CN113516039B - 一种限速识别及控制方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种限速识别及控制方法，基于当前路段上的道路限速牌上的限速值和限速补充信息判断当前路段上的理论限速值；基于车辆的转向灯状态和方向盘转角判断当前路段上的驾驶员期望路径轨迹；基于当前路段上的驾驶员期望路径轨迹判断和当前路段上的理论限速值获当前路段上的执行限速值；基于当前路段上的执行限速值和当前路段上的实际车速控制车辆加速或减速。本发明依靠车载摄像头，通过对车辆周边环境的检测，实时发送限速信息，并将限速信息传送给车速控制***，对车辆车速进行控制，使车辆在不违反交通安全法规的前提下，达到最大通行速度。
Description
技术领域
本发明属于车辆控制技术领域，具体公开了一种限速识别及控制方法。
背景技术
车速控制主要依靠驾驶员识别到道路限速牌后进行主动操纵。当驾驶员出现注意力不集中，疲劳驾驶或人眼错误识别，漏识别道路限速标志后，极易出现超速，甚至发生交通安全事故。为解决上述技术问题，现有技术主要通过导航和摄像头识别当前车道限速值，来提醒驾驶员当前车速要求。主要有如下问题：1.准确性不够。限速信息应包含下方的补充信息内容。由于无法识别补充信息，或通过不完全合理的策略(如匝道限速60km/h，当本车车速高于限速值40km/h时行驶时，***判断驾驶员无下匝道意图)***会提示错误。2.舒适性、安全性不够。由于无法准确判断车速，***无法做到自动控制车速。
中国发明专利CN109050529A的说明书中公开了一种匝道场景下的巡航车速控制装置及方法，所述装置包括匝道场景存储模块、前方道路信息获得模块、匝道场景判断模块、车辆状态获得模块、驾驶员意图判断模块、加速度获得模块和车速控制模块。匝道场景判断模块用于在巡航目标丢失后，根据前方道路信息，判断车辆是否处于匝道场景中，调用历史车辆状态信息。加速度获得模块用于根据历史车辆状态信息或者当前车辆状态信息，获得加速度。驾驶员意图判断模块用于判断车辆是否转弯。车速控制模块用于根据加速度及车辆转弯判断结果，控制车辆加速。所述装置能够避免在匝道场景下目标丢失后，发生突然加速的状况，提高了行车安全和驾驶体验。该技术方案的缺陷在于：无法判断车辆前方道路限速要求，减少了错误识别概率；以及通过驾驶员介入判断，实施驾驶员优先策略，功能及时自动，确保了功能便利性。
进一步的，中国发明专利CN105206068A的说明书中公开了一种基于车车通信技术进行高速公路合流区安全协调控制方法，首先判断车辆B的类型，如果是大型货车，根据车辆B的信息计算得到其到达合流区冲突区域的时间范围。以车辆B到达合流区冲突区域的时间菇E为限制条件，计算车辆A在车辆B的时间范围内到达冲突区域范围的速度区间，即最小和最大速度值。然后，比较车辆A当前的行驶速度，如果车辆A的行驶速度在这个速度范盟内，则会与车辆B在同一时间内到达冲突区域，需要对车辆A的速度进行调整，避免与车辆B发生冲突。最后根据车辆行驶向距，通过计算可以得到主路车辆A和匝道车辆B既避免冲突，又不影响通行效率的最佳建议速度望。通过语音或文字提醒驾驶人员采用建议的速度驾驶车辆。该技术方案存在的缺陷为：无法判断车辆前方道路限速要求，减少了错误识别概率；以及通过驾驶员介入判断，实施驾驶员优先策略，功能及时自动，确保了功能便利性。
发明内容
针对现有技术中存在的技术问题，本发明提供了一种限速识别及控制方法，其依靠车载摄像头，通过对车辆周边环境的检测，实时发送限速信息，并将限速信息传送给车速控制***，对车辆车速进行控制。使车辆在不违反交通安全法规的前提下，达到最大通行速度。
本发明公开了一种限速识别及控制方法，基于当前路段上的道路限速牌上的限速值和限速补充信息判断当前路段上的理论限速值；基于车辆的转向灯状态和方向盘转角判断当前路段上的驾驶员期望路径轨迹；基于当前路段上的驾驶员期望路径轨迹判断和当前路段上的理论限速值获当前路段上的执行限速值；基于当前路段上的执行限速值和当前路段上的实际车速控制车辆加速或减速。
在本发明的一种优选实施方案中，获取当前路段上的道路限速牌上限速值和限速补充信息的方法为：利用车载摄像头采集道路限速牌图片；对道路限速牌图片进行黑白二值化处理获取道路限速牌上的限速值和限速补充信息。
在本发明的一种优选实施方案中，所述限速补充信息包括中文字符、英文字符、***字符和特殊字符。
在本发明的一种优选实施方案中，获取当前路段上的道路限速牌上中文字符的方法为：获取当前路段上的道路限速牌上限速值和限速补充信息的方法为：利用车载摄像头采集道路限速牌图片；对道路限速牌图片进行黑白二值化处理；将包含中文字符的区域均匀划分若干小块，统计该区域内的黑色像素数量Nb和白色像素数量Nw，获取黑色和白色像素比值P1＝Nb/(Nb+Nw)，P2＝Nw/(Nb+Nw)；分别将P1和P2与补充信息图片的标定比值P对比，当P-5％＜(P1,P2)＜P+5％时，则获取该区域内的中文字符，否则过滤该区域内的中文字符。
在本发明的一种优选实施方案中，用于划分包含中文字符区域的小块形状为方形或棱形或三角形或多边形。
在本发明的一种优选实施方案中，基于车辆的转向灯状态和方向盘转角判断当前路段上的驾驶员期望路径轨迹的方法包括：获取车辆右侧车道线的数量N1；基于车道线的数量N1、方向盘转角Ws和右侧转向灯的启闭获取驾驶员期望路径轨迹。
在本发明的一种优选实施方案中，获取车辆右侧车道线的数量N1的方法包括：车载摄像头获取车辆前方的道路线图片并对其进行黑白二值化处理；当车载摄像头右侧的图片有像素跳变，则判断右侧有车道线，跳变的次数等于车道线的数量N1。
在本发明的一种优选实施方案中，当右侧转向灯关闭且N1＝1且-2°＜Ws＜2°，则判断驾驶员期望直行；当右侧转向灯开启且N1＝2且Ws＞5°，则判断驾驶员期望变道直行；当右侧转向灯开启且N1＝1且Ws＞5°则判断驾驶员期望驶入匝道。
在本发明的一种优选实施方案中，基于当前路段上的驾驶员期望路径轨迹与当前路段上的理论限速值相对应，则当前路段上的理论限速值等于当前路段上的执行限速值；基于当前路段上的驾驶员期望路径轨迹与当前路段上的理论限速值不对应，则过滤当前路段上的理论限速值，前一路段上的理论限速值等于当前路段上的执行限速值。
在本发明的一种优选实施方案中，当执行限速值＞当前路段上的实际车速时，***应在规定时间T范围内，增加发动机扭矩，使车辆加速到执行限速值；当执行限速值＜当前路段上的实际车速时，***应在规定时间T范围内，***应在规定时间T范围内，降低发动机扭矩，基于两级减速控制使车辆减速到执行限速值。
本发明的有益效果是：本发明通过摄像头识别限速信息，以及限速信息下方补充信息，准确的判断车辆前方道路限速要求，减少了错误识别概率。通过监测驾驶员意图，本车位置以及限速信息，及时提醒驾驶员，控制车速，并且实施两种不同加减速度策略，释放双脚，有助于提升驾驶员的舒适性和安全性。通过驾驶员介入判断，实施驾驶员优先策略，功能及时自动，确保了功能便利性。
附图说明
图1是本发明一种限速识别及控制方法的流程图；
图2是本发明一种限速识别及控制方法的中文字符识别示意图；
图3是本发明一种限速识别及控制方法的驾驶员期望路径轨迹示意图。
具体实施方式
下面通过附图以及列举本发明的一些可选实施例的方式，对本发明的技术方案(包括优选技术方案)做进一步的详细描述。显然，所描述的实施例仅仅是本发明的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
优选地，基于当前路段上的道路限速牌上的限速值和限速补充信息判断当前路段上的理论限速值；基于车辆的转向灯状态和方向盘转角判断当前路段上的驾驶员期望路径轨迹；基于当前路段上的驾驶员期望路径轨迹判断和当前路段上的理论限速值获当前路段上的执行限速值；基于当前路段上的执行限速值和当前路段上的实际车速控制车辆加速或减速。
优选地，获取当前路段上的道路限速牌上限速值和限速补充信息的方法为：利用车载摄像头采集道路限速牌图片；对道路限速牌图片进行黑白二值化处理获取道路限速牌上的限速值和限速补充信息。
优选地，所述限速补充信息包括中文字符、英文字符、***字符和特殊字符。
优选地，获取当前路段上的道路限速牌上中文字符的方法为：获取当前路段上的道路限速牌上限速值和限速补充信息的方法为：利用车载摄像头采集道路限速牌图片；对道路限速牌图片进行黑白二值化处理；将包含中文字符的区域均匀划分若干小块，统计该区域内的黑色像素数量Nb和白色像素数量Nw，获取黑色和白色像素比值P1＝Nb/(Nb+Nw)，P2＝Nw/(Nb+Nw)；分别将P1和P2与补充信息图片的标定比值P对比，当P-5％＜(P1,P2)＜P+5％时，则获取该区域内的中文字符，否则过滤该区域内的中文字符。
优选地，用于划分包含中文字符区域的小块形状为方形或棱形或三角形或多边形。
优选地，基于车辆的转向灯状态和方向盘转角判断当前路段上的驾驶员期望路径轨迹的方法包括：获取车辆右侧车道线的数量N1；基于车道线的数量N1、方向盘转角Ws和右侧转向灯的启闭获取驾驶员期望路径轨迹。
优选地，获取车辆右侧车道线的数量N1的方法包括：车载摄像头获取车辆前方的道路线图片并对其进行黑白二值化处理；当车载摄像头右侧的图片有像素跳变，则判断右侧有车道线，跳变的次数等于车道线的数量N1。
优选地，当右侧转向灯关闭且N1＝1且-2°＜Ws＜2°，则判断驾驶员期望直行；当右侧转向灯开启且N1＝2且Ws＞5°，则判断驾驶员期望变道直行；当右侧转向灯开启且N1＝1且Ws＞5°则判断驾驶员期望驶入匝道。
优选地，基于当前路段上的驾驶员期望路径轨迹与当前路段上的理论限速值相对应，则当前路段上的理论限速值等于当前路段上的执行限速值；基于当前路段上的驾驶员期望路径轨迹与当前路段上的理论限速值不对应，则过滤当前路段上的理论限速值，前一路段上的理论限速值等于当前路段上的执行限速值。
优选地，当执行限速值＞当前路段上的实际车速时，***应在规定时间T范围内，增加发动机扭矩，使车辆加速到执行限速值；当执行限速值＜当前路段上的实际车速时，***应在规定时间T范围内，***应在规定时间T范围内，降低发动机扭矩，基于两级减速控制使车辆减速到执行限速值。
用于实现本发明的具体步骤包括：
本***包含限速识别功能和限速控制功能两部分组成。限速识别功能主要通过摄像头识别道路上限速牌，特别是区别道路上匝道限速牌。准确判断当前车辆需要遵守的限速值。限速控制功能通过预测本车运行轨迹，当前位置以及识别的限速值，来提醒驾驶员以及自动控制本车行驶速度。限速识别是摄像头在上电之后，实时拍摄车辆前方视野图片。在抓取的图片中，分析出限速牌限速值以及下方的匝道等补充信息。
步骤1：限速标志位置确定。国家标准规定标准的限速信息应由红色圆圈，白色底色，中间是黑色数值构成，摄像头将先红色像素和其他颜色像素进行黑白二值化分类。图像中，黑色区域与白色区域在交界处，像素值发生突变。此时记录下图片像素的位置坐标。记录位置坐标的最左侧和最右侧为限速标志的长度及位置，最上侧和最下侧为限速标志的高度及位置。
步骤2：限速补充信息位置确认。匝道补充信息一般为白底黑字，放置在限速标志正下方。同步骤1，将补充信息白底部分位置进行定位。可以知道，补充信息的匝道，时间等信息在定位区域。
步骤3：限速补充信息内容文字隔离。补充信息一般由汉字、英文、时间等组成。常见的有“匝道”、“ramp”、“9:00-16:00”。摄像头将步骤2的补充信息区域进行黑白二值化区分。字体为黑色，补充信息背景为白色。摄像头在最左侧从上到下依次检测区域内的像素值，检查一列后，向右移动，重复上下检测。记录像素突变的位置坐标。可以观察到，如果检测每列像素过程中，有像素突变，此时可以判断，此列区域有补充信息内容。依次向右检查过程中，像素突变消失，可以判断，补充信息内容消失。根据上诉方法可以继续将补充信息内容进行区分隔离。如将匝道分离成“匝”和“道”两个文字区域。
步骤4：补充信息内容确认。将步骤3区分文字区域均匀分成若干小块，在划分的小块区域中，统计黑色像素数量Nb和白色像素数量Nw。计算黑色和白色像素比值P1＝Nb/(Nb+Nw)，P2＝Nw/(Nb+Nw)。当与本***中存储补充信息图片的比值P进行对比，P-5％＜(P1,P2)＜P+5％时，***判定前方有补充信息。小块形状可以为方形，菱形，不同的形状可以相互验证，提高准确性。
步骤5：限速值确认。同上述步骤，可以获得当前道路限速牌限速值。限速控制***是通过判断当前速度和当前道路限速值的大小，自动进行车速调整。
步骤6：路径预测。本***通过前方抓取的道路线图片，同样进行黑白二值化处理。在摄像机右侧的图像如有像素跳变，则判断右侧有车道线，跳变的次数与车道数量N1相同。检测时间适当延长，避免虚线等工况。举例，当跳变次数为1时，可判断当前车道为最右侧车道。本***还会检测当前车辆的转向灯状态，以及方向盘转角Ws。***通过上述检测，判断驾驶员期望路径轨迹。
当右侧转向灯关闭，N1＝1，-2°＜Ws＜2°，判断驾驶员期望直行，***提示限速值应为120km/h。如下直线行驶图示；
当右侧转向灯开启，N1＝2，Ws＞5°，判断驾驶员期望变道直行，***提示限速值应为120km/h。如下变道行驶图示；
当右侧转向灯开启，N1＝1,Ws＞5°，判断驾驶员期望驶入匝道，***提示限速值应为60km/h。
步骤7：限速提醒及控制检测。当识别到道路两侧的限速标志，特别的当识别到限速标志下有补充信息时，本***应根据上述步骤确认是否要提示驾驶员，或准备进行限速控制。举例，当***通过步骤6，判断驾驶员驾驶无驶入匝道意图，***如果识别到限速值，且限速值下方有“匝道”的文字补充信息，***会进行及时过滤，不提示匝道限速，且***继续按照之前限速值行驶。还有当识别到限速标志下，有规定时间，***会判断当前时间是否需要进行限速提醒或控制。
步骤8：限速控制。当前真实车速可以通过轮速传感器获得。将真实车速按照设定好的比值放大成仪表车速。通过以上步骤获得车辆需要遵守的限速信息后，本***将对比限速值V2和仪表车速V1大小。根据对比结果，***应将控制分为加速和减速两种状态。
当V2＞V1时，***应在规定时间T范围内，增加发动机扭矩，使车辆加速到V2。根据公式V2＝V1+a*T，计算出控制车速所需要的加速度值。
当V2＜V1时，***应在规定时间T范围内，将速度降低到限速值以下。根据公式V2＝V1*T+1/2*a*T2，计算出控制车速所需要的减速度值。***根据减速度值，分两级减速控制。
1.当减速度a大于设定值，仅通过停止发动机喷油，发动机进行反拖，降低车速；
2.当减速度a小于设定值时，***判定发动机反拖无法在规定时间内降低车速，此时ESC介入，增加主缸压力，加大减速度值，降低车速。
根据经验，***一般的规定时间T＝20s，减速度设定值为-0.35m/s2。如当限速值为100km/h,当前仪表车速为80km/h，***此时的加速度为0.28m/s2。当限速为60km/h，当前仪表车速为100km/h，***此时减速度应为-0.56m/s2。减速度小于设定值，应通过ESC增大主缸压力，加大减速度限定值。
步骤9：***退出。***控制车速，直到识别到新的限速值。***控制过程中，检测到驾驶员有踩刹车，快速转动方向盘等主动操作车辆动作时，判断驾驶员有接管车辆需求，或当前情况紧急。此时***退出，由驾驶员主动控制。
本发明通过准确识别匝道限速牌上的限速值，以及限速补充信息；通过识别补充信息位置，以及补充信息内容，判定准确的限速要求。通过准确的限速值以及驾驶员期望路径轨迹，来分级控制车速。CN105206068A仅公开以车辆B到达合流区冲突区域的时间范围为限制条件，计算车辆A在车辆B的时间范围内到达冲突区域范围的速度区间，即最小和最大速度值，没有给出任何的技术启示，且不是本领域的惯用技术手段或公知技术；同时本发明通过前方抓取的道路线图片，检测当前车辆的转向灯状态以及方向盘转角，判断驾驶员期望路径轨迹，进而判断当前时间是否需要进行限速提醒或控制，该控制过程为分级减速控制和分级加速控制；进一步的，本发明通过摄像头识别限速信息，以及限速信息下方补充信息，分别进行黑白二值化准确的判断车辆前方道路限速要求，减少了错误识别概率；另一方面通过监测驾驶员意图，本车位置以及限速信息，及时提醒驾驶员，控制车速，并且实施两种不同加减速度策略，释放双脚，有助于提升驾驶员的舒适性和安全性。通过驾驶员介入判断，实施驾驶员优先策略，功能及时自动，确保了功能便利性。
需要指出，本发明中所采用的黑白二值化属于现有技术，具体可参加中国发明专利CN110334601A说明书所公开的一种结合机器学习和计算机视觉的限速标志牌识别方法。
人员容易理解，以上仅为本发明的较佳实施例而已，并不以限制本发明，凡在本发明的精神和原则下所做的任何修改、组合、替换、改进等均包含在本发明的保护范围之内。
Claims (6)
1.一种限速识别及控制方法，其特征在于：基于当前路段上的道路限速牌上的限速值和限速补充信息判断当前路段上的理论限速值；基于车辆的转向灯状态和方向盘转角判断当前路段上的驾驶员期望路径轨迹；基于当前路段上的驾驶员期望路径轨迹判断和当前路段上的理论限速值获当前路段上的执行限速值；基于当前路段上的执行限速值和当前路段上的实际车速控制车辆加速或减速获取当前路段上的道路限速牌上限速值和限速补充信息的方法为：利用车载摄像头采集道路限速牌图片；对道路限速牌图片进行黑白二值化处理获取道路限速牌上的限速值和限速补充信息；所述限速补充信息包括中文字符、英文字符、***字符和特殊字符；获取当前路段上的道路限速牌上中文字符的方法为：获取当前路段上的道路限速牌上限速值和限速补充信息的方法为：利用车载摄像头采集道路限速牌图片；对道路限速牌图片进行黑白二值化处理；将包含中文字符的区域均匀划分若干小块，统计该区域内的黑色像素数量Nb和白色像素数量Nw，获取黑色和白色像素比值P1=Nb/（Nb+Nw），P2= Nw/（Nb+Nw）；分别将P1和P2与补充信息图片的标定比值P对比，当P-5%＜（P1,P2）＜P+5%时，则获取该区域内的中文字符，否则过滤该区域内的中文字符用于划分包含中文字符区域的小块形状为方形或棱形或三角形或多边形。
2.根据权利要求1所述的限速识别及控制方法，其特征在于：基于车辆的转向灯状态和方向盘转角判断当前路段上的驾驶员期望路径轨迹的方法包括：获取车辆右侧车道线的数量N1；基于车道线的数量N1、方向盘转角Ws和右侧转向灯的启闭获取驾驶员期望路径轨迹。
3.根据权利要求2所述的限速识别及控制方法，其特征在于：获取车辆右侧车道线的数量N1的方法包括：车载摄像头获取车辆前方的道路线图片并对其进行黑白二值化处理；当车载摄像头右侧的图片有像素跳变，则判断右侧有车道线，跳变的次数等于车道线的数量N1。
4.根据权利要求2所述的限速识别及控制方法，其特征在于：当右侧转向灯关闭且N1=1且-2°＜Ws＜2°，则判断驾驶员期望直行；当右侧转向灯开启且N1=2且Ws＞5°，则判断驾驶员期望变道直行；当右侧转向灯开启且N1=1且Ws＞5°则判断驾驶员期望驶入匝道。
5.根据权利要求1所述的限速识别及控制方法，其特征在于：基于当前路段上的驾驶员期望路径轨迹与当前路段上的理论限速值相对应，则当前路段上的理论限速值等于当前路段上的执行限速值；基于当前路段上的驾驶员期望路径轨迹与当前路段上的理论限速值不对应，则过滤当前路段上的理论限速值，前一路段上的理论限速值等于当前路段上的执行限速值。
6.根据权利要求1所述的限速识别及控制方法，其特征在于：当执行限速值＞当前路段上的实际车速时，***应在规定时间T范围内，增加发动机扭矩，使车辆加速到执行限速值；当执行限速值＜当前路段上的实际车速时，***应在规定时间T范围内，降低发动机扭矩，基于两级减速控制使车辆减速到执行限速值。
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