CN110171362A - 一种人体识别和车辆识别的防撞预警方法及装置 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种人体识别和车辆识别的防撞预警方法及装置，其中，所述防撞预警方法包括：设置道路的目标区域；设置目标道路区域中，触发预警的车辆的预警区域，其中，所述预警区域包括宽度与车辆宽度相同的矩形区域和以矩形区域的长度为半径，两车头为圆心的两扇形区域；在预警区域内出现人体时发出预警提醒。本发明的一种人体识别和车辆识别的防撞预警方法及装置只需要对图像进行计算，计算量低，计算方法简单。
Description
技术领域
本发明属于定位技术领域，具体涉及一种人体识别和车辆识别的防撞预警方法及装置。
背景技术
当今，安全出行越来越受到广大群众的关注，而车辆越来越多，在部分商圈、小区等地方， 特别是一些步行街，也包含了一部分车辆可以通行的车道，在人车共存，人车界限不太清晰的 路段，常常因为行人疏忽、小孩突然跑动、车辆驾驶员盲区等各方面的原因，发生人车相撞的 事故。
为了防止人车相撞事故的出现，现如今的主要依靠的方式是车身四周的雷达或摄像头进行 预警提示，但是由于车辆成本的原因，只有小部分高端配置的车辆才会在车身四周配置，绝大 部分车辆仅配置了倒车雷达和倒车影像，故无法对人车相撞事故进行有效的预警。
发明内容
鉴于以上所述现有技术的缺点，本发明提供一种人体识别和车辆识别的防撞预警方法及装 置，用于解决现有技术中无法对人车相撞事故进行有效预警的缺陷。
为实现上述目的及其他相关目的，本发明提供一种人体识别和车辆识别的防撞预警方法， 所述防撞预警方法包括：
设置道路的目标区域；
设置目标道路区域中，触发预警的车辆的预警区域，其中，所述预警区域包括宽度与车辆 宽度相同的矩形区域和以矩形区域的长度为半径，两车头为圆心的两扇形区域；
在预警区域内出现人体时发出预警提醒。
可选地，在判断所述预警区域内是否出现人体前，还包括对双目摄像机进行标定。
可选地，若满足以下条件，则可以判断预警区域内出现人体：
其中，(x1',y1')为经过时间t后车辆车头的一端Pt'的坐标，(x3,y3)为人体H的坐标，A,B,C 为参数，L为预警区域距离车辆车头的距离，P表示车辆车头的一端，P'表示车辆车头的另一 端。
可选地，若满足以下条件，则可以判断预警区域内出现人体：
其中，(x1',y1')为经过时间t后车辆车头的一端Pt'的坐标，(x3,y3)为人体H的坐标，A,B,C 为参数，L为预警区域距离车辆车头的距离，P表示车辆车头的一端，P'表示车辆车头的另一 端，θ为扇形区域的圆形角。
可选地，若满足以下条件，则可以判断预警区域内出现人体：
其中，(x1',y1')为经过时间t后车辆车头的一端Pt'的坐标，(x3,y3)为人体H的坐标，A,B,C 为参数，L为预警区域距离车辆车头的距离，P表示车辆车头的一端，P'表示车辆车头的另一 端，θ为扇形区域的圆形角。
为实现上述目的及其他相关目的，本发明还提供一种人体识别和车辆识别的防撞预警装 置，所述防撞预警装置包括：
目标区域设定模块，用于设置道路的目标区域；
预警区域设定模块，用于设置目标道路区域中，触发预警的车辆的预警区域，其中所述预 警区域包括宽度与车辆宽度相同的矩形区域和以矩形区域的长度为半径，两车头为圆心的两扇 形区域；
判定模块，用于判断预警区域内是否出现人体；
预警模块，用于在预警区域内出现人体时发出预警提醒。
可选地，该预警装置还包括标定模块，用于对双目摄像机进行标定。
可选地，若满足以下条件，则可以判断预警区域内出现人体：
其中，(x1',y1')为经过时间t后车辆车头的一端Pt'的坐标，(x3,y3)为人体H的坐标，A,B,C 为参数，L为预警区域距离车辆车头的距离，P表示车辆车头的一端，P'表示车辆车头的另一 端。
可选地，若满足以下条件，则可以判断预警区域内出现人体：
其中，(x1',y1')为经过时间t后车辆车头的一端Pt'的坐标，(x3,y3)为人体H的坐标，A,B,C 为参数，L为预警区域距离车辆车头的距离，P表示车辆车头的一端，P'表示车辆车头的另一 端，θ为扇形区域的圆形角。
可选地，若满足以下条件，则可以判断预警区域内出现人体：
其中，(x1',y1')为经过时间t后车辆车头的一端Pt'的坐标，(x3,y3)为人体H的坐标，A,B,C 为参数，L为预警区域距离车辆车头的距离，P表示车辆车头的一端，P'表示车辆车头的另一 端，θ为扇形区域的圆形角。
如上所述，本发明的一种人体识别和车辆识别的防撞预警方法及装置，具有以下有益效果：
本发明的一种人体识别和车辆识别的防撞预警方法及装置只需要对图像进行计算，计算量 低，计算方法简单。
附图说明
图1为本实施例一种人体识别和车辆识别的防撞预警方法流程图；
图2为本实施例中预警区域的设置示意图；
图3为本实施例中坐标变换示意图；
图4为本实施例中双目摄像机计算景深方法示意图；
图5为本实施例中碰撞预警坐标判断示意图。
图6为本实施例一种人体识别和车辆识别的防撞预警装置框图。
具体实施方式
以下通过特定的具体实例说明本发明的实施方式，本领域技术人员可由本说明书所揭露的 内容轻易地了解本发明的其他优点与功效。本发明还可以通过另外不同的具体实施方式加以实 施或应用，本说明书中的各项细节也可以基于不同观点与应用，在没有背离本发明的精神下进 行各种修饰或改变。需说明的是，在不冲突的情况下，以下实施例及实施例中的特征可以相互 组合。
需要说明的是，以下实施例中所提供的图示仅以示意方式说明本发明的基本构想，遂图式 中仅显示与本发明中有关的组件而非按照实际实施时的组件数目、形状及尺寸绘制，其实际实 施时各组件的型态、数量及比例可为一种随意的改变，且其组件布局型态也可能更为复杂。
如图1所示，一种人体识别和车辆识别的防撞预警方法，包括：
S1设置道路的目标区域；
具体地，首先设置目标道路区域的边界，根据目标道路区域的空间位置，在各个摄像机画 面中划定区域。
S2设置目标道路区域中，触发预警的车辆的预警区域。具体地，该预警区域的设置可以 在后台进行。其中，如图2所示，所述预警区域包括宽度与车辆宽度相同的矩形区域和以矩形 区域的长度为半径，两车头为圆心的两扇形区域。预警区域中矩形区域的长为L，扇形区域的 圆心角为θ。此参数的作用是设置车辆行驶方向的一定范围内出现人脸时，进行预警提示。本 发明将此范围划定为车辆行驶方向上的矩形区域，其宽度与车辆宽度相同，距离车头位置为设 置的L长度，车辆行驶方向上的左右两侧的扇形区域，两个扇形区域以矩形区域的L长度边 为半径，车头两侧为圆心，向车两外侧的角度为θ，设置好角度θ和距离L后，即可确定车辆 的预警区域。
S3对双目摄像机进行标定。通过对双目摄像机的标定，获取左侧相机的内外参数和投影 矩阵，以便从摄像机的输出画面中确定摄像机场景中的真实空间距离。
以正北为x轴正方向，正东为y轴正方向，正上方为z轴正方形，任意一点为原点建立世 界坐标系。以(XW,YW,ZW)表示为空间任意一点的世界坐标，以相机的光心为坐标原点，X轴 和Y轴分别平行于图像坐标系的X轴和Y轴，相机的光轴为Z轴，用(XC,YC,ZC)表示其坐标值。以CCD图像平面的中心为坐标原点，X轴和Y轴分别平行于图像平面的两条垂直边，用(x,y)表示其坐标值。图像坐标系是用物理单位(例如毫米)表示像素在图像中的位置。以CCD 图像平面的左上角顶点为原点，X轴和Y轴分别平行于图像坐标系的X轴和Y轴，用(u,v)表 示其坐标值。数码相机采集的图像首先是形成标准电信号的形式，然后再通过模数转换变换为 数字图像。每幅图像的存储形式是M×N的数组，M行N列的图像中的每一个元素的数值代 表的是图像点的灰度。这样的每个元素叫像素，像素坐标系就是以像素为单位的图像坐标系。
根据图3，可知像素坐标系与图像坐标系有如下转换关系：
其中，(u0,v0)是图像坐标系原点在像素坐标系中的坐标，dx和dy分别是每个像素在图像 平面x和y方向上的物理尺寸。根据公式1和公式2，用齐次坐标系和矩阵关系表示有：
根据三角形的相似原理，图像坐标系与相机坐标系有如下转换关系：
其中，f为焦距，即图像坐标系原点与相机坐标系原点的距离。根据公式4和公式5，用 齐次坐标系和矩阵关系表示有：
根据三维坐标系的映射原理，相机坐标系与世界坐标系下，用齐次坐标系和矩阵表示有如 下转换关系：
其中，R为3×3正交旋转矩阵，t为三维平移向量，0T＝[0,0,0]T，根据公式3，公式6，公式7，有：
其中，K的参数包含焦距，原点坐标 的像素位置，像素的大小关系等，由相机内部结构决定，为相机的内部参数矩阵，M1包含旋 转矩阵和平移向量是由相机坐标系相对于世界坐标系的位置决定的，为相机的外部参数矩阵。 相机标定后，获取到相机的内部参数和外部参数，可以获得K与M1，即投影矩阵M。
投影矩阵M的表达式如下：
S4在预警区域内出现人体时发出预警提醒。
当车辆进入到双目摄像机C的画面中，且位于道路区域中时，摄像机对车辆进行拍照， 如图4、5所示，选择车头一端的一个特征点为点P，双目摄像机C的左摄像机为CL，右摄像 机为CR，两个摄像机在同一平面内，且光轴平行，OL和OR为左右摄像机的光心。设OL与OR之间的距离为基线距离B，f为两个摄像机的焦距。点P在两个相机光屏成像的投影为PL与PR， Z为点P到基线的垂直距离即为场景深度，XL与XR为点P在两光屏上的X坐标。经过矫正 的相机，纵坐标不存在视差，即YL与YR相等。
由三角形PPLPR与POLOR相似，可得到：
根据公式2，可得到物体到相机的距离Z：
其中，d＝XR-XL (11)
获取到点P在左侧相机CL的图像中成像的点PL在图像矩阵上的像素点位置为(uL,vL)， 根据公式8，可得到点P的世界坐标的齐次坐标为：
同理，选择车辆车头的另一端的一个特征点进行计算，可以得到车头另一端P'的世界坐 标为(X2,Y2,Z2)，附近人脸H的世界坐标为(X3,Y3,Z3)。
在计算车与人的距离时，可以忽略车和人的身高，即投影在XY平面后，则点P的坐标为 (x1,y1)，点P'的坐标为(x2,y2),H的坐标为(x3,y3)。
经过t时间后，点P的坐标变化为Pt(x1',y1')，P'的坐标为(x2',y2')，若同时满足x1＝x1',y1＝y1',x2＝x2',y2＝y2'，则判断为车辆未行驶，不产生预警，若不满足时，则判断车 辆在行驶，行驶方向为(x1'-y1,y1'-y1)。
由点P与点P'的坐标可得PP'方程为：
PP'为汽车车头的两端，不为同一点，所以不会有x1＝x2且y1＝y2。
①当x1＝x2时，直线PP'为
其中，A＝1,B＝0,C＝-x1。
②当y1＝y2时，直线PP'为
其中，A＝1,B＝0,C＝-y1。
③当x1≠x2且y1≠y2时，直线PP'为
其中，
要判断预警区域内是否出现了人体，则：
首先，判断点H(x3,y3)是否在车辆的行驶方向(x1'-y1,y1'-y1)上，需要判定是否满足公式 (16)，
然后，判断点H(x3,y3)是否满足在车辆前方距离L的范围内，则需判定是否满足公式(17)，
根据点P，P'，H的坐标，有以下公式：
由三点构成的夹角，有计算公式：
根据公式21，公式22，可得∠HPP'与∠HP'P的角度为：
当点H在车头的正前方时，需要满足角度∠HPP'与∠HP'P都小于90°，即需满足以 下公式：
当点H在车头的一端P外侧以θ作为圆心作的扇形区域内时，需满足：
HP≤L(29)
当点H在车头的另一端P'外侧以θ作为圆心作的扇形区域内时，需满足：
HP'≤L(32)
最终根据以上公式，同时满足以上条件，即满足以下关系时，被判断为达到预警触发条件。
在判断符合预警触发条件后，可以通过该地点附近的道路彩灯、广播等提醒行人和驾驶员 注意车辆周围的行人，也通知监控查看人员注意此位置的视频动态，起到防撞预警和防治的作 用。
同时，在此路段的所有预警数据进行统计，对频率较高的路段进行一些行人和车辆分流等 预防措施。
于本实施例中，要求目标区域在双目摄像机的捕捉范围内，且车辆的行驶方向为面向摄像 机，对于双向车道需要在两个方向都安装了双目摄像机。
本发明所述的一种人体识别和车辆识别的防撞预警方法适用于以下场景：在一条道路上有 摄像机、广播、地上彩灯等设备，此道路人车混杂，安全事故频发，但人流量大，人群往往还 是在车附近行走。
如图6所示，一种人体识别和车辆识别的防撞预警装置，所述防撞预警装置包括目标区域 设定模块、预警区域设定模块、标定模块、判定模块和预警模块。
所述目标区域设定模块11，用于设置道路的目标区域；
具体地，首先设置目标道路区域的边界，根据目标道路区域的空间位置，在各个摄像机画 面中划定区域。
所述预警区域设定模块12，用于设置目标道路区域中，触发预警的车辆的预警区域，其 中所述预警区域包括宽度与车辆宽度相同的矩形区域和以矩形区域的长度为半径，两车头为圆 心的两扇形区域。
其中，具体如图2所示，所述预警区域包括宽度与车辆宽度相同的矩形区域和以矩形区域 的长度为半径，两车头为圆心的两扇形区域。预警区域中矩形区域的长为L，扇形区域的圆心 角为θ。此参数的作用是设置车辆行驶方向的一定范围内出现人脸时，进行预警提示。本发明 将此范围划定为车辆行驶方向上的矩形区域，其宽度与车辆宽度相同，距离车头位置为设置的 L长度，车辆行驶方向上的左右两侧的扇形区域，两个扇形区域以矩形区域的L长度边为半径， 车头两侧为圆心，向车两外侧的角度为θ。设置好角度θ和距离L后，即可确定车辆的预警区 域。
所述标定模块15，用于对双目摄像机进行标定。通过对双目摄像机的标定，获取左侧相 机的内外参数和投影矩阵，以便从摄像机的输出画面中确定摄像机场景中的真实空间距离。
所述判定模块13，用于判断预警区域内是否出现人体，包括三种情况：
①在同时满足以下条件时，则可以判断预警区域内出现人体：
其中，(x1',y1')为经过时间t后车辆车头的一端Pt'的坐标，(x3,y3)为人体H的坐标，A,B,C 为参数，L为预警区域距离车辆车头的距离，P表示车辆车头的一端，P'表示车辆车头的另一 端。
②在同时满足以下条件时，则可以判断预警区域内出现人体：
其中，(x1',y1')为经过时间t后车辆车头的一端Pt'的坐标，(x3,y3)为人体H的坐标，A,B,C 为参数，L为预警区域距离车辆车头的距离，P表示车辆车头的一端，P'表示车辆车头的另一 端，θ为扇形区域的圆形角。
③在同时满足以下条件，则可以判断预警区域内出现人体：
其中，(x1',y1')为经过时间t后车辆车头的一端Pt'的坐标，(x3,y3)为人体H的坐标，A,B,C 为参数，L为预警区域距离车辆车头的距离，P表示车辆车头的一端，P'表示车辆车头的另一 端，θ为扇形区域的圆形角。
所述预警模块14，用于在预警区域内出现人体时发出预警提醒，其中，预警模块可以根 据实际位置的现有设施或新安装设置，包括但不限于道路地上的彩灯，路上的路灯，附近的显 示屏，广播音响等各类可以发出预警的设备。
于本实施例中，要求目标区域在双目摄像机的捕捉范围内，且车辆的行驶方向为面向摄像 机，对于双向车道需要在两个方向都安装了双目摄像机。
需要说明的是，由于装置部分的实施例与方法部分的实施例相互对应，因此装置部分的实 施例的内容请参见方法部分的实施例的描述，这里暂不赘述。
需要说明的是，所属领域的技术人员可以清楚地了解到，为了描述的方便和简洁，仅以上 述各功能单元、模块的划分进行举例说明，实际应用中，可以根据需要而将上述功能分配由不 同的功能单元、模块完成，即将所述装置的内部结构划分成不同的功能单元或模块，以完成以 上描述的全部或者部分功能。实施例中的各功能单元、模块可以集成在一个处理单元中，也可 以是各个单元单独物理存在，也可以两个或两个以上单元集成在一个单元中，上述集成的单元 既可以采用硬件的形式实现，也可以采用软件功能单元的形式实现。另外，各功能单元、模块 的具体名称也只是为了便于相互区分，并不用于限制本申请的保护范围。上述***中单元、模 块的具体工作过程，可以参考前述方法实施例中的对应过程，在此不再赘述。
在上述实施例中，对各个实施例的描述都各有侧重，某个实施例中没有详述或记载的部分， 可以参见其它实施例的相关描述。
本领域普通技术人员可以意识到，结合本文中所公开的实施例描述的各示例的单元及算法 步骤，能够以电子硬件、或者计算机软件和电子硬件的结合来实现。这些功能究竟以硬件还是 软件方式来执行，取决于技术方案的特定应用和设计约束条件。专业技术人员可以对每个特定 的应用来使用不同方法来实现所描述的功能，但是这种实现不应认为超出本发明的范围。
在本发明所提供的实施例中，应该理解到，所揭露的装置/终端设备和方法，可以通过其 它的方式实现。例如，以上所描述的装置/终端设备实施例仅仅是示意性的，例如，所述模块 或单元的划分，仅仅为一种逻辑功能划分，实际实现时可以有另外的划分方式，例如多个单元 或组件可以结合或者可以集成到另一个***，或一些特征可以忽略，或不执行。另一点，所显 示或讨论的相互之间的耦合或直接耦合或通讯连接可以是通过一些接口，装置或单元的间接耦 合或通讯连接，可以是电性，机械或其它的形式。
所述作为分离部件说明的单元可以是或者也可以不是物理上分开的，作为单元显示的部件 可以是或者也可以不是物理单元，即可以位于一个地方，或者也可以分布到多个网络单元上。 可以根据实际的需要选择其中的部分或者全部单元来实现本实施例方案的目的。
另外，在本发明各个实施例中的各功能单元可以集成在一个处理单元中，也可以是各个单 元单独物理存在，也可以两个或两个以上单元集成在一个单元中。上述集成的单元既可以采用 硬件的形式实现，也可以采用软件功能单元的形式实现。
所述集成的模块/单元如果以软件功能单元的形式实现并作为独立的产品销售或使用时， 可以存储在一个计算机可读取存储介质中。基于这样的理解，本发明实现上述实施例方法中的 全部或部分流程，也可以通过计算机程序来指令相关的硬件来完成，所述的计算机程序可存储 于一计算机可读存储介质中，该计算机程序在被处理器执行时，可实现上述各个方法实施例的 步骤。其中，所述计算机程序包括计算机程序代码，所述计算机程序代码可以为源代码形式、 对象代码形式、可执行文件或某些中间形式等。所述计算机可读介质可以包括:能够携带所述 计算机程序代码的任何实体或装置、记录介质、U盘、移动硬盘、磁碟、光盘、计算机存储器、 只读存储器(ROM,Read-Only Memory)、随机存取存储器((RAM,Random Access Memory)、电 载波信号、电信信号以及软件分发介质等。
上述实施例仅例示性说明本发明的原理及其功效，而非用于限制本发明。任何熟悉此技术 的人士皆可在不违背本发明的精神及范畴下，对上述实施例进行修饰或改变。因此，举凡所属 技术领域中具有通常知识者在未脱离本发明所揭示的精神与技术思想下所完成的一切等效修 饰或改变，仍应由本发明的权利要求所涵盖。
Claims (10)
1.一种人体识别和车辆识别的防撞预警方法，其特征在于，所述防撞预警方法包括：
设置道路的目标区域；
设置目标道路区域中，触发预警的车辆的预警区域，其中，所述预警区域包括宽度与车辆宽度相同的矩形区域和以矩形区域的长度为半径，两车头为圆心的两扇形区域；
在预警区域内出现人体时发出预警提醒。
2.根据权利要求1所述的一种人体识别和车辆识别的防撞预警方法，其特征在于，在判断所述预警区域内是否出现人体前，还包括对双目摄像机进行标定。
3.根据权利要求1所述的一种人体识别和车辆识别的防撞预警方法，其特征在于，若满足以下条件，则可以判断预警区域内出现人体：
其中，(x1',y1')为经过时间t后车辆车头的一端Pt'的坐标，(x3,y3)为人体H的坐标，A,B,C为参数，L为预警区域距离车辆车头的距离，P表示车辆车头的一端，P'表示车辆车头的另一端。
4.根据权利要求1所述的一种人体识别和车辆识别的防撞预警方法，其特征在于，若满足以下条件，则可以判断预警区域内出现人体：
HP≤L
其中，(x1',y1')为经过时间t后车辆车头的一端Pt'的坐标，(x3,y3)为人体H的坐标，A,B,C为参数，L为预警区域距离车辆车头的距离，P表示车辆车头的一端，P'表示车辆车头的另一端，θ为扇形区域的圆形角。
5.根据权利要求1所述的一种人体识别和车辆识别的防撞预警方法，其特征在于，若满足以下条件，则可以判断预警区域内出现人体：
HP'≤L
其中，(x1',y1')为经过时间t后车辆车头的一端Pt'的坐标，(x3,y3)为人体H的坐标，A,B,C为参数，L为预警区域距离车辆车头的距离，P表示车辆车头的一端，P'表示车辆车头的另一端，θ为扇形区域的圆形角。
6.一种人体识别和车辆识别的防撞预警装置，其特征在于，所述防撞预警装置包括：
目标区域设定模块，用于设定道路的目标区域；
预警区域设定模块，用于设置目标道路区域中，触发预警的车辆的预警区域，其中所述预警区域包括宽度与车辆宽度相同的矩形区域和以矩形区域的长度为半径，两车头为圆心的两扇形区域；
判定模块，用于判断预警区域内是否出现人体；
预警模块，用于在预警区域内出现人体时发出预警提醒。
7.根据权利要求6所述的一种人体识别和车辆识别的防撞预警装置，其特征在于，该预警装置还包括标定模块，用于对双目摄像机进行标定。
8.根据权利要求6所述的一种人体识别和车辆识别的防撞预警装置，其特征在于，若满足以下条件，则可以判断预警区域内出现人体：
其中，(x1',y1')为经过时间t后车辆车头的一端Pt'的坐标，(x3,y3)为人体H的坐标，A,B,C为参数，L为预警区域距离车辆车头的距离，P表示车辆车头的一端，P'表示车辆车头的另一端。
9.根据权利要求6所述的一种人体识别和车辆识别的防撞预警装置，其特征在于，若满足以下条件，则可以判断预警区域内出现人体：
HP≤L
其中，(x1',y1')为经过时间t后车辆车头的一端Pt'的坐标，(x3,y3)为人体H的坐标，A,B,C为参数，L为预警区域距离车辆车头的距离，P表示车辆车头的一端，P'表示车辆车头的另一端，θ为扇形区域的圆形角。
10.根据权利要求6所述的一种人体识别和车辆识别的防撞预警装置，其特征在于，若满足以下条件，则可以判断预警区域内出现人体：
HP'≤L
其中，(x1',y1')为经过时间t后车辆车头的一端Pt'的坐标，(x3,y3)为人体H的坐标，A,B,C为参数，L为预警区域距离车辆车头的距离，P表示车辆车头的一端，P'表示车辆车头的另一端，θ为扇形区域的圆形角。
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