[发明专利]一种远光灯检测、预警系统及方法

权利要求书

1.一种远光灯检测、预警系统，其特征在于：包括有前置摄像头、处理器、外部显示屏和内部扬声器，其中前置摄像头与处理器的接收端相连接，处理器的输出端分别与外部显示屏和内部扬声器相连接，处理器接收前置摄像头采集的图像数据，并对图像每隔一帧读取一次以提高工作效率，处理器对输入图像进行预处理，处理器对预处理图像提取远光轮廓，判断出是否有其他车辆开启远光灯，处理器若检测到有车辆开启远光灯则提醒周围车辆关闭远光灯，并同时判断远光车辆靠近或者远离本车，以及远光车所在车道位于本车哪一侧，以提醒驾驶员注意行车安全，当某一帧图像显示异常时，处理器则保留上一帧图像处理结果，将该结果赋值给当前处理帧，起到缓存作用，当处理器远光判断条件生效时，触发提醒关闭远光灯的外部显示屏；当处理器判定对向有车驶来，以及远光车与本车相对位置后，触发提醒本车驾驶员的内部扬声器。

2.根据权利要求1所述的一种远光灯检测、预警系统，其特征在于：所述的前置摄像头型号为LI-USB30-AR023ZWDRB，其分辨率为1928×1088ppi,帧率为30fps，前置摄像头设置有USB接口，前置摄像头装配在前挡风玻璃中央后视镜背面并接入处理器，前置摄像头能清晰完整拍摄到车辆前方交通信息，前置摄像头将视频流信息按时间顺序逐帧传至处理器处理。

3.一种远光灯检测、预警方法，其特征在于：其方法包括如下步骤：

第一步、图像预处理，具体步骤如下：

步骤一、读取图像：处理器对视频流每隔一帧读取一次，定义被读取的帧为被处理帧，将其标记为Img1,Img2,...,Imgn；

步骤二、裁剪图像：对被处理帧进行裁剪操作，统计数百张前置摄像头所采集的远光灯图像，对其进行裁剪操作，结果显示远光灯区域与图像上下1/5部分相交的概率为0.67％，由于远光灯位置在图像中出现在顶端或底端的概率过小，因此对视频流输入的被处理帧裁剪去除图像上下各1/5区域，以提高图像处理效率；

步骤三、灰度化、二值化图像处理：对被处理帧进行灰度化操作，图像每个像素点的RGB值统一成同一个值，再对图像进行二值化操作，二值化时的像素阈值为230,像素最大阈值为255,以获取被处理帧中白色像素，二值化后，图像中的像素点颜色被分为黑白两种，方便后续处理，裁剪、灰度化、二值化后得到的图像为一次处理Idi；

步骤四、腐蚀、膨胀图像：再对图像进行腐蚀与膨胀，腐蚀操作去除图像中的噪声点，削减图像中微小的光斑与亮点造成的干扰；膨胀操作增强显示灯光区域，腐蚀与膨胀后得到图像为二次处理Idi；

第二步、远光轮廓检测，具体步骤如下：

步骤一、面积、圆度约束：使用图像处理库opencv中的提取图形轮廓的API提取图像中所有轮廓，依次将轮廓标记为cont_ij，i表示该帧为第i帧被处理帧，j表示该轮廓为第j个轮廓，分别对每个轮廓绘制其外接矩形rect_ij，接下来依次对所提取的轮廓进行检测，不符合要求的轮廓将被排除，不被视作远光区域；

分别调用提取轮廓的API中的函数计算各个轮廓面积S_j与轮廓周长L_j，接下来对每个轮廓进行遍历，分别进行面积约束与圆度约束；

首先通过面积约束将路灯以及其他小光斑排除掉，对各个轮廓面积进行判断,设最小面积为thres＝50×50＝2500若

Sj＞thres

则轮廓面积满足要求；

对于面积大于thres的轮廓,继续进行圆度检测，用简单的数学约束来定义图形的圆度，从而刻画图形与圆外形的接近程度，其中，圆的圆度最大，为1；其他图形圆度均小于1，利用圆度约束将条形物与其他不规则形状物排除掉，取圆度阈值为thres＝0.7，若

则轮廓圆度满足要求；

步骤二、无效像素比约束：对外接矩形rect_ij沿长宽中点等分成四份，左上、左下、右上、右下分别标记为area[k]，k∈{1,2,3,4}，记矩形长为recLength_j,矩形宽为recWidth_j，获取矩形左上角像素坐标为p(m,n)，依次遍历左上、左下、右上、右下四个区域像素的值，其中area[1]区域遍历区间为(m,m+recLength_j/2),(n,n+recWidth_j/2)，area[2]区域遍历区间为(m,m+recLength_j/2),(n+recWidth_j/2,n+recWidth_j)；area[3]区域遍历区间为(m+recLength_j/2,m+recLength_j),(n,n+recWidth_j/2)；area[4]区域遍历区间为(m+recLength_j/2,m+recLength_j),(n+recWidth_j/2,n+recWidth_j)；分别统计各个区域像素值为0的像素点的个数为bcount[k](k∈{1，2，3，4})分别计算无效像素比如下：

定义无效像素比阈值上下限分别为thres1＝0.05、thres2＝0.25，若每个部分无效像素比满足

thres1＜P_k＜thres2

且对这四个区域无效像素比的差值进行限制,取thres3＝0.01、thres4＝0.04；

thres3＜|P_k1-P_k2|＜thres4(k1≠k2，k1，k2∈{1，2，3，4})

若检测后该帧存在符合条件的轮廓，判定该帧为远光候选帧，并依次标记满足条件的轮廓为rcont_ij，其中i为被处理帧的序号，i＝1,2,3,...,n，j为第i个被处理帧中的轮廓序号，j＝1,2,3,...,n；

步骤三、判断远光开启：当Idi帧被确定为远光候选帧时，将其标记为Cand_i，从第Idi帧被确定为远光候选帧起，连续30帧满足面积约束、圆度约束与无效像素比约束条件，第30帧为Id(i+30)，则确立该事件为有远光灯开启，定义这连续满足条件的30帧图像为远光图像组，若在连续处理过程中某一帧加载失败，则将上一被处理帧结果赋给本帧；

第三步、判断远光车行驶信息，具体步骤如下：

步骤一、外部提示：当确定有车辆开启远光灯之后，系统发送指令至外部显示屏，通过外部显示屏提示开启远光驾驶员关闭远光灯；

步骤二、出现多个远光轮廓的内部提示：在Cand_i确定之后，对于远光区域轮廓rcont_ij，记rcont_ij个数为n_cnt，若已经确定远光灯开启，且在Cand_i至Cand_(i+30)中，至少存在一帧n_cnt＞1，在确定远光灯开启后，系统直接提示驾驶员有多辆车开启远光灯，需小心行驶；

步骤三、单一远光轮廓的内部提示，具体流程如下：

首先获取轮廓信息，若在Cand_i至Cand_(i+30)中，对任意n_cont有n_cnt＝1，则对该远光区域进行扫描，分别计算其总像素和pixels_i,与该区域的像素质心(x_ci，y_ci)，以I(m,n)表示像素值，则

对远光图像组每帧图像执行上述操作，对于得到的一组总像素和值，定义其为远光像素和组vec_pixel[30]，对于得到的一组像素质心坐标，定义其为远光像素质心组vec_center[30]；

计算轮廓信息、推断远光车位置，具体如下：

为了分析远光灯区域亮度是否增加，同时判断远光在图像中移动位置，来判断远光车辆速度以及与本车相对位置，对于远光像素和组，对其进行曲线拟合，并求出曲线在各个像素和处pixels_i处的导数，对于前置摄像头拍摄图像，取pthres＝0.5.若存在超过5个点导数大于pthres，则判定远光车辆正朝本车加速驶来，对于远光像素质心组，若像素质心横坐标vec_pixel[29].x_ci＞vec_pixel[0].x_ci，判定远光车辆位于本车左侧，否则为右侧。