CN101934771A - 车辆碰撞警示*** - Google Patents

Abstract

一种车辆碰撞警示***，以至少一摄影机采集车辆驾驶的非直接视觉区域影像，连续将非直接视觉区域影像送入一处理单元内，以自影像中判别出至少一障碍物，处理单元根据此障碍物所在位置相对于时间的变化，可以计算出障碍物的移动速度与横向移动量，且处理单元在影像中预设有至少一预警区，评估此障碍物是否将出现在预警区中，并适时产生一预警信号，用以启动至少一警示器产生声音、光源或是影像以警示驾驶人提高注意。本发明更可以配合车辆的车速感知器、刹车***与方向灯***依危险程度作分级预警，以主动或被动警示驾驶人危险，具有不同通知效果反应。

Description

车辆碰撞警示***

技术领域

本发明与一种障碍物检测***有关，特别是关于一种设置在大型车辆，用以监控驾驶者非直接视觉区域内的障碍物，并作预警通知的车辆碰撞警示***。

背景技术

由于大型车车体高、车身长，导致驾驶人的直接可视范围较易受到阻碍而变得窄小，诸如大型车的前方以及左右二侧均存在不少的视野死角，而所述视野死角往往也就是造成大型车意外频传的主因，其中尤以正面撞击对行人或车辆所造成的伤害最大，因此大型车前方一般均设置有照地镜以避免意外的发生。

再者，欧盟ECER46中提到大型车驾驶者的非直接视觉位置，以及如何设置前、后视镜来辅助驾驶者的相关规范。但是，后照镜属于一种曲面反射镜，其观察车体后方以及左右二侧的移动物体时，当凭驾驶人经验法则来判断、猜测车体与移动物体的距离，属被动且非直觉的观察方法，再者，层层镜体的设置不仅观察不易，难免还是存在容易疏忽无法察觉的视觉区域，且后视镜属于被动的提醒装置，并无法达到主动提醒告警的效果，因此，大型车车体前方的非直接视觉区仍旧必须由驾驶人百般注意才能避免意外发生，因此，无法有效预防意外事故的发生。

另外，在一些先前技术中也有人针对上述问题提出解决办法。像是台湾新型专利M303843号，其提到利用广角摄影结构检测驾驶看不到的视野死角区域，再以一显示装置设置在驾驶室以显示检测内容；但是，利用影像虽然可以消除视野死角区域存在，持续的检测画面却也容易变成驾驶人的负担，驾驶人并无法无时无刻的观察画面中内容，倘若分心观察，也有可能反而造成意外发生。再者，欧盟专利EP1988488号的盲点区域移动物体检测***，同样用到摄影机采集车体周边画面，接着再将取得画面分割成数个区块，藉判断分割区块的移动性，以检测车体周边是否存在障碍物，但该技术须将画面分割为多个区块，当划分区块大则辨识度差，易导致误判，而划分区域小虽可得到较高的辨识度，但相对的却易造成处理器相当大的负担，易因处理器负担过重而导致无法即时告警，致意外发生的后果。

有鉴于此，本发明遂提出一种影像处理效率高的车辆碰撞警示***，特别针对大型车前方以及左右二侧的非直接视觉区域进行检测，并分级作预警通知，可据此改善存在于先前技术中的该些缺失。

发明内容

本发明的主要目的在提供一种车辆碰撞警示***，据以有效的利用影像处理技术对大型车的非直接视觉区域进行绵密且谨慎的检测，并在有危险性存在时作预警通知，有效降低意外事故的发生。

本发明的次一目的在提供一种车辆碰撞警示***，依据大型车驾驶者非直接视觉区的障碍物危险程度进行等级区分，以依各等级决定选择影像、光源或声音作为警示信号，以主动引起驾驶人注意。

本发明的再一目的在提供一种车辆碰撞警示***，进一步的以影像复杂度演算方式判断障碍物的存在、移动速度及横向移动量，以降低***误判或过灵敏的机率。

本发明的又一目的为提供一种车辆碰撞警示***，透过有效率的影像处理方式以判断前方预警区内是否存在具一定移动速度且具横向移动量的障碍物，当障碍物存在时则提出警示。

为达到上述目的，本发明的车辆碰撞警示***，在大型车上装置影像采集装置、处理单元以及警示器，利用影像采集装置检测此大型车的非直接视觉区域并取得至少一非直接视觉区影像，再以处理单元对非直接视觉区影像进行影像处理，分辨出非直接视觉区影像中的障碍物，且利用障碍物所在位置相对时间变化量，估计障碍物的移动速度以及横向移动量，再者，处理单元于大型车的非直接视觉区位置预设有一预警区，假设障碍物进入预警区内且经判断具有横向移动量，处理单元将发出一警示信号；警示器电性连接处理单元，并接收警示信号后发出光源、影像或是声音提醒驾驶人注意可能发生的危险。

另一方面，处理单元还可以将取得的障碍物与大型车原有的车速感知器、刹车***、方向灯***作进一步控制结合，依层级不同发出不同危险程度警示信号。

本发明的有益效果在于，通过影像检测以及影像处理技术相辅相成之下，只要非直接视觉区影像内存在有移动物体，都将可以经由数据处理技术确认使否要将之设定为必须追踪的障碍物，再者，本发明更结合大型车的速度感知器，***在考虑到大型车质量重、刹车距离长的因素，当依速度信号进行分区感测，另外，本发明再结合大型车的刹车***以及方向灯***，为障碍物的位置作危险程度分级，主动在危急的情况下利用声光效果同步引起驾驶人注意，而在一般状况下，则以画面或光源提醒驾驶人应当留意的区域注意安全。

底下通过具体实施例配合所附的图式详加说明，当更容易了解本发明的目的、技术内容、特点及其所达成的功效。

附图说明

图1为本发明一实施例的俯视示意图；

图2为图1的正视示意图；

图3为本发明的结构示意图；

图4为本发明第一警示器以及第二警示器示意图；

图5为本发明假设一障碍物通过第一非直接视觉区影像的示意图；

图6为本发明的前方障碍物判断流程图；

图7为本发明的车道影像信息量的线性图形示意图；

图8为本发明的障碍物分级预警流程图；

图9为本发明显示车体左侧有障碍物通过的示意图。

附图标记说明：

10-第一影像采集装置；20-第二影像采集装置；30-第三影像采集装置；40-处理单元；41-微处理器；42-信号处理器；50-第一警示器；60-第二警示器；100-大型车；110-车速感测器；120-刹车***；130-方向灯***。

具体实施方式

本发明通过影像处理的技术判断大型车非直接视觉区是否有潜藏危险存在，并依据危险层级发出不同警示信号来控制影像或光源或声音警示器的启动。因此，在说明本发明实施例前，先针对配备有本发明的大型车定义出其非直接视觉区范围。

在实施中，以欧洲经济委员会(Economic Commission for Europe，ECE)法规第46条款中规定N₃类别的大型车为例。其法令指出，N₃类型的大型车前方的非直接视觉区为车前2公尺，2公尺以外即属于驾驶人可直接观测范围，又，在其车侧的非直接视觉区域也为车侧2公尺，以及沿驾驶人位置起向前推算1公尺与向后推算1.75公尺的距离，若超出此范围以外即属于驾驶人可直接观察区域。在得知大型车非直接视觉区域后，底下即针对本发明的结构与作业流程作进一步的详细解说。

首先参阅图1以及图2，其为本发明一实施例示意图，用以表示装配有本发明的大型车100状态，又如同图3的本实施***架构图显示，本***包含有一第一影像采集装置10、一第二影像采集装置20、一第三影像采集装置30、一处理单元40、一第一警示器50以及一第二警示器60；且除了上述元件外，本实施例包括电性连接大型车100的一车速感测器110、一刹车***120以及一方向灯***130。

所述影像采集装置10、20、30通常为电荷耦合元件(CCD)或互补式金属氧化半导体(CMOS)等摄影器材，其电性连接处理单元40，且配合前述大型车100非直接视觉区的位置，将第一影像采集装置10架设在大型车100车头前方，用以产生一第一非直接视觉区影像，而第二以及第三影像采集装置20、30则分别架设在车头左右二侧，用以产生一第二非直接视觉区影像，以及一第三非直接视觉区影像。然而，关于影像采集装置的检测范围以及数量，并非为绝对，当应实际需求做适度调整。

处理单元40则包括有一微处理器41以及一信号处理器42。其中，微处理器41电性连接车速感知器110、刹车***120以及方向灯***130，且微处理器41取得车速感知器110传来的车速信息后，产生一速度信号；再者，微处理器41也在大型车100的刹车***120启动时产生一刹车信号，并在方向灯***130启动时，产生一转向信号。信号处理器42在本实施例中，为多通道数字信号处理器(multi-channel DSP)，其能够平行处理多道信号源、建立开发模拟环境、逻辑分析，以及数字图形输出的功能，又，信号处理器42电性连接第一、第二、第三影像采集装置10、20、30以及微处理器41，且其在对应第一非直接视觉区的影像检测位置模拟预设一第一预警区A，此第一预警区A长宽设定为车前3公尺，以及超出车身宽左右各1公尺的范围，另外在对应左右侧方区影像检测位置模拟设置一第二以及一第三预警区B、C，此第二以及第三预警区B、C长宽各别超出车侧3公尺，以及涵盖由驾驶人位置前推1公尺与后推5公尺的范围，藉以大过前述法令标准范围，形成预先警示的效用；当然所有数据的设计，应依影像采集装置的检测能力以及车种的不同进行修正，才能符合实际需要。

再者，信号处理器42接收到所有非直接视觉区影像后，将先判断前方第一预警区内是否有横向移动量的障碍物出现，左右侧第二与第三预警区内是否有纵向移动量的障碍物出现，并在确认障碍物出现后是否有收到刹车信号或是转向信号，根据层级危险程度轻重，依序发出一第一警示信号或发出一第二警示信号。且微处理器41与信号处理器42为双向沟通平台，微处理器41所接收的车速信号、刹车信号、转向信号与信号处理器42所发出的警示信号可在两平台间相互沟通传递。

必须说明的是，如图4所示，第一警示器50其也分作第一、第二及第三警示区a、b、c与第一、第二及第三预警区A、B、C作一对一配对，藉以在驾驶座附近利用影像显示障碍物出现区域，且当第一警示器50为LCD显示幕时，直接连线到信号处理器42，得以直接模拟警示区a、b、c状况输出数字影像，若当其为LED灯等发光元件时，则会电性连接微处理器41；又，第二警示器60为蜂鸣器或是喇叭等具有声音效果的元件，其电性连接微处理器41。在第一警示信号启动时，第一警示器50当随其启动，以影像或光源吸引驾驶人警戒，当第二警示信号启动时，第一警示器50与第二警示器60将同时启动，表示更进一步以声音强迫驾驶人注意。

当在说明完本发明元件与元件关系后，尤其重要的是，本发明如何于非直接视觉区影像中分辨出需要的障碍物，以及不需要的背景。方在确认障碍物后，才可以再进一步清楚解释本案流程控制的方式。

参阅图5，假设当有一障碍物进入第一非直接视觉区域内，且由F点移动到G点，请配合参考图6的障碍物判断流程图所示，如图所示，进入步骤S100启动碰撞警示***，也表示影像采集装置10的启动，于步骤S110中将输入非直接视觉区影像，接着步骤S120开始非直接视觉区影像检测，影像于此时输入，且在步骤S130由信号处理器42估计第一非直接视觉区影像的区域影像熵值(entropy)，以计算在其每一时间画面的车道影像信息量，并储存其结果，有关车道影像信息量的计算公式(1)如下：

$I\left(x\right)=-\underset{i=1}{\overset{n}{\mathrm{\Σ}}}\log \left(p_i\right)\underset{30}{\×p_i}---\left(1\right);$ 以及

$p_i=\frac{G_i}{T_{\mathrm{pixels}}}---\left(2\right)$

其中，I为此非直接视觉区影像的车道影像信息量；G_i为灰度值i在此非直接视觉区影像中出现个数；p_i为灰度值i在此非直接视觉区影像中出现机率；T_pixels为此非直接视觉区影像中有效像素总合；又，经实验发现，当仅有灰色路面和白色车道标线存在时，该画面的车道影像信息量偏低，反之，当存在有行人、脚踏车或机动车的画面中，且物体横向移动时将于影像中出现明显波峰，具有较高影像信息量出现，因此，车道影像信息量的线性图形分布如同图7所示，结束步骤S130后，即可确认是否有障碍物存在。故，事先在信号处理器42内输入一预设阈值Ts，其作用是告知信号处理器42如何分辨障碍物与背景之间的不同，因此在进入步骤S140后，首先计算相邻两张画面的信息量的差值，再与预设阈值Ts进行比较。关于预设阈值Ts的计算公式(3)如下所示：

$T_s=\frac{(I_{\max }-I_{\min })}{2}---\left(3\right);$

其中，Ts为预设阈值，I_max为障碍物存在时最大信息量，与I_min为单纯道路影像信息量，经此，信息量差值若大于阈值Ts，则判定为障碍物；经过步骤S140的障碍物确认后，倘若结果为是，表示经确认为障碍物，即进入步骤S150纪录障碍物位置；反之，在步骤S140中获得否定结果，即回到步骤S110重新输入所有前方非直接视觉区影像。再者，步骤S140还分析时间前后的二画面的车道影像信息量变化，也即，取得现在时间t以及的前时间t-1的二画面，并将此二画面车道影像信息量I_t与I_t-1进行相减，通过如下公式(4)可以获得相邻两个画面的车道影像信息量差值；

ΔI_t(x)＝I_t(x)-I_t-1(x)    (4)；

其中，ΔI_t(x)即为车道影像信息量差值；I_t(x)跟I_t-1(x)则各为t时间以及t-1时间的车道影像信息量。

又，在步骤S150时，信号处理器42会根据每一时间纪录的障碍物位置，并依据障碍物位置推算移动轨迹后，在步骤S160分析障碍物的横向移动量以及其移动速度，使用的公式(5)诚如下列：

当结束步骤S150后，表示将可以估算出障碍物横向移动量以及移动速度；另外，前述说明在确认画面中是否有移动物体出现，以及此移动物体有否可能为障碍物的判断，但是，影像检测常受周边环境因素影响判断结果，在开放空间更为严重，故难免会有过于灵敏的感测结果反而滋生驾驶人困扰的问题发生，因此，本例假设汽车、机车、脚踏车或行人等障碍物短时间内的横向移动速度都应该在22.5km/h以内，因此本发明定22.5km/h为障碍物一移动速度上限，也即于处理单元中内设一预定速度，该预定速度即为22.5km/h，倘若经公式(5)的计算后，障碍物的横向移动速度高过此标准，步骤S160中，将会判定此移动物体并非为真正的障碍物，也就是进入步骤S180不作任何后续警示动作；反之，再步骤S160若是确认障碍物的横向移动速度低于此移动上限，也就是在0～22.5km/h内，表示其应当为欲追踪的障碍物，则进入步骤S170中为此障碍物进行预警作业。此外，不管是步骤S170或是步骤S180，在其结束后都应回到步骤S110重复所有步骤进行。

经过步骤S100至步骤S180的分析后，应当可以清楚明了本发明障碍物判断的方法；又，一般大型车100最常发生危害的状态，乃就属低速起步时不也察觉车头前方通过物体，以及车身左右转时受限车体遮蔽物影响，不也察觉车体左右侧移动物体二种，因此本发明针对此二原因，将信号处理器42的检测方法分为前方非直接视觉区检测的条件，以及左右侧非直接视觉区检测的条件一一说明。

参阅图8，为本发明的障碍物分级预警流程图。首先，如步骤S200所示，当碰撞警示***启动后，影像采集装置10、20、30将开启；在步骤S210时，信号处理器42同时接收此三影像采集装置10、20、30的前方以及左、右非直接视觉区影像；接着，进入步骤S220，信号处理器42内建有大型车100的一行车速度限制，于本实施为20km/h，藉此分辨大型车100目前行车状态，并在行车速度低于20km/h时，选择进入步骤S230，而在行车速度高于20km/h时，选择进入步骤S240；假设步骤S220判断大型车100的行车速度低于20km/h，在步骤S230时导入前述的障碍物检测流程(S100-S180)，藉以确认前方预警区A中是否有障碍物存在，当步骤S230的判断为前方有障碍物的情况下，确认是否有收到微处理器41送来的刹车信号，当结果也为“是”的时候，选择步骤S231，代表前方有物体通过，但本大型车100正在刹车，且车速低于20km/h，因此只要在步骤S231发出第一警示信号，也就是利用显示幕50的第一预警区a发出光源，告知驾驶人障碍物正在前方仍必须多加注意前方情况；反之，当步骤S230的判断为前方有障碍物的情况下，但却无来自微处理器41的刹车信号，选择进入步骤S231，表示前方有物体通过，虽然本车车速低于20km/h，但由于驾驶者未踩刹车，所以容易发生碰撞危险，故在步骤S234发出第二警示信号，也就是除了在显示幕50的第一预警区a显示光源外，更利用第二警示器60发出声音吸引驾驶人注意，提醒驾驶人应当闪避或踩刹车，避免危险发生。又，步骤S232以及步骤S234结束后一律进入步骤S240中。

步骤S230～S234说明了车头前方的防撞***流程，需注意的是，基于大型车100车重及车长的原因，且本发明前方预警区A范围只达到超出车前3公尺的距离，换言之，当速度高于20km/h，倘若真检测到障碍物出现在前方预警区A内，也来不及刹车，倘若勉强刹车，又怕发生更严重的意外。再来，当说明本发明进行车体左右预警检测的流程。回到图8的步骤S220，当在步骤S220判断行车速度超过20km/h，开始车体左右二侧的障碍物检测；首先，于步骤S240时先判断左侧第二预警区B内是否有纵向移动量的障碍物出现，若如图9所示般，有车辆出现在左侧预警区B中，此时，当再进入步骤S241确认目前有无收到转向信号，假设有收到转向信号，当判断是否其中夹带着左转信息，也就是说，如果驾驶人并不打算转向，则只要在步骤S242发出左侧第一警示信号，在显示幕50第二警示区b发出彩色光源，通知驾驶人注意，反之，当在步骤S241确认驾驶人将要向左转向时，由于擦撞机会大幅增加，因此应该在步骤S243发出左侧第二警示信号，与前述都相同，即是在显示幕第二警示区b发出彩色光源，同时还由第二警示器60发出声响提醒驾驶人注意。又，在步骤S240假设并无障碍物出现，当进入步骤S250中，开始右侧第三预警区C的障碍物检测，接着在步骤S251确认是否有收到转向信号，若无，则在步骤S252发出一右侧第一警示信号，若有，当在步骤S253发出右侧第二警示信号；由于步骤S250-S253与步骤S240～S243的判断方法与原理相同，故不在赘述。

通过前述的车辆碰撞警示***，可以主动提醒驾驶者，避免碰撞意外发生。通过影像检测以及影像处理技术相辅相成之下，只要非直接视觉区影像内存在有移动物体，都将可以经由数据处理技术确认使否要将之设定为必须追踪的障碍物，再者，本发明更结合大型车的速度感知器，***在考虑到大型车质量重、刹车距离长的因素，当依速度信号进行分区感测，另外，本发明再结合大型车的刹车***以及方向灯***，为障碍物的位置作危险程度分级，主动在危急的情况下利用声光效果同步引起驾驶人注意，而在一般状况下，则以画面或光源提醒驾驶人应当留意的区域注意安全。

以上对本发明的描述是说明性的，而非限制性的，本专业技术人员理解，在权利要求限定的精神与范围之内可对其进行许多修改、变化或等效，但是它们都将落入本发明的保护范围内。

Claims (10)

1.一种车辆碰撞警示***，针对一大型车的至少一非直接视觉区进行障碍物检测，其特征在于，该车辆碰撞警示***包括：

至少一影像采集装置，其装置在该大型车上，该影像采集装置采集至少一该非直接视觉区影像，

一处理单元，其电性连接该影像采集装置以判别至少一障碍物，该处理单元内建有一预定速度，根据该障碍物所在位置与时间相对变化，计算该障碍物的移动速度以及移动量，该处理单元预设有至少一位于该非直接视觉区影像中的预警区，当评估该障碍物于该预警区中具有移动量且该移动速度低于该预定速度时，发出至少一预警信号；以及

至少一警示器，其电性连接该处理单元，该警示器接收该预警信号产生警示声音或光源或影像。

2.如权利要求1所述的车辆碰撞警示***，其特征在于，该处理单元设定该预定速度位于0～22.5公里/时之间，并计算该非直接视觉区影像每一画面的车道影像信息量，以及计算连续二该画面的车道影像信息量的差值，该处理单元取该差值曲线的变化与该处理单元内的一预设阈值进行比较，若该差值有高于该预设阈值，且移动速度位在该预定速度范围之间，当将该差值超出位置设定为该障碍物，并将该差值低于该预设阈值的位置以及移动速度超出该预定速度范围的位置设定为背景。

3.如权利要求2所述的车辆碰撞警示***，其特征在于，该处理单元更包括有一信号处理器，用以估计该非直接视觉区影像的车道影像信息量，其公式计算如下：

$I\left(x\right)=-\underset{i=1}{\overset{n}{\mathrm{\Σ}}}\log \left(p_i\right)\×p_{i;}$

$p_i=\frac{G_i}{T_{\mathrm{pixels}}};$ 以及

其中，I为任一该车道影像信息量；G_i为灰度值i在区域影像中出现个数；p_i为灰度值i在区域影像中出现机率；T_pixels为区域影像中有效像素总合。

4.如权利要求3所述的车辆碰撞警示***，其特征在于，该信号处理器以如下公式计算该预设阈值：

$T_s=\frac{(I_{\max }-I_{\min })}{2};$

其中，T_s为预设阈值，I_man为障碍物存在时最大信息量，与I_min为单纯道路影像信息量。

5.如权利要求3所述的车辆碰撞警示***，其特征在于，该信号处理器以如下公式计算该障碍物在连续该二画面中的该移动量：

ΔI_t(x)＝I_t(x)-I_t-1(x)；

其中，ΔI_t(x)即为该障碍物于连续时间中，该二画面的该移动量；I_t(x)跟I_t-1(x)则各为t时间以及t-1时间的车道影像信息量。

6.如权利要求5所述的车辆碰撞警示***，其特征在于，该微处理器利用像素中移动距离与实际距离的比值，以及相对时间的变化，计算该障碍物真实移动量以及移动速度：

7.如权利要求1所述的车辆碰撞警示***，其特征在于，该大型车前方以及左右侧各具有至少一该非直接视觉区；该至少一影像采集装置包括有一第一影像采集装置，其装置于该大型车前方，用以对前方的该非直接视觉区域取得一第一非直接视觉区影像；一第二影像采集装置，其装置于该大型车左侧，用以对左侧的该非直接视觉区域取得一第二非直接视觉区影像；以及一第三影像采集装置，其装置于该大型车的右侧，用以对右侧的该非直接视觉区域取得一第三非直接视觉区影像；且该非直接视觉区位在该大型车前方时，该移动量为一横向移动量；当该非直接视觉区位在该大型车辆左侧或右侧时，该移动量为一纵向移动量。

8.如权利要求7所述的车辆碰撞警示***，其特征在于，该处理单元的该至少一预警区包括一第一预警区，其位在该第一非直接视觉区影像内；一第二预警区，其位于该第二非直接视觉区影像内；以及一第三预警区，其为在该第三非直接视觉区影像内；该警示器具有一第一警示区对应该第一预警区，一第二警示区对应该第二预警区，以及一第三警示区对应该第三预警区，用以光源或影像显示该障碍物区域。

9.如权利要求8所述的车辆碰撞警示***，其特征在于，该大型车具有一车速感知器、一刹车***以及一方向灯***；而该处理单元更包括一微处理器电性连接该车速感知器、该刹车***以及该方向灯***，该微处理器透过该车速感知器取得一速度信号，透过该刹车***取得一刹车信号，及透过该方向灯***取得一转向信号；该微处理器内设有一行车速度限制，该行车速度限制为20公里/时，当该速度信号大于该行车速度限制时，该微处理器放弃该第一预警区检测，仅检测该第二预警区及该第三预警区，并配合该转向信号针对该第二预警区或该第三预警区作分级预警通知；当该速度信号小于该行车速度限制时，先针对该第一预警区进行障碍物检测，并配合该刹车信号作分级预警通知，后续再针对该第二预警区及该第三预警区进行检测。

10.如权利要求9所述车辆碰撞警示***，其特征在于，该至少一警示器包括一第一警示器以及一第二警示器；该微处理器可以发出一第一预警信号启动该第一警示器作用，以及发出一第二预警信号启动该第一警示器以及第二警示器作用；且该影像采集装置为电荷耦合元件或互补式金属氧化半导体摄影机，而该警示器可以是蜂鸣器或LED灯或LCD萤幕及语音***。

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