[发明专利]一种基于图像的车辆防撞预警方法

权利要求书

1.一种基于图像的车辆防撞预警方法，其特征在于，包括如下步骤：

A、图像采集，利用车载视觉传感器采集前方路面图像；

B、车辆检测与跟踪，结合车辆的一系列显著特征，在图像中对车辆目标进行检测与提取，并且在之后图像内跟踪该车辆目标；

C、车辆跟踪Nc帧以上后，开始提取图像中车辆宽度的像素变化；

D、计算目标车辆与本车之间的碰撞时间TTC，并分析目标车辆相对行驶状态；

E、结合预设阈值TTC1，TTC2，0＜TTC2＜TTC1；对TTC进行安全警报等级分析，当TTC大于TTC1时，认为车辆行驶安全；当TTC介于TTC1与TTC2之间时，认为车辆有与前车接触的危险，发出一声警报；当TTC小于TTC2时，认为接触危险非常紧迫，发出急促的警报。

2.根据权利要求1所述的基于图像的车辆防撞预警方法，其特征在于，在图像采集过程中，所采用的视觉传感器安装在车辆内部面向前方，并以固定频率Δf＝1/Δt采集前方道路数据图像，或采用计时器对所采集图像进一步筛选使得帧间时差为Δt。

3.根据权利要求1所述的基于图像的车辆防撞预警方法，其特征在于：确定图像中车辆宽度像素W与车距Z成反比关系，并满足如下条件：

W*Z＝fcam*Wcar*Aw/Wcam＝常数G

其中：fcam为视觉传感器的焦距，单位为毫米mm；Wcar为目标车辆的实际宽度，单位为mm；Aw为图像水平分辨率，单位为像素pixel；Wcam为视觉传感器的靶面尺寸，单位为mm；当在跟踪同一辆车时，上述公式右边的值固定为一个常数G；该帧间图像中车辆宽度的像素变化量能够有效反映两车之间距离的变化。

4.根据权利要求1所述的基于图像的车辆防撞预警方法，其特征在于，步骤C所述目标车辆与本车之间碰撞时间TTC的计算方法过程包括如下步骤：

C1、获取三帧连续图像中目标车辆跟踪结果，其中：设定0为当前帧图像，1为上帧图像，2为上上帧图像，帧间时间为视觉传感器采集周期Δt，单位为毫秒ms；

C2、在三帧连续图像中，已知图像中车宽分别为W1、W2、W3，单位为pixel；设定相对车距分别为Z0、Z1、Z2，单位为mm；设定相对车速为V0、V1、V2，单位mm/ms；设定相对加速度为α，单位为mm/ms²；

C3、在当前帧有对距离变化的预测公式：

Z=Z0+V0T+12aT2;]]>

表示在T时间后的两车的车距，当车辆即将碰撞时，取Z＝0，则计算得碰撞时间为：

TTC=-V0-V02-2aZ0a]]>①

C4、由于车速是距离变化的反映量，即可表示为距离Z的微分形式，因此当前相对车速推导为：

V0=ΔZΔt=Z0-Z1Δt=GW0-GW1Δt=GΔt*W1-W0W1*W0]]>②

C5、由于加速度是车速变化的反映量，即可表示为车速的微分形式，因此当前相对加速度推导为：

a=ΔVΔt=V0-V1Δt=GW0-GW1Δt]]>

=GΔt2*W0*W1+W1*W2-2*W1*W2W0*W1*W2]]>③

C6、将公式②③代入公式①，则得出碰撞时间的具体公式：

TTC=-V0-V02-2aZ0a=Δt*P-QR]]>④

其中，P＝W₀*W₂-W₁*W₂，

Q=W02*W22+2*W0*W1*W22-W12*W22-2*W0*W12*W2]]>

R＝W₁*W₂+W₀*W₁-2*W₀W₂

5.根据权利要求4所述的基于图像的车辆防撞预警方法，其特征在于，利用碰撞时间TTC公式实现对车辆相对行驶状态的判定，其判定过程包括：

情况1、当P≤0时，此时判定目标车辆远离己车，或暂时保持同速行驶，公式④的结果TTC＜0，因此两车不会接触；否则，进入情况2；

情况2、当P＞0时，此时判定目标车辆处于接近状态，在此若R＝0，则进入情况3；若R＜0，进入情况4；若R＞0，进入情况5；

情况3、判定两车间处于相对，此时相对加速度α＝0，公式④不适用，只需计算当前相对车距与当前相对车速的关系：

TTC=Z0-V0=G/W0-GΔt*W1-W0W1*W0=Δt*W0W0-W1]]>⑤

情况4、判定车辆处于加速接近状态，例如目标车辆急刹车或己车误踩油门，此时相对加速度α＜0，公式④适用，且比情况3的匀速接近状态下的TTC结果小；

情况5、判定两车间处于相对制动状态，例如己车进行制动或目标车辆开始加速，此时α＞0，在此继续分析，当Q≥0时，进入情况6；否则进入情况7；

情况6、判定车辆制动力不足，己车车速在减小到与目标车辆同速前就已相撞，此时公式④适用，且比情况3的匀速接近状态下的TTC结果大；

情况7、判定制动力充足，车辆将安全地减速至安全相对速度，此时公式④的结果为负数，即不存在TTC。