高速公路汽车行驶智能检测预警方法及其预警系统

1、一种高速公路汽车行驶智能检测预警方法，其特征在于包括以下步骤： a、启动高速公路汽车行驶智能检测预警系统，由人机接口(1)输入车型和天气信息； b、通过前向图像传感器(2)、后向图像传感器(3)、对前后方向的路面环境进行摄像，经采集转换电路(46)将摄录的图像转换为数字信号，并送到可编程逻辑器(45)进行时序转换和总线控制，把控制行信号和图像信息分别送到图象分析与处理器(42)和图像存储器(43)，图像存储器(43)得到信息后给可编程逻辑器(45)一个确认信息，经程序存储器(44)里的处理和分析装置，从图像存储器(43)提取图像进行处理和分析，图像存储器(43)把处理和分析的信息送到计算机控制器(41)，计算机控制器(41)得到信息后，给视频采集转换电路(46)一个确认信号，并根据信息检测出车距、相对速度和相对加速度，在把这些信息送到人机接口(1)； 图像处理和分析是先对图像采用中值滤波对图像进行局部平滑，滤波预处理；再对图像分割，将原始灰度图像通过双阈值法对图像进行二值化，需要计算的阈值分别是总体阈值和每行的局部阈值；在二值化图像中搜索本车道左右两边的分道线的内侧边缘，并保存分道线的坐标信息，记录每段分道线的起点和终点；检测右分道线，校正右分道线，再检测左分道线，校正左分道线，最后同时修正左右分道线；根据车道检测的信息，检测行驶车道内汽车前后是否有障碍物，采用窗口区域判断方法来识别障碍物，并跟踪障碍物；采用连续的10帧的车道宽度值变化进行相对距离计算，再计算相对速度和相对加速度；步骤c根据步骤b得到的相对距离、相对速度和相对加速度，加入天气、车型信号由计算机控制器(41)进行信息融合和安全判断； c、人机接口(1)得到信息，给计算机控制器(41)一个确认信息，人机接口控制器(11)根据天气信息、车型信息、车速、车距、相对速度和相对加速度进行信息融合和安全判断，如果有危险，进行危险级别判断，并分别给报警方向和报警级别显示电路(15)和报警语音提示显示电路(16)一个信号，显示危险级别和危险方向的提示信息。
2、根据权利要求1所述的高速公路汽车行驶智能检测预警方法，其特征 在于：所述的双阈值法对图像进行二值化，是在二值化图像中搜索本车道左右 两边的分道线的内侧边缘，并保存分道线的坐标信息，记录每段分道线的起点 和终点；检测右分道线，校正右分道线，再检测左分道线，校正左分道线，最 后同时修正左右分道线；左右两边分道线的检测顺序以比较容易检测的那边为 先；接着进行车道内障碍物识别与跟踪，如果有则搜索出障碍物所在的窗口区 域；检测车距、相对速度和相对加速度，采用连续的10帧的车道宽度值进行 距离计算，前10帧是初始化过程，然后每隔10帧显示更新距离值；当内存中 满10帧的车道宽度值时，则对这10个值按升序排列，排列完以后，取第6号 的宽度值按公式L=d*|x2—x,l计算距离，其中L为距离，d为定标量，表示车道的 实际宽度与像素相关系数，Ix2—"表示当前车道障碍物底部的像素宽度，再根 据前面距离修正距离，由计算机（4)根据上述原理计算出车距、相对速度和相 对加速度。
3、 一种实现权利要求1所述高速公路汽车行驶智能检测预警方法的预警系 统，其特征在于：由人机接口 （1)、前向图像传感器（2)、后向图像传感器 (3)、计算机（4)构成；人机接口 （1)安装在汽车（5)的驾驶台上，前向 图像传感器（2)、后向图像传感器（3)分别安装在汽车（5)的前部和后部， 计算机（4)安装在汽车（5)内；人机接口 （1)、前向图像传感器（2)、后向图像传感器（3)分别与计算机（4)连接；所述前向图像传感器（2)置于汽 车的前部、后向图像传感器（3)置于汽车的后部，用于采集汽车前、后的信息， 并将信息传输给计算机（4)。
4、 根据权利要求3所述的高速公路汽车行驶智能检测预警系统，其特征在 于：所述计算机（4)包括计算机控制器（41)、图像分析与处理器（42)、图 像存储器（43)、程序存储器（44)、可编程逻辑器（45);采集转换电路（46) 的输入端分别与前向图像传感器（2)、后向图像传感器（3)的输出端连接； 可编程逻辑器（45)的输入端与采集转换电路（46)的输出端连接；可编程逻 辑器（45)的输出端与图像分析与处理器（42)、图像存储器（43)、程序存 储器（44)的输入端连接；图像分析与处理器（42)分别与图像存储器（43)、 程序存储器（44)、可编程逻辑器（45)连接；图像分析与处理器（42)的输出 端与计算机控制器（41)的输入端连接；计算机控制器（41)与人机接口控制 器（11)连接。
5、 根据权利要求3所述的高速公路汽车行驶智能检测预瞀系统，其特征在 于：人机接口 （1)包括人机接口控制器（11)、天气选择和显示电路（12)、 车型选择和显示电路（13)，工作的确认和显示电路（14)、报警方向和报警级 别显示电路（15)、报警语音提示电路（16);人机接口控制器（11)的输入端 分别与天气选择和显示电路（12)、车型选择和显示电路（13),工作的确认和 显示电路（14)，报警方向和报警级别显示电路（15)，报警语音提示电路（16) 的输出端连接。

高速公路汽车行驶智能检搠预警方法及其预警系统\n技术领域 本发明涉及一种预警方法及其预警系统，特别涉及一种高速公路 汽车行驶智能检测预警方法及其预警系统。\n背景技术随着我国汽车保有量和生产量的快速增长，高速公路和高等级公路 里程的快速延伸，由于汽车大量增加，路上车流不息，使道路交通事故逐年大\n幅度增加，造成大量人员伤亡和财产损失。据统计资料显示，2005年，全国共 发生道路交通事故450254起，造成98738人死亡、469911人受伤，直接财产损 失18.8亿元。专家对汽车交通事故的分析结果表明，在所发生的交通事故中， 其中有65%的事故属于汽车追尾碰撞造成.现有汽车防撞系统技术常用超声波雷 达、微波雷达、亳米雷达等检测技术，它们传播方式是直线传播，造成了它们 固有的缺陷：在弯道、坡度以及汽车抖动时，常引起检测错误，而且它们也容 易受外界干扰，导致预警系统的误报率和漏报率很高。\n发明内容 本发明的目的就是针对现有技术的不足，提供一种高速公路汽车\n行驶智能检测预警方法及其预警系统。\n为实现上述发明目的，本发明采用如下技术方案： 一种高速公路汽车行驶智能检测预警方法，包括以下步骤-\na、 启动高速公路汽车行驶智能检测预警系统，由人机接口输入车型和天气 信息；\nb、 通过前向图像传感器、后向图像传感器、对前后方向的路面环境进行摄 像，经采集转换电路将摄录的图像转换为数字信号，并送到可编程逻辑器进行 时序转换和总线控制，把控制行信号和图像信息分别送到图像分析与处理器和图像存储器，图像存储器得到信息后给可编程逻辑器一个确认信息，经程序存 储器里的处理和分析装置，从图像存储器提取图像进行处理和分析，图像存储 器把处理和分析的信息送到计算机控制器，计算机控制器得到信息后，给视频 采集转换电路一个确认信号，并根据信息检测出车距、相对速度和相对加速度， 在把这些信息送到人机接口；\nC、人机接口得到信息，给计箅机控制器一个确认信息，人机接口控制器根 据天气信息、车型信息、车速、车距、相对速度和相对加速度进行信息融合和 安全判断，如果有危险，进行危险级别判断，并分别给报瞀方向和报警级别显 示电路和报警语音提示显示电路一个信号，显示危险级别和危险方向的提示信 息。\n步骤b中图像处理和分析是先对图像采用中值滤波对图像进行局部平滑， 滤波预处理；再对图像分割，将原始灰度图像通过双阈值法对图像进行二值化， 需要计算的阈值分别是总体阈值和每行的局部阈值；在二值化图像中搜索本车 道左右两边的分道线的内侧边缘，并保存分道线的坐标信息，记录每段分道线 的起点和终点；检测右分道线，校正右分道线，再检测左分道线，校正左分道 线，最后同时修正左右分道线；根据车道检测的信息，检测行驶车道内汽车前 后是否有障碍物，采用窗口区域判断方法来识别障碍物，并跟踪障碍物；采用 连续的IO帧车道宽度值，对10个值按升序排列，排列完以后，取第6号的宽 度值按公式L=d*|x2—xj计算相对距离,其中L为距离，d为定标量,表示车道的\n实际宽度与像素相关系数，IX2 — X,I表示当前车道障碍物底部的像素宽度，根据 前面所测距离校正距离，再计算相对速度和相对加速度。\n步骤c根据步骤b得到的相对距离、相对速度和相对加速度，加入天气、 车型信号由计算机控制器进行信息融合和安全判断。所述的双阈值法对图像进行二值化，是在二值化图像中搜索本车道左右两边 的分道线的内侧边缘，并保存分道线的坐标信息，记录每段分道线的起点和终点； 检测右分道线，校正右分道线，再检测左分道线，校正左分道线，最后同时修正 左右分道线；左右两边分道线的检测顺序以比较容易检测的那边为先；接着进行 车道内障碍物识别与跟踪，如果有则搜索出障碍物所在的窗口区域；先变量初始 化，然后计算车道每行的平均灰度AvgGray[y]，并统计车道每行的灰度等级数， 即多少种不一样的灰度值UvelNum[y]和该行车道的宽度wd,再计算车道每行的 灰度变化率，则第y行整数化的灰度等级变化率为\nGrayLevRate[y] = 1000*LevelNum[y〕/wd ;\n从y=0到y-170行，在本车道内搜索是否有满足障碍物基本约束的区域， 如果有则准确搜索出障碍物的底部y坐标p，检测障碍物的左右边的x坐标1和 r;先对以点（p, 1)、 （p， r)、 （p+Ap, 1)和（p+Ap， r) (Ap是跟y值大 小有关的整数值， 一般取3〜10)其中围成的窗口区域进行统计平均灰度值 Bottomgrey;然后再计算以点（p， 1)、 （p， r)、 （p—10， 1)和（p—10， r)围 成的窗口的平均灰度值Frontgrey。是障碍物必须满足以下几个约束条件：\na、 （GrayLevRate [y] 〉200磁vgGray [y] 〈AvgGray[y-l]&MvgGray [y] 〈160)\nb、 BottomGray〈0. 88*FrontgreyI I GrayLevRate[y]〉380\nI I(abs(y-m_nPreCarPosition)〈5&&GrayLevRate[y]>320) 其中m—nPreCarPosition表示是前帧找到的障碍物的位置。\n如果某一行同时满足a、 b两个条件则，就认为找到了障碍物； 检测车距、相对速度和相对加速度，采用连续的10帧的车道宽度值进行距离 计算，所以前10帧是一个初始化过程，然后每隔10帧（大约0，7s)显示更新 距离值；当内存中满10帧的车道宽度值时，则对这10个值按升序排列，排列完以后，取第6号的宽度值按公式L-d叫X2—x,l计算相对距离，其中L为距离，d 为定标量,表示车道的实际宽度与像素相关系数，IX2—X,I表示当前车道障碍物 底部的像素宽度.当内存中满IO帧的车道宽度值时，则对这IO个值按升序排列， 排列完以后，由计算机计算距离；最后，校正判断L与前次距离preL的偏差， 如果偏差太大，则对L进行适当的调整。调整公式为\nformula see original document page 8车距L'检测到之后，相应的相对速度和相对加速度就能得到。 一种实现上述方法的高速公路汽车行驶智能检测预警系统，由人机接口、 前向图像传感器、后向图像传感器、计算机构成；人机接口安装在汽车的驾驶 台上，前向图像传感器、后向图像传感器分别安装在汽车的前部和后部，计算 机安装在汽车内；人机接口、前向图像传感器、后向图像传感器分别与计算机 连接；所述前向图像传感器置于汽车的前部、后向图像传感器置于汽车的后部， 用于采集汽车前、后的信息，并将信息传输给计算机。\n所述计算机包括计算机控制器、图像分析与处理器、图像存储器、程序存 储器、可编程逻辑器；釆集转换电路的输入端分别与前向图像传感器、后向图 像传感器的输出端连接；可编程逻辑器的输入端与采集转换电路的输出端连接; 可编程逻辑器的输出端与图像分析与处理器、图像存储器、程序存储器的输入 端连接；图像分析与处理器分别与图像存储器、程序存储器、可编程逻辑器连 接；图像分析与处理器的输出端与计算机控制器的输入端连接；计算机控制器 与人机接口控制器连接。\n人机接口包括人机接口控制器、天气选择和显示电路、车型选择和显示电路，工作的确认和显示电路、报警方向和报警级别显示电路、报警语音提示电 路；人机接口控制器的输入端分别与天气选择和显示电路、车型选择和显示电 路，工作的确认和显示电路，报警方向和报警级别显示电路，报警语音提示电 路的输出端连接。本发明的一种高速公路汽车行驶智能检测预警方法及预警系统，能在汽车 行驶中实时检测汽车前、后方道路、障碍物，根据高速公路的特点具有车道线， 沿着车道线检测障碍物，能克服弯道、坡度以及汽车抖动等造成的影响，检测 出与障碍物的距离、相对速度和相对加速度。本发明根据距离、相对速度、相 对加速度、天气、车型等信息判断汽车是否处于安全行使， 一旦出现危险状况 时，立即发出声、光、图像和声光报警，提醒驾驶者必须进行处理，以防止汽 车同其它汽车或物体相碰撞，可大量减少或避免交通事故的发生，保障驾乘人 员的生命和财产的安全，具有重要的社会效益和经济效益。附圉说明 图1是本发明的结构示意图；图2是本发明的工作原理图；图3是本发明安装示意图。具体实施方式下面结合附图对本发明作进一步的说明，参见图l、图2: 一种高速公路汽车行驶智能检测预警方法，于包括以下步骤：a、 启动高速公路汽车行驶智能检测预警系统，由人机接口 1输入车型和天气信息；b、 通过前向图像传感器2、后向图像传感器3、对前后方向的路面环境进行 摄像，经采集转换电路46将摄录的图像转换为数字信号，并送到可编程逻辑器 45进行时序转换和总线控制，把控制行信号和图像信息分别送到图像分析与处理器42和图像存储器43，图像存储器43得到信息后给可编程逻辑器45 —个确 认信息，经程序存储器44里的处理和分析装置，从图像存储器43提取图像进 行处理和分析，图像存储器43把处理和分析的信息送到计箅机控制器41，计箅 机控制器41得到信息后，给视频采集转换电路46 —个确认信号，并根据信息 检测出车距、相对速度和相对加速度，在把这些信息送到人机接口 1;C、人机接口 l得到信息，给计算机控制器41一个确认信息，人机接口控制 器ll根据天气信息、车型信息进行信息融合和安全判断，如果有危险，进行危 险级别判断，并分别给报警方向和报警级别显示电路15和报警语音提示显示电 路16 —个信号，显示危险级别和危险方向的提示信息。步骤b中图像处理和分析是先对图像采用中值滤波对图像进行局部平滑， 滤除加盐噪声预处理；再对图像分割，将原始灰度图像通过双阈值法对图像进 行二值化，需要计算的阈值分别是总体阈值和每行的局部阈值；在二值化图像 中搜索本车道左右两边的分道线的内侧边缘，并保存分道线的坐标信息，记录 每段分道线的起点和终点；检测右分道线，校正右分道线，再检测左分道线， 校正左分道线，最后同时修正左右分道线；根据车道检测的信息，检测行驶车 道内汽车前后是否有障碍物，采用窗口区域判断方法来识别障碍物，并跟踪障 碍物；采用连续的10帧的车道宽度值变化进行相对距离计算，再计算相对速 度和相对加速度；步骤c根据步骤b得到的相对距离、相对速度和相对加速度，加入天气、 车型信号由计算机控制器41进行信息融合和安全判断。所述的双阈值法对图像进行二值化，是在二值化图像中搜索本车道左右两 边的分道线的内侧边缘，并保存分道线的坐标信息，记录每段分道线的起点和 终点；检测右分道线，校正右分道线，再检测左分道线，校正左分道线，最后同时修正左右分道线；左右两边分道线的检测顺序以比较容易检测的那边为先； 接着进行车道内障碍物识别与跟踪，如果有则搜索出障碍物所在的窗口区域；检测车距、相对速度和相对加速度，采用连续的10帧的车道宽度值进行距 离计算，前10帧是初始化过程，然后每隔10帧显示更新距离值；当内存中满 IO帧的车道宽度值时，则对这10个值按升序排列，排列完以后，取第6号的宽度值按公式b(Hx2—x,l计算相对距离，其中L为距离，d为定标量,表示车道的 实际宽度与像素相关系数，Ix2—x'l表示当前车道障碍物底部的像素宽度。最后， 校正判断L与前次距离preL的偏差，如果偏差太大，则对L进行适当的调整。 调整公式为计算机4根据上述原理计算出车距、相对速度和相对加速度。 一种实现上述方法的高速公路汽车行驶智能检测预警系统，由人机接口l、 前向图像传感器2、后向图像传感器3、计算机4构成；人机接口1安装在汽车5的 驾驶台上，前向图像传感器2、后向图像传感器3分别安装在汽车5的前部和后部， 计算机4安装在汽车5内；人机接口l、前向图像传感器2、后向图像传感器3分别 与计算机4连接：所述前向图像传感器2置于汽车的前部、后向图像传感器3置于 汽车的后部，用于采集汽车前、后的信息，并将信息传输给计算机4。所述计算机4包括计算机控制器41、图像分析与处理器42、图像存储器43、 程序存储器44、可编程逻辑器45;采集转换电路46的输入端分别与前向图像传 感器2、后向图像传感器3的输出端连接；可编程逻辑器45的输入端与采集转换 电路46的输出端连接；可编程逻辑器45的输出端与图像分析与处理器42、图像存储器43、程序存储器44的输入端连接；图像分析与处理器42分别与图像存储 器43、程序存储器44、可编程逻辑器45连接；图像分析与处理器42的输出端与 计算机控制器41的输入端连接；计算机控制器41与人机接口控制器11连接。人机接口l包括人机接口控制器ll、天气选择和显示电路12、车型选择和显 示电路13,工作的确认和显示电路14、报警方向和报警级别显示电路15、报警 语音提示电路16;人机接口控制器11的输入端分别与天气选择和显示电路12、 车型选择和显示电路13、工作的确认和显示电路14、报瞀方向和报警级别显示 电路15、报警语音提示电路16的输出端连接。前后向图像传感器2、 3采集汽车5前后的车道信息，车道信息送到专用计 算机4进行分析处理，如果存在障碍物，就得到车距、相对速度和相对加速度 信息，把这些信息传到人机接口控制器ll，由驾驶员选择天气信息和车型信息， 并传递给人机接口控制器11，人机接口控制器11进行信息融合和预警系统判断 汽车是否安全行驶，如果有危险，就判断危险级别，报警方向和报警级别显示 电路15、报警语音提示电路16发出危险的方向和危险级别的声、光、图像报警信息。其中专用计算机4的工作原理，视频输入接口接到屈像传感器，通过采集 卡进行视频采集，并送到可编程逻辑器45进行时序转换和总线控制，把控制行 信号和图像信息分别送到图像分析与处理器42和图像存储器43，图像分析与处 理器42得到信息后给可编程逻辑器45 —个确认信息，调用程序存储器44里的 程序，并从图像存储器43提取图像进行处理和分析。图像分析与处理器42把 处理和分析的信息送到计算机控制器41中，计算机控制器41得到信息后，给 采集转换电路46—个确认信号，并根据信息检测出车距、相对速度和相对加速 度，在把这些信息送到人机接口 11。人机接口 11得到信息，给计算机控制器41 一个确认信息，人接口控制器 11根据得到的信息、天气信息、车型信息进行信息融合和安全判断，如果有危 险，进行危险级别判断，报瞀方向和报警级别显示电路15、报警语音提示电路 16发出危险的方向和危险级别的声、光、图像报警信息。