專利名稱：一種汽車主動(dòng)防眩光裝置和方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種汽車主動(dòng)防眩光裝置和方法，尤其是根據(jù)攝像機(jī)攝取的汽車夜間行駛場(chǎng) 景特征主動(dòng)調(diào)整自車光照模式，以達(dá)到防眩光的目的，用于汽車夜間安全行駛領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
據(jù)交通部門統(tǒng)計(jì)，夜間或黎明時(shí)間的交通只占到全天交通的25%，但這一時(shí)段的事故率 卻高達(dá)44%左右，發(fā)生的嚴(yán)重交通事故率更是白天的兩倍。排除駕駛員飲酒和疲勞駕駛等人 為因素，造成夜間交通事故居高不下的主要原因是駕駛員在夜間不能像白天一樣看清道路標(biāo) 志、障礙、迎面車輛和路人，其中一個(gè)重要原因就是眩光。眩光是由于夜間背景相對(duì)較暗， 迎面車輛的大燈強(qiáng)光刺激駕駛員眼睛視網(wǎng)膜上相應(yīng)的感光細(xì)胞，抑制了其周圍的感光細(xì)胞， 使駕駛員看不清周圍景物。
從專利檢索來看，國外研究防眩光技術(shù)已有半個(gè)多世紀(jì)的歷史了，國內(nèi)從事此項(xiàng)技術(shù)開 發(fā)，也有二十多年的時(shí)間。人們提出了多種汽車防眩光方法，最早的是采用貼膜的方式來過 濾部分強(qiáng)光，比較好的是偏振片，這種方法會(huì)影響駕駛者對(duì)行車環(huán)境信息的獲取且有效性不 高。為此人們經(jīng)過不斷研究提出了各種改進(jìn)方法，中國專利公開了一種機(jī)動(dòng)車防眩光方法(申 請(qǐng)?zhí)?00510049670.3)，由感光裝置、數(shù)據(jù)處理裝置、濾光裝置、顯示裝置組成。感光裝置 即攝像頭和濾光片，感光裝置采集到圖像后交給計(jì)算機(jī)處理，計(jì)算機(jī)根據(jù)光源的亮度值判斷 強(qiáng)光源的位置，控制濾光裝置實(shí)現(xiàn)濾光操作，根據(jù)濾光裝置的處理結(jié)果控制防眩攝像頭采集 信號(hào)并由顯示器輸出，駕駛員根據(jù)顯示器的輸出判斷是否有迎面車輛駛來并執(zhí)行相應(yīng)操作。 該裝置較為復(fù)雜，同時(shí)夜間僅靠攝像機(jī)攝取的圖像很難準(zhǔn)確判斷前邊路況，縮短了緊急情況 下駕駛員的反應(yīng)時(shí)間，而且這只是一個(gè)輔助判斷裝置不能減輕駕駛員的負(fù)擔(dān)。還有人研制出 一種利用對(duì)方燈光互相啟閉大燈的裝置，但是這種裝置容易受其它光源的干擾，可靠性差。
近年汽車前照系統(tǒng)正在經(jīng)歷重要變革，提出的自適應(yīng)前照系統(tǒng)(AFS)要求能自動(dòng)調(diào) 整光照模式，避免給迎面車輛駕駛員造成眩光，即主動(dòng)避眩光，這代表了汽車前照系統(tǒng)的發(fā) 展趨勢(shì)。本裝置是基于這個(gè)理念的主動(dòng)防眩光裝置。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于解決夜間駕駛由于眩光影響而容易導(dǎo)致安全隱患的問題，提出結(jié)構(gòu)簡 單、易實(shí)現(xiàn)的一種汽車主動(dòng)防眩光裝置和方法。本發(fā)明基于夜間迎面車輛車燈相對(duì)較亮，且 隨著車輛駛近亮度更高；車輛迎面駛來其光流場(chǎng)速度相對(duì)較高，且隨著車輛駛近其光流場(chǎng)速 度愈來愈高的特點(diǎn)。以此來判斷是否有迎面車輛，并主動(dòng)改變前照系統(tǒng)光照模式，以避免對(duì) 迎面車輛駕駛員造成眩光。
為達(dá)到上述目的，本發(fā)明采取如下技術(shù)方案-
一種汽車主動(dòng)防眩光裝置，包括攝取圖像的CCD攝像機(jī)、視頻信號(hào)采集和傳輸?shù)膱D像采 集卡、處理圖像的微處理器、控制前照光源的LED控制器、執(zhí)行動(dòng)作的投射光源。其特征是 所述的攝像機(jī)與圖像采集卡相連，所述的圖像采集卡與微處理器相連，所述的微處理器與LED 控制器相連，所述的LED控制器與投射光源相連。
上述攝像機(jī)是黑白數(shù)字?jǐn)z像機(jī)，攝像機(jī)固定于車輛前方，保證攝像機(jī)有良好視野。 上述的投射光源采用LED組成的光源陣列，用LED光源作為汽車前照系統(tǒng)光源。 一種自適應(yīng)主動(dòng)防眩光系統(tǒng)，采用上述裝置實(shí)現(xiàn)防眩光，其特征在于主動(dòng)防眩光的步驟
為
1. 圖像攝取攝像機(jī)攝取有良好視野的前方視頻圖像序列，經(jīng)圖像采集卡高速傳輸?shù)轿⑻?理器內(nèi)存中。
2. 圖像預(yù)處理微處理器對(duì)輸入的圖像序列實(shí)時(shí)按幀處理，基于亮度對(duì)灰度圖進(jìn)行閾值處 理，過濾亮度小于所設(shè)閾值的噪聲光源，突出顯示圖像中最大最亮的光源。
3. 迎面車輛判斷對(duì)預(yù)處理后的圖像進(jìn)行光流分析，進(jìn)一步排除亮度大于所設(shè)閾值的路燈 和其它路邊光源，判斷是否有迎面車輛。
4. 前照系統(tǒng)照明模式控制LED控制器根據(jù)判斷結(jié)果控制LED光源執(zhí)行相應(yīng)的光照模式，當(dāng) 有迎面車輛時(shí)改變前照系統(tǒng)光照模式，避免對(duì)迎面車輛駕駛員的直射影響。
車載攝像機(jī)的安裝要保證其有良好的視野，其攝取的視頻信號(hào)經(jīng)圖像采集卡實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)采 集后高速傳輸給微處理器。微處理器對(duì)傳輸過來的圖像實(shí)時(shí)按幀處理，首先對(duì)獲取的灰度圖 閾值處理，使亮度低于所設(shè)閾值的亮斑融入暗背景，然后對(duì)前后兩幀圖像光流分析，根據(jù)光 流分析后的圖像特征判斷是否有迎面車輛駛來。如果有車輛迎面駛來，則在LED控制器控制 下前照系統(tǒng)改變光照模式，避免給迎面車輛駕駛員造成眩光。
本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比，具有如下顯而易見的優(yōu)點(diǎn)本發(fā)明通過對(duì)車輛夜間行駛場(chǎng)景圖
像的處理并與車輛的主動(dòng)光照行為相聯(lián)系，系統(tǒng)自動(dòng)控制前照系統(tǒng)避免對(duì)迎面車輛駕駛員造 成眩光，減輕駕駛員的負(fù)擔(dān)。同時(shí)本發(fā)明可以與自適應(yīng)前照系統(tǒng)相兼容，順應(yīng)技術(shù)發(fā)展趨勢(shì)， 有較好的市場(chǎng)前景。裝置設(shè)計(jì)合理、結(jié)構(gòu)簡單、技術(shù)成熟、有較大的技術(shù)優(yōu)勢(shì)。


圖1是本發(fā)明一個(gè)實(shí)施案例的汽車主動(dòng)避眩光裝置結(jié)構(gòu)框圖。 圖2是迎面車輛判斷示例圖。
具體實(shí)施例方式
本發(fā)明的一個(gè)優(yōu)選實(shí)施例，結(jié)合

如下參見圖l，本汽車主動(dòng)防眩光裝置包括攝
取圖像的CCD攝像機(jī)、視頻信號(hào)采集和傳輸?shù)膱D像采集卡、處理圖像的微處理器、控制前照 光源的LED控制器、執(zhí)行動(dòng)作的投射光源。其特征是所述的攝像機(jī)與圖像采集卡相連，所述 的圖像采集卡與微處理器相連，所述的微處理器與LED控制器相連，所述的LED控制器與投 射光源相連。
參見圖1和圖2，本汽車主動(dòng)防眩光方法，采用上述裝置實(shí)現(xiàn)防眩光，其特征在于包括 以下步驟-
a、 圖像攝取攝像機(jī)攝取有良好視野的前方視頻圖像序列，經(jīng)圖像采集卡高速傳輸?shù)轿?處理器的內(nèi)存中；
b、 圖像預(yù)處理微處理器對(duì)輸入的圖像序列實(shí)時(shí)按幀處理，基于亮度對(duì)灰度圖進(jìn)行閾值 處理，過濾亮度低于所設(shè)閾值的噪聲光源，突出顯示圖像中最大最亮的光源；
C、亮斑區(qū)域光流分析對(duì)預(yù)處理后的圖像進(jìn)行光流分析，解得各亮斑區(qū)域在車輛行駛方 向的光流場(chǎng)速度；
d、 迎面車輛判斷對(duì)上述處理過的圖像序列進(jìn)行分析，將各亮斑區(qū)域的光流速度與標(biāo)定 試驗(yàn)確定的閾值比較，以判斷是否有迎面車輛；
e、 前照系統(tǒng)照明模式控制根據(jù)上述分析結(jié)果，當(dāng)有迎面車輛時(shí)由微處理器控制前照系 統(tǒng)，改變前照系統(tǒng)光照模式，避免對(duì)迎面車輛駕駛員的直射影響。
下面作詳細(xì)說明
行車環(huán)境信息獲取CCD攝像機(jī)1固定于車輛駕駛室內(nèi)，能獲得與駕駛員視野一致的前方 圖像。圖像采集卡2接收來自數(shù)字相機(jī)的高速數(shù)據(jù)流，并對(duì)攝像機(jī)l輸出的視頻信號(hào)實(shí)時(shí)數(shù) 據(jù)采集，通過高速總線傳輸?shù)较到y(tǒng)內(nèi)存。
圖像預(yù)處理本裝置采用黑白數(shù)字?jǐn)z像機(jī)，攝像機(jī)1獲取的是數(shù)字圖像，微處理器3可 直接處理這些圖像序列。攝像機(jī)1隨車輛夜間行駛，其攝取的圖像中不僅有迎面車輛的車燈 信息，還有前方車輛的尾燈、路燈和道路兩邊的其它光源信息，要從中識(shí)別出迎面的車燈信
息須首先濾除這些噪聲光源。本裝置對(duì)灰度圖進(jìn)行閾值處理，濾除其中亮度低于閾值的噪聲 光源。系統(tǒng)根據(jù)標(biāo)定試驗(yàn)設(shè)定閾值a，用閾值是a的閾值函數(shù)處理灰度圖，使圖像中灰度值 小于a的路邊干擾光源或距離還較遠(yuǎn)的迎面車燈融入暗背景，并突出顯示圖像中亮度最大的 光源。這樣得到的圖像是在暗背景上的幾個(gè)亮斑。
亮斑區(qū)域光流分析上述圖像預(yù)處理對(duì)亮度值大于閾值a的噪聲光源無法濾除，如一些 路燈和其他路邊光源。本裝置根據(jù)車燈隨汽車相向運(yùn)動(dòng)，其相對(duì)速度遠(yuǎn)大于其它光源相對(duì)汽 車的速度的特征，用光流分析的方法最終判斷車燈。光流是帶有灰度的像素點(diǎn)在圖像平面上
的運(yùn)動(dòng)產(chǎn)生的瞬時(shí)速度場(chǎng)，據(jù)此建立的光流方程有兩個(gè)未知量(x、 y方向的光流速度)K、
^而只有一個(gè)約束，根據(jù)光流算法再引入一個(gè)約束可解得像素點(diǎn)的光流速度^、 ^，由于
本系統(tǒng)僅關(guān)注汽車行駛方向的光流速度，所以解得^即可。
迎面車輛判斷根據(jù)透鏡成像原理攝像機(jī)1攝取圖像的每個(gè)像素點(diǎn)是被拍攝目標(biāo)相應(yīng)點(diǎn) 的映射，它們的連線經(jīng)過光學(xué)中心，圖像上像素點(diǎn)的運(yùn)動(dòng)對(duì)應(yīng)被拍攝目標(biāo)的運(yùn)動(dòng)，每個(gè)像素 點(diǎn)的運(yùn)動(dòng)形成光流場(chǎng)。所以圖像光流場(chǎng)速度的大小與目標(biāo)物的運(yùn)動(dòng)速度和目標(biāo)物與攝像機(jī)1 的距離有關(guān)。車輛迎面駛來，車燈光流場(chǎng)速度與其相對(duì)攝像機(jī)的速度和距離有關(guān)，因此本裝 置通過標(biāo)定試驗(yàn)設(shè)定一個(gè)光流場(chǎng)速度閾值K。。經(jīng)過上一步亮斑區(qū)域光流分析得到各亮斑光流
速度K,，分別將其與速度闞值K。比較，當(dāng)存在有亮斑光流場(chǎng)速度^>^。時(shí)，可判斷前方有迎
面車輛且其距離已可造成眩光；當(dāng)所有亮斑的光流場(chǎng)速度均小于F。時(shí)，可判斷沒有迎面車輛 或迎面車輛還相距較遠(yuǎn)不足以造成眩光。
圖2是迎面車輛判斷的實(shí)施案例，亮斑區(qū)域光流分析后的圖像中有A、 B、 C、 D、 E五個(gè) 灰度值較大的區(qū)域，五個(gè)亮斑y方向的光流速度分別是J^、 KB、 Ke、 ^、 K￡。根據(jù)標(biāo)定試
驗(yàn)設(shè)置光流速度閾值K，各個(gè)亮斑的光流速度分別與閾值F。比較(為了易于理解如圖2所示，
用箭頭的多少表示光流速度大小，標(biāo)定試驗(yàn)設(shè)置^的光流速度用5個(gè)箭頭表示)。易知巳>^、
Fs>r。，且^=^,可判斷A、 B是迎面汽車車燈。&<F。、 &<r。，可判斷C、
D、 E不是車燈。即該案例有迎面汽車駛來。
前照系統(tǒng)照射模式控制LED控制器4根據(jù)微處理器3的處理結(jié)果控制前照系統(tǒng)光源執(zhí) 行相應(yīng)的光照模式，有下面兩種照射模式。
a. 無迎面車輛時(shí)，開啟遠(yuǎn)光燈5和近光燈6，使駕駛員有良好視野。
b. 有迎面車輛時(shí)，只開啟近光燈6，避免對(duì)迎面車輛駕駛員的直射。
作為優(yōu)選，本裝置采用LED作為前照系統(tǒng)光源。大功率白光LED發(fā)展迅速，在不久的將 來汽車前照系統(tǒng)中采用高亮度或超高亮度LED將是一種發(fā)展趨勢(shì)，用LED作為汽車前照燈的 新車型己經(jīng)在底特律、東京、法蘭克福、日內(nèi)瓦、巴黎等各大城市登場(chǎng)。本系統(tǒng)利用LED體 積小、反應(yīng)快、設(shè)計(jì)靈便的特點(diǎn)，通過二次光學(xué)設(shè)計(jì)，得到不同亮度和照度分布的LED投射 燈。將不同亮度不同照度分布的LED燈構(gòu)成LED光源陣列，配置成符合夜間行車環(huán)境變化需 要的汽車前照系統(tǒng)照度分布陣列，利用LED反應(yīng)快控制容易的特點(diǎn)，讓每一個(gè)LED都可以根 據(jù)行車環(huán)境變化獨(dú)立開閉，以實(shí)現(xiàn)夜間行車的不同照明模式需要。
作為優(yōu)選，為了避免對(duì)面車燈強(qiáng)光對(duì)攝像頭成像造成影響，應(yīng)選用防眩攝像機(jī)。同時(shí)由于 實(shí)際應(yīng)用中防眩攝像頭采集的圖像光線較暗且易產(chǎn)生十字條文，圖像預(yù)處理時(shí)應(yīng)消除這些影 響。
作為優(yōu)選，由于LED比現(xiàn)在常用的HID車燈產(chǎn)生更多的不適眩光，本裝置的LED光源盡量 減少藍(lán)光成分，并盡量降低色溫。
參見圖l，本汽車主動(dòng)避眩光裝置包括攝像機(jī)l、圖像采集卡2、微處理器3、 LED控 制器4、 LED光源(左右前照系統(tǒng)之一)由遠(yuǎn)光燈5、近光燈6組成。攝像機(jī)固定于車輛前方， 保證攝像機(jī)l能獲得良好視野；圖像采集卡2、微處理器3、 LED控制器4安裝在汽車合適位 置；LED光源組成汽車前照光源。攝像機(jī)1攝取的圖像經(jīng)圖像采集卡2傳輸給微處理器3，微 處理器3對(duì)圖像處理后判斷是否有迎面車輛，微處理器3把判斷結(jié)果通知給LED控制器4， LED控制器4對(duì)LED光源發(fā)出啟閉信號(hào)，啟閉不同LED車燈組成相應(yīng)光照模式。
權(quán)利要求
1.一種汽車主動(dòng)防眩光裝置，包括攝取圖像的CCD攝像機(jī)(1)、視頻信號(hào)采集和傳輸?shù)膱D像采集卡(2)、處理圖像的微處理器(3)、控制前照光源的LED控制器(4)、執(zhí)行動(dòng)作的投射光源(5)。其特征是所述的攝像機(jī)(1)與圖像采集卡(2)相連，所述的圖像采集卡(2)與微處理器(3)相連，所述的微處理器(3)與LED控制器(4)相連，所述的LED控制器(4)與投射光源(5，6)相連。
2、 根據(jù)權(quán)力要求1所述的汽車主動(dòng)防眩光裝置，其特征是所述的攝像機(jī)(1)是黑白數(shù)字?jǐn)z 像機(jī)，攝像機(jī)(1)固定于車輛前方，保證攝像機(jī)有良好視野。
3、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的汽車主動(dòng)防眩光裝置，其特征是所述的投射光源(5， 6)采用LED 組成的光源陣列，用LED光源作為汽車前照系統(tǒng)光源。
4、 一種汽車主動(dòng)防眩光方法，采用根據(jù)權(quán)利要求1所述的汽車主動(dòng)防眩光裝置實(shí)現(xiàn)防眩光， 其特征在于包括如下步驟a、 圖像攝取攝像機(jī)(1)攝取有良好視野的前方視頻圖像序列，經(jīng)圖像采集卡(2)高 速傳輸?shù)轿⑻幚砥?3)的內(nèi)存中；b、 圖像預(yù)處理微處理器(3)對(duì)輸入的圖像序列實(shí)時(shí)按幀處理，基于亮度對(duì)灰度圖進(jìn)行 閾值處理，過濾亮度低于所設(shè)閾值的噪聲光源，突出顯示圖像中最大最亮的光源；c、 亮斑區(qū)域光流分析對(duì)預(yù)處理后的圖像進(jìn)行光流分析，解得各亮斑區(qū)域在車輛行駛方 向的光流場(chǎng)速度；d、 迎面車輛判斷對(duì)上述處理過的圖像序列進(jìn)行分析，將各亮斑區(qū)域的光流速度與標(biāo)定 試驗(yàn)確定的閾值比較，以判斷是否有迎面車輛；a.前照系統(tǒng)照明模式控制根據(jù)上述分析結(jié)果，當(dāng)有迎面車輛時(shí)由微處理器(3)控制 前照系統(tǒng)，改變前照系統(tǒng)光照模式，避免對(duì)迎面車輛駕駛員的直射影響。
全文摘要
本發(fā)涉及一種汽車主動(dòng)防眩光裝置和方法，主要解決夜間駕駛由于眩光影響而容易導(dǎo)致安全隱患的問題。本裝置由CCD攝像機(jī)、圖像采集卡、微處理器、LED控制器、前照系統(tǒng)光源組成；本方法是攝像機(jī)攝取前方視頻圖像，由圖像采集卡高速傳輸給微處理器內(nèi)存，微處理器根據(jù)對(duì)視頻圖像的處理判斷前方是否有迎面車輛駛來，LED控制器根據(jù)判斷結(jié)果控制前照系統(tǒng)光源執(zhí)行相應(yīng)的光照模式。本發(fā)明能根據(jù)車載攝像機(jī)攝取的圖像自動(dòng)判斷前方是否有迎面車輛，并主動(dòng)控制車輛前照系統(tǒng)，避免給迎面車輛造成眩光，有利于夜間安全駕駛，同時(shí)減輕了駕駛員的負(fù)擔(dān)。
文檔編號(hào)G03B29/00GK101367350SQ20081020028
公開日2009年2月18日 申請(qǐng)日期2008年9月24日 優(yōu)先權(quán)日2008年9月24日
發(fā)明者吳仍茂, 周許超, 屠大維, 趙其杰, 勇 陳, 黃志華 申請(qǐng)人:上海大學(xué)