| 专利名称： | 一种汽车驾驶员视觉辅助增强系统 | ||
| 专利名称(英文)： | System for assisting and enhancing car driver' s vision | ||
| 专利号： | CN201510669050.3 | 申请时间： | 20151013 |
| 公开号： | CN105216715A | 公开时间： | 20160106 |
| 申请人： | 湖南七迪视觉科技有限公司 | ||
| 申请地址： | 410073 湖南省长沙市高新开发区尖山路39号中电软件园一期5栋601 | ||
| 发明人： | 阎勇; 傅丹 | ||
| 分类号： | B60R16/02 | 主分类号： | B60R16/02 |
| 代理机构： | 长沙正奇专利事务所有限责任公司 43113 | 代理人： | 马强; 王娟 |
| 摘要： | 本发明公开了一种汽车驾驶员视觉辅助增强系统，包括：图像采集模块：用于采集图像信号，并将采集的图像信号转换为数字图像信号，然后存储数字图像信号；图像处理模块：用于对数字图像信号进行图像合成和图像增强，然后将处理图像合成和图像增强后的数字图像信号转变成视频信号；视频输出模块：用于输出所述视频信号；视频显示模块：用于显示所述视频输出模块输出的视频信号。本发明结构简单、图像清晰度高、复原效果好、使用方便、成本低等优点，能够较好的实现行车环境中图像修正增强的目的，能在各种恶劣天气条件下给驾驶员提供良好的行车视野和行车图像。 | ||
| 摘要(英文)： | The invention discloses a system for assisting and enhancing car driver' s vision. The system comprises an image acquisition module, an image processing module, a video output module and a video display module. The image acquisition module is used for acquiring image signals, converting the acquired image signals into digital image signals, and storing the digital image signals. The image processing module is used for carrying out image synthesis and image enhancement on the digital image signals, and converting the digital image signal in to video signals after image synthesis and image enhancement. The video output module is used for outputting the video signals. The video display module is used for displaying the video signals output from the video output module. The system for assisting and enhancing car driver' s vision is simple in structure, high in image definition, good in recovery effect, convenient to use and low in cost, images can be corrected and enhanced during driving, and the system can provide good view and images during driving to a driver in various severe weathers. | ||
1.一种汽车驾驶员视觉辅助增强系统，其特征在于，包括： 图像采集模块：用于采集汽车四周的图像信号，并将采集的图像信号转换为数字图像信号，然后存储数字图像信号； 图像处理模块：用于对数字图像信号进行行坐标编码和图像增强，然后将处理后的数字图像信号转变成视频信号； 视频输出模块：用于输出所述视频信号； 视频显示模块：用于测量驾驶员头部偏转角，确定左眼显示区域和右眼显示区域，并根据图像采集模块的像素和所述左眼显示区域、右眼显示区域，计算出相应角度区域所需的视频信号列数，并输出该列数对应的视频信号到投影装置上。
2.根据权利要求1所述的汽车驾驶员视觉辅助增强系统，其特征在于，所述图像采集模块包括： 摄像头组：包括多个安装在汽车车体外部四角的摄像头，所述摄像头采集汽车四周的图像信号； 多个模数转换装置：每个模数转换装置与一个所述摄像头连接；用于对摄像头组采集的图像信号进行数字化处理，得到数字图像信号； 数据存储器：用于存储所述数字图像信号。
3.根据权利要求2所述的汽车驾驶员视觉辅助增强系统，其特征在于，所述摄像头为具有夜视功能的红外摄像头。
4.根据权利要求2所述的汽车驾驶员视觉辅助增强系统，其特征在于，所述图像处理模块包括： 处理器：对所述摄像头采集的图像信号的重叠区域进行裁剪，然后将裁剪后的图像信号合成为汽车前方和后方的完整视野图像，实现车头和车尾的180度无死角监控； 视频增强模块：对所述完整视野图像进行增强处理。
5.根据权利要求4所述的汽车驾驶员视觉辅助增强系统，其特征在于，所述视频增强模块采用CA-YM001云加速视频增强器。
6.根据权利要求1所述的汽车驾驶员视觉辅助增强系统，其特征在于，所述视频输出模块采用视频信号发射器。
7.根据权利要求6所述的汽车驾驶员视觉辅助增强系统，其特征在于，所述视频显示模块包括眼镜本体，所述眼镜本体上安装有用于接收所述视频信号发射器发送的视频信号的视频信号接收器、用于显示所述视频信号接收器发送的视频信号的图像显示装置、用于测量驾驶员头部偏转角的陀螺仪。
8.根据权利要求7所述的汽车驾驶员视觉辅助增强系统，其特征在于，所述视频信号接收器采用柏旗特PAT-226的视频信号发射器。
9.根据权利要求7所述的汽车驾驶员视觉辅助增强系统，其特征在于，所述图像显示模块采用单片DLP投影系统。
10.根据权利要求7所述的汽车驾驶员视觉辅助增强系统，其特征在于，所述左眼显示区域是指以驾驶员头部初始位置+偏转角为起点，左方94度区域和右方62度区域；右眼显示区域是指以驾驶员头部初始位置+偏转角为起点，左方62度和右方94度的区域。
1.一种汽车驾驶员视觉辅助增强系统，其特征在于，包括： 图像采集模块：用于采集汽车四周的图像信号，并将采集的图像信号转换为数字图像信号，然后存储数字图像信号； 图像处理模块：用于对数字图像信号进行行坐标编码和图像增强，然后将处理后的数字图像信号转变成视频信号； 视频输出模块：用于输出所述视频信号； 视频显示模块：用于测量驾驶员头部偏转角，确定左眼显示区域和右眼显示区域，并根据图像采集模块的像素和所述左眼显示区域、右眼显示区域，计算出相应角度区域所需的视频信号列数，并输出该列数对应的视频信号到投影装置上。
2.根据权利要求1所述的汽车驾驶员视觉辅助增强系统，其特征在于，所述图像采集模块包括： 摄像头组：包括多个安装在汽车车体外部四角的摄像头，所述摄像头采集汽车四周的图像信号； 多个模数转换装置：每个模数转换装置与一个所述摄像头连接；用于对摄像头组采集的图像信号进行数字化处理，得到数字图像信号； 数据存储器：用于存储所述数字图像信号。
3.根据权利要求2所述的汽车驾驶员视觉辅助增强系统，其特征在于，所述摄像头为具有夜视功能的红外摄像头。
4.根据权利要求2所述的汽车驾驶员视觉辅助增强系统，其特征在于，所述图像处理模块包括： 处理器：对所述摄像头采集的图像信号的重叠区域进行裁剪，然后将裁剪后的图像信号合成为汽车前方和后方的完整视野图像，实现车头和车尾的180度无死角监控； 视频增强模块：对所述完整视野图像进行增强处理。
5.根据权利要求4所述的汽车驾驶员视觉辅助增强系统，其特征在于，所述视频增强模块采用CA-YM001云加速视频增强器。
6.根据权利要求1所述的汽车驾驶员视觉辅助增强系统，其特征在于，所述视频输出模块采用视频信号发射器。
7.根据权利要求6所述的汽车驾驶员视觉辅助增强系统，其特征在于，所述视频显示模块包括眼镜本体，所述眼镜本体上安装有用于接收所述视频信号发射器发送的视频信号的视频信号接收器、用于显示所述视频信号接收器发送的视频信号的图像显示装置、用于测量驾驶员头部偏转角的陀螺仪。
8.根据权利要求7所述的汽车驾驶员视觉辅助增强系统，其特征在于，所述视频信号接收器采用柏旗特PAT-226的视频信号发射器。
9.根据权利要求7所述的汽车驾驶员视觉辅助增强系统，其特征在于，所述图像显示模块采用单片DLP投影系统。
10.根据权利要求7所述的汽车驾驶员视觉辅助增强系统，其特征在于，所述左眼显示区域是指以驾驶员头部初始位置+偏转角为起点，左方94度区域和右方62度区域；右眼显示区域是指以驾驶员头部初始位置+偏转角为起点，左方62度和右方94度的区域。
翻译：技术领域
本发明涉及图像数字化技术，图像信息处理技术和图像信息传递技术，具体是一种人性化的、具有图像增强功能的汽车驾驶员视觉辅助增强系统。
背景技术
随着我国前期的资源消耗型经济的大行其道，经济发展的同时对我国的生态环境造成了极大的破坏，各种极端天气(如：霾、雾等天气条件)成了家常便饭，这导致的了当今的许多驾驶活动都发生在苛刻的环境中。极端的天气导致的视野受限，减少了驾驶人的应激反应时间，这对行车安全造成了极大的隐患。同时，驾驶员坐在驾驶室通过转动头和身体只能看到有限的外部环境，导致在汽车行进及倒车过程中都存在很多盲点。特别对于一些角度较偏障碍物或者体积较小的物或人，经常无法看到而出现碰撞事故。
当前的许多行车记录装置在天气情况良好时拍摄效果比较清晰，但是在天气条件比较恶劣的情况下摄像效果变得比较模糊，严重时会产生比较严重的失真和信息丢失。同时，恶劣的天气条件对摄像系统的性能和稳定性也产生了较大的影响。而已有的一些方法，如：CadillacDeVille提供的一种驾驶员辅助系统、军用“夜视”适合在夜间检测车辆前方的对象；A·科梅纳雷兹、S·V·R·古特塔、M·特拉科维提出的利用图像增强提高汽车安全性的方法和系统等；他们或不能完全适应各种环境（http://www.gm.com/company/gmability/safety/crasheeavoidance/newfeatures/leightvision.html上的文档“DeVilleBecomesFirstCarToOfferSafetyBenefitsOfNightVision”中更详细地描述了该系统）；或成像效果不能很好满足现实需求。公开号为CN1921621A的专利提出了一种全景可视的驾驶辅助系统，但此系统只提供了车外的大视野图像，并没有对图像进行增强，导致此系统在恶劣的天气条件下无法满足行车需求。
同时，已有的车载辅助驾驶装置的显示方式，或采用屏幕显示，或采用抬头显示器；这些设计使得驾驶员在关注行车路况的同时，还要低头查看仪器屏幕，在人体反射弧的反应时间内，分散了驾驶员的注意力，极有可能出现安全事故，存在一定的安全隐患。
针对这些问题，需要设计一种系统：在拍摄时能获得较大的驾驶员视角，规避视野盲区；并且同时能有效的抑制天气条件给摄像效果带来的影响，并且能够对拍摄到的受天气干扰而退化的图像进行修正，将退化图像修正增强到比较清晰的情况，使得在恶劣的天气条件下，该摄像系统依然能够保持较好的稳定性和可靠性；更重要的是：改换车载图像增强监控系统辅助驾驶的方式，降低驾驶者的安全风险。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是，针对现有技术不足，提供一种汽车驾驶员视觉辅助增强系统。
为解决上述技术问题，本发明所采用的技术方案是：一种汽车驾驶员视觉辅助增强系统，包括：
图像采集模块：用于采集图像信号，并将采集的图像信号转换为数字图像信号，然后存储数字图像信号；
图像处理模块：用于对数字图像信号进行行坐标编码和图像增强，然后将处理后的数字图像信号转变成视频信号；
视频输出模块：用于输出所述视频信号；
视频显示模块：用于测量驾驶员头部偏转角，确定左眼显示区域和右眼显示区域，并根据图像采集模块的像素和所述左眼显示区域、右眼显示区域，计算出相应角度区域所需的视频信号列数，并输出该列数对应的视频信号到投影装置上。
所述图像采集模块包括：
摄像头组：包括多个安装在汽车车体外部四角的摄像头，所述摄像头采集汽车四周的图像信号；
多个模数转换装置：每个模数转换装置与一个所述摄像头连接；用于对摄像头组采集的图像信号进行数字化处理，得到数字图像信号；
数据存储器：用于存储所述数字图像信号。
所述摄像头为具有夜视功能的红外摄像头，能采集彩色图像，良好的复现驾驶者的正常视野，在亮度较低的环境下，也能正常工作。
所述图像处理模块包括：
处理器：对所述摄像头采集的图像信号的重叠区域进行裁剪，然后将裁剪后的图像信号合成为汽车前方和后方的完整视野图像，实现车头和车尾的180度无死角监控；
视频增强模块：对所述完整视野图像进行增强处理。
所述视频显示模块包括眼镜本体，所述眼镜本体上安装有用于接收所述视频信号发射器发送的视频信号的视频信号接收器、用于显示所述视频信号接收器发送的视频信号的图像显示装置。所述眼镜本体上安装有固定夹。该视频显示模块方便携带。
所述左眼显示区域是指以驾驶员头部初始位置+偏转角为起点，左方94度区域和右方62度区域；右眼显示区域是指以驾驶员头部初始位置+偏转角为起点，左方62度和右方94度的区域。
与现有技术相比，本发明所具有的有益效果为：本发明结构简单、图像清晰度高、复原效果好、使用方便、成本低等优点，能够较好的实现行车环境中图像修正增强的目的，能在各种恶劣天气条件下给驾驶员提供良好的行车视野和行车图像。
附图说明
图1是本发明的系统框图；
图2是本发明的系统工作流程图；
图3是结合本发明的一个实施例的车辆的俯视图；
图4是本发明的图像显示模块实例及其原理。
具体实施方式
如图1和图2所示，本发明摄像头采集的图像信号经过模数转换装置转换成数字图像信号，存储在数据存储器中；而后通过数据接口输送给图像处理模块，图像处理模块对图像进行修正和增强，得到的复原图像转变成视频信号，由视频信号发射模块发射，最后在图像显示模块接收显示。该系统的组成部分有图像采集模块、图像处理模块、视频输出模块和视频显示模块，其中图像采集模块包括组合摄像头组、模数转换装置、数据存储器。
本发明采用的摄像头的性能参数根据所辅助的汽车的尺寸大小和汽车的型号而选定，以保证视野范围内无死角。汽车车头和车尾的两端各放置一个摄像头，每个摄像头监控汽车的不同视野区域，然后对摄像头捕获的视频图像进行数字化处理，并储存在数据存储器中。由图像处理模块对车头和车尾的摄像头组拍摄的图像通过程序和算法合成为汽车前方和后方的完整视野图像，实现车头和车尾的180度无死角监控。
本发明采用的摄像头能采集彩色图像，良好的复现驾驶者的正常视野。
本发明采用的摄像头是具有夜视功能的红外摄像头，在亮度较低的环境下，也能良好的工作。
本发明中的图像处理模块的功能包括行坐标编码和图像增强。为保证系统的实时处理效率，采用ARM为核心处理器，通过ARM与图像合成算法的配合，并根据摄像头的位置、摆放角度、汽车的尺寸大小以及汽车的型号等数据对采集到的多个图像数据的重叠区域进行裁剪，合成为全景图像，合成的图像发送至视频图像增强器做修正增强处理。
本发明中的图像合成算法，不需要对图像进行过多处理，只根据摄像头的视角、摄像头的位置、摆放角度、汽车的尺寸大小以及汽车的型号等数据，以其中的一个摄像机的拍摄图像为中心，将另外一个辅助摄像机拍摄的图像进行裁剪合成，得到合成图像；这样以一个摄像机为中心合成的合成图像不会如以广角摄像机拍摄到的图像那样在左右两侧图像大幅变形。市面上的绝大多数图像处理软件都能完好地进行相关处理。
本发明中的图像增强方法可采用已有的复原效果好、技术成熟的图像增强算法或者市面上的图像增强器。目前，对图像增强算法的研究非常深入，得到复原效果好的产品也有很多（如公开号为CN101989350A的图像增强装置；再如北京云加速信息技术有限公司等公司研究出的视频增强器等等）。
摄像头安装在汽车车体四角，收集汽车四周的监控图像。
图3和是本发明一种实施例的摄像头安装方式。为了使位于汽车四角的摄像头a，b，c，d能完好的实现区域监控的目的，根据汽车的尺寸大小和型号调整摄像头安装的位置和角度，并将摄像头的视角信息、安装位置、角度等信息数字化后存入数据处理软件中，作为图像合成的辅助信息。同时，为保证系统全天候工作，采用具有红外夜视功能的彩色图像成像的摄像头。摄像机采集到的模拟视频数据，由模数转换装置转换成数字视频信号，数字视频信号经FIFO缓冲，最后被存储到数据存储器中。该模数装置采用高采样速率的视频解码芯片，数据存储器采用双端口存储体，它一端连接模数转换装置，存储实时的摄像头原始图像信息；另一端连接进行数字图像信息处理的部件ARM，保证了ARM在处理原始图像信息时也不影响图像信息的采集。
如图3所示，4个摄像头把汽车前方和后方的视野区域分成了四个部分，在保证了视野的同时，也存在视野的重叠区。这里我们采用ARM为核心处理器，利用ARM和相关优化处理软件对重叠区域进行裁剪，并结合摄像头的视角数据，摄像头的位置、摆放角度、汽车的尺寸大小以及汽车的型号等数据，通过软件的合成处理，生成汽车前方或后方180度无死角的完整图像。
如图1所示，我们在视频显示模块中采用北京云加速信息技术有限公司生产的型号为CA-YM001的云加速视频增强器。云加速视频增强器采用专有的硬件加速模块和特有的图像增强算法对图像进行修正增强处理，可以减小因恶劣天气对原始图像造成的影响，扩大图像中不同物体特征之间的差别，有目的地增强图像的整体或局部特征，还原图像真实色彩，提高图像的对比度、清晰度，从而改善图像质量，加强图像的判读和识别效果，充分发挥视频监控的效能，提升监控系统的效益。视频图像的处理速率25帧到30帧每秒，系统延迟1~2毫秒，满足系统和实际要求。
视频输出模块中采用柏旗特PAT-226的视频信号发射器，保证了在150m范围内接受到修成增强后的视频信号。该视频信号发射器有两个信号输入接口，可在汽车前方和后方的修正增强的视频信号的来回切换，保证信号的稳定性和实时性。
如图4所示，图像显示模块包括视频信号接收器和图像显示装置。这里视频信号接收器采用与柏旗特PAT-226配套的视频信号接收器，而图像显示模块我们采用美国德州仪器公司的单片DLP投影系统。DLP芯片是岂今为止是世界上最先进的光开关器件，含有200万个规则排列相互铰接的微型显微镜。每个显微镜的大小仅相当于头发丝的五分之一。白光通过色轮过滤器产生红、绿、蓝光，顺序打到DMD的表面上。显微镜开关及"开"或"关"的投影时间，依照色彩亮度来调谐。人的视觉器官将连续投射的色彩混在一起，于是便可以看到全色图像。最后DLP投影系统产生的影像根据光学反射投影的原理显示。即将DLP投影系统发出的光投到一块反射屏上，而后通过一块凸透镜折射到人体眼球，实现所谓的“一级放大”，在人眼前形成一个足够大的虚拟屏幕，显示经过修正、增强后的复原图像。
