| 专利名称： | 一种基于对危险品运输车辆识别的汽车安全行驶预警装置 | ||
| 专利名称(英文)： | A based on the identification of dangerous goods transport vehicle warning device for automobile safety | ||
| 专利号： | CN201510464952.3 | 申请时间： | 20150731 |
| 公开号： | CN105160885A | 公开时间： | 20151216 |
| 申请人： | 吉林大学 | ||
| 申请地址： | 130012 吉林省长春市前进大街2699号 | ||
| 发明人： | 刘玉梅; 乔宁国; 郭艳秀; 熊明烨; 赵聪聪; 杨思航; 卢政旭; 葛琦; 张宏涛; 陈云; 张志远; 徐观; 陈熔; 张立斌; 戴建国; 苏建 | ||
| 分类号： | G08G1/017 | 主分类号： | G08G1/017 |
| 代理机构： | 长春吉大专利代理有限责任公司 22201 | 代理人： | 朱世林; 崔斌 |
| 摘要： | 本发明涉及车辆技术领域，具体地说是一种基于对危险品运输车辆识别的汽车安全行驶预警装置。该装置包括车辆信息获取模块、信息处理模块、语音报警模块和辅助模块；车辆信息获取模块包括图像信息获取模块和前方车辆行驶状态的信息采集模块；图像信息获取模块通过PPI接口与信息处理模块中的DSP连接；前方车辆行驶状态的信息采集模块通过I/O串行接口与信息处理模块中的DSP连接；语音报警模块通过SPI总线与信息处理模块中的DSP连接；辅助模块通过线路与车辆信息获取模块、信息处理模块、语音报警模块相联。本发明通过对危险品运输车辆进行图像识别，检测出车辆的车速和车距，利用语音报警将信息提示给驾驶员，降低了与危险品运输车辆发生碰撞机率。 | ||
| 摘要(英文)： | The invention relates to the technical field of vehicles, in particular to a based on the identification of dangerous goods transport vehicle warning device for automobile safety. The device comprises a vehicle information acquisition module, information processing module, voice alarm module and the auxiliary module; vehicle information acquisition module includes an Image information acquisition module and in front of vehicle running state information acquisition module; Image information acquiring module through PPI interface with the information processing module is connected to DSP; the driving state of a vehicle in front of the information acquisition module through I/O Serial interface with the information processing module is connected to DSP; voice alarm module through the SPI bus in the information processing module is connected to DSP; auxiliary module through line and the vehicle information acquisition module, information processing module, is connected with the voice alarm module. This invention, through the dangerous goods transport vehicle for Image recognition, detect the speed of the vehicle and vehicle distance, using a voice alarm information to the driver, a dangerous goods transport of reducing the probability of a vehicle collision. | ||
1.一种基于对危险品运输车辆识别的汽车安全行驶预警装置，其特征在于，该装置包括车辆 信息获取模块（1）、信息处理模块（2）、语音报警模块（3）和辅助模块（4）；其中所述的车 辆信息获取模块（1）用来获取前方行驶车辆的信息，包括图像信息获取模块和前方车辆行驶 状态的信息采集模块；所述的信息处理模块（2）用于整个系统的信息处理和控制；所述的图 像信息获取模块通过PPI接口与信息处理模块（2）中的DSP连接；所述的前方车辆行驶状 态的信息采集模块通过I/O串行接口与信息处理模块（2）中的DSP连接；所述的语音报警 模块（3）通过SPI总线与信息处理模块（2）中的DSP连接；所述的辅助模块（4）通过线 路与车辆信息获取模块（1）、信息处理模块（2）、语音报警模块（3）相联。
2.根据权利要求1所述的一种基于对危险品运输车辆识别的汽车安全行驶预警装置，其特征 在于，所述的图像信息获取模块包括摄像头（12）和视频解码芯片；所述的摄像头（12）与 视频解码芯片相联；所述的视频解码芯片与DSP相联；所述的摄像头（12）固定在汽车前挡 风玻璃的正上方，用于采集前方车辆危险标识图像信息并传给视频解码芯片；所述的视频解 码芯片对采集到的视频信息进行解码，将模拟视频信号转换成设定格式的数字信号，该数字 信号通过PPI接口传输到DSP中。
3.根据权利要求1所述的一种基于对危险品运输车辆识别的汽车安全行驶预警装置，其特征 在于，所述的前方车辆行驶状态的信息采集模块包括雷达传感器（13）、信号调理模块以及 A/D转换器；所述的雷达传感器（13）与信号调理模块的电路相联；所述的信号调理模块的 电路再与A/D转换器相联；所述的A/D转换器与DSP相联；所述的雷达传感器（13）输出 的混频模拟信号经信号调理模块对其进行增大输入阻抗、减小输出阻抗、消除干扰波、运算 放大等处理，处理后的模拟信号再经A/D转换器转换成数字信号传到DSP中。
4.根据权利要求1所述的一种基于对危险品运输车辆识别的汽车安全行驶预警装置，其特征 在于，所述的信息处理模块（2）还包括存储模块；所述的DSP通过DMA方式与存储模块 相联；所述的信息处理模块（2）中的DSP用于对视频解码芯片的配置、图像信息的处理和 识别、雷达传感器的信息处理和控制以及对语音报警模块（3）的控制；所述的存储模块包括 SDRAM和FLASH两种存储单元；所述的SDRAM作为系统内存，用于储存图像信息以及算 法的参数等数据量较大的数据块；所述的FLASH用于保存程序及数据，以便能脱机运行。
5.根据权利要求1所述的一种基于对危险品运输车辆识别的汽车安全行驶预警装置，其特征 在于，所述的语音报警模块（3）包括语音芯片、滤波电路及扬声器；所述的语音芯片与滤波 电路相联，扬声器与滤波电路连接；所述的DSP通过控制语音芯片发出信号，经滤波电路传 至扬声器将处理的最终结果播放出来，DSP对语音芯片的控制通过SPI总线来实现。
6.根据权利要求1所述的一种基于对危险品运输车辆识别的汽车安全行驶预警装置，其特征 在于，所述的辅助模块（4）包括电源模块、时钟模块和复位电路；所述的电源模块将汽车蓄 电池的电压通过稳压电路连接降压芯片将12V电压转换成12V、12V、7.5V、3.3V、3V分别 供给摄像头（12）、雷达传感器（13）、DSP、视频解码芯片和语音芯片；所述的时钟模块是 由时钟电路连接DSP和视频解码芯片，为DSP提供30MHz的时钟，为视频解码芯片提供 27MHz的时钟；所述的复位电路与DSP相联用来提供手动复位以及上电自动复位的功能。
1.一种基于对危险品运输车辆识别的汽车安全行驶预警装置，其特征在于，该装置包括车辆 信息获取模块（1）、信息处理模块（2）、语音报警模块（3）和辅助模块（4）；其中所述的车 辆信息获取模块（1）用来获取前方行驶车辆的信息，包括图像信息获取模块和前方车辆行驶 状态的信息采集模块；所述的信息处理模块（2）用于整个系统的信息处理和控制；所述的图 像信息获取模块通过PPI接口与信息处理模块（2）中的DSP连接；所述的前方车辆行驶状 态的信息采集模块通过I/O串行接口与信息处理模块（2）中的DSP连接；所述的语音报警 模块（3）通过SPI总线与信息处理模块（2）中的DSP连接；所述的辅助模块（4）通过线 路与车辆信息获取模块（1）、信息处理模块（2）、语音报警模块（3）相联。
2.根据权利要求1所述的一种基于对危险品运输车辆识别的汽车安全行驶预警装置，其特征 在于，所述的图像信息获取模块包括摄像头（12）和视频解码芯片；所述的摄像头（12）与 视频解码芯片相联；所述的视频解码芯片与DSP相联；所述的摄像头（12）固定在汽车前挡 风玻璃的正上方，用于采集前方车辆危险标识图像信息并传给视频解码芯片；所述的视频解 码芯片对采集到的视频信息进行解码，将模拟视频信号转换成设定格式的数字信号，该数字 信号通过PPI接口传输到DSP中。
3.根据权利要求1所述的一种基于对危险品运输车辆识别的汽车安全行驶预警装置，其特征 在于，所述的前方车辆行驶状态的信息采集模块包括雷达传感器（13）、信号调理模块以及 A/D转换器；所述的雷达传感器（13）与信号调理模块的电路相联；所述的信号调理模块的 电路再与A/D转换器相联；所述的A/D转换器与DSP相联；所述的雷达传感器（13）输出 的混频模拟信号经信号调理模块对其进行增大输入阻抗、减小输出阻抗、消除干扰波、运算 放大等处理，处理后的模拟信号再经A/D转换器转换成数字信号传到DSP中。
4.根据权利要求1所述的一种基于对危险品运输车辆识别的汽车安全行驶预警装置，其特征 在于，所述的信息处理模块（2）还包括存储模块；所述的DSP通过DMA方式与存储模块 相联；所述的信息处理模块（2）中的DSP用于对视频解码芯片的配置、图像信息的处理和 识别、雷达传感器的信息处理和控制以及对语音报警模块（3）的控制；所述的存储模块包括 SDRAM和FLASH两种存储单元；所述的SDRAM作为系统内存，用于储存图像信息以及算 法的参数等数据量较大的数据块；所述的FLASH用于保存程序及数据，以便能脱机运行。
5.根据权利要求1所述的一种基于对危险品运输车辆识别的汽车安全行驶预警装置，其特征 在于，所述的语音报警模块（3）包括语音芯片、滤波电路及扬声器；所述的语音芯片与滤波 电路相联，扬声器与滤波电路连接；所述的DSP通过控制语音芯片发出信号，经滤波电路传 至扬声器将处理的最终结果播放出来，DSP对语音芯片的控制通过SPI总线来实现。
6.根据权利要求1所述的一种基于对危险品运输车辆识别的汽车安全行驶预警装置，其特征 在于，所述的辅助模块（4）包括电源模块、时钟模块和复位电路；所述的电源模块将汽车蓄 电池的电压通过稳压电路连接降压芯片将12V电压转换成12V、12V、7.5V、3.3V、3V分别 供给摄像头（12）、雷达传感器（13）、DSP、视频解码芯片和语音芯片；所述的时钟模块是 由时钟电路连接DSP和视频解码芯片，为DSP提供30MHz的时钟，为视频解码芯片提供 27MHz的时钟；所述的复位电路与DSP相联用来提供手动复位以及上电自动复位的功能。
翻译：技术领域
本发明涉及车辆技术领域，具体地说是一种基于对危险品运输车辆识别的汽车安全行 驶预警装置。
背景技术
危险品运输是特种运输的一种，是指专门组织或技术人员对非常规物品使用特殊车辆进 行的运输。危险品的运输存在巨大的危险性，稍不注意可能会造成物资损失或者人员伤亡。 随着经济迅速的发展，危险品的生产、运输和使用也呈现不断上升的趋势，如今我国已成 为仅次于美国的世界危险化学品生产和应用大国。危险品造福人类的同时，其运输也给我 们带来了巨大的安全隐患，现如今关于危险品运输的安全保障还仅限于对危险品运输车辆 的安全控制，仍然存在着很大的安全漏洞。例如2012年6月一辆重型半挂油罐车在广州市 沿江高速公路南岗段夏港入口附近，临时停靠在道路外侧车道和应急车道中间时，被一辆 个体经营货车从后方追尾碰撞，引发交通事故。事故造成油罐车(载重40吨)所载溶剂油泄 漏，并顺着高速公路排水管流至桥底排水沟，遇火源引起爆燃，大火迅速引燃桥下一露天 木材加工场堆放的木板及临时搭建的工棚，致使木材加工场近千平方木屋顶被掀飞、坍塌， 数十辆货车、小车全部被焚毁，造成20人死亡，31人受伤，其中16人重伤。2012年8月 内蒙古呼和浩特市一大型卧铺客车在高速公路段与一辆解放牌危险品运输车辆追尾相撞， 造成甲醇泄漏并瞬间起火，导致卧铺客车上36人死亡、3人受伤。由此可见，车辆与危险 品运输车相撞的交通事故比普通车辆的事故造成的伤亡更严重。因此，发明一种能对危险 品运输车辆识别的汽车安全行驶预警装置，避免上述案例事故发生是十分必要的。
发明内容
本发明提供了一种结构简单，通过对前方危险品运输车辆的识别，对驾驶员进行提醒， 避免与危险品运输车发生碰撞造成无法挽回的损失的基于对危险品运输车辆识别的汽车安 全行驶预警装置。
本发明技术方案结合附图说明如下：
一种基于对危险品运输车辆识别的汽车安全行驶预警装置，该装置包括车辆信息获取 模块1、信息处理模块2、语音报警模块3和辅助模块4；其中所述的车辆信息获取模块1 用来获取前方行驶车辆的信息，包括图像信息获取模块和前方车辆行驶状态的信息采集模 块；所述的信息处理模块2用于整个系统的信息处理和控制；所述的图像信息获取模块通 过PPI接口与信息处理模块2中的DSP连接；所述的前方车辆行驶状态的信息采集模块通 过I/O串行接口与信息处理模块2中的DSP连接；所述的语音报警模块3通过SPI总线与 信息处理模块2中的DSP连接；所述的辅助模块4通过线路与车辆信息获取模块1、信息 处理模块2、语音报警模块3相联。
所述的图像信息获取模块包括摄像头12和视频解码芯片；所述的摄像头12与视频解 码芯片相联；所述的视频解码芯片与DSP相联；所述的摄像头12固定在汽车前挡风玻璃的 正上方，用于采集前方车辆危险标识图像信息并传给视频解码芯片；所述的视频解码芯片 对采集到的视频信息进行解码，将模拟视频信号转换成设定格式的数字信号，该数字信号 通过PPI接口传输到DSP中。
所述的前方车辆行驶状态的信息采集模块包括雷达传感器13、信号调理模块以及A/D 转换器；所述的雷达传感器13与信号调理模块的电路相联；所述的信号调理模块的电路再 与A/D转换器相联；所述的A/D转换器与DSP相联；所述的雷达传感器13输出的混频模 拟信号经信号调理模块对其进行增大输入阻抗、减小输出阻抗、消除干扰波、运算放大等 处理，处理后的模拟信号再经A/D转换器转换成数字信号传到DSP中。
所述的信息处理模块2还包括存储模块；所述的DSP通过DMA方式与存储模块相联； 所述的信息处理模块2中的DSP用于对视频解码芯片的配置、图像信息的处理和识别、雷 达传感器13的信息处理和控制以及对语音报警模块3的控制；所述的存储模块包括SDRAM 和FLASH两种存储单元；所述的SDRAM作为系统内存，用于储存图像信息以及算法的参 数等数据量较大的数据块；所述的FLASH用于保存程序及数据，以便能脱机运行。
所述的语音报警模块3包括语音芯片、滤波电路及扬声器；所述的语音芯片与滤波电 路相联，扬声器与滤波电路连接；所述的DSP通过控制语音芯片发出信号，经滤波电路传 至扬声器将处理的最终结果播放出来，DSP对语音芯片的控制通过SPI总线来实现。
所述的辅助模块4包括电源模块、时钟模块和复位电路；所述的电源模块将汽车蓄电 池的电压通过稳压电路连接降压芯片将12V电压转换成12V、12V、7.5V、3.3V、3V分别 供给摄像头12、雷达传感器13、DSP、视频解码芯片、语音芯片；所述的时钟模块是由时 钟电路连接DSP和视频解码芯片，为DSP提供30MHz的时钟，为视频解码芯片提供27MHz 的时钟；所述的复位电路与DSP相联用来提供手动复位以及上电自动复位的功能。
本发明的有益效果为：本发明结构简单，通过安装在车上的摄像头12和雷达传感器13 将前方车辆信息传给处理器，经处理器处理判别。当发现危险品运输车辆时，通过语音报 警的方式提醒驾驶员，减少事故的发生，有助于汽车的安全行驶。
附图说明
图1为本发明原理框图；
图2为本发明侧视安装示意图；
图3为本发明主视安装示意图；
图4为本发明工作流程图；
图5为本发明图像处理过程流程图；
图6为本发明识别模板库中的危险品标志模板图。
具体实施方式
参阅图1，一种基于对危险品运输车辆识别的汽车安全行驶预警装置，该装置包括车 辆信息获取模块1、信息处理模块2、语音报警模块3和辅助模块4；其中所述的车辆信息 获取模块1用来获取前方行驶车辆的信息，例如前车车辆类型、车速与车距，包括图像信 息获取模块和前方车辆行驶状态的信息采集模块；所述的信息处理模块2用于整个系统的 信息处理和控制；所述的像信息获取模块通过PPI接口与信息处理模块2中的DSP(处理 器)连接；所述的前方车辆行驶状态的信息采集模块通过I/O串行接口与信息处理模块2 中的DSP(处理器)连接；所述的语音报警模块3通过SPI总线与信息处理模块2中的DSP (处理器)连接；所述的辅助模块4通过线路与车辆信息获取模块1、信息处理模块2、语 音报警模块3相联。
本发明所用的DSP(处理器)可以选用Blackfin系列的DSP处理器，该类型的处理器 除了具备普通微处理器所强调的高速运算和控制功能外，还能快速地实现对信号的采集、 变换估值、增强、压缩、识别等处理。
参阅图2、图3，所述的图像信息获取模块包括摄像头12和视频解码芯片；所述的摄 像头12与视频解码芯片相联；所述的视频解码芯片与DSP(处理器)相联；所述的摄像头 12采用高清CCD摄像头通过固定装置11固定在汽车前挡风玻璃的正上方。本发明所用的视 频解码芯片可选用型号为ADV611的芯片。摄像头12负责采集前方车辆的危险标识图像信 息，并将其传给视频解码芯片ADV611，视频解码芯片ADV611对采集到的视频信息进行解码， 并将模拟视频信息转换成设定格式的数字信号，该数字信号通过PPI接口传输到DSP(处 理器)中。
参阅图2、图3，所述的前方车辆行驶状态的信息采集模块包括雷达传感器13、信号 调理模块以及A/D转换器；所述的雷达传感器13安装在汽车前保险杠处。所述的雷达传感 器13与信号调理模块的电路相联；所述的A/D转换器与信号调理模块的电路相联。本发明 所用的雷达传感器13可采用77Ghz雷达传感器13。77Ghz雷达传感器13输出的混频模拟 信号经信号调整模块对其进行增大输入阻抗、减小输出阻抗、消除干扰波、运算放大等处 理，处理后的模拟信号再经A/D转换器转换成数字信号传到处理器中。
所述的信息处理模块2是整个系统的信息处理及核心控制部分，还包括存储模块；所 述的DSP(处理器)通过DMA(直接内存存取)方式与存储模块相联；其中所述的信息处 理模块2中的DSP(处理器)主要完成对解码芯片ADV611的配置、图像信息的处理和识别 以、77Ghz雷达传感器13的信息处理和控制及对语音报警模块3的控制；所述的存储模块 包括SDRAM和FLASH两种存储单元；所述的SDRAM作为系统内存，主要用于储存图像 信息以及算法的参数等数据量较大的数据块；所述的FLASH用于保存程序及数据，以便能 脱机运行。
所述的语音报警模块3包括语音芯片、滤波电路及扬声器；所述的语音芯片与滤波电 路相联，扬声器与滤波电路连接；本发明所用的语音芯片采用ISD4002系列的语音芯片。 所述的DSP(处理器)通过控制语音芯片ISD4002发出信号，经滤波电路传至扬声器将处 理的最终结果播放出来，DSP(处理器)对语音芯片ISD4002的控制通过SPI(串行外设接 口)总线来实现。
所述的辅助模块4包括电源模块、时钟模块和复位电路；所述的电源模块将汽车蓄电 池的电压通过稳压电路连接降压芯片将12V电压转换成12V、12V、7.5V、3.3V、3V分别 供给摄像头12、雷达传感器13、DSP(处理器)、视频解码芯片、语音芯片；所述的时钟模 块是由时钟电路连接DSP(处理器)和视频解码芯片，为DSP(处理器)提供30MHz的时 钟，为视频解码芯片提供27MHz的时钟；所述的复位电路与DSP(处理器)相联用来提供 手动复位以及上电自动复位的功能。
参阅图4、6，本发明的具体工作过程为：在汽车启动后，一方面高清CCD摄像头12 采集前方车辆的单帧图像，并将其传送至DSP(处理器)，DSP(处理器)将获得的图像经 过图像处理、识别并与存储器中根据国家标准GB13392-2005建立的识别模板库中的危险品 标志模板进行匹配计算。另一方面77Ghz雷达传感器13会不断地发出信号至DSP(处理器)， DSP(处理器)通过该信号可计算出前方车辆的距离和车速。如果匹配成功，说明前方为危 险品运输车辆，DSP(处理器)将信息发送至语音芯片ISD4002通过扬声器发出“前方## 米处发现##危险品运输车辆，请注意保持安全距离”样式的语音警示。如果匹配不成功， 则返回初始化状态。
其图像处理与识别的具体过程参阅图5所示，包括图像预处理、图像定位、图像字符 分割、图像识别等过程。
本发明图像预处理具体过程及原理如下：由于CCD摄像机12采集到的包含危险车辆和 背景以及标志牌的图像是BMP格式的24位真彩图像。它包含RGB三个基色，因为彩色图 像包含的信息量要远大于灰度图像，在处理时无疑会大大增加处理量，所以，我们在对带 有危险品标志的运输车辆图像进行预处理时将原始图像进行灰度化处理。现假设CCD摄像 机拍摄到的24位真彩图像中的任一点的像素为(i，j)，RGB三基色分量分别为R(i，j)、 G(i，j)和B(i，j)，进行灰度变换时采用如下公式：
Gray(i，j)＝WR×R(i，j)+WG×G(i，j)+WB×B(i，j)
上式中，WR，WG，WB分别表示R、G、B三基色对应的权值，也就是此三个基色在 灰度变换中的权重大小。
对于危险品标志图像来说，由于我们关注的区域只是标志牌的字符区域，其余汽车和 背景部分不予考虑，故对图像的噪声处理要求并不高，也不要求完好地保证图像质量，所 以，在对带有危险品标志牌的危险车辆图像进行降噪时，我们采用中值滤波去噪的方法将 图像中包含的噪声和冗余数据予以去除。并对图像进行二值化处理，其处理方法为：假设 一幅灰度图像为f(x,y)，经二值化处理后的图像为g(x,y)，阈值为T，那么二值化过程按下 式进行：那么二值化过程按下式进行：
本发明图像定位过程及原理如下：图像定位一般包括粗定位和精确定位两部分。采用 基于数学形态学对危险品运输车辆标志牌进行粗定位，它的目标是在一幅车辆原始图像中， 大致地确定出标志牌所在的位置。再根据标志牌的边界与其他区域的颜色和灰度的较大差 值，其边缘在图像灰度值上会体现出突变的特点，我们采用边缘检测定位方法对标志牌进 行精确定位。
本发明图像字符分割过程及原理如下：根据标准GB13392-2005可知，危险品运输车辆 标志牌的字符都是汉字，但是由于其汉字数量不等，所以我们将对其进行字符分割。由于 汉字字符不具有连通性，所以可采用投影字符分割方法进行字符分割。
本发明图像识别是采用模板匹配字符识别方法对标志牌字符进行识别。
