TWI401175B - Dual vision front vehicle safety warning device and method thereof - Google Patents

Description

雙視覺前車安全警示裝置及其方法

本發明係有關一種提供與前車安全距離警示之技術，特別是指一種雙視覺前車安全警示裝置及其方法。

按，過去的各種前車安全警示系統，大多利用雷射與雷達進行前方車輛與障礙物的距離估算，然後再由距離估算結果，防止前方碰撞情形產生，但此種系統不僅價格昂貴，且不具如車道偏離、道路標誌辨識等道路辨識的功能，因此前車安全警示系統之市場能見度相當低。

有鑑於此，影像式前車安全警示系統逐漸受到重視，影像擷取相較於雷射與雷達具有交通環境辨識(如車道線、交通號誌、障礙物)、整合性功能強大、價格較低廉等優點，但影像式前車安全警示系統卻因鏡頭選用不同，無法同時兼顧短距及長距偵測能力，因此現行影像式前車安全警示系統之偵測範圍大多為近距離偵測，尚無遠距離偵測相關產品，但在車用影像系統中，系統偵測範圍越大越好，且系統對於道路環境辨識能力越多越好，顯然上述方法都無法同時滿足此些需求。

因此，本發明即提出一種雙視覺前車安全警示裝置及其方法，以克服上述該等問題，具體架構及其實施方式將詳述於下。

本發明之主要目的在提供一種雙視覺前車安全警示裝置及其方法，其係在車輛上裝設至少二攝像裝置，以分別擷取近距視野影像及遠距視野影像，並對前方車距進行估算。

本發明之另一目的在提供一種雙視覺前車安全警示方法，其係依據攝像裝置之傾斜角度(仰角)所偵測到前車之距離進行交叉比對，以對粗估之車距進行校正，再判斷是否有偏離車道或車距過近之情況以提供警示。

本發明之再一目的在提供一種雙視覺前車安全警示方法，當該等攝像裝置具有相同仰角時，遠距視野影像之前車偵測與車距估算可由近距視野影像所偵測到之範圍與仰角來進行偵測，以避免因車身晃動而造成偵測遠距視野影像之困難。

為達上述之目的，本發明提供一種雙視覺前車安全警示裝置，包括一影像擷取單元，包含至少二攝像裝置，安裝於一車輛上，擷取車輛之前方道路環境之影像，影像至少包含完整之車道線；一車身訊號感測單元，用以感測車輛之至少一車身訊號，包括車輛之速度、是否有煞車與方向燈之訊號；一影像處理單元，用以處理該影像，計算車輛與影像中一前方車輛之車距；一系統警示判斷邏輯，依據影像處理單元所計算之結果並整合車身訊號，進行適應性巡航控制，並在車道偏離或車距過近時送出一控制訊號；以及至少一警示單元，與影像處理單元及車身訊號感測單元連接，受控制訊號驅動而發出一警示訊號以警示車輛之駕駛人。

本發明另提供一種雙視覺前車安全警示方法，包括下列步驟：利用安裝於一車輛上之一影像擷取單元擷取車輛之前方道路環境之至少一影像，影像至少包含完整之車道線；利用一影像處理單元處理影像，配合一車身訊號感測單元所感測到車輛之車身訊號，計算車輛與影像中一前方車輛之車距；以及當車道偏離或車距過近時，一系統警示判斷邏輯送出一控制訊號到至少一警示單元，驅動警示單元發出一警示訊號，以警示車輛之駕駛人。

底下藉由具體實施例詳加說明，當更容易瞭解本發明之目的、技術內容、特點及其所達成之功效。

本發明提供一種雙視覺前車安全警示裝置及其方法，可獲得環境辨識資訊，提供駕駛人智慧跟車功能並防範駕駛人不安全的駕駛行為，如車道偏離、前車車距過近等情形。

請參考第1圖，其為本發明之方塊圖，包括一影像擷取單元10、一影像處理單元12、一車身訊號感測單元14、一系統警示判斷邏輯16及至少一警示單元18，其中，影像擷取單元10包含至少二攝像裝置，其安裝於一車輛上，擷取前方道路環境之影像，且二攝像裝置係分別擷取近距視野影像及遠距視野影像；車身訊號感測單元14可感測車輛自身之速度、是否有煞車、是否有方向燈訊號等車身訊號；影像處理單元12中包含一車道線偵測演算法、一偵測角度演算法、一前車偵測演算法、一前車距離估算演算法及一偵測車距校正演算法，利用這些演算法，配合車身訊號感測單元14所感測到車身訊號，計算車輛與影像中前方車輛之車距；系統警示判斷邏輯16針對影像處理單元12所計算之結果，整合車身訊號，可進行適應性巡航控制或提出車道偏離、前車車距過近警示之控制訊號；警示單元18與影像處理單元12及車身訊號感測單元14連接，受車身訊號感測單元14所送出之控制訊號驅動而發出一警示訊號，如蜂鳴器之聲音、LED之燈光等效果，以警示車輛之駕駛人。

第2圖為本發明雙視覺前車安全警示方法之一實施例流程圖，步驟S10當本發明之裝置啟動後，在步驟S12利用車身訊號感測單元偵測車輛自身之時速是否超過一預設數值，在此實施例中之預設值為每小時60公里，若未超過預設時速則回到步驟S10，若超過預設時速則繼續下一步驟；車上裝設之二攝像裝置具有不同之仰角，分別擷取近距視野及遠距視野之影像並計算車距，如步驟S14～S20中一攝像裝置擷取近距視野影像，並利用車道線偵測演算法偵測車道線之位置，以決定車輛偵測區域，判斷車輛是否有偏離車道線，若近距視野影像中之車身延伸線有切割到車道線，且為開啟同向方向燈，則如步驟S22所述，警示單元發出一車道偏離警示訊號。而步驟S14’～S20’則是另一攝像裝置擷取遠距視野影像後，偵測車道線、決定車輛偵測區域並判斷車輛是否偏離車道線，若有偏離則進行步驟S22發出車道偏離的警示訊號。

若步驟S22及S22’判斷車輛未偏離車道線，則在步驟S24及S24’中二攝像裝置分別偵測近距視野之消失點及遠距視野之消失點，請同時參考第3A圖，圖中包含影像消失點、影像中心點及前方物體(前方車輛)，其中影像消失點與影像中心點之距離為d1，影像中心點與前方物體之距離為d2；接著在步驟S26及S26’中利用偵測角度演算法分別計算二攝像裝置之仰角，再於步驟S28及S28’利用前車偵測演算法偵測前方物體是否為車輛，首先辨識出車道，接著利用Sobel邊緣偵測法(Sobel Edge Detection)偵測前方物體之連續水平邊緣及對稱垂直邊緣，判斷該前方物體之寬度及高度是否與一般車輛符合，若符合，則在步驟S30及S30’中利用前車距離估算演算法計算與該前方物體之距離，其估算方法請同時參考第3B圖，車輛20上裝設有二攝像裝置22(從側面看重疊)，攝像裝置22之高度為H，與前方車輛24之距離為D，二攝像裝置22之焦距同為f，仰角分別為α1、α2，車距D之計算公式如下：

D=H*tan(α1+α2)=H*((1-tanα1*tanα2)/(tanα1+tanα2))

其中tanα1=d1/f，tanα2=d2/f，而可估算出粗估之前車車距。

估算出前車車距後，近距視野及遠距視野之攝像裝置分別在步驟S32及S32’中判斷前方預設距離內是否有車存在，於本實施例中係設定30～50公尺，如第4圖所示，近距視野影像及遠距視野影像之30～50公尺處為重疊區域，若此重疊區域中沒有車輛，近距視野影像部分會如步驟S36中配合車輛自身之車速判斷車距是否過近，若是，則如步驟S38送出前方防撞警示訊息；但，若在此重疊區域中具有一前方車輛，則在步驟S34中利用偵測車距校正演算法對該前方車輛之粗估車距進行再校正。

第2圖中之步驟S34請同時參考第5A圖及第5B圖之再校正流程，於第5A圖步驟S50～S52中，先偵測遠距偵測位置至近距影像之車輛特徵，根據偵測位置的Sobel邊緣偵測法偵測前方車輛之連續水平邊緣及連續垂直邊緣，判斷是否與一般車輛之大小符合，若是，則在步驟S54～S56中偵測近距偵測位置至遠距影像的車輛特徵，同樣利用Sobel邊緣偵測法，再次判斷是否與一般車輛符合，若是，則進行步驟S58之車輛樣板比對，反之，則採用遠距視野偵測位置。若在步驟S52時判斷為不符合，則步驟S62～S64中同樣利用Sobel邊緣偵測法，改偵測近距偵測位置至遠距影像之車輛特徵，判斷是否與一般車輛相符，若是，則採用近距視野偵測位置，反之，則代表偵測失敗，至下一個畫面時再重新偵測。而步驟S58之車輛樣板比對流程係如第5B圖所示，如步驟S70所述擷取遠距視野影像之前方車輛區塊，並在步驟S72中對車輛區塊進行縮放處理，縮放比例為近距影像之車寬/遠距影像之車寬，再於步驟S74將車輛區塊相減，以比對車輛區塊；步驟S76判斷相減後之差值是否小於預設之閥值，若否，則如步驟S78所述偵測失敗，至下一畫面時再重新偵測，反之，若差值小於閥值，則在步驟S79中將車距輸出。

利用第5B圖步驟S79中輸出之車距，在第2圖之步驟S36中搭配車輛自身之車速，判斷與前車之車距是否過近，若是，則在步驟S38中送出前方防撞警示。

第2圖之步驟S32’中，遠距視野影像判斷30～50公尺範圍內是否有車輛存在，若有則如上所述進行再校正，若否，則如步驟S40、S42所示，發出小型車警示或大型車警示，其中小型車警示之作動流程如第6A圖所示，步驟S400提供遠距影像車距，在步驟S402中搭配車身訊號感測單元所送出之車身訊號(如車速)判斷車距是否大於預設之安全距離，若否，再於步驟S404判斷車距是否小於二分之一的車速(此為本實施例之預設值)，若是，則送出前方防撞警示，提醒駕駛人車距過近；若在步驟S402中判斷出車距小於安全距離，再於步驟S408中判斷車速乘以設定時間是否大於車距，若是，則於步驟S410中自動將油門減速，若否，則步驟S412將油門加速，此步驟S410及S412為適應性巡航控制，由本發明之雙視覺前車安全警示裝置控制油門，與前方車輛保持依車速換算之安全距離，倘若此時踩煞車，則適應性巡航控制功能關閉。大型車警示之作動流程如第6B圖所示，步驟S420提供遠距影像車距，並在步驟S422中搭配自身車速判斷車距是否小於車速減20(此為本實施例之預設值)，若是則送出前方防撞警示訊號，若否則回到步驟S420。

本發明之一特點在於有二攝像裝置分別擷取近距視野影像及遠距視野影像，因此二攝像裝置之仰角不同，但當二攝像裝置具有相同仰角時，則如第7圖所示，步驟S16’~S28’全部可省略，依據近距視野影像所決定之車輛偵測區域來進行步驟S28之遠距視野車輛偵測，且依據近距視野之攝像裝置的仰角來估算遠距視野影像中之前方車輛車距。

綜上所述，本發明所提供之雙視覺前車安全警示裝置及其方法利用包含至少二攝像裝置之影像擷取單元同時擷取近距視野影像及遠距視野影像，可進行車道線偵測及前方車距估算，並以兩視野影像所偵測之距離進行交叉比對，以校正估算之車距，更結合車身訊號判斷是否需發出警示，可進行車道偏離、前方防撞警示及適應性巡航控制，不會因車身晃動而造成判斷錯誤。

唯以上所述者，僅為本發明之較佳實施例而已，並非用來限定本發明實施之範圍。故即凡依本發明申請範圍所述之特徵及精神所為之均等變化或修飾，均應包括於本發明之申請專利範圍內。

10．．．影像擷取單元

12．．．影像處理單元

14．．．車身訊號感測單元

16．．．系統警示判斷邏輯

18．．．警示單元

20．．．車輛

22．．．攝像裝置

24．．．前方車輛

第1圖為本發明雙視覺前車安全警示裝置之方塊示意圖。

第2圖為本發明雙視覺前車安全警示方法之一實施例之流程圖。

第3A圖為偵測消失點之示意圖，第3B圖為依據攝像裝置仰角估算前方車距之示意圖。

第4圖為近距視野影像與遠距視野影像重疊之示意圖。

第5A圖及第5B圖為車距再校正之流程圖。

第6A圖及第6B圖分別為小型車警示及大型車警示之流程圖。

第7圖為本發明中二攝像裝置具有相同仰角時之實施例之流程圖。

Claims (10)

1. 一種雙視覺前車安全警示裝置，包括：一影像擷取單元，包含至少二攝像裝置，安裝於一車輛上，擷取該車輛之前方道路環境之影像，該影像至少包含完整之車道線；一車身訊號感測單元，用以感測該車輛之至少一車身訊號，包括該車輛之速度、是否有煞車與方向燈之訊號；一影像處理單元，包含一車道線偵測演算法、一偵測角度演算法、一前車偵測演算法、一前車距離估算演算法及一偵測車距校正演算法，以處理該影像，計算該車輛與該影像中一前方車輛之車距；一系統警示判斷邏輯，依據該影像處理單元所計算之結果並整合該車身訊號，以進行適應性巡航控制，並在車道偏離或車距過近時送出一控制訊號；以及至少一警示單元，與該影像處理單元及該車身訊號感測單元連接，受該控制訊號驅動而發出一警示訊號以警示該車輛之駕駛人。
2. 如申請專利範圍第1項所述之雙視覺前車安全警示裝置，其中該前車距離估算演算法係針對該等攝像裝置所偵測到之該前方車輛計算一粗估車距，而該偵測車距校正演算法係對該車距進行比對並校正出正確之該車距。
3. 如申請專利範圍第1項所述之雙視覺前車安全警示裝置，其中該攝像裝置之仰角不同時，擷取之該影像分別為一遠距視野影像及一近距視野影像，依據該遠距視野影像及該近距視野影像中該前方車輛與該攝像裝置之仰角，利用該偵測角度演算法計算該前方車輛之車距。
4. 一種雙視覺前車安全警示方法，包括下列步驟：利用安裝於一車輛上之一影像擷取單元中至少二攝像裝置分別擷取該車輛之前方道路環境之至少一影像，該影像至少包含完整之車道線；利用一影像處理單元處理該等影像，配合一車身訊號感測單元所感測到該車輛之至少一車身訊號，計算該車輛與該等影像中一前方車輛之車距；以及當車道偏離或車距過近時，一系統警示判斷邏輯送出一控制訊號到至少一警示單元，以驅動該警示單元發出一警示訊號，以警示該車輛之駕駛人。
5. 如申請專利範圍第4項所述之雙視覺前車安全警示方法，其中該影像擷取單元所包含之該等攝像裝置為互補式金氧半導體(CMOS)或電荷耦合元件(CCD)，該等攝像裝置分別擷取一近距視野影像及一遠距視野影像。
6. 如申請專利範圍第4項所述之雙視覺前車安全警示方法，其中該影像處理單元利用一車道線偵測演算法、一偵測角度演算法、一前車偵測演算法、一前車距離估算演算法及一偵測車距校正演算法計算該車輛與車道線及前車之距離。
7. 如申請專利範圍第6項所述之雙視覺前車安全警示方法，其中該前車偵測演算法係利用Sobel邊緣偵測法偵測前方一目標物之水平邊緣及垂直邊緣，判斷該目標物之寬度及高度是否與一般車輛符合，若符合則利用該前車距離估算演算法計算與該目標物之距離。
8. 如申請專利範圍第6項所述之雙視覺前車安全警示方法，其中該前車距 離估算演算法係針對該等攝像裝置所偵測到之該前方車輛計算一粗估車距，而該偵測車距校正演算法係對該車距進行比對並校正出正確之該車距。
9. 如申請專利範圍第6項所述之雙視覺前車安全警示方法，其中該攝像裝置之仰角不同時，擷取之該等影像分別為一遠距視野影像及一近距視野影像，依據該遠距視野影像及該近距視野影像中該前方車輛與該攝像裝置之仰角，利用該偵測角度演算法計算該前方車輛之車距。
10. 如申請專利範圍第5項所述之雙視覺前車安全警示方法，其中該近距視野影像及該遠距視野影像各計算出一車距，交叉比對後對該車距進行再校正。