CN110775028A - 一种汽车挡风玻璃遮挡物检测及辅助驾驶***和方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种汽车挡风玻璃遮挡物检测及辅助驾驶***和方法，属于汽车主动安全技术领域；该***包括摄像头、激光雷达、数据处理单元、双闪灯、雨刮器、加速度传感器、方向机和制动执行机构，本发明通过摄像头的巧妙布设，检测出汽车挡风玻璃上的遮挡情况，从而使在突发情况下，汽车能够自动开启雨刮器对遮挡物进行去除，同时，开启双闪灯，警示周围车辆，保证了驾驶员的视线情况，大大提高了突发情况下的驾驶安全性。

Description

一种汽车挡风玻璃遮挡物检测及辅助驾驶***和方法
技术领域
本发明属于汽车主动安全技术领域，尤其涉及一种汽车挡风玻璃遮挡物检测及辅助驾驶***和方法。
背景技术
当汽车在道路上正常行驶时，来往车辆时常会将路面积水或异物卷起而飞到本车前挡风玻璃上从而导致驾驶员视线受到严重影响，无法根据前方路况做出准确的驾驶操作，此时，如果本车驾驶员反应时间稍长或注意力不集中，则会出现前方车辆紧急制动或有其他车辆汇入本车道而本车驾驶员继续维持原有的驾驶操作，导致撞上前方的车辆，发生严重的交通事故。
发明内容
为了解决上述问题，本发明的目的在于提供一种汽车挡风玻璃遮挡物检测及辅助驾驶***和方法，本发明能够检测挡风玻璃遮挡物并及时警示前后车辆、辅助驾驶员进行车道保持和紧急制动，以避免因汽车挡风玻璃被遮挡物遮挡而导致的交通事故，大大提高汽车在突发事件发生时的行驶安全。
为了达到上述目的，本发明采用以下技术方案予以解决。
(一)一种汽车挡风玻璃遮挡物检测及辅助驾驶***，包括：固定于车辆前方保险杠正中央的激光雷达、固定于车内后视镜后方的车载前视摄像头和数据处理单元；所述摄像头朝向汽车前方挡风玻璃；
所述摄像头的信号输出端与数据处理单元的第一信号输入端电连接，所述激光雷达的信号输出端与所述数据处理单元的第二信号输入端电连接，所述数据处理单元的开启信号输出端分别电连接所述激光雷达的触发端和汽车的双闪灯、雨刮器、加速度传感器的触发端；汽车的加速度传感器的信号输出端与数据处理单元的第三信号输入端电连接，所述数据处理单元的制动信号输出端与汽车的制动执行机构的控制端电连接，所述数据处理单元的转向信号输出端与汽车的方向机的控制端电连接；
所述摄像头用于采集汽车前方的路况信息；
所述激光雷达用于探测前方车辆的点云数据，进而得到前方车辆与自车之间的相对距离和相对速度；
所述数据处理单元用于根据接收到的前方路况信息判断汽车挡风玻璃是否存在遮挡物；并对激光雷达、汽车的双闪灯、雨刮器和加速度传感器发出开启信号；
所述数据处理单元还用于接收加速度传感器传输的汽车的横向加速度，并据此计算汽车的方向机和制动执行机构。
进一步地，所述数据处理单元为ARM处理器、单片机或工控机。
进一步地，所述激光雷达为SICK安全激光扫描仪。
(二)一种汽车挡风玻璃遮挡物检测及辅助驾驶方法，基于上述一种汽车挡风玻璃遮挡物检测及辅助驾驶***，包括以下步骤：
步骤1，对于行驶中的汽车，实时采集汽车的前方路况信息；
其中，所述前方路况信息为摄像头通过汽车挡风玻璃获取的汽车前方路况的图像数据。
步骤2，根据汽车的前方路况信息，判断当前时刻汽车的挡风玻璃上是否存在遮挡物；若是，转入步骤3，否则，保持正常行驶；
步骤3，开启激光雷达和汽车的双闪灯、雨刮器和加速度传感器；
步骤4，加速度传感器实时获取汽车的横向加速度，并据此判断当前时刻汽车行驶方向的偏离情况，根据汽车行驶方向的偏离情况，通过汽车的方向机调整汽车行驶方向；同时，激光雷达实时获取汽车与前方车辆之间的相对距离和相对速度，并据此判断当前时刻汽车与前方车辆之间的跟车距离是否安全，若否，则启动汽车的制动执行机构对汽车进行制动；从而完成汽车的辅助驾驶。
进一步地，所述根据汽车的前方路况信息，判断当前时刻汽车的挡风玻璃上是否存在遮挡物，其具体为：
首先，将汽车前方路况的图像数据进行二值化处理，得到对应的灰度图像数据；
其次，计算灰度图像数据中连续黑色像素点的面积S；
最后，计算相邻时刻相同位置对应的连续黑色像素点的面积之差Δs，若Δs大于设定的判断阈值，则判断汽车挡风玻璃上存在遮挡物。
进一步地，所述判断当前时刻汽车行驶方向的偏离情况，其具体为：如果汽车的横向加速度为正，则判断汽车向右侧偏离车道；如果汽车的横向加速度传感器为负，则判断汽车向右侧偏离车道；如果汽车的横向加速度为0，则判断汽车行驶方向无偏离。
进一步地，所述根据汽车行驶方向的偏离情况，通过汽车的方向机调整汽车行驶方向，其具体为：当出现汽车的横向加速度a连续t秒方向保持不变时，通过公式s＝at2/2计算出汽车的偏移距离，若汽车的偏移距离大于偏移阈值，开启汽车的方向机，向汽车偏移方向的反方向进行调整。
进一步地，所述判断当前时刻汽车与前方车辆之间的跟车距离是否安全，其具体为：判断当前时刻汽车与前方车辆之间的相对距离是否小于安全距离阈值，若否，则开启汽车的制动执行机构对汽车进行制动。
与现有技术相比，本发明的有益效果为：
(1)本发明通过摄像头的巧妙布设，检测出汽车挡风玻璃上的遮挡情况，从而使在突发情况下，汽车能够自动开启雨刮器，汽车能够自动开启雨刮器对遮挡物进行去除，同时，开启双闪灯，警示周围车辆，保证了驾驶员的视线情况，大大提高了突发情况下的驾驶安全性。
(2)本发明能够在检测出汽车挡风玻璃存在遮挡物的情况下，对汽车进行辅助驾驶，从而避免了在汽车前挡风玻璃存在遮挡物的情况下，汽车前方车辆紧急制动或有其他车辆汇入本车道时，驾驶员反应不及时或注意力不集中导致的安全事故。
附图说明
下面结合附图和具体实施例对本发明做进一步详细说明。
图1为本发明汽车挡风玻璃遮挡物检测及辅助驾驶***示意图；
图2为本发明的汽车挡风玻璃遮挡物检测及辅助驾驶方法的实现流程图；
以上图中，1摄像头；2激光雷达；3数据处理单元；4双闪灯；5雨刮器；6加速度传感器；7方向机；8制动执行机构。
具体实施方式
下面结合附图对本发明的实施例及效果作进一步详细描述。
参照图1，本发明的一种汽车挡风玻璃遮挡物检测及辅助驾驶***，包括：固定于车辆前方保险杠正中央的激光雷达2、固定于车内后视镜后方的车载前视摄像头1和数据处理单元3；所述摄像头1朝向汽车前方挡风玻璃；激光雷达2为SICK安全激光扫描仪，其具体型号为S3000，扫描角度为190度，保护区域范围为7m，120毫秒分辨率为30-150mm。
所述摄像头1的信号输出端与数据处理单元3的第一信号输入端电连接，所述激光雷达2的信号输出端与所述数据处理单元3的第二信号输入端电连接，所述数据处理单元3的开启信号输出端分别电连接所述激光雷达2的触发端和汽车的双闪灯4、雨刮器5、加速度传感器6的触发端；汽车的加速度传感器6的信号输出端与数据处理单元3的第三信号输入端电连接，所述数据处理单元3的制动信号输出端与汽车的制动执行机构8的控制端电连接，所述数据处理单元3的转向信号输出端与汽车的方向机7的控制端电连接；
所述摄像头1用于采集汽车前方的路况信息；
所述激光雷达2用于探测前方车辆的点云数据，进而得到前方车辆与自车之间的相对距离和相对速度；
所述数据处理单元3用于根据接收到的前方路况信息判断汽车挡风玻璃是否存在遮挡物；并对激光雷达2、汽车的双闪灯4、雨刮器5和加速度传感器6发出开启信号；
所述数据处理单元3还用于接收加速度传感器6传输的汽车的横向加速度，并据此计算汽车的方向机7和制动执行机构8。
所述数据处理单元3为ARM处理器、单片机或工控机。所述激光雷达2为SICK安全激光扫描仪。
参考图2，本发明的一种汽车挡风玻璃遮挡物检测及辅助驾驶方法，包括以下步骤：
步骤1，对于行驶中的汽车，实时采集汽车的前方路况信息；
其中，所述前方路况信息为摄像头通过汽车挡风玻璃获取的汽车前方路况的图像数据。
步骤2，根据汽车的前方路况信息，判断当前时刻汽车的挡风玻璃上是否存在遮挡物；若是，转入步骤3，否则，保持正常行驶；
具体地，是否存在遮挡物的判断过程为：遮挡物，其具体为：
首先，将汽车前方路况的图像数据进行二值化处理，得到对应的灰度图像数据；
其次，计算灰度图像数据中连续黑色像素点的面积S；
最后，计算相邻时刻相同位置对应的连续黑色像素点的面积之差Δs，若Δs大于设定的判断阈值，则判断汽车挡风玻璃上存在遮挡物。
步骤3，开启激光雷达和汽车的双闪灯、雨刮器和加速度传感器；
具体地，双闪灯在接收到开启信号后，开始对前后车辆发出警示信号，提醒其保持车距；雨刮器在接收到开启信号后，通过往复摆动刮除位于挡风玻璃上的异物以保证驾驶员视线恢复正常；加速度传感器在接收到开启信号后，开始实时获取车辆横向加速度值，并将采集到的数值实时发送至数据处理单元；激光雷达在接收到开启信号后，开始实时采集每个前方车辆的点云数据，并将采集到的每个前方车辆的点云数据实时发送至数据处理单元。
步骤4，加速度传感器实时获取汽车的横向加速度，并据此判断当前时刻汽车行驶方向的偏离情况，根据汽车行驶方向的偏离情况，通过汽车的方向机调整汽车行驶方向；同时，激光雷达实时获取汽车与前方车辆之间的相对距离和相对速度，并据此判断当前时刻汽车与前方车辆之间的跟车距离是否安全，若否，则启动汽车的制动执行机构对汽车进行制动；从而完成汽车的辅助驾驶。
具体地，(1)判断汽车行驶方向偏离情况的具体过程为：如果汽车的横向加速度为正，则判断汽车向右侧偏离车道；如果汽车的横向加速度传感器为负，则判断汽车向右侧偏离车道；如果汽车的横向加速度为0，则判断汽车行驶方向无偏离。
(2)通过汽车的方向机调整汽车行驶方向，其具体为：当出现汽车的横向加速度连续t秒方向保持不变时，通过公式s＝at2/2计算出汽车的偏移距离，若汽车的偏移距离大于偏移阈值，开启汽车的方向机，向汽车偏移方向的反方向进行调整。本实施例中，偏移阈值的取值为0.02m。
(3)判断当前时刻汽车与前方车辆之间的跟车距离是否安全，其具体为：判断当前时刻汽车与前方车辆之间的相对距离是否小于安全距离阈值，若否，则开启汽车的制动执行机构对汽车进行制动。
实际上，在数据处理单元中，得到当前时刻自车与前方车辆之间的距离d。具体地说，前方车辆的点云数据为在以激光扫描雷达为原点的三维直角坐标系中的点云数据，该三维直角坐标系的X轴正向表示车道的横向向左方向，该三维直角坐标系的X轴负向表示车道的横向向右方向，该三维直角坐标系的Y轴正向表示车辆沿车道的行驶方向，该三维直角坐标系的Z轴正向表示竖直向上方向。本实施例需要的距离d即为自车与Y轴正向上的车辆间的距离。根据当前时刻自车与前方车辆之间的距离d，判断d是否小于安全距离阈值；数据处理单元在d小于阈值时，向制动执行机构发送制动信号。制动执行机构根据信号执行制动，从而防止自车与前车发生追尾。本发明实施例中，安全距离阈值的取值为50m。
以上所述，仅为本发明的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应以所述权利要求的保护范围为准。

Claims (8)

1.一种汽车挡风玻璃遮挡物检测及辅助驾驶***，其特征在于，包括：固定于车辆前方保险杠正中央的激光雷达、固定于车内后视镜后方的车载前视摄像头和数据处理单元；所述摄像头朝向汽车前方挡风玻璃；
所述摄像头的信号输出端与数据处理单元的第一信号输入端电连接，所述激光雷达的信号输出端与所述数据处理单元的第二信号输入端电连接，所述数据处理单元的开启信号输出端分别电连接所述激光雷达的触发端和汽车的双闪灯、雨刮器、加速度传感器的触发端；汽车的加速度传感器的信号输出端与数据处理单元的第三信号输入端电连接，所述数据处理单元的制动信号输出端与汽车的制动执行机构的控制端电连接，所述数据处理单元的转向信号输出端与汽车的方向机的控制端电连接；
所述摄像头用于采集汽车前方的路况信息；
所述激光雷达用于探测前方车辆的点云数据，进而得到前方车辆与自车之间的相对距离和相对速度；
所述数据处理单元用于根据接收到的前方路况信息判断汽车挡风玻璃是否存在遮挡物；并对激光雷达、汽车的双闪灯、雨刮器和加速度传感器发出开启信号；
所述数据处理单元还用于接收加速度传感器传输的汽车的横向加速度，并据此计算汽车的方向机和制动执行机构。
2.根据权利要求1所述的汽车挡风玻璃遮挡物检测及辅助驾驶***，其特征在于，所述数据处理单元为ARM处理器、单片机或工控机。
3.根据权利要求2所述的汽车挡风玻璃遮挡物检测及辅助驾驶***，其特征在于，所述激光雷达的扫描角度为190度，保护区域范围为7m，120毫秒分辨率为30-150mm。
4.一种汽车挡风玻璃遮挡物检测及辅助驾驶方法，其特征在于，包括以下步骤：
步骤1，对于行驶中的汽车，实时采集汽车的前方路况信息；
其中，所述前方路况信息为摄像头通过汽车挡风玻璃获取的汽车前方路况的图像数据。
步骤2，根据汽车的前方路况信息，判断当前时刻汽车的挡风玻璃上是否存在遮挡物；若是，转入步骤3，否则，保持正常行驶；
步骤3，开启激光雷达和汽车的双闪灯、雨刮器和加速度传感器；
步骤4，加速度传感器实时获取汽车的横向加速度，并据此判断当前时刻汽车行驶方向的偏离情况，根据汽车行驶方向的偏离情况，通过汽车的方向机调整汽车行驶方向；同时，激光雷达实时获取汽车与前方车辆之间的相对距离和相对速度，并据此判断当前时刻汽车与前方车辆之间的跟车距离是否安全，若否，则启动汽车的制动执行机构对汽车进行制动；从而完成汽车的辅助驾驶。
5.根据权利要求4所述的汽车挡风玻璃遮挡物检测及辅助驾驶方法，其特征在于，所述根据汽车的前方路况信息，判断当前时刻汽车的挡风玻璃上是否存在遮挡物，其具体为：
首先，将汽车前方路况的图像数据进行二值化处理，得到对应的灰度图像数据；
其次，计算灰度图像数据中连续黑色像素点的面积S；
最后，计算相邻时刻相同位置对应的连续黑色像素点的面积之差Δs，若Δs大于设定的判断阈值，则判断汽车挡风玻璃上存在遮挡物。
6.根据权利要求4所述的汽车挡风玻璃遮挡物检测及辅助驾驶方法，其特征在于，所述判断当前时刻汽车行驶方向的偏离情况，其具体为：如果汽车的横向加速度为正，则判断汽车向右侧偏离车道；如果汽车的横向加速度传感器为负，则判断汽车向右侧偏离车道；如果汽车的横向加速度为0，则判断汽车行驶方向无偏离。
7.根据权利要求4所述的汽车挡风玻璃遮挡物检测及辅助驾驶方法，其特征在于，所述根据汽车行驶方向的偏离情况，通过汽车的方向机调整汽车行驶方向，其具体为：当出现汽车的横向加速度a连续t秒方向保持不变时，通过公式s＝at2/2计算出汽车的偏移距离，若汽车的偏移距离大于偏移阈值，开启汽车的方向机，向汽车偏移方向的反方向进行调整。
8.根据权利要求4所述的汽车挡风玻璃遮挡物检测及辅助驾驶方法，其特征在于，所述判断当前时刻汽车与前方车辆之间的跟车距离是否安全，其具体为：判断当前时刻汽车与前方车辆之间的相对距离是否小于安全距离阈值，若否，则开启汽车的制动执行机构对汽车进行制动。
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