一种车内乘员危险状态报警装置及报警方法

摘要

本发明公开了一种车内乘员危险状态报警装置及报警方法。该装置包括微处理器，用于获取乘员肢体是否伸出车窗的多个左侧红外线传感器和多个右侧红外线传感器，用于采集乘员肢体图像和障碍物图像的左摄像头和右摄像头，用于根据微处理器发出的报警信号进行报警的信号灯；通过安装在车窗外部上边缘的红外线传感器获取乘员是否有肢体伸出窗外的情况，在有乘员肢体伸出窗外的情况下，安装在车辆后视镜上的摄像头获取车辆后方的图像，微处理器通过图像处理技术对图像进行处理，识别出此时乘员伸出车窗部分肢体与障碍物之间的间隙，并对乘员状态安全性评估，评估结果分为危险、较危险和安全三种，通过不同颜色的信号灯将评估结果向驾驶员提示。

说明书

技术领域

本发明涉及车内乘员保护领域，特别涉及一种车内乘员危险状态报警装 置及报警方法。

背景技术

当前机动车保有量急剧增长，在道路资源有限的情况下，拥堵变得越来 越普遍。车辆为了缓解拥堵达到快速通行的目的，常常会出现车辆加塞或者 一个车道内并列存在多辆车的情况；但是，乘员的安全意识并不高，经常出 现乘员头部或者肢体伸出窗外的危险行为；在城市特别是有设置有城门、桥 墩以及立体交通的地区，若在上述车辆加塞或者同一车道内并列存在多辆车 的情况下，车辆、城门和桥墩以及其他车辆等障碍物之间的间隙会急剧减小， 若此时乘员头部或者肢体伸出窗外则极有可能会对乘员身体造成伤害。统计 数据表明，由于乘员肢体伸出窗外与建筑物发生接触碰撞导致了大量的交通 事故，这给乘员带来了巨大的精神和财产损失。

目前，防止此类事故发生主要靠提高驾驶员的安全意识。在驾驶过程中 通过后视镜获取乘员是否将肢体伸出窗外等信息，但是后视镜视野有限，驾 驶员的注视点同一时刻也只有一个，且过多的观察后视镜会使驾驶员对前方 交通信息的获取减少，不利于行车安全，在此种情况下开发出自动识别乘员 肢体是否伸出窗外并对驾驶员进行提示的系统有现实的应用价值。

发明内容

本发明的目的在于提供一种车内乘员危险状态报警装置及报警方法，该 装置投资少、适合规模化推广，其工作方法智能化、无需操作且可靠性高。

为达到上述技术目的，本发明采用如下技术方案予以实现。

方案一：

一种车内乘员危险状态报警装置，其特征在于，包括微处理器，用于获 取乘员肢体是否伸出车窗的多个左侧红外线传感器和多个右侧红外线传感 器，用于采集乘员肢体图像和障碍物图像的左摄像头和右摄像头，用于根据 微处理器发出的报警信号进行报警的信号灯；

所述多个左侧红外线传感器和多个右侧红外线传感器的输出端分别对应 电连接微处理器的多个I/O输入端，所述左摄像头和右摄像头的视频输出端分 别对应电连接微处理器的两个视频输入端，所述左摄像头和右摄像头的控制 端分别对应电连接微处理器的两个I/O输出端，所述微处理器的I/O输出端电 连接信号灯的输入端；

每个车窗上方安装有一个红外线传感器，所述左摄像头和右摄像头对应 安装在左后视镜和右后视镜上，所述信号灯安装在仪表盘上。

本技术方案的特点和进一步改进在于：

所述摄像头采用YJS-01USB2.0摄像头。

所述微处理器为ARM9处理器，型号为S3C2410。

所述红外线传感器为手护神牌对射红外光栅，型号为Q型。

所述信号灯包括红色LED灯、黄色LED灯和绿色LED灯。

方案二：

一种车内乘员危险状态报警方法，基于上述车内乘员危险状态报警装置， 其特征在于，包括以下步骤：

步骤一，在本车上安装所述报警装置，在使用所述报警装置之前进行左 摄像头和右摄像头的标定；

左摄像头的标定，建立以左摄像头的镜头的中心点为原点，垂直于镜头 的直线为横坐标，与该横坐标垂直的水平直线为纵坐标的直角坐标系；在本 车左后方建立一标定点，该标定点在摄像头内的图像为标定像点，用直尺测 量得到该标定点在该直角坐标系内的坐标为(D，h)，该标定点的通过镜头中 心点的成像光线与横坐标的夹角为θ，得到

$\tan \theta =\frac{h}{D},$

θ＝Num×Rop+Offset，

式中：Num是从左摄像头的中心到该标定像点的像素个数；

Rop是每个像素的弧度值；

Offset是弧度误差；

Num从左摄像头图像上得到，经过多次标定得到Rop和Offset的值，从而得到 h＝Dtanθ＝Dtan(Num*Rop+Offset)；

同样原理，标定右摄像头；

步骤二，多个左侧红外线传感器和多个右侧红外线传感器实时采集乘员 肢体伸出车窗的信号，并将乘员肢体伸出车窗的信号传输给微处理器；

步骤三，微处理器根据接收到的左侧红外线传感器或右侧红外线传感器 的乘员肢体伸出车窗的信号对应开启左侧摄像头或右侧摄像头；

步骤四，左侧摄像头和右侧摄像头采集到车辆左侧面和右侧面的图像后 传输给微处理器，微处理器进行图像预处理，对图像中的每一个像素点，计 算以该像素点为中心的该像素点周围3×3范围内的像素点灰度值的平均值， 将该平均值记为该像素点的灰度值；

步骤五，微处理器提取图像包括有乘员肢体图像和障碍物图像，微处理 器设定灰度阈值为127，对于图像中的每一个像素点，如果该像素点的灰度值 大于等于该阈值，则将该像素点的灰度值改为0；如果该像素点的灰度值小于 该阈值，则将该像素点的灰度值改为1；图像中的灰度值为0的所有像素点所 组成的图像即为乘员伸出车窗的肢体和障碍物的图像；

步骤六，微处理器选取乘员伸出车窗的肢体图像的最远端的像素点作为 第一特征点，所述最远端对于左摄像头采集图像为最左端，对于右摄像头采 集图像为最右端；微处理器选取与该第一特征点在同一水平线上并距该第一 特征点最近的障碍物图像上的像素点为第二特征点，微处理器采集得到第一 特征点到摄像头中心的像素个数Num1和第二特征点到摄像头中心的像素个数 Num2；微处理器内存储有每个红外线传感器与对应侧的摄像头之间的横向距 离，当微处理器接收到任何一个红外线传感器采集的乘员肢体伸出车窗的信 号后，微处理器提取该红外传感器与摄像头之间的横向距离D1，设第一特征 点对应的实物为第一被探测点，第二特征点对应的实物为第二被探测点，将D1 和Num1代入公式h＝Dtanθ＝Dtan(Num*Rop+Offset)计算得到第一被探测点距离 摄像头中心的纵向距离，将D1和Num2代入公式 h＝Dtanθ＝Dtan(Num*Rop+Offset)计算得到第二被探测点距离摄像头中心的纵 向距离，从而得到第一被探测点与第二被探测点之间的纵向距离；

步骤七，如果没有检测到第二被探测点或第二被探测点与第一被探测点 之间间隔的像素点数目大于等于1m时，微处理器控制绿色LED灯显示；第 二被探测点与第一被探测点之间间隔的像素点数目小于1m且大于等于50cm 时，微处理器控制黄色LED灯显示；第二被探测点与第一被探测点之间间隔 的像素点数目小于50cm时，微处理器控制红色LED灯显示。

本发明的基本原理是通过使用安装在车窗外部上边缘的红外线传感器获 取乘员是否有肢体伸出窗外的危险情况，在有乘员肢体伸出窗外的情况下， 安装在车辆后视镜上的摄像头获取车辆后方的图像，微处理器通过图像处理 技术对图像进行处理，识别出此时乘员伸出车窗部分肢体与障碍物之间的间 隙，并对乘员状态安全性评估，评估结果分为危险、较危险和安全三种，并 通过不同颜色的信号灯将评估结果向驾驶员提示，以辅助驾驶员及时获取车 内乘员的状态，及时阻止危险事故的发生。

本发明的车内乘员危险状态报警装置，主要部件采用红外线传感器、摄 像头和ARM9处理器，投资费用少、设计简单、可靠性高，而且不需要对车 辆进行过多改装。本发明的车内乘员危险状态报警方法，基于上述车内乘员 危险状态警报装置，其道路图像的处理以及车内乘员状态安全性的分析计算 由ARM9处理器直接完成，智能化高，对驾驶人提示的结果直观、可靠。

附图说明

下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细说明。

图1为本发明的一种车内乘员危险状态报警装置的电气连接结构示意图；

图2为本发明的车内乘员危险状态报警装置的安装示意图；

图3为本发明中的摄像头标定的原理示意图；

图中：1、右侧红外线传感器；2、右摄像头；3、左摄像头；4、红色LED 灯；5、黄色LED灯；6、绿色LED灯；7、车内乘员；8、本车；9、障碍物。

具体实施方式

参照图1，为本发明的一种车内乘员危险状态报警装置的电气连接结构示 意图；该报警装置包括微处理器，用于获取乘员肢体是否伸出车窗的多个左 侧红外线传感器和多个右侧红外线传感器1，用于采集乘员肢体图像和障碍物 9图像的左摄像头3和右摄像头2，用于根据微处理器发出的报警信号进行报 警的信号灯。

多个左侧红外线传感器和多个右侧红外线传感器1的输出端分别对应电 连接微处理器的多个I/O输入端，左摄像头3和右摄像头2的视频输出端分别对 应电连接微处理器的两个视频输入端，左摄像头3和右摄像头2的控制端分别 对应电连接微处理器的两个I/O输出端，微处理器的I/O输出端电连接信号灯 的输入端。

如图2所示的本发明的车内乘员危险状态报警装置的安装示意图；每个 车窗上方安装有一个红外线传感器，左摄像头3和右摄像头2对应安装在左 后视镜和右后视镜上，信号灯安装在仪表盘上。

其中，摄像头采用YJS-01USB2.0摄像头。

其中，微处理器为ARM9处理器，型号为S3C2410。

其中，红外线传感器为手护神牌对射红外光栅，型号为Q型。

其中，信号灯包括红色LED灯4、黄色LED灯5和绿色LED灯6。

一种车内乘员危险状态报警方法，基于上述车内乘员危险状态报警装置， 其特征在于，包括以下步骤：

步骤一，在本车上安装所述报警装置，在使用所述报警装置之前进行左 摄像头和右摄像头的标定，如图3所示的摄像头标定的原理示意图；

左摄像头的标定，建立以左摄像头的镜头的中心点为原点，垂直于镜头 的直线为横坐标，与该横坐标垂直的水平直线为纵坐标的直角坐标系；在本 车左后方建立一标定点，该标定点在摄像头内的图像为标定像点，用直尺测 量得到该标定点在该直角坐标系内的坐标为(D，h)，该标定点的通过镜头中 心点的成像光线与横坐标的夹角为θ，得到

$\tan \theta =\frac{h}{D},$

θ＝Num×Rop+Offset，

式中：Num是从左摄像头的中心到该标定像点的像素个数；

Rop是每个像素的弧度值；

Offset是弧度误差；

Num从左摄像头图像上得到，经过多次标定得到Rop和Offset的值，从而得到 h＝Dtanθ＝Dtan(Num*Rop+Offset)；

同样原理，标定右摄像头；

步骤二，多个左侧红外线传感器和多个右侧红外线传感器实时采集乘员肢 体伸出车窗的信号，并将乘员肢体伸出车窗的信号传输给微处理器；红外线 传感器随车辆开启而启动，在行驶过程中，若乘员肢体伸出车窗外，会遮挡 红外线传感器发射的射线，红外线传感器获取到乘员肢体伸出车窗信号，通 过数据线将此信号向微处理器发送。

步骤三，微处理器根据接收到的左侧红外线传感器或右侧红外线传感器 的乘员肢体伸出车窗的信号对应开启左侧摄像头或右侧摄像头；

步骤四，左侧摄像头和右侧摄像头采集到车辆左侧面和右侧面的图像后 传输给微处理器，微处理器进行图像预处理，图像预处理的目的是去除左侧 摄像头或者右侧摄像头所采集图像中的干扰信息，由于车辆行驶的环境存在 差异性，摄像头所采集到的图像中经常会出现与障碍物无关的信息，这些信 息对于后续距离计算会产生干扰，因此在图像处理过程中首先对道路图像进 行滤波，具体采用中值滤波算法进行；对图像中的每一个像素点，计算以该 像素点为中心的该像素点周围3×3范围内的像素点灰度值的平均值，将该平 均值记为该像素点的灰度值；

步骤五，微处理器提取图像包括有乘员肢体图像和障碍物图像，微处理 器设定灰度阈值为127，对于图像中的每一个像素点，如果该像素点的灰度值 大于等于该阈值，则将该像素点的灰度值改为0；如果该像素点的灰度值小于 该阈值，则将该像素点的灰度值改为1；图像中的灰度值为0的所有像素点所 组成的图像即为乘员伸出车窗的肢体和障碍物的图像；

步骤六，对于摄像头采集的图像，微处理器识别靠近本车的图像块为乘 员肢体图像，远离本车的图像块为障碍物图像；微处理器选取乘员伸出车窗 的肢体图像的最远端的像素点作为第一特征点，所述最远端对于左摄像头采 集图像为最左端，对于右摄像头采集图像为最右端；微处理器选取与该第一 特征点在同一水平线上并距该第一特征点最近的障碍物图像上的像素点为第 二特征点，微处理器采集得到第一特征点到摄像头中心的像素个数Num1和第 二特征点到摄像头中心的像素个数Num2；微处理器内存储有每个红外线传感 器与对应侧的摄像头之间的横向距离，当微处理器接收到任何一个红外线传 感器采集的乘员肢体伸出车窗的信号后，微处理器提取该红外传感器与摄像 头之间的横向距离D1，设第一特征点对应的实物为第一被探测点，第二特征 点对应的实物为第二被探测点，将D1和Num1代入公式 h＝Dtanθ＝Dtan(Num*Rop+Offset)计算得到第一被探测点距离摄像头中心的纵 向距离，将D1和Num2代入公式h＝Dtanθ＝Dtan(Num*Rop+Offset)计算得到第二 被探测点距离摄像头中心的纵向距离，从而得到第一被探测点与第二被探测 点之间的纵向距离；

步骤七，如果没有检测到第二被探测点或第二被探测点与第一被探测点 之间间隔的像素点数目大于等于1m时，微处理器控制绿色LED灯显示；第 二被探测点与第一被探测点之间间隔的像素点数目小于1m且大于等于50cm 时，微处理器控制黄色LED灯显示；第二被探测点与第一被探测点之间间隔 的像素点数目小于50cm时，微处理器控制红色LED灯显示。

本发明的基本原理是通过使用安装在车窗外部上边缘的红外线传感器获 取乘员是否有肢体伸出窗外的危险情况，在有乘员肢体伸出窗外的情况下， 安装在车辆后视镜上的摄像头获取车辆后方的图像，微处理器通过图像处理 技术对图像进行处理，识别出此时乘员伸出车窗部分肢体与障碍物之间的间 隙，并对乘员状态安全性评估，评估结果分为危险、较危险和安全三种，并 通过不同颜色的信号灯将评估结果向驾驶员提示，以辅助驾驶员及时获取车 内乘员的状态，及时阻止危险事故的发生。

本发明的车内乘员危险状态报警装置，主要部件采用红外线传感器、摄 像头和ARM9处理器，投资费用少、设计简单、可靠性高，而且不需要对车 辆进行过多改装。本发明的车内乘员危险状态报警方法，基于上述车内乘员 危险状态警报装置，其道路图像的处理以及车内乘员状态安全性的分析计算 由ARM9处理器直接完成，智能化高，对驾驶人提示的结果直观、可靠。

尽管以上结合附图对本发明的实施方案进行了描述，但是本发明并不局 限于上述的具体实施方案和应用领域，上述的具体实施方案仅仅是示意性的、 指导性的，而不是限制性的。本领域的普通技术人员在说明书的启示下，在 不脱离本发明权利要求所保护的范围的情况下，还可以做出很多种的形式， 这些均属于本发明保护之列。