[發明專利]一種基于三幀差分法的道路交叉口路況預警系統及方法

有效

• 申請號: 202110794786.9
• 申請日: 2021-07-14
• 公開（公告）號: CN113706859B
• 公開（公告）日: 2023-01-03
• 發明（設計）人: 王興舉;張雪芳;劉博航;王曉雪;龐新樂;李博;胡宇范;趙艷峰;康學建
• 申請（專利權）人: 石家莊鐵道大學
• 主分類號: G08G1/01
• 分類號: G08G1/01;G08G1/16;G08B7/06;G06Q10/04;G06Q50/30;G08B31/00;H02J7/35
• 代理公司: 石家莊眾志華清知識產權事務所(特殊普通合伙) 13123
• 代理人: 張建

1.一種基于三幀差分法的道路交叉口路況預警方法，其特征在于：預警系統包括外設裝置和通過無線信號與外設裝置連接的移動接收端，所述外設裝置設置于路口，包括圖像采集器(1)，設置于路口紅綠燈一側，所述圖像采集器(1)為高清攝像頭，且具體為四個，分別安裝于交叉路口的四個方向，用以對路口車輛、車輛的車牌、行人的運動狀態進行采集；

數據分析裝置(2)，設置于安裝紅綠燈的支撐柱(6)上，與所述圖像采集器(1)之間電連接，用三幀差分法來分析路口車輛和行人的運行軌跡；

無線傳輸裝置(3)，同樣設置在支撐柱(6)上，用以將所述數據分析裝置(2)預測分析的車輛和行人的運動軌跡，以無線信號的形式傳輸到移動接收端；

能源裝置，設置于支撐柱(6)的上端，用以儲存電源并向其余各個裝置提供電源；

移動接收端包括車載接收器和手機接收端，所述車載接收器包括顯示器和聲音播放模塊，所述手機接收端具體為安裝于手機內的APP程序，用以根據不同的信號選擇是否對駕駛員和/或行人提供報警信號；

基于三幀差分法的道路交叉口路況預警方法，包括如下步驟：

步驟一、通過圖像采集器(1)，采集路口車輛的運動狀態、車牌信息及行人的運動狀態，并將采集到的信息以電信號的方式傳輸到數據分析裝置(2)；

步驟二、數據分析裝置(2)將接收到的信號，通過三幀差分法來對車輛及行人進行軌跡分析，預測車輛和行人的運動軌跡是否有碰撞的風險；

步驟三、將數據分析裝置(2)的分析結果，通過無線傳輸裝置(3)分別傳輸到車輛上的車載接收器和行人的手機接收端，若有碰撞風險，則控制對應車輛的車載接收器和行人的手機接收端發出報警信號，提醒駕駛員及行人注意，若沒有碰撞風險，則不發出報警信號；

所述步驟二中所述三幀差分法的具體算法步驟如下：

(1)攝像機攝取連續三幀相鄰的圖像為I_k-1，I_k，I_k+1，隨后進行灰度化處理；

(2)對相鄰兩幀圖像進行差分計算，計算公式如下：

D₁(x，y)＝I_k-I_k-1；

D₂(x，y)＝I_k+1-I_k；

(3)根據設定好的閾值對差分圖像進行二值化處理，計算公式如下：

其中，k＝1，2，T_h為設定的閾值，d_k(x，y)為二值化處理結果；

(4)與運算提取二值化圖像交集，計算公式如下；

為與運算；

(5)根據攝像機成像圖可知：攝像機高度H；

圖像坐標中心對應的世界坐標點與攝像頭在Y軸上的距離O₃N；

鏡頭中心點的圖像坐標為O₁；

測量像素點的圖像坐標D₁，D₂；

實際像素的長度xpix；

實際像素的寬度ypix；

差分計算后，二值化圖像d₁(x，y)對應的位置為p₁；

差分計算后，二值化圖像d₂(x，y)對應的位置為p₂；

攝像頭焦距為f；

待求：實地距離為D′₁D′₂，算法步驟如下：

1)求O₃D′₁；

①

②

③β＝α-γ；

④

2)求O₃D′₂；

①β＝α-γ；

②

③θ＝β-δ；

④

3)求D′₁D′₂；

(6)根據采集到的圖像可知時間間隔為t₁，t₂，然后根據實地距離D′₁D′₂計算瞬時速度v₁，v₂，計算公式如下：

(7)根據相鄰瞬時速度計算瞬時加速度，計算公式如下：

當有了物體的瞬時速度、加速度，即可預測運動物體短時間內運動軌跡，若某一運動物體的運動預測軌跡，與所駕車輛的軌跡在同一時間發生交匯，則認為存在碰撞風險，觸發車載裝置中的聲音報警器向司機報警。