一種隧道入口“黑洞效應(yīng)”嚴(yán)重程度的檢測(cè)裝置及方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及交通安全技術(shù)，特別涉及一種隧道入口"黑洞效應(yīng)"嚴(yán)重程度的檢測(cè)方 法。
【背景技術(shù)】
[0002] 近年來(lái)，總量不斷增加的隧道給交通管理和行車(chē)環(huán)境帶來(lái)了諸多影響，尤其是處 于大交通量路段的長(zhǎng)隧道和特長(zhǎng)隧道，安全形勢(shì)十分嚴(yán)峻。由于隧道呈隱蔽帶狀結(jié)構(gòu)，其交 通事故的后果往往比隧道外的嚴(yán)重得多。目前，出入口事故多發(fā)已成為隧道交通事故的集 中特點(diǎn)，原因之一是駕駛員在進(jìn)出隧道的"暗適應(yīng)"和"明適應(yīng)"過(guò)程中，人眼所獲取的前方 視覺(jué)圖像往往模糊不清。
[0003] 就白天入口段而言，當(dāng)車(chē)輛駛近隧道時(shí)，駕駛員因?yàn)?暗適應(yīng)"從隧道外面難以看 清入口段的真實(shí)路況，便會(huì)產(chǎn)生"黑洞"一樣的視覺(jué)效果，這種現(xiàn)象一般稱(chēng)為"黑洞效應(yīng)"。 "黑洞效應(yīng)"產(chǎn)生后，駕駛員在進(jìn)入隧道瞬間無(wú)法看清前方障礙物甚至失去方向感，需經(jīng)過(guò) 短時(shí)間的暗適應(yīng)過(guò)程才能恢復(fù)正常。這種情形下，倘若隧道里面靠近入口處存在行駛緩慢 或者因故靜止的車(chē)輛，隧道外車(chē)輛的快速駛?cè)霕O易引發(fā)交通事故。例如，2011年4月14日 12時(shí)40分，在戶外陽(yáng)光強(qiáng)烈的廈蓉排降隧道，一輛越野車(chē)受入口內(nèi)外亮度差異影響，未能 獲取清晰的隧道內(nèi)行車(chē)場(chǎng)景，駛?cè)胨淼?00米左右后與前方慢速行駛的貨車(chē)相撞，造成3死 2重傷的交通事故。2013年3月1日13時(shí)45分，晉濟(jì)巖后隧道入口處，一輛運(yùn)煤車(chē)受"黑 洞效應(yīng)"影響，未能看清隧道入口段通行情況便違章變道駛?cè)?，與距離入口約100米的甲醇 運(yùn)輸車(chē)相撞并發(fā)生火災(zāi)爆炸，最終引起40人遇難和多車(chē)被毀的重大損失。由此可知，隧道 入口"黑洞效應(yīng)"的客觀評(píng)價(jià)，對(duì)引導(dǎo)車(chē)輛安全行駛具有重大意義。
[0004] 針對(duì)上述隧道入口白天視覺(jué)安全性問(wèn)題，飛秒光電科技公司申請(qǐng)了一種隧道入口 用太陽(yáng)光照明控制系統(tǒng)專(zhuān)利，控制反光鏡始終以最優(yōu)角度面向太陽(yáng)光，使最強(qiáng)光線反射到 隧道內(nèi)加強(qiáng)照明。廈門(mén)格綠能光電公司申請(qǐng)了一種LED隧道燈系統(tǒng)及LED隧道燈的亮度控 制方法專(zhuān)利，通過(guò)照度傳感器采集天空照度，分析處理后實(shí)時(shí)調(diào)節(jié)隧道內(nèi)部照明亮度。長(zhǎng)安 大學(xué)于2013年申請(qǐng)了一種公路隧道入口白天安全性提示裝置及提示方法專(zhuān)利，由隧道內(nèi) 攝像機(jī)采集入口段車(chē)況圖像信息，經(jīng)單片機(jī)處理后向隧道外提供警示信息。以上專(zhuān)利的側(cè) 重點(diǎn)或是加強(qiáng)隧道內(nèi)部的照明條件，或是反映隧道入口段車(chē)況信息，即在現(xiàn)有相關(guān)技術(shù)中， 均未涉及隧道入口處"黑洞效應(yīng)"嚴(yán)重程度的檢測(cè)方法。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005] 鑒于此，本發(fā)明的目的是提供一種隧道入口"黑洞效應(yīng)"嚴(yán)重程度的檢測(cè)裝置及方 法，本發(fā)明利用機(jī)器視覺(jué)對(duì)"黑洞效應(yīng)"嚴(yán)重程度進(jìn)行評(píng)價(jià)，具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、自動(dòng)化處理、評(píng) 價(jià)結(jié)果客觀、接近人類(lèi)視覺(jué)主觀感受等優(yōu)點(diǎn)。
[0006] 本發(fā)明的目的之一是通過(guò)以下技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)的，一種隧道入口"黑洞效應(yīng)"嚴(yán)重程 度的檢測(cè)裝置，包括從洞口處向洞內(nèi)延伸且呈等間距布置的若干個(gè)標(biāo)靶、圖像采集單元和 處理單元；所述標(biāo)靶安裝在隧道的路面上，所述圖像采集單元設(shè)置在隧道洞口前方并朝向 入口，用于采集入洞口處洞內(nèi)外場(chǎng)景圖像；所述處理單元與圖像采集單元連接，用于處理圖 像采集單元獲得的圖像數(shù)據(jù)。
[0007] 優(yōu)選的，所述標(biāo)靶為圓形，直徑為IOcm~50cm，標(biāo)靶距離地面高度為IOcm~ 150cm〇
[0008] 優(yōu)選的，所述標(biāo)靶的數(shù)目M為1~10個(gè)。
[0009] 優(yōu)選的，所述圖像采集單元距離隧道入口 20~至250m，距離路面I. 5m~2m。
[0010] 本發(fā)明的目的之二是通過(guò)以下技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)的，一種隧道入口"黑洞效應(yīng)"嚴(yán)重程 度的檢測(cè)方法，包括以下步驟：
[0011] Si.獲取包含洞口完整輪廓和入口段路面場(chǎng)景的灰度圖像；
[0012] S2.根據(jù)灰度圖像確定洞口輪廓的位置；
[0013] S3.選取包括所有標(biāo)靶的區(qū)域作為感興趣區(qū)域，根據(jù)感興趣區(qū)域分離獲得相應(yīng)的 感興趣區(qū)域二值邊緣圖像；
[0014] S4.從相應(yīng)的感興趣區(qū)域的二值邊緣圖像中識(shí)別出標(biāo)靶的個(gè)數(shù)N ;
[0015] S5.根據(jù)識(shí)別出的標(biāo)靶個(gè)數(shù)判斷"黑洞效應(yīng)"的嚴(yán)重程度，采用[0, 1]范圍內(nèi)的系 數(shù)P表示"黑洞效應(yīng)"的嚴(yán)重程度，計(jì)算公式為P = (M - N)/M，p取值越大說(shuō)明隧道入口處 的"黑洞效應(yīng)"越嚴(yán)重，M表示標(biāo)靶的數(shù)目。
[0016] 另一種方法是：根據(jù)機(jī)器視覺(jué)能識(shí)別標(biāo)靶的最遠(yuǎn)距離來(lái)判斷"黑洞效應(yīng)"嚴(yán)重程 度。
[0017] 優(yōu)選的，所述步驟S2包括以下子步驟：
[0018] S21.對(duì)獲取的灰度圖像進(jìn)行濾波去噪、邊緣檢測(cè)和二值化處理，得到二值邊緣圖 像；
[0019] S22.依據(jù)Hough變換圓檢測(cè)原理，將二值邊緣圖像的所有非零像素，從圖像空間 映射到參數(shù)空間，統(tǒng)計(jì)以（S 1J1)為圓心、Γι為半徑的像素?cái)?shù)目，結(jié)果保存在數(shù)組S Ja1Hb1] W中；
[0020] S23查找數(shù)組S1取得最大值的索引 和半徑描 述入洞口輪廓的位置。
[0021] 優(yōu)選的，所述步驟S4包括以下子步驟：
[0022] S41.標(biāo)靶的靶面輪廓均為圓形，對(duì)相應(yīng)的感興趣區(qū)域的二值邊緣圖像中的非零像 素進(jìn)行Hough變換，統(tǒng)計(jì)以（a 2，b2)為圓心、r2為半徑的像素?cái)?shù)目，結(jié)果保存在數(shù)組S2[a 2] [b2] [r2]中；
[0023] S42.查找數(shù)組52[&2] [b2] [r2]中與周長(zhǎng)2 π巧之比大于給定閾值的數(shù)組元素，存放 在新的數(shù)組T[a2][b2][r2]中；
[0024] S43.對(duì)數(shù)組T[a2] [b2] [r2]的元素進(jìn)行分類(lèi)操作，使處于同一類(lèi)里面的元素共同 描述一個(gè)標(biāo)靶靶面的圓形輪廓，分類(lèi)數(shù)目N便等于從圖像中識(shí)別出的標(biāo)靶個(gè)數(shù)。
[0025] 優(yōu)選的，在步驟Sl中，當(dāng)采集的原始圖像為彩色圖像時(shí)，使用加權(quán)值法將其轉(zhuǎn)換 成灰度圖像，像素紅分量的權(quán)值為〇. 30,像素綠分量的權(quán)值為0. 59,像素藍(lán)分量的權(quán)值為 0· 11〇
[0026] 優(yōu)選的，在步驟S3中，感興趣區(qū)域是以（a(]，b。）為中心、縱向高度橫向?qū)挾?</2的矩形。
[0027] 優(yōu)選的，在步驟S43中，當(dāng)數(shù)組T[a2] [b2] [r2]中的元素與候選類(lèi)中的任一元素 Tg , 至少同時(shí)滿足以下兩個(gè)條件時(shí)，貝丨J T[a2] [b2] [r2]屬于該候選類(lèi)：①（a2，b2) 與(^, g)之間的直線距離小于巧和 < 中的最小值r2_;? r 2減去g的絕對(duì)值與r2_的比 值小于設(shè)定閾值。
[0028] 由于采用了上述技術(shù)方案，本發(fā)明具有如下的優(yōu)點(diǎn)：
[0029] 本發(fā)明采用機(jī)器視覺(jué)分析布置在入口段路面的若干個(gè)自制標(biāo)靶的可視性，并以歸 一化的系數(shù)或根據(jù)機(jī)器視覺(jué)能識(shí)別標(biāo)靶的最遠(yuǎn)距離來(lái)判斷"黑洞效應(yīng)"嚴(yán)重程度，具有結(jié)構(gòu) 簡(jiǎn)單、自動(dòng)化處理、評(píng)價(jià)結(jié)果客觀、接近人類(lèi)視覺(jué)主觀感受等優(yōu)點(diǎn)。本發(fā)明可用于"黑洞效 應(yīng)"嚴(yán)重程度的評(píng)價(jià)，檢測(cè)入口段照明情況是否滿足規(guī)定的視覺(jué)安全需求，亦可用于隧道入 口"黑洞效應(yīng)"嚴(yán)重程度變化的長(zhǎng)期監(jiān)測(cè)，為入口段照明設(shè)施的自動(dòng)控制及亮度調(diào)節(jié)提供客 觀依據(jù)。
【附圖說(shuō)明】
[0030] 為了使本發(fā)明的目的、技術(shù)方案和優(yōu)點(diǎn)更加清楚，下面將結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明作進(jìn) 一步的詳細(xì)描述，其中：
[0031] 圖1是本發(fā)明的隧道入口 "黑洞效應(yīng)"嚴(yán)重程度檢測(cè)裝置示意圖；
[0032] 圖2是本發(fā)明的隧道入口 "黑洞效應(yīng)"嚴(yán)重程度檢測(cè)方法中圖像感興趣區(qū)域選取 示意圖；
[0033] 圖3是本發(fā)明的另一種隧道入口 "黑洞效應(yīng)"嚴(yán)重程度檢測(cè)裝置示意圖。
【具體實(shí)施方式】
[0034] 以下將結(jié)合附圖，對(duì)本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施例進(jìn)行詳細(xì)的描述；應(yīng)當(dāng)理解，優(yōu)選實(shí)施例 僅為了說(shuō)明本發(fā)明，而不是為了限制本發(fā)明的保護(hù)范圍。
[0035] 如圖1所示，一種隧道入口 "黑洞效應(yīng)"嚴(yán)重程度的檢測(cè)裝置，包括標(biāo)靶1、圖像采 集單元2和處理單元（便攜式計(jì)算機(jī)3);其中，所述標(biāo)靶的靶面外形為圓形，從洞口開(kāi)始向 洞內(nèi)等間距布置，所述標(biāo)靶通過(guò)支撐桿安裝在隧道路面上；為了獲得更優(yōu)的效果，標(biāo)靶豎直 安裝在中央車(chē)道線上。所述圖像采集單元具有千萬(wàn)以上有效像素的數(shù)字相機(jī)，設(shè)置在隧道 入口洞外前方并朝向入口，用于采集入口處洞內(nèi)外場(chǎng)景圖像；所述便攜式計(jì)算機(jī)具備工業(yè) 相機(jī)接口和液晶顯示屏，且處理器、內(nèi)存、顯卡等方面的配置滿足數(shù)字圖像處理和評(píng)價(jià)結(jié)果 顯示的需求。
[0036] 優(yōu)選的，所述標(biāo)革E革E面的顏色為白色、直徑IOcm至50cm、安裝高度IOcm至150cm， 布置的標(biāo)靶數(shù)目M為1個(gè)至10個(gè)。
[0037] 優(yōu)選的，所述數(shù)字相機(jī)的安裝距離為距隧道入口 20m至250m，高度為I. 5m~2m。
[0038] 基于上述裝置，本發(fā)明還提供一種隧道入口 "黑洞效應(yīng)"嚴(yán)重程度的評(píng)價(jià)方法，包 含如下