基于前视摄像头的红绿灯防抢跑系统的制作方法

1.本发明涉及了一种基于前视摄像头的红绿灯防抢跑系统，尤其是涉及了一种基于前视摄像头的防抢跑控制系统和控制方法。


背景技术：

2.随着世界范围内各国生活水平的提高，汽车保有量持续地增加，同时各类交通事故以及由此引发的人员伤亡和财产损失案例也不断增长。据权威部门统计，在红灯转绿灯，或者绿灯转红灯时，因为驾驶员估计不好时间，或者急于赶时间的心态而抢跑，由此造成的交通撞击事故居高不下。除了需要对驾驶员进行安全教育，克服其着急赶路的心态，合理的分配好行程的时间规划，更需要设计出一套智能驾驶安全辅助系统，在红绿灯进行切换的时间点，对出现的抢跑行为进行抑制，本着“宁可多花费时间等待红绿灯，而绝不抢跑”的原则，以避免可能出现的撞击事故。


技术实现要素：

3.为了解决背景技术中存在的问题，本发明所提供一种基于前视摄像头的红绿灯防抢跑系统及控制方法，能有效减少碰撞事故的发生，保护人员和财产安全。
4.本发明主要针对在以下两种工况：(1)交通路口，绿灯即将转换成黄灯时，如果在倒计时指示的时间间隔范围内，以当前车速匀速行驶无法通过斑马线，则放弃通行，对驾驶员的加速行为进行抑制；(2)交通路口，红灯转换成绿灯前，禁止本车抢跑通行。通过以上工况的系统干预，能够避免这种人为模糊的判断而发生路口碰撞事故的情况。
5.如图1所示，本发明采用的技术方案是：
6.一、一种基于前视摄像头的红绿灯防抢跑系统：
7.包括前视摄像头，前视摄像头安装在本车车辆前方，拍摄本车车辆前方图像进而图像识别获得红绿灯路口车况信息和信号灯信息，并发送给系统主控；
8.包括系统主控，接收来自前视摄像头的红绿灯路口车况和信号灯信息进行处理，同时通过can网络得到本车车辆的转向灯信号、车速信息、方向盘角度等信息进行判断获得行驶方式判定结果：若要减速刹车不通过路口，则产生制动控制信号发送制动系统模块；
9.包括制动系统模块，接收来自系统主控的制动控制信号进而车辆减速。
10.所述前视摄像头安装在本车车辆的挡风玻璃处。
11.还包括中控屏，所述的系统主控中根据行驶方式判定结果向中控屏发送提示预警信号，中控屏从系统主控接收到提示预警信号后在屏幕上显示以给驾驶员进行提醒提示控制。
12.所述的系统主控根据红绿灯路口车况信息和信号灯信息进行处理，区分红灯转绿灯和绿灯转红灯两种工况，分别进行判断：
13.1)当通过前视摄像头的图像识别出在绿灯转红灯的工况下：
14.通过红绿灯路口车况信息、当前车速、车辆转向灯等信息处理获得本车车辆通过
路口的企图，再结合当前的车速判断是否能安全通过路口：
15.若能安全通过路口，则产生抑制加速的控制信号，保持目前车速通过路口；
16.若不能安全通过路口，则产生制动控制信号采取减速控制车辆在停止线前刹停；
17.2)当通过前视摄像头的图像识别出在红灯转绿灯的工况下，则在识别到绿灯前保持产生抑制加速和保持静止的控制信号，以预防信号灯转变为绿灯前提前抢跑。
18.二、应用于上述防抢跑辅助系统的一种通过路口的控制算法：
19.通过前视摄像头实时获得当前本车和对向来车之间的距离、相对速度，按照以下进行判断处理：
20.1)当通过前视摄像头的图像识别出在绿灯转红灯的工况下，先按照以下公式判断：
[0021]vx
*t
x
≥d l 0.5s
[0022]
其中，v
x
为当通过前视摄像头图像识别出绿灯闪烁时的系统主控采集到的车辆瞬时速度；t
x
为通过前视摄像头图像识别出的绿灯闪烁的倒计时；d为通过前视摄像头图像识别出的车辆距前方人行道的距离；l为车辆前方的人行道宽度；s为路口的宽度；
[0023]
若满足上式，则不予以介入车辆自动控制；
[0024]
若不满足上式，则进入制动环节，产生制动控制信号经制动系统模块进行制动控制；
[0025]
通过制动系统模块控制车辆进行制动减速，减速过程分为四个阶段，四个阶段依次分为延迟阶段、减减速阶段、匀减速阶段和加减速阶段；
[0026]
其中，延迟阶段、减减速阶段、匀减速阶段和加减速阶段的时长分别为td、δt1、δt2、δt3，延迟阶段的初始时刻为0，延迟阶段、减减速阶段、匀减速阶段和加减速阶段的结束时刻分别为t1、t2、t3、t4；
[0027]
按照以下公式设置状态下的制动减速度a(t)：
[0028][0029]
其中，a(t)表示时刻t的制动减速度大小，j
min
表示制动减速度变化率的下限值，a
max
表示最大减速度，j
max
表示制动减速度变化率的上限值。
[0030]
且在制动结束后，车辆速度等于0，车辆与人行道之间的距离大于等于预设的安全距离x，按照以下公式设置：
[0031][0032][0033]
[0034]
其中，x表示安全距离，d表示车辆和路口的人行道之间的距离，v(t4)表示时刻t4下的车辆实际的速度变化量，v(t)表示时刻t下的车辆实际的速度变化量；a(t)表示时刻t的制动减速度大小；v
x
表示车辆当前的瞬时速度，v0表示车辆在路口的人行道前的安全距离x处所达到的安全速度；
[0035]
2)当通过前视摄像头的图像识别出红灯闪烁即将变绿灯时，生成不加速控制信号，使得强制控制车辆的车速和加速度皆为0。
[0036]
本发明的红绿灯防抢跑系统在本车车辆上，通过本车车辆车身前方布置的前视摄像头探测本车到红绿灯路口的停止线之间的纵向距离以及信号灯的倒计时数字。
[0037]
本发明的有益效果是：
[0038]
本发明可以避免驾驶员在情绪上冲动、估计能力不足等影响因素下发生的路口抢跑事件。例如赶时间这类事件会让人在主观上忽视安全交规而更希望争抢这几秒的时间；而新手司机则常因经验不足而无法较好的判断能否在红绿灯变更前通过路口。该发明借助精密仪器自动判断，能良好的处理上述事件。
[0039]
通过这种准确判断是否处于抢跑的车辆状态并给驾驶员以提示预警信号的方式，本发明能够较为有效的减少此类在路口时的碰撞事故的发生，避免人员伤亡和财产损失。
附图说明
[0040]
图1为本发明控制系统的系统框图俯视图；
[0041]
图中：1、前视摄像头，2、系统主控，3、制动系统模块，4、can网络。
[0042]
图2为基于前视摄像头的红绿灯防抢跑系统算法流程图；
[0043]
图3为基于前视摄像头的绿灯转红灯车辆行驶示意图；
[0044]
图中车辆检测到绿灯闪烁时的瞬时速度为v
x
，绿灯闪烁的剩余时间为t
x
，d为车辆检测到绿灯闪烁时距离人行道的距离，l为人行道的宽度，s为两人行道间距离。
[0045]
图4为基于前视摄像头的红灯转绿灯车辆行驶示意图；
[0046]
图中v0为车辆检测到红灯闪烁时的瞬时速度，t
x
为红灯闪烁的剩余时间。
[0047]
图5为本发明具体实施的制动的减速度曲线示意图。
具体实施方式
[0048]
下面结合附图及具体实施例对本发明作进一步详细说明。
[0049]
如图1所示，具体实施的系统包括前视摄像头，前视摄像头安装在车挡风玻璃处，拍摄车前方图像并识别对向来车、红绿灯、倒计时牌上数字，并将相关数据发送给系统主控；
[0050]
前视摄像头1，前视摄像头1安装在本车车辆前方，具体安装在本车车辆的挡风玻璃处。拍摄本车车辆前方图像进而图像识别获得红绿灯路口车况信息和信号灯信息，并发送给系统主控2；红绿灯路口车况信息包括车辆距前方人行道的距离，信号灯信息包括红绿灯闪烁的情况。
[0051]
前视摄像头1自身带有处理器，能够快速识别红灯、绿灯、倒计时数字、斑马线等信息。
[0052]
系统主控2，接收来自前视摄像头1的红绿灯路口车况和信号灯信息进行处理，同
时通过can网络4得到本车车辆的转向灯信号、车速信息、方向盘角度等信息进行判断获得行驶方式判定结果：若要减速刹车不通过路口，则产生制动控制信号发送制动系统模块3；
[0053]
通过本车can网络得到本车的转向灯信号、车速信息、方向盘角度信息，并通过这些信息计算出本车是否有危险的抢跑迹象，进而完成红灯切换成绿灯前的抑制和绿灯切换成红灯的加速通过时的减速或刹车干预，产生行驶控制信号进而控制本车的行驶工作。
[0054]
包括制动系统模块3，接收来自系统主控2的制动控制信号进而车辆减速。
[0055]
中控屏，布置在本车车辆内，系统主控2中根据行驶方式判定结果向中控屏发送提示预警信号，中控屏从系统主控2接收到提示预警信号后在屏幕上显示以给驾驶员进行提醒提示控制，进行加速抑制辅助，实现防抢跑抑制。
[0056]
系统主控2根据红绿灯路口车况信息和信号灯信息进行处理，区分红灯转绿灯和绿灯转红灯两种工况，分别进行判断：
[0057]
本发明系统能够实现：
[0058]
1)当通过前视摄像头1的图像识别出在绿灯转红灯的工况下：
[0059]
通过红绿灯路口车况信息、当前车速、车辆转向灯等信息处理获得本车车辆通过路口的企图，再结合当前的车速判断是否能安全通过路口：
[0060]
若能安全通过路口，则产生抑制加速的控制信号并发送到发动机，保持目前车速通过路口；
[0061]
若不能安全通过路口，或者存在禁止通行的情况，则产生制动控制信号采取减速控制车辆在停止线前刹停。
[0062]
2)当通过前视摄像头1的图像识别出在红灯转绿灯的工况下，则在识别到绿灯前保持产生抑制加速和保持静止的控制信号并发送到发动机，以预防信号灯转变为绿灯前提前抢跑，禁止该种驾驶行为。
[0063]
本系统主要依靠安装在车辆前挡风玻璃的前视摄像头对前方的路况信息进行感知监控，安装在车辆前挡风玻璃的前视摄像头可以识别到前方行人和车辆、红绿灯、倒计时牌和停止线，再通过本车车身can网络得到本车的行驶状态，结合以上前视图像判断是否处于路口的路况信息，进而判断是否进行针对抢跑行为的提早抑制控制。
[0064]
针对上述工况1)，当遇到行驶到路口保持直行且无转向意图时，系统检测到前方信号灯为绿灯，且已经出现倒计时数字指示，同时视觉系统识别到了本车当前位置到停止线的距离。根据以上数据，系统依据能否过停止线的计算法则，判断出是否可以通过该路口。如果计算结果表明可以通过该路口，则不进行在停止线前刹停等干预措施，但会抑制在当前车速基础上进行加速等操作。如果计算结果表明不可以通过该路口，则会进行主动干预以达到车辆停在停止线前指定距离内。以上结果判定会输送给中控屏，通过中控屏显示预警图标并发送语音提示预警信息给驾驶员按照当前车速能否通过路口，减少碰撞事故的发生。
[0065]
针对上述工况2)，当车辆在路口等待红灯变成绿灯时，如果系统检测到前方信号灯仍然为红灯，但倒计时牌显示特定数字指示时，且未变为零时，系统将抑制本车提前起步加速通过路口。以上结果判定会输送给中控屏，通过中控屏显示预警图标并发送语音提示预警信息给驾驶员按照当前车速能否通过路口，减少碰撞事故的发生。
[0066]
通过这种准确判断是否处于抢跑的车辆状态并给驾驶员以提示预警信号的方式，
本系统能够较为有效的减少此类在路口时的碰撞事故的发生，避免人员伤亡和财产损失。
[0067]
本发明的实例工作过程是：
[0068]
安装在车辆前挡风玻璃处的前视摄像头可以识别前方信号灯及斑马线信息，判断出路口的交通指挥信息；依据本车的速度、转向灯和方向盘信号，判断出本车直行通过交通路口的意图；结合以上两者，判断出车辆在红灯闪烁和绿灯闪烁两种情况下的抢跑倾向。
[0069]
当本系统开始运行时，优先判断信号灯的当前状况。若无红绿灯闪烁现象，则无控制命令；当检测到红灯闪烁时，系统会减速或强制驻车防止车辆抢跑；当车辆检测到绿灯闪烁时，进一步判断能否在红灯亮起前通过，若能够在红灯亮起前通过，则系统无控制命令输出，若判断无法在剩余时间内通过，则系统会强制减速以保证在人行道前刹停。
[0070]
具体实施中，按照以下算法控制车辆防止抢跑。算法控制在红绿灯路口维持当前车速匀速前行，不加速。
[0071]
如图2所示，通过前视摄像头实时获得当前本车和对向来车之间的距离、相对速度，按照以下进行判断处理：
[0072]
1)当通过前视摄像头1的图像识别出在绿灯转红灯的工况下，如图3所示，先按照以下公式判断：
[0073]vx
*t
x
≥d l 0.5s
[0074]
其中，v
x
为当通过前视摄像头1图像识别出绿灯闪烁时的系统主控2采集到的车辆瞬时速度；t
x
为通过前视摄像头1图像识别出的绿灯闪烁的倒计时；d为通过前视摄像头1图像识别出的车辆距前方人行道的距离；l为车辆前方的人行道宽度；s为路口的宽度；
[0075]
若满足上式，则不予以介入车辆自动控制；
[0076]
若不满足上式，则进入制动环节，产生制动控制信号经制动系统模块3进行制动控制；
[0077]
实际制动的减速度曲线如图5所示，通过制动系统模块3控制车辆进行制动减速，减速过程分为四个阶段，四个阶段按照时间顺序依次分为延迟阶段、减减速阶段、匀减速阶段和加减速阶段；
[0078]
其中，延迟阶段、减减速阶段、匀减速阶段和加减速阶段的时长分别为td、δt1、δt2、δt3，延迟阶段的初始时刻为0，延迟阶段、减减速阶段、匀减速阶段和加减速阶段的结束时刻分别为t1、t2、t3、t4；
[0079]
延迟阶段为主控系统判断出前方道路的斑马线有被干扰车遮挡或者遮挡的风险开始介入控制后的延迟时间，用于计算车辆的制动过程的时间。δt2为减速区，δt1、δt3为首尾的缓冲区，td为车辆检测到目标后的延迟时间。最大减速度a
max
和减速度变化率jerk不能过大，在制动首尾各设置一个缓冲区。
[0080]
这样在制动首尾各设置一个缓冲区，减速度a
max
和减速度变化率j
max
都不过大，提高驾驶的舒适性。
[0081]
按照以下公式设置状态下的制动减速度a(t)：
[0082]
[0083]
其中，a(t)表示时刻t的制动减速度大小，j
min
表示制动减速度变化率的下限值，a
max
表示最大减速度，j
max
表示制动减速度变化率的上限值。
[0084]
通过can网络4获得车辆当前的瞬时速度v
x
，通过前视摄像头1拍摄的图像识别出当前车辆与路口人行道之间的距离d；预先设置到达路口人行道前的安全距离s以及车辆在路口人行道前的安全距离s处达到的安全速度v0。
[0085]
且在制动结束后，车辆速度等于0，车辆与人行道之间的距离大于等于预设的安全距离x，按照以下公式设置：
[0086][0087][0088][0089]
其中，x表示安全距离，d表示车辆和路口的人行道之间的距离，v(t4)表示时刻t4下的车辆实际的速度变化量，v(t)表示时刻t下的车辆实际的速度变化量；a(t)表示时刻t的制动减速度大小；v
x
表示车辆当前的瞬时速度，v0表示车辆在路口的人行道前的安全距离x处所达到的安全速度。
[0090]
2)当通过前视摄像头1的图像识别出红灯闪烁即将变绿灯时，如图4所示，生成不加速控制信号，使得强制控制车辆的车速和加速度皆为0，以预防驾驶员提前抢跑。