TWI555657B

TWI555657B - 行車碰撞預警系統與裝置

Info

Publication number: TWI555657B
Application number: TW103101073A
Authority: TW
Inventors: 郭昱均
Original assignee: 郭昱均
Priority date: 2014-01-13
Filing date: 2014-01-13
Publication date: 2016-11-01
Also published as: TW201527157A

Description

行車碰撞預警系統與裝置

本發明是一種整合光學和電學的行車碰撞預警系統與裝置。

全球因為碰撞所造成的交通事故，已讓人們付出可觀的社會成本，市面上的雷射測距產品是藉由點光源的往返時間來推算距離，這在維安監視應用上實有不足之處，畢竟從點、線、面的觀點而言，面光源對空間的含蓋性方能有效滿足維安監視的需求。

狐獴是合作的群居動物，為了生存繁衍，藉由個體凝視空間的不同方位來適時保護整體的最佳利益，本發明係效法其區域性合作的理念而提出，將可協助並提供車輛駕駛員及路上行人早期預警功能，進而爭取保護生命的時效。

本發明之目的，在於提供一種可改善先前技術之至少一個缺點的行車碰撞預警系統與裝置。

於是，本發明行車碰撞預警系統，適合安裝在一個車輛，包含一個電腦，及至少一個訊號連接於該電腦之行車碰撞預警裝置。該電腦具有一個可供操作控制該行車碰撞預警裝置之圖形化使用者介面。該行車碰撞預警裝置包括一個可被驅動投射出一個方形網格影像的光學投影模組、一個可被驅動擷取該方形網格影像投射成像於一個障礙物的成像圖而輸出一個影像畫面的光學攝影模組、一個警示擴音器、一個發光二極體、一個影像資料處理器、一個可被該影像資料處理器驅動記錄該光學攝影模組擷取之該影像畫面的可抽換快閃記憶卡、一個USB介面、一個可與該電腦訊號連接的免執照無線通訊模組，及一個用以提供電源的電源模組。該影像資料處理器內建有一個關於障礙物距離、最短線距與告警動作的門檻值，可驅使該光學投影模組在一段時間內隨機投射出該方形網格影像，然後驅動該光學攝影模組擷取並輸出該影像畫面，並對該影像畫面執行色彩比對濾波以保留方形網格資訊並進行二值化處理，且對二值化處理後的影像畫面執行水平掃描和垂直掃描，以找出該成像圖中之該方形網格影像的線與線間的最短線距，並可根據該門檻值及找出之該最短線距估算出與該障礙物的實際距離，並於該實際距離小於該門檻值之障礙物距離時，驅使該警示擴音器及/或該發光二極體產生對應之告警動作。

於是，本發明行車碰撞預警裝置，適合安裝在一個車輛上，包含一個可被驅動投射出一個方形網格影像的光學投影模組、一個可被驅動擷取該方形網格影像投射成像於一個障礙物的成像圖而輸出一個影像畫面的光學攝影模組、一個警示擴音器、一個發光二極體、一個影像資料處理器、一個可被該影像資料處理器驅動記錄該光學攝影模組擷取之該影像畫面的可抽換快閃記憶卡、一個USB介面、一個可與該電腦訊號連接的免執照無線通訊模組，及一個用以提供電源的電源模組。該影像資料處理器內建有一個關於障礙物距離、最短線距與告警動作的門檻值，可驅使該光學投影模組在一段時間內隨機投射出該方形網格影像，然後驅動該光學攝影模組擷取並輸出該影像畫面，並對該影像畫面執行色彩比對濾波以保留方形網格資訊並進行二值化處理，且對二值化處理後的影像畫面執行水平掃描和垂直掃描，以找出該成像圖中之該方形網格影像的線與線間的最短線距，並可根據該門檻值及找出之該最短線距估算出與該障礙物的實際距離，並於該實際距離小於該門檻值之障礙物距離時，驅使該警示擴音器及/或該發光二極體產生對應之告警動作。

經由光學投影、光學攝影和影像資料處理的緊密配合，可根據該方形網格影像投射成像於障礙物之成像圖的線與線之線距來判斷空間距離的改變，再依據使用者預先設定的門檻值，來發佈相關聲音及/或光源告警，可在發生碰撞前預先告警，並可透過安裝於汽車周圍之多個行車碰撞預警裝置的區域性合作，使得被保護的汽車更加安全。

3‧‧‧行車碰撞預警裝置

31‧‧‧影像資料處理器

311‧‧‧RAM

312‧‧‧快閃記憶體

32‧‧‧光學投影模組

320‧‧‧方形網格影像

33‧‧‧光學攝影模組

34‧‧‧可抽換快閃記憶卡

35‧‧‧電源模組

36‧‧‧警示擴音器

37‧‧‧發光二極體

38‧‧‧USB介面

39‧‧‧免執照無線通訊模組

4‧‧‧電腦

40‧‧‧圖形化使用者介面

401‧‧‧即時影像視窗

402‧‧‧設定觀察門檻視窗

900‧‧‧汽車

圖1是本發明行車碰撞預警系統之實施例的一個行車碰撞預警裝置的系統架構圖；圖2是該實施例之該行車碰撞預警裝置的一個光學投影模組投射之含有識別字碼E的方形網格的示意圖，並說明該方形網格投射成像於障礙物時，從近距離到遠距離之外形變化；圖3是該實施例之該行車碰撞預警裝置的一個影像資料處理器1執行距離量測暨告警提出的程序圖；圖4是該實施例之一個電腦的圖形化使用者介面；圖5是該實施例於一個汽車周圍佈設六個行車碰撞預警裝置時的示意圖，並說明各個行車碰撞預警裝置所涵蓋之警示範圍；及圖6是該實施例用於追撞預警的示意圖。

參閱圖1、2、3，本發明行車碰撞預警系統之實施例，適用於安裝在一個車輛上使用，在本實施例中，是以汽車900為例。該行車碰撞預警系統包含多個間隔佈設於該汽車900之行車碰撞預警裝置3，及一個訊號連接於該等行車碰撞預警裝置3之電腦4。

該電腦4可經由USB介面或無線通訊模組訊號連接於該等行車碰撞預警裝置3，並具有一個圖形化使用者介面40，可經由該圖形化使用者介面40進行系統設定，與觀看各個行車碰撞預警裝置3所傳回的即時影像，且可經由該圖形化使用者介面40關閉功能不正常之行車碰撞預警裝置3。該圖形化使用者介面40具有一個可顯示各個行車碰撞預警裝置3之回傳即時影像的即時影像視窗401、一個可供設定門檻值的設定觀察門檻視窗402、一個可顯示各個行車碰撞預警裝置3測得之距離的計算結果視窗，及一個可供輸入設定本發明行車碰撞預警系統的汽車資訊與安裝之各個行車碰撞預警裝置3的資訊視窗。該設定觀察門檻視窗402可供設定不同距離之告警動作，所述告警動作可以是聲音或閃光。

每一個行車碰撞預警裝置3包括一個影像資料處理器31、分別訊號連接於該影像資料處理器31之一個光學投影模組32、一個光學攝影模組33、一個可抽換快閃記憶卡34、一個警示擴音器36、一個發光二極體37、一個USB介面38與一個免執照無線通訊模組39，及一個用以供給前述構件運作所需之電力的電源模組35。

該光學投影模組32可在一段時間內隨機投射出含有識別字碼E的方形網格影像320，以減少和其它行車碰撞預警裝置3之光學投影模組32的干涉機率，該方形網格影像320會隨著其與被投射之障礙物的距離由近到遠，而於該障礙物產生由小到大之成像圖，該識別字碼E可供識別該方形網格影像320之來源。當障礙物距離較近時，近距離成像產生之成像圖較小，該成像圖之線與線間的最短線距較小，當障礙物距離越來越遠時，遠距離成像產生之成像圖越大，該成像圖之線與線間的最短線距越大，也就是說，該成像圖之最短線距會隨著障礙物距離越遠而越大。

該光學攝影模組33可擷取該光學投影模組32之方形網格影像320投射於障礙物之成像圖的影像畫面。該USB介面38與該免執照無線通訊模組39可供該電腦4或行動裝置訊號連接。

該影像資料處理器31內含有一個RAM 311，及一個快閃記憶體(Flash Memory)312，會在一段時間內隨機觸發該光學投影模組32投射出含有識別字碼E之該方形網格影像320，並於該光學攝影模組33擷取該影像畫面後，結束對該光學投影模組32的觸發。該影像資料處理器31對該影像畫面執行色彩比對濾波，意旨比較投影前和投影時的影像畫面像素(pixel)，以過濾出方形網格資訊，並進行二值化處理以形成白底黑線條的影像畫面。接著，該影像資料處理器31會對二值化處理後之影像畫面執行水平掃描和垂直掃描，也就是該影像資料處理器31先針對該影像畫面由左到右檢查黑色(R=0,G=0,B=0)像素所組成的縱向線條並找出線與線之間的最短線距，然後針對該影像畫面由上到下檢查黑色像素所組成的橫向線條並找出線與線之間的最短線距，換言之，最短的線距將經由水平和垂直掃描而取得，接著將該最短線距與預先設定之門檻值比對，來估算與障礙物間之實際距離，並觸發該實際距離對應的相關告警，亦可發送告警訊號至該電腦4。

當使用者要設定各個行車碰撞預警裝置3之該影像資料處理器31之該門檻值時，是將該等行車碰撞預警裝置3之該USB介面38訊號連接電腦4，並於各個行車碰撞預警裝置3之該光學投影模組32與該光學攝影模組33之鏡頭前佈設障礙物，且於該電腦4之該圖形化使用者介面40輸入各個障礙物之距離，並設定告警動作。然後，由各個行車碰撞預警裝置3之該影像資料處理器31觸發該光學投影模組32對該障礙物發射該方形網格影像320，並由該光學攝影模組33擷取該方形網格影像320投射成像於該障礙物之成像圖的影像畫面。然後，該影像資料處理器31結束對該光學投影模組32之觸發，並對該光學攝影模組33擷取之該影像畫面執行色彩比對濾波以保留方形網格資訊，並進行二值化處理，再對處理後之影像畫面執行水平掃描與垂直掃描，以找出線與線之間的最短線距。接著，該電腦4會將各個行車碰撞預警裝置3測得之該最短線距，及對應輸入之距離資訊和設定之告警動作，一併儲存於對應之行車碰撞預警裝置3的該影像資料處理器31的該快閃記憶體312內，便完成各個行車碰撞預警裝置3之該門檻值的建立，這些門檻值將作為該等行車碰撞預警裝置3後續判定距離和提出告警的模型。

該電源模組35除了可接受車用12伏特或USB介面5伏特供電外，亦自備電池以確保電源穩定，可作為攜帶型產品之應用。一旦接受車用電源12伏特或USB介面5伏特電源，整個行車碰撞預警裝置3便會隨即啟動，且不斷地重複執行記錄影像、量測距離和提出告警的功能。

參閱圖1、5，本發明行車碰撞預警系統使用時，由於每個行車碰撞預警裝置3之視野是有限的，為了達成全方位的安全防護，是在該汽車900周圍佈設六個行車碰撞預警裝置3，並使該等行車碰撞預警裝置3連接該電腦4，以分別扮演如下的角色：前衛：設置於該汽車900乘坐艙的正前方的行車碰撞預警裝置3是用以記錄並偵測該汽車900正前方的障礙物；右前衛：設置於該汽車900的右前方的行車碰撞預警裝置3是用以記錄並偵測該汽車900右前方的障礙物，以彌補駕駛員的右前方視野盲點並防止擦撞發生；左前衛：設置於該汽車900的左前方的行車碰撞預警裝置3是用以記錄並偵測該汽車900左前方的障礙物，以彌補駕駛員的左前方視野盲點並防止擦撞發生；右衛：設置於該汽車900右後視鏡的行車碰撞預警裝置3是用以記錄並偵測該汽車900右側後方的障礙物，以偵測右方的潛在威脅；左衛：設置於該汽車900左後視鏡的行車碰撞預警裝置3是用以記錄並偵測該汽車900左側後方的障礙物，以偵測左方的潛在威脅；後衛：設置於該汽車900的正後方的行車碰撞預警裝置3是用以記錄並偵測該汽車900正後方的障礙物，以記錄並偵查來自後方的危機。當電腦4收到上述任一個行車碰撞預警裝置3的告警訊號，將透過該圖形化使用者介面40顯示該行車碰撞預警裝置3擷取之即時影像。顯而易見，該等行車碰撞預警裝置3可以完成“合作，讓它更安全！”的使命。

參閱圖1、5、6，本發明行車碰撞預警系統運作時之舉例說明如下，安裝本發明行車碰撞預警系統之紅色汽車以時速100公里行駛在高速公路上，並與前方黑色汽車保持在安全距離x=50公尺，但該紅色汽車後方之白色汽車並沒有保持安全距離，該紅色汽車與該白色汽車之車距為y公尺，且y<x。當圖4的“追撞預警”功能啟用，該電腦4將依據安裝於該紅色汽車前方並擔任「前衛」角色之行車碰撞預警裝置3測得的距離資訊，播放語音提醒駕駛員時速上限100公里，同時該電腦4亦收集安裝在該紅色汽車後方並擔任「後衛」角色之該行車碰撞預警裝置3測得的距離資訊，由於y<x，所以該電腦4會要求擔任「後衛」的該行車碰撞預警裝置3的該警示擴音器36和該發光二極體37動作來提醒該白色汽車減速。

如果碰撞發生，保存錄影證據是相當重要的，因此當影像資料處理器31透過光學投影模組32和光學攝影模組33測得與障礙物之距離小於一個特定值時，例如數公分，將停止該可抽換快閃記憶卡34之影像記錄和電源供應，並持續觸發該警示擴音器36和該發光二極體37，直到距離拉長至大於該特定值而碰撞危機解除後，才回復該可抽換快閃記憶卡34之影像記錄和電源供應。另外，參考黑盒子(black box)的設計理念，該可抽換快閃記憶卡34是安置在防火和防水的金屬盒內。

綜上所述，經由光學投影、光學攝影和影像資料處理的緊密配合，每個行車碰撞預警裝置3得以根據該方形網格影像320投射影像於障礙物之成像圖的線條線距來判斷空間距離的改變，再依據使用者預先設定的門檻值，來發佈聲音及/或光源告警，可在發生碰撞前預先進行告警，並可透過安裝於汽車900周圍之多個行車碰撞預警裝置3的區域性合作，使得被保護的汽車900更加安全。此外，每個行車碰撞預警裝置3亦具備該USB介面38和該免執照無線通訊模組39，可供使用者透過該電腦4的圖形化使用者介面40來進行系統設定並取得即時(real-time)影像，而且每個行車碰撞預警裝置3的電源模組亦備有電池，可增加本身的機動性。