專利名稱：一種汽車防偏道報(bào)警裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及基于計(jì)算機(jī)視覺裝置的自主導(dǎo)航領(lǐng)域，特別涉及一種汽車防偏道報(bào)警裝置。
背景技術(shù)：
隨著人類進(jìn)入21世紀(jì)，計(jì)算機(jī)技術(shù)和汽車工業(yè)得到迅猛發(fā)展，許多智能控制在現(xiàn) 代汽車上得到廣泛應(yīng)用。智能控制在現(xiàn)代汽車上的使用使汽車的安全性大大提高。但是，從人的視覺理論分析，只有圖像處理裝置的處理速度達(dá)到每秒25幀以上時(shí) 智能控制才能達(dá)到實(shí)時(shí)的效果，即要求實(shí)時(shí)圖像處理裝置必須在40nm內(nèi)完成對(duì)一幀圖像 的運(yùn)算處理，才能保證圖像的實(shí)時(shí)性。然而，現(xiàn)有的技術(shù)存在的最大難點(diǎn)就是如何解決圖像 處理的實(shí)時(shí)性問題，也就是如何在有限的時(shí)間內(nèi)完成大量圖像數(shù)據(jù)的處理。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于提供一種汽車偏離車道報(bào)警裝置，它能夠解決圖像處理的實(shí)時(shí) 性問題，當(dāng)車輛偏離當(dāng)前于駛車道時(shí)，能夠給駕駛員一個(gè)警示信號(hào)，從而減少因偏離車道而 引發(fā)的交通事故。為了實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用如下技術(shù)方案予以實(shí)現(xiàn)一種汽車偏離車道報(bào)警 裝置，其特征在于，包括一個(gè)針孔攝像頭，設(shè)置在汽車頂部前方正中央，采集汽車前方路面 圖像；一個(gè)視頻編碼器，將所述路面圖像的模擬信號(hào)轉(zhuǎn)化為數(shù)字信號(hào)，并進(jìn)行存儲(chǔ)；一個(gè)數(shù) 字信號(hào)處理器，處理數(shù)字信號(hào)格式的路面圖像，輸出汽車的當(dāng)前路面信息和偏離車道的報(bào) 警信息；一個(gè)視頻解碼器，接收汽車的當(dāng)前路面信息，并轉(zhuǎn)化為模擬信號(hào)；一個(gè)顯示屏，接 收汽車的當(dāng)前路面信息的模擬信號(hào)，輸出路面圖像；一個(gè)音頻解碼器，接收?qǐng)?bào)警信息，并轉(zhuǎn) 化為模擬信號(hào)；一個(gè)揚(yáng)聲器，接收?qǐng)?bào)警信息的模擬信號(hào)，輸出報(bào)警信號(hào)。本發(fā)明的有益效果是所述數(shù)字信號(hào)處理器采用TMS320DM642芯片。所述視頻編碼器采用SAA7115芯片。 所述視頻解碼器采用SAA7105H芯片。所述音頻解碼器采用TLV320AIC23芯片。所述電源 轉(zhuǎn)換器采用7805三端急壓器和TPS54310PWP芯片或開關(guān)電源。由于本發(fā)明數(shù)字信號(hào)處理器采用TMS320DM642芯片。芯片TMS320DM642強(qiáng)大的功 能可以很好地滿足實(shí)時(shí)性要求。TMS320DM642是TI公司發(fā)布的專門面向圖像實(shí)時(shí)處理的專 用芯片。該芯片時(shí)鐘高達(dá)600MHz，8個(gè)并行運(yùn)算單元，處理能力達(dá)4800MIPS (Million Insl ； ructions Per kcond的縮寫)；采用二級(jí)緩存結(jié)構(gòu)；具有64位外接存儲(chǔ)器接口，可連接異 步或同步的存儲(chǔ)器；具有三個(gè)可配置的視頻接口，可以和視頻輸入、輸出或傳輸流輸入無縫 連接；具有多通道音頻串行端口(McASP)，便于音頻應(yīng)用開發(fā)；10/100MbpS以太網(wǎng)口，便于 網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用；還具有IIC總線模塊、數(shù)據(jù)管理輸入輸出模塊。因此運(yùn)算速度快，實(shí)時(shí)性好。相 應(yīng)地，視頻編碼/解碼的實(shí)現(xiàn)采用專用芯片SAA7115/SAA7105H，音頻解碼的實(shí)現(xiàn)采用專用 芯片TLV320AIC23，提高了裝置的運(yùn)行效率。


圖1本發(fā)明的結(jié)構(gòu)框圖；圖2圖像采集模塊電路連接圖；圖3圖像顯示模塊電路連接圖；圖4音頻輸出模塊電路連接圖；圖5電源模塊設(shè)計(jì)電路圖；圖6路面圖像處理流程圖。
具體實(shí)施例方式參照?qǐng)D1，本裝置以數(shù)字信號(hào)處理器(TMS320DM642)為核心，和視頻輸入模塊、 視頻輸出模塊、音頻輸出模塊、電源模塊共同構(gòu)成。其中視頻輸入模塊主要CCD攝像頭和 SAA7115視頻編碼器組成；視頻輸出模塊主要由IXD顯示器和SAA7105H視頻解碼器組成； 音頻輸出模塊由TLV320AIC23音頻解碼器和揚(yáng)聲器組成；電源模塊由汽車電源和電壓變換 電路模塊組成，電壓變換電路由一個(gè)三端穩(wěn)壓集成塊7805和兩塊TPS54310PWP芯片組成， 其功用是給其他模塊提供1. 4V和3. 3V電壓。視頻編碼器(SAA7115)、數(shù)字信號(hào)處理器(TMS320DM642)、音頻解碼器 (TLV320AIC23)和視頻解碼器(SAA7105H)通過標(biāo)準(zhǔn)IIC總線進(jìn)行配置連接。CXD攝像頭 設(shè)置在汽車頂部前方正中央，用于采集汽車前方道路圖像，CCD攝像頭的輸出與視頻編碼 器(SAA7115)的輸入連接，音頻解碼器(TLV320AIC23)輸出到報(bào)警系統(tǒng)(揚(yáng)聲器)，視頻 解碼器(SAA7105H)輸出到IXD液晶顯示器。首先，CXD攝像頭采集的PAL/NTSC制的道路 圖像數(shù)據(jù)經(jīng)過SAA7115視頻編碼器，將原始的模擬視頻信號(hào)轉(zhuǎn)換為數(shù)字視頻信號(hào)，然后，以 YCrCb4:2:2格式存儲(chǔ)到SAA7115片內(nèi)的SDRAM中，等待下一步處理。最后，存儲(chǔ)到SDRAM中 的視頻數(shù)字信號(hào)通過數(shù)字信號(hào)處理器(TMS320DM64》進(jìn)行處理，一方面，數(shù)字信號(hào)處理器 (TMS320DM642)通過視頻編碼器SAA7105H將數(shù)字視頻信號(hào)轉(zhuǎn)換成模擬信號(hào)輸出到IXD液晶 顯示器；另一方面，數(shù)字信號(hào)處理器(TMS320DM64》根據(jù)道路圖像的視頻數(shù)字信號(hào)，判斷汽 車的偏離車道情況，產(chǎn)生報(bào)警信息，通過TLV320AIC23音頻解碼器，給報(bào)警系統(tǒng)一個(gè)電壓信 號(hào)，發(fā)出報(bào)警提示。參照?qǐng)D2，圖像采集模塊中，使用的圖像采集設(shè)備是CCD攝像頭，CCD攝像頭通RCA 型視頻插座與芯片34々7115的六1[21-24]引腳連接。由于CXD攝像頭輸出的信號(hào)為PAL/ NTSC制模擬信號(hào)，不能被TMS320DM642直接處理，因此選用Wiilips公司的SAA7115視頻編 碼器來完成圖像的數(shù)字化以及同步水平和垂直信號(hào)的分離。SAA7115的信噪比為10-15dB， 在同類產(chǎn)品中視頻編碼性能好。圖像采集模塊由視頻A/D轉(zhuǎn)換芯片SAA7115及外圍電路組 成。來自攝像頭的視頻信號(hào)在SAA7115內(nèi)部經(jīng)過鉗位、抗混疊濾波、A/D轉(zhuǎn)換、YUV分離電路 之后，轉(zhuǎn)換成BT. 656視頻數(shù)據(jù)流，輸入TMS320DM642中。TMS320DM642有三個(gè)視頻輸入端 口，設(shè)計(jì)時(shí)把視頻端口 1用作輸入端口，視頻端口 2用作輸出顯示端口。捕獲端口 1通過一 個(gè)RCA類型的視頻插座和4針的S-Video端口連接到視頻源。SAA7115可通過TMS320DM642 的IIC總線進(jìn)行編程，并且可以連接所有的主要合成視頻標(biāo)準(zhǔn)。TMS320DM642通過IIC總線 控制SAA7115的內(nèi)部寄存器，對(duì)視頻數(shù)據(jù)流進(jìn)行有效的傳輸。SAA7115有多種功能供用戶選擇，功能的選定可以通過對(duì)寄存器的設(shè)置來完成。在該模塊電路中，SAA7115的IPD [7-0]引腳與TMS320DM642的VPID [2-9]引腳相 連，為視頻數(shù)據(jù)傳輸端口 ；SAA7115的ICLK引腳與TMS320DM642的VPI-CLKO的引腳相連， 為線鎖定系統(tǒng)時(shí)鐘端口 ；VPI-CTLO為水平同步信號(hào)端口，VPI-CTLI為垂直同步信號(hào)端口， VPI-CTL2為場(chǎng)標(biāo)志信號(hào)端口 ；SCL、SDA分別為IIC總線控制的串行時(shí)鐘線和串行數(shù)據(jù)線端參照?qǐng)D3，圖像顯示模塊中，采用的圖像顯示設(shè)備是IXD液晶顯示屏。由于 TMS320DM642處理后的圖像信號(hào)為數(shù)字信號(hào)，而IXD液晶顯示屏的輸入信號(hào)為PAL/NTSC 制模擬信號(hào)，所以該系統(tǒng)采用Philips公司的SAA7105H視頻解碼芯片將數(shù)字視頻信號(hào)解 碼成NTSC/PAL制式的復(fù)合電視信號(hào)(CVBS)。該系統(tǒng)中，用TMS320DM642中的端口 2來為 SAA7105H提供數(shù)據(jù)信號(hào)，數(shù)字視頻信號(hào)數(shù)據(jù)從TMS320DM642的數(shù)據(jù)引腳(VP2D[2_9])輸出， 送到SAA7105H的PDW-7]引腳上，轉(zhuǎn)換成模擬視頻信號(hào)。SAA7105H內(nèi)部有一個(gè)可編程的寄 存器，通過IIC總線可以對(duì)它進(jìn)行控制設(shè)置。在該模塊的電路中，PMCLKI為SAA7105H的像素時(shí)鐘輸入，與TMS320DM642的 VP2-CLKI連接，PIXCLK0為SAA7105H的像素時(shí)鐘輸出，與TMS320DM642的VP2-CLK0連接，輸 出給視頻圖像控制器(VGC)。HSVGC、VSVGC、FSVGC為SAA7105H的水平、垂直、場(chǎng)同步信號(hào)，分 別與 TMS320DM642 的 VP2-CTL0、VP2-CTLI、VP2_CTL2 相連，輸出給 VGC。SCL、SDA 為 SAA7105H 的串行時(shí)鐘線與串行數(shù)據(jù)線，分別與TMS320DM642的SCLO與SDAO相連。RED-CR-C-CVBS為 SAA7105H的模擬信號(hào)輸出，輸出給IXD顯示器，以顯示路面信息。參照?qǐng)D4，音頻輸出模塊中，主要由音頻解碼器TLV320AIC23及揚(yáng)聲器組成， TMS320DM642的芯片與音頻解碼器連接。SCLK和SDIN是AIC23控制的移位時(shí)鐘和數(shù)據(jù)輸 入端口，分別與TMS320DM642的IIC模塊端口 SCL和SDA相連。McASP的收發(fā)時(shí)鐘ACLKRO 和ACLKXO由AIC23的串行數(shù)據(jù)傳輸時(shí)鐘BCLK提供，并由AIC23的LRCIN和LRCOUT啟動(dòng)串 口發(fā)送和接受數(shù)據(jù)，A)(R0和AXRI分別與AIC23的DIN和DOUT相連，從而完成TMS320DM642 與TLV320AIC23的通信，并通過IIC總線設(shè)置內(nèi)部寄存器的工作參數(shù)和反饋狀態(tài)信息。參照?qǐng)D5，電源變換電路中，采用一個(gè)三端穩(wěn)壓集成塊7805和兩塊TPS54310PWP 的專用電源芯片組成，輸入為12V，輸出為1. 4V和3. 3V，分別給TMS320DM642內(nèi)核和I/O端 口供電，產(chǎn)生另外一個(gè)3. 3V給視頻編解碼及其它芯片供電。這兩個(gè)3. 3V電源分開設(shè)計(jì)，避 免了電源噪聲相互干擾。加電過程中，應(yīng)當(dāng)保證內(nèi)核電源先上電，最晚也應(yīng)當(dāng)與I/O電源一 起加。關(guān)電源時(shí)，先關(guān)閉內(nèi)核電源，再關(guān)閉I/O電源。供電次序的原因在于如果僅CPU內(nèi) 核獲得供電，周邊I/O沒有供電，對(duì)芯片不會(huì)產(chǎn)生損害，只是沒有輸入/輸出能力而已。如 果反過來，周邊I/O得到供電而CPU內(nèi)核沒有加電，那么芯片緩沖/驅(qū)動(dòng)部分的晶體管將在 一個(gè)未知狀態(tài)下工作，這是非常危險(xiǎn)的。因此，把1.4V模塊的電源輸出有效引腳PG連接到 3. 3V模塊的允許電壓輸入引腳EN。這樣，只有當(dāng)1.4V電壓有效之后，3. 3V電壓才開始上 電，這就保證了 TMS320DM642的內(nèi)核電壓先于I/O電壓上電。設(shè)計(jì)中采用2片TI公司專為 高性能TMS320DM642微處理器的應(yīng)用而設(shè)計(jì)的電源芯片TPS54310，分別給TMS320DM642提 供CVDD和DVDD電壓。在電路連接上將三端穩(wěn)壓集成塊7805的引腳1連接汽車電源，引腳2接地，引腳 3接TPS54310的VIN引腳。三端穩(wěn)壓集成塊7805的作用就是將12V的汽車電源電壓轉(zhuǎn)換成5V電壓。TPS54310(a)的PWR⑶引腳和TPS54310 (b)的SS/ENA引腳相連。當(dāng)(a)的輸 出電壓高于1.2V時(shí)，芯片(b)開始工作；當(dāng)這個(gè)值達(dá)到穩(wěn)定的+1.4v后，PWR⑶引腳輸出高 電平送到芯片(b)的SS/ENA引腳。這就保證了 CPU內(nèi)核的上電時(shí)間早于I/O的上電時(shí)間。
參照?qǐng)D6，首先，啟動(dòng)并初始化TMS320DM642，設(shè)置SAA7115。C⑶攝像頭采集 路面圖像，其模擬信號(hào)經(jīng)SAA7115視頻編碼器由模擬信號(hào)轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號(hào)，然后傳輸給 TMS320DM642。在TMS320DM642中進(jìn)行圖像數(shù)據(jù)處理，首先由彩色圖轉(zhuǎn)換成灰度圖，然后經(jīng) 過二維FIR濾波處理，以降低噪聲干擾，輸出信號(hào)傳給自動(dòng)閥值分割模塊(Auto threshold 模塊)，利用自動(dòng)閥值分割法將灰度圖像轉(zhuǎn)換成二值圖像；輸出二值圖像傳給霍夫變換模 塊(Houghtransform模塊)，霍夫變換模塊根據(jù)圖像空間Hough參數(shù)空間的點(diǎn)線對(duì)偶性原 理，將圖像中的每個(gè)特征點(diǎn)映射到Hough參數(shù)空間的累加矩陣的多個(gè)單元(累加器)中， 統(tǒng)計(jì)各個(gè)單元的計(jì)數(shù)以檢測(cè)出極值，從而確定是否存在直線(即車道線)，從而完成車道檢 測(cè)。然后將檢測(cè)出的車道線傳輸給車道跟蹤模塊(Lane Tracking模塊)，把從當(dāng)前的視 頻幀中檢測(cè)到的車道和之前保存在內(nèi)存中的車道進(jìn)行匹配比較，如果當(dāng)前檢測(cè)到的車道和 內(nèi)存中保存的車道線具有足夠相似的直線參數(shù)(在此處設(shè)定閥值，當(dāng)Δρ < 0. 1時(shí)即認(rèn)為 足夠相似，其中Δρ代表當(dāng)前檢測(cè)到的車道線與內(nèi)存中保存的車道線的斜率的差值)，就 會(huì)在內(nèi)存中更新當(dāng)前車道線的位置。最后將內(nèi)存中保存的車道線傳給霍夫直線變換模塊 (Hough Lines模塊)，將車道線由極坐標(biāo)轉(zhuǎn)換成直角坐標(biāo)，并應(yīng)用這些直角坐標(biāo)來計(jì)算車 道線和當(dāng)前視頻幀底界中心線的距離。如果上述的這個(gè)距離比我們預(yù)先設(shè)定的閥值要小， TMS320DM642就會(huì)產(chǎn)生一個(gè)高電平信號(hào)傳給TLV320AIC23，經(jīng)過解碼后給揚(yáng)聲器一個(gè)電壓， 從而報(bào)警。但此處閥值的設(shè)定需要根據(jù)安裝車輛的車體寬度來設(shè)定，安裝攝像頭位置的車 體越寬，上述閥值就越大。由于兩側(cè)車道線與當(dāng)前視頻幀底界中心線設(shè)定的閥值相等，所以
當(dāng)任何一側(cè)的閥值小于設(shè)定的閥值時(shí)，裝置都會(huì)報(bào)警；當(dāng)上述距離大于閥值時(shí)，裝置不會(huì)報(bào)
權(quán)利要求
1.一種汽車防偏道報(bào)警裝置，其特征在于，包括一個(gè)針孔攝像頭，設(shè)置在汽車前方正 中央，采集汽車前方路面圖像；一個(gè)視頻編碼器，將所述路面圖像的模擬信號(hào)轉(zhuǎn)化為數(shù)字信 號(hào)，并進(jìn)行存儲(chǔ)；一個(gè)數(shù)字信號(hào)處理器，處理數(shù)字信號(hào)格式的路面圖像，輸出汽車的當(dāng)前路 面信息和偏離車道的報(bào)警信息；一個(gè)視頻解碼器，接收汽車的當(dāng)前路面信息，并轉(zhuǎn)化為模擬 信號(hào)輸出；一個(gè)顯示屏，接收汽車的當(dāng)前路面信息的模擬信號(hào)，輸出路面圖像；一個(gè)音頻解 碼器，接收?qǐng)?bào)警信息，并轉(zhuǎn)化為模擬信號(hào)輸出；一個(gè)揚(yáng)聲器，接收?qǐng)?bào)警信息的模擬信號(hào)，輸出 報(bào)警信號(hào)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種汽車防偏車道報(bào)警裝置，其特征在于，所述數(shù)字信號(hào)處 理器采用TMS320DM642芯片。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種汽車防偏道報(bào)警裝置，其特征在于，所述視頻編碼器采 用SAA7115芯片。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種汽車防偏道報(bào)警裝置，其特征在于，所述視頻解碼器采 用SAA7105H芯片。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種汽車防偏道報(bào)警裝置，其特征在于，所述音頻解碼器采 用 TLV320AIC23 芯片。
全文摘要
本發(fā)明涉及基于計(jì)算機(jī)視覺裝置的自主導(dǎo)航領(lǐng)域，特別涉及一種汽車防偏道報(bào)警裝置，包括一個(gè)針孔攝像頭，設(shè)置在汽車頂部前方正中央，采集汽車前方路面圖像；一個(gè)視頻編碼器，將所述路面圖像的模擬信號(hào)轉(zhuǎn)化為數(shù)字信號(hào)，并進(jìn)行存儲(chǔ)；一個(gè)數(shù)字信號(hào)處理器，處理數(shù)字信號(hào)格式的路面圖像，輸出汽車的當(dāng)前路面信息和偏離車道的報(bào)警信息；一個(gè)視頻解碼器，接收汽車的當(dāng)前路面信息，并轉(zhuǎn)化為模擬信號(hào)；一個(gè)顯示屏，接收汽車的當(dāng)前路面信息的模擬信號(hào)，輸出路面圖像；一個(gè)音頻解碼器，接收?qǐng)?bào)警信息，并轉(zhuǎn)化為模擬信號(hào)；一個(gè)揚(yáng)聲器，接收?qǐng)?bào)警信息的模擬信號(hào)，輸出報(bào)警信號(hào)。
文檔編號(hào)B60R11/02GK102133876SQ20111005071
公開日2011年7月27日 申請(qǐng)日期2011年2月23日 優(yōu)先權(quán)日2011年2月23日
發(fā)明者郭長(zhǎng)有 申請(qǐng)人:郭長(zhǎng)有