示意圖；圖3是本發(fā)明系統(tǒng)數(shù)碼攝像裝置的一種安裝位置的示意圖；圖4是本發(fā)明系統(tǒng)圖像處理與決策控制單元的組成方框圖；圖5是在動態(tài)坐標系下威脅判別參量的計算示意圖；圖6是系統(tǒng)制定控制決策的過程詳細流程圖。
具體實施例方式
參見圖1和圖2，所述車載數(shù)字圖像信息獲取單元1包括其內(nèi)置的數(shù)碼攝像裝置，所述數(shù)碼攝像裝置獲取車輛周圍的實景圖像，經(jīng)預(yù)處理后通過總線送給所述系統(tǒng)圖像處理與決策控制單元5進行處理，從中提取出周圍目標(例如車道線、周圍其他車輛或障礙物等限制或妨礙車輛行駛的目標)與本車的相對位置信息，并以此為判據(jù)對本車所受威脅等級進行判定、繼而據(jù)此制定出控制決策，發(fā)出相應(yīng)的指令，由所述車載嵌入式計算機平臺2分別將決策結(jié)果(指令或信息)通過控制總線交給所述車載顯示器3、聲光告警裝置6、電控單元7或車載數(shù)字移動通信裝置8，或進行威脅等級顯示、或發(fā)出聲光告警，或通過一組電控單元迅速改變汽車的運動狀態(tài)，以便使本車迅速脫離危險區(qū)；需要時，所述系統(tǒng)決策控制模塊將通過車載嵌入式計算機平臺直接控制車載數(shù)字移動通信裝置向交管中心發(fā)出請求支援信息。
參見圖3，所述數(shù)碼攝像機自動變焦數(shù)碼攝像機及數(shù)碼攝像頭在汽車上的分布方式應(yīng)保證獲得本車周圍的完整圖像，圖2所示的實施例設(shè)有一個高性能自動變焦數(shù)碼攝像機，安裝在車輛的正前端，這是影響車輛行駛(或危險來源)的主要方向，5個成本低廉的數(shù)碼攝像頭1.2、1.3、1.4、1.5和1.6分布在車的周圍。
由于對行車進行安全監(jiān)控需要信息支援，考慮到圖像信息容易獲得，而且造價便宜，所以本發(fā)明以道路的圖像作為信息源。優(yōu)選的，所述車載數(shù)字圖像信息獲取單元1可以由一架高性能自動變焦數(shù)碼攝像機、若干數(shù)碼攝像頭、緩沖電路、數(shù)字圖像信號預(yù)處模塊構(gòu)成，自動變焦數(shù)碼攝像機和數(shù)碼攝像頭都帶有遮光防護罩；自動變焦數(shù)碼攝像機通過防震支架被安置在汽車的前端，而數(shù)碼攝像頭則通過防震支架，分別被固定在汽車的前面、側(cè)面及后面；數(shù)字圖像預(yù)處理模塊由專用數(shù)字信號處理芯片，該芯片設(shè)有一組圖像預(yù)處理模塊軟件，用于進行圖像失真校正、平滑濾波降噪處理、圖像增強與銳化處理、邊沿檢測處理等處理，其作用是有效濾除各種干擾、減少圖像失真，以便為安全監(jiān)控提供更準確、可靠的依據(jù)。
由自動變焦數(shù)碼攝像機和數(shù)碼攝像頭等數(shù)碼攝像裝置送來的原始圖像信號，通過緩沖電路送到所述數(shù)字信號處理芯片的信號輸入端，交由所述數(shù)字圖像預(yù)處理模塊進行處理，以得出高保真數(shù)字圖像數(shù)據(jù)，然后通過控制總線CAN/LIN和串口RS-232送給車載嵌入式計算機平臺的視頻圖像主處理模塊做進一步處理。順便提及，對原始圖像進行預(yù)處理是非常必要的，這是因為，雖然以圖像為信息源較簡單、便宜，但由于攝像頭與目標的位置關(guān)系易帶來失真、熱噪聲、光污染以及其他干擾，這些因素有時是很嚴重的，因而必須先把這些無用乃至破壞性的信息去掉，這就是為什么先要進行預(yù)處理的原因。
參見圖4，在系統(tǒng)圖像處理與決策控制單元中，數(shù)字信號處理芯片5受系統(tǒng)工作協(xié)調(diào)服務(wù)軟件的協(xié)調(diào)控制，包括視頻圖像主處理模塊5.1、圖像顯示控制模塊5.2、威脅優(yōu)先級處理模塊5.3、系統(tǒng)決策控制模塊5.4，所述視頻圖像主處理模塊5.1通過總線接收車載數(shù)字圖像信息獲取單元1輸出的預(yù)處理圖像信息，經(jīng)其處理得出本車周圍的矢量數(shù)字圖像后，分別送給圖像顯示控制模塊5.2和威脅優(yōu)先級處理模塊5.3進行圖像顯示和威脅種類和威脅等級的判定處理，當威脅優(yōu)先級處理模塊5.3從矢量數(shù)字圖像中提取出威脅等級信息后，一路送車載顯示器3進行威脅等級顯示，一路送給所述系統(tǒng)決策控制模塊5.4進行處理，并根據(jù)威脅等級制定出系統(tǒng)的控制決策，發(fā)出相應(yīng)的指令。
決策實現(xiàn)的過程是通過車載嵌入式計算機平臺1將系統(tǒng)決策控制模塊5.4輸出的控制信息，通過控制總線交給所述車載顯示器3、聲光告警裝置6、各有關(guān)的電控單元7或車載數(shù)字移動通信裝置，或進行威脅等級顯示、或發(fā)出聲光告警，或通過一組電控單元(使控制機械裝置剎車、改變行駛方向及行車速度)迅速改變汽車的運動狀態(tài)，以便使本車迅速脫離危險區(qū)。需要時，系統(tǒng)決策控制模塊5.4將通過車載嵌入式計算機平臺1直接控制車載數(shù)字移動通信裝置8向交管中心發(fā)出請求支援信息。
所述車載顯示器3采用分區(qū)顯示的方式顯示不同的內(nèi)容，這樣有利于觀察。所述車載顯示器分區(qū)包括主顯區(qū)、威脅等級屬性及威脅圖標顯示區(qū)、汽車圖標顯示區(qū)和觸摸鍵盤顯示區(qū)，主顯區(qū)以背景方式顯示道路的矢量數(shù)字圖像，威脅等級屬性及威脅圖標顯示區(qū)以表格疊加方式顯示威脅等級屬性參數(shù)(威脅種類和威脅等級等)，汽車圖標顯示區(qū)以增輝疊加方式把汽車圖標顯示在背景圖象上(主顯區(qū)下方中央)，觸摸鍵盤顯示區(qū)集成有觸摸屏，用以進行人機對話，這樣用可以減少車載顯示器的數(shù)量。作為一個優(yōu)選的實施方式，主顯區(qū)位于車載顯示器的右方，面積約占全屏幕的2/3，威脅參數(shù)顯示區(qū)位于車載顯示器的左上角，面積約占全屏幕的1/6，汽車圖標顯示區(qū)位于主顯區(qū)之內(nèi)，其面積大小由圖標而定，觸摸鍵盤顯示區(qū)位于車載顯示器的右下角，面積約占全屏幕的1/6。
圖像的顯示主要由圖像顯示控制模塊5.2完成，它設(shè)有一基于象素與屏幕尺寸關(guān)系構(gòu)建的圖像顯示控制專用程序，用于對車載顯示器分區(qū)和對圖像顯示控制處理程序。其實施方式為，首先建立顯示坐標系，即以車載顯示器屏幕的左上角為坐標原點，根據(jù)車載顯示器的屏幕大小，用象素與屏幕尺寸的對應(yīng)關(guān)系，得出滿幅顯示所需的象素數(shù)及每行/列應(yīng)有的象素數(shù)；然后根據(jù)上述規(guī)定在不同位置對屏幕進行開窗，并分別命名為所述的顯示區(qū)。所謂顯示處理與控制，首先是基于同樣的方法(把各區(qū)視為一個小車載顯示器)，把要顯示的內(nèi)容送往該區(qū)域，如果需要，就用象素尺寸處理、頁面處理和數(shù)據(jù)更新技術(shù)，對所顯示的內(nèi)容進行無級縮放、平移、滾動、任意角度旋轉(zhuǎn)、動態(tài)更新等。該軟件接收的數(shù)據(jù)是視頻圖像主處理模塊5.1與威脅優(yōu)先級處理模塊5.3輸出的信息；所述的圖像顯示控制處理軟件，將送顯的圖像數(shù)字信息進行識別、分類，并將已識別分類后的道路矢量數(shù)字圖象數(shù)據(jù)送到主顯區(qū)進行圖象顯示，將威脅優(yōu)先級屬性參數(shù)數(shù)據(jù)送到威脅參數(shù)顯示區(qū)，進行表格顯示，在人機對話或所述系統(tǒng)工作協(xié)調(diào)服務(wù)軟件的控制下，所述圖像顯示控制處理軟件視頻圖像主處理模塊還可以對于主顯區(qū)所顯示的內(nèi)容進行無級縮放、平移、滾動、任意角度旋轉(zhuǎn)、動態(tài)更新處理等，滿足不同的顯示要求，以方便司機觀察路況圖像。
作為執(zhí)行控制決策的組成部分，電控單元組電控單元也是一重要組成部分，因此有必要做點介紹。這里，電控單元組電控單元7主要包括制動電控單元、牽引力電控單元、自動變速電控單元、電子動力轉(zhuǎn)向電控單元，它們在系統(tǒng)工作協(xié)調(diào)服務(wù)軟件的協(xié)調(diào)下，由所述車載嵌入式計算機平臺通過系統(tǒng)控制總線，直接把所述系統(tǒng)決策控制模塊輸出的控制信息，送到每個電控單元的控制信息處理器進行處理，生成與其對應(yīng)受控機械裝置所需的控制信號使其產(chǎn)生相應(yīng)的動作，改變汽車的運動狀態(tài)和運動參數(shù)。
本發(fā)明還給出了本發(fā)明所示的汽車行駛安全監(jiān)控系統(tǒng)的監(jiān)控方法，該方法包括如下幾個主要步驟(1)用系統(tǒng)的車載數(shù)碼攝像裝置獲取車輛周圍道路等的實景圖像并進行預(yù)處理，得出車輛周圍實景的高保真數(shù)字圖象；(2)將車輛周圍的實景高保真數(shù)字進行主處理，得出本車周圍的矢量數(shù)字圖像；(3)從所述本車周圍的矢量數(shù)據(jù)圖像中提取出車道線、周圍其他車輛或障礙物等目標與本車的相對位置信息，以本車邊沿離周圍目標種類以及距目標圖像邊沿的距離大小為判據(jù)，對該車目前的安全性給出種類和等級描述；(4)在出現(xiàn)威脅的情況下，根據(jù)威脅種類和威脅等級進行相應(yīng)的告警、緊急自動避險控制和/或緊急求援。
所述步驟(1)的具體過程主要是(1.1)采用車載數(shù)碼攝像裝置獲取本車周圍包括車道邊界線、前后車輛、以及其他行車標志在內(nèi)的目標景物的原始圖象；(1.2)對目標景物的原始圖象進行處理，包括圖像失真校正、平滑濾波降噪處理、圖像增強與銳化處理、邊沿檢測處理等，以有效濾除各種干擾，減少圖像失真，得出車輛周圍實景的高保真數(shù)字圖象。
所述步驟(3)的具體過程主要是(3.1)從車輛周圍目標的矢量數(shù)字圖像中提取并計算出車道線、周圍其他車輛或障礙物等目標的邊沿與本車邊沿之間的距離，并以此為判據(jù)，對該車目前的威脅種類和威脅等級給出定量描述；(3.2)對照預(yù)設(shè)的威脅處理方案數(shù)據(jù)庫，判斷在本車目前所處的威脅種類和威脅等級下，是否需要進行告警、緊急避險自動控制和/或緊急求援，如需要，發(fā)出相應(yīng)的指令，控制相應(yīng)的裝置做相應(yīng)的動作，其中所述告警、緊急避險自動控制和緊急求援采用下列方式進行(a)向車載顯示器發(fā)送威脅種類和威脅等級顯示指令，由車載顯示器顯示出威脅種類和威脅等級信息；(b)向車輛自身的相應(yīng)電控單元發(fā)出緊急避險自動控制指令，通過電控單元控制車輛做相應(yīng)的緊急避險動作；(c)向移動數(shù)字通信裝置發(fā)送緊急求援指令，啟動移動數(shù)字通信裝置依照預(yù)設(shè)的方式向外界(例如，公安交通管理中心)發(fā)出緊急求援信號。
參見圖5，系統(tǒng)決策控制單元對威脅制定告警與控制決策、以及通過車載顯示器顯示道路的矢量數(shù)字圖象時，可以采用所謂“動態(tài)坐標系”。該坐標系是這樣規(guī)定的以本車車身的縱軸為x軸、且車輛的前進方向為該軸的正方向，以車身的橫軸為y軸、且該軸的正方向符合右手螺旋定則，而車輛的幾何中心永遠與坐標系的原點重合這樣的坐標系。這種坐標系特別便于司機通過車載顯示器對本車周圍景物圖像的觀察。
為了在這種坐標系下對系統(tǒng)進行控制決策，圖4給出了在此動態(tài)坐標系下威脅判別參量的定義及其計算示意圖。圖中ρAMh、ρAMv為本車的縱/橫向邊沿到坐標原點的垂直距離ρAMh、ρAMv，ρlr，ρll為車道左、右邊界線至坐標原點的垂直距離，ρtf，ρtb為本車前后的車輛到坐標原點的垂直距離，di＝ρli(t)-ρAMh為橫向誤差，dj＝ρtj(t)-ρAMv為縱向誤差dj＝ρtj(t)-ρAMv，(i＝r，l；j＝f，b)。根據(jù)此圖可算出在動態(tài)坐標系下用“距離準則”做判據(jù)時的判別參數(shù)計算方法。
圖6給出了系統(tǒng)根據(jù)上述原則判別威脅、制定控制決策的過程詳細流程。在本發(fā)明所示的一種汽車行駛安全監(jiān)控系統(tǒng)的監(jiān)控方法中，用所述的數(shù)字中的威脅優(yōu)先級處理模塊對該車目前的安全等級(由于安全等級與威脅種類和威脅等級均表述車輛行駛的安全性，在本說明書中認為這兩個概念是等同的)為標識給出定量描述，主要包括如下幾個具體步驟1)提取出車道線、周圍其他車輛以及其他障礙物和標志物邊沿在動態(tài)坐標系中的位置信息及其動態(tài)坐標[xk(ti)，yk(ti)]，其中下標k用于區(qū)分行車線、本車前后車輛，以及其他標志物、障礙物，下標i用于表示當前時間；2)根據(jù)所述目標邊沿的動態(tài)位置坐標[xk(ti)，yk(ti)]，分別計算ρAMh、ρAMv，ρlr，ρll，ρtf，ρtb，以及橫向誤差di＝ρli(t)-ρAMh和縱向誤差dj＝ρtj(t)-ρAMv，(i＝r，l；j＝f，b)；3)根據(jù)誤差di及dj的數(shù)值及符號，結(jié)合道路的直觀圖象，用威脅優(yōu)先級處理模塊、系統(tǒng)決策控制模塊，按下述方法給車輛當前的安全等級給出定量描述，并給出控制對策①當0≤di以及Dsf≤dj≤∞時，(i＝r，l；j＝f，b)告警控制系統(tǒng)不發(fā)出告警信號，車載顯示器顯示的告警威脅等級顏色為綠色，本車可以繼續(xù)在自己的車道內(nèi)安全行駛；②當di≤0但Dsf≤dj≤∞時，車載顯示器顯示的告警威脅等級顏色為黃色，聲光告警裝置發(fā)出柔和告警信號，告警本車司機迅速使車返自己的行車道行車；③當0≤di但dj≤Dsf時，車載顯示器顯示的威脅等級信號為橙色，聲光告警裝置向本車司機發(fā)出告警提示，而且控制本車的喇叭/照明燈等，向位于本車前/后的車輛發(fā)出聲光告警信號，讓它們加快或降低行車速度，以免發(fā)生碰撞或追尾；
④當di≤0且dj≤Dsf時，告警控制系統(tǒng)發(fā)出高聲告警信號，車載顯示器顯示的威脅等級信號為紅色，此時，系統(tǒng)一方面通過聲光告警裝置用特殊聲光告訴本車司機，另一方面則通過鳴笛、亮車燈等方式，向位于本車前后的車輛發(fā)出聲光告警提示信號，與此同時，系統(tǒng)在所述系統(tǒng)工作協(xié)調(diào)服務(wù)軟件的協(xié)調(diào)下，由所述的車載嵌入式計算機平臺將系統(tǒng)決策控制模塊輸出的決策控制信息通過總線送給電控單元，通過自動控制油門的大小改變行車速度，通過剎車制動使車迅速停止行駛，或通過地盤加力系統(tǒng)改變車的行駛方向，使本車迅速脫離危險；⑤當本車與其他車輛發(fā)生追尾、碰撞、擦傷或其他重大交通事故，以至于使本車無法繼續(xù)正常行車時，所述監(jiān)控告警系統(tǒng)可通過車載無線通信單元及時向交管中心發(fā)出告警、求救信息。
權(quán)利要求
1.一種汽車行駛安全監(jiān)控系統(tǒng)，包括車載數(shù)字圖像信息獲取單元和車載嵌入式計算機平臺，以及通過總線與所述車載嵌入式計算機平臺相接的聲光告警裝置，其中所述的車載嵌入式計算機平臺設(shè)有系統(tǒng)圖像處理與決策控制單元；所述的車載數(shù)字圖像信息獲取單元由其內(nèi)置的數(shù)碼攝像裝置獲取車輛周圍的實景圖像，并生成預(yù)處理數(shù)字圖像信息送給所述系統(tǒng)圖像處理與決策控制單元；所述系統(tǒng)圖像處理與決策控制單元對所述預(yù)處理數(shù)字圖像信號進行分析處理，生成威脅種類和威脅等級信號，當威脅種類和威脅等級到達告警標準時，向所述聲光告警裝置發(fā)送告警指令，進行告警。
2.如權(quán)利要求1所述的汽車行駛安全監(jiān)控系統(tǒng)，其特征在于所述車載嵌入式計算機單元的總線連接有車載顯示器，所述系統(tǒng)圖像處理與決策控制單元接收所述預(yù)處理數(shù)字圖像信息后，生成矢量數(shù)字圖像信息并發(fā)送至所述車載顯示器顯示。
3.如權(quán)利要求1所述的汽車行駛安全監(jiān)控系統(tǒng)，其特征在于所述車載嵌入式計算機單元的總線連接車輛自身的一個或多個電控單元，所述系統(tǒng)圖像處理與決策控制單元對其生成的威脅種類和等級信號進行判斷，當威脅種類和威脅等級到達緊急避險自動控制標準時，向車輛相應(yīng)的電控單元發(fā)送緊急避險自動控制指令，以控制車輛動作。
4.如權(quán)利要求1、3或4所述的汽車行駛安全監(jiān)控系統(tǒng)，其特征在于所述車載嵌入式計算機單元的總線連接有移動數(shù)字通信裝置，所述系統(tǒng)圖像處理與決策控制單元對其生成的威脅種類和等級信號進行判斷，當威脅種類和威脅等級到達緊急求援標準時，向所述移動數(shù)字通信裝置發(fā)出緊急求援指令，啟動所述移動數(shù)字通信裝置依照預(yù)訂的方式發(fā)送緊急求援信號。
5.如權(quán)利要求1、2、3或4所述的汽車行駛安全監(jiān)控系統(tǒng)，其特征在于所述的車載數(shù)字圖像信息獲取單元可以由若干數(shù)碼攝像裝置、緩沖電路、數(shù)字圖像預(yù)處理模塊組成，所述的數(shù)字圖像預(yù)處理模塊主要由設(shè)有圖像預(yù)處理模塊的數(shù)字信號處理芯片組成，用于進行圖像失真校正、平滑濾波降噪處理、圖像增強與銳化處理、邊沿檢測處理，以有效濾除各種干擾、減少圖像失真，由自動變焦數(shù)碼攝像機和數(shù)碼攝像頭等數(shù)碼攝像裝置產(chǎn)生的原始圖像信號，通過緩沖電路送到所述數(shù)字信號處理芯片的信號進行處理，生成高保真數(shù)字圖像數(shù)據(jù)，然后通過CAN/LIN總線和串口RS-232送入車載嵌入式計算機平臺的系統(tǒng)圖像處理與決策控制單元做進一步處理，所述若干數(shù)碼攝像裝置包括一架高性能自動變焦數(shù)碼攝像機和若干個數(shù)碼攝像頭，所述高性能自動變焦數(shù)碼攝像機和數(shù)碼攝像頭一般均應(yīng)帶有遮光防護罩，其中所述的高性能自動變焦數(shù)碼攝像機通過防震支架被安置在汽車的正前端，而數(shù)碼攝像頭則通過防震支架固定分布在汽車的前面兩側(cè)、側(cè)面及后面。
6.如權(quán)利要求5所述的汽車行駛安全監(jiān)控系統(tǒng)，其特征在于所述系統(tǒng)圖像處理與決策控制單元包括視頻圖像主處理模塊、圖像顯示控制模塊、威脅優(yōu)先級處理模塊、系統(tǒng)決策控制模塊，所述的視頻圖像主處理模塊通過總線接收車載數(shù)字圖像信息獲取單元輸出的預(yù)處理數(shù)字圖像信息，處理后生成所述的矢量數(shù)字圖像，并將該矢量數(shù)字圖像信息分別送給圖像顯示控制模塊和威脅優(yōu)先級處理模塊，以便進行圖像顯示和威脅種類和威脅等級判定，威脅優(yōu)先級處理模塊從矢量數(shù)字圖像中提取威脅種類和威脅等級信息，并將該信息一路送至所述車載顯示器進行威脅種類和威脅等級的顯示，一路送至所述系統(tǒng)決策控制模塊進行處理，所述系統(tǒng)決策控制模塊將所述威脅種類和威脅等級數(shù)據(jù)同預(yù)設(shè)的威脅處理方案數(shù)據(jù)庫的數(shù)據(jù)進行比較，生成與該威脅種類和威脅等級相應(yīng)的所述告警、緊急避險自動控制和緊急求援指令。
7.如權(quán)利要求6所述的汽車行駛安全監(jiān)控系統(tǒng)，其特征在于所述的圖像顯示控制模塊設(shè)有基于象素與屏幕尺寸關(guān)系的車載顯示器分區(qū)控制程序和圖像顯示控制程序，在所述車載顯示器分區(qū)控制程序的支持下，把車載顯示器分為主顯示區(qū)、威脅參數(shù)顯示區(qū)、汽車圖標顯示區(qū)和觸摸鍵盤顯示區(qū)；在所述圖像顯示控制程序的支持下，對來自視頻圖像主處理模塊與威脅優(yōu)先級處理模塊的輸出數(shù)據(jù)信息進行識別和分類，將識別分類后的矢量數(shù)字圖象數(shù)據(jù)送到車載顯示器的主顯區(qū)進行圖象顯示，將威脅優(yōu)先級屬性參數(shù)數(shù)據(jù)送到威脅參數(shù)顯示區(qū)進行表格顯示，或根據(jù)人機對話命令對所顯示的圖像進行無級縮放、平移、滾動、任意角度旋轉(zhuǎn)和/或動態(tài)更新處理。
8.一種汽車行駛安全監(jiān)控方法，包括如下幾個主要步驟(1)用系統(tǒng)的車載數(shù)碼攝像裝置獲取車輛周圍道路等的實景圖像并進行預(yù)處理，得出車輛周圍實景的高保真數(shù)字圖象；(2)將車輛周圍的實景高保真數(shù)字進行主處理，得出本車周圍的矢量數(shù)字圖像；(3)從所述本車周圍的矢量數(shù)據(jù)圖像中提取出車道線、周圍其他車輛或障礙物等目標與本車的相對位置信息，以本車邊沿離周圍目標種類以及距目標圖像邊沿的距離大小為判據(jù)，生成本車目前的威脅種類和威脅等級信息；(4)根據(jù)威脅種類和威脅等級進行相應(yīng)的告警、緊急自動避險控制和/或緊急求援。
9.如權(quán)利要求8所述汽車安全行駛監(jiān)控方法，其特征在于所述步驟(1)的具體過程主要是(1.1)采用車載數(shù)碼攝像裝置獲取本車周圍包括車道邊界線、前后車輛、以及其他行車標志在內(nèi)的目標景物的原始圖象；(1.2)對目標景物的原始圖象進行處理，包括圖像失真校正、平滑濾波降噪處理、圖像增強與銳化處理、邊沿檢測處理等，以有效濾除各種干擾，減少圖像失真，得出車輛周圍實景的高保真數(shù)字圖象。所述步驟(3)的具體過程主要是(3.1)從車輛周圍目標的矢量數(shù)字圖像中提取并計算出車道線、周圍其他車輛或障礙物等目標的邊沿與本車邊沿之間的距離，并以此為判據(jù)，對該車目前的威脅種類和威脅等級給出定量描述；(3.2)對照預(yù)設(shè)的威脅處理方案數(shù)據(jù)庫，判斷在本車目前所處的威脅種類和威脅等級下，是否需要進行告警、緊急避險自動控制和/或緊急求援，如需要，發(fā)出相應(yīng)的指令，控制相應(yīng)的裝置做相應(yīng)的動作，其中所述告警、緊急避險自動控制和緊急求援采用下列方式進行(a)向車載顯示器發(fā)送威脅種類和威脅等級顯示指令，由車載顯示器顯示出威脅種類和威脅等級信息；(b)向車輛自身的相應(yīng)電控單元發(fā)出緊急避險自動控制指令，通過電控單元控制車輛做相應(yīng)的緊急避險動作；(c)向移動數(shù)字通信裝置發(fā)送緊急求援指令，啟動移動數(shù)字通信裝置依照預(yù)設(shè)的方式向外界發(fā)出緊急求援信號。
10.如權(quán)利要求9所述的汽車行駛安全監(jiān)控方法，其特征在于所述對威脅種類和威脅等級的分析主要包括如下幾個具體步驟(3.1)從所述矢量數(shù)字圖中提取出車道線、周圍其他車輛以及其他障礙物和標志物邊沿在動態(tài)坐標系中的位置信息及其動態(tài)坐標[xk(ti)，yk(ti)]，其中下標k用于區(qū)分行車線、本車前后車輛，以及其他標志物、障礙物，下標i用于表示當前時間；(3.2)根據(jù)所述目標邊沿的動態(tài)位置坐標[xk(ti)，yk(ti)]，分別計算本車的縱/橫向邊沿到坐標原點的垂直距離ρAMh、ρAMv，車道左、右邊界線至坐標原點的垂直距離ρlr，ρll，本車前后的車輛到坐標原點的垂直距離ρtf，ρtb，車道寬度及前后車輛間的安全距離w、Dsf，以及橫向誤差di＝ρli(t)-ρAMh和縱向誤差dj＝ρtj(t)-ρAMv，(i＝r，l；j＝f，b)；(3.3)根據(jù)誤差di及dj的數(shù)值及符號，結(jié)合道路的直觀圖象，用威脅優(yōu)先級處理模塊、系統(tǒng)決策控制模塊，按下述方法給車輛當前的安全等級給出定量描述，并給出控制對策①當0≤di以及Dsf≤dj≤∞時，(i＝r，l；j＝f，b)告警控制系統(tǒng)不發(fā)出告警信號，車載顯示器顯示的告警威脅等級顏色為綠色，本車可以繼續(xù)在自己的車道內(nèi)安全行駛；②當di≤0但Dsf≤dj≤∞時，車載顯示器顯示的告警威脅等級顏色為黃色，聲光告警裝置發(fā)出柔和告警信號，告警本車司機迅速使車返自己的行車道行車；③當0≤di但dj≤Dsf時，車載顯示器顯示的威脅等級信號為橙色，聲光告警裝置向本車司機發(fā)出告警提示，而且控制本車的喇叭/照明燈等，向位于本車前/后的車輛發(fā)出聲光告警信號，讓它們加快或降低行車速度，以免發(fā)生碰撞或追尾；④當di≤0且dj≤Dsf時，告警控制系統(tǒng)發(fā)出高聲告警信號，車載顯示器顯示的威脅等級信號為紅色，此時，系統(tǒng)一方面通過聲光告警裝置用特殊聲光告訴本車司機，另一方面則通過鳴笛、亮車燈等方式，向位于本車前后的車輛發(fā)出聲光告警提示信號，與此同時，系統(tǒng)在所述系統(tǒng)工作協(xié)調(diào)服務(wù)軟件的協(xié)調(diào)下，由所述的車載嵌入式計算機平臺將系統(tǒng)決策控制模塊輸出的決策控制信息通過總線送給電控單元，通過自動控制油門的大小改變行車速度，通過剎車制動使車迅速停止行駛，或通過地盤加力系統(tǒng)改變車的行駛方向，使本車迅速脫離危險；⑤當本車與其他車輛發(fā)生追尾、碰撞、擦傷或其他重大交通事故，以至于使本車無法繼續(xù)正常行車時，所述監(jiān)控告警系統(tǒng)可通過車載無線通信單元及時向交管中心發(fā)出告警、求救信息。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種汽車行駛安全監(jiān)控系統(tǒng)及監(jiān)控方法，該系統(tǒng)包括車載數(shù)字圖像信息獲取單元和車載嵌入式計算機平臺，所述的車載嵌入式計算機平臺設(shè)有系統(tǒng)圖像處理與決策控制單元，所述的車載數(shù)字圖像信息獲取單元由其內(nèi)置的數(shù)碼攝像裝置獲取車輛周圍的實景圖像，并生成預(yù)處理數(shù)字圖像信息送給所述系統(tǒng)圖像處理與決策控制單元，所述系統(tǒng)圖像處理與決策控制單元對所述預(yù)處理數(shù)字圖像信號進行分析處理，生成威脅種類和威脅等級信號，當威脅種類和威脅等級到達告警標準時，向連接在總線上的聲光告警裝置發(fā)送告警指令，進行告警。本發(fā)明可以及時提醒駕駛員存在的威脅，極大地提供了行車的安全性。
文檔編號B60W30/095GK1833934SQ20051011671
公開日2006年9月20日 申請日期2005年10月28日 優(yōu)先權(quán)日2005年9月9日
發(fā)明者王飛躍, 王知學(xué), 艾云鋒, 黃武陵, 朱鳳華 申請人:中國科學(xué)院自動化研究所