貨運車輛右側(cè)盲區(qū)監(jiān)測預(yù)警系統(tǒng)設(shè)計*

許圣潔， 梁葉惠， 劉可婧

（天津職業(yè)技術(shù)師范大學(xué)， 天津 300222）

根據(jù)世界衛(wèi)生組織2021年公開的道路安全數(shù)據(jù)，道路交通事故導(dǎo)致全世界每年約130萬人死亡，并已成為5～29歲人群的主要死亡原因，給社會造成了巨大的損失[1]。隨著中國道路物流運輸行業(yè)的不斷發(fā)展，貨運車輛的保有量迅速上升。據(jù)統(tǒng)計，中國道路交通安全事故中貨運車輛肇事導(dǎo)致的死亡人數(shù)占交通事故死亡總數(shù)的48.23%，其中，因其右側(cè)存在視線盲區(qū)而導(dǎo)致的路口轉(zhuǎn)彎、剮蹭、碾壓行人或非機動車騎行者致死的交通事故約占死亡總數(shù)的30%[2]。因此，對于貨運車輛右側(cè)盲區(qū)監(jiān)測預(yù)警系統(tǒng)亟需研究，以減少此類交通事故的發(fā)生。

中國科學(xué)院李守曉等[3]人采用包含主控開關(guān)和雷達以及指示燈的毫米波雷達監(jiān)測車輛左右后視鏡的盲點區(qū)域，檢測距離可達50m，范圍為自身車輛周邊的1～2個車道，通過雷達探測盲區(qū)內(nèi)是否出現(xiàn)障礙物（如行人或車輛），融合計算其距離和運動速度以及角度等參數(shù)后，判斷危險程度，并利用指示燈發(fā)出預(yù)警信號。合肥工業(yè)大學(xué)陳琛等[4]人針對后視鏡盲區(qū)采用紅外技術(shù)設(shè)計了成本低、易實現(xiàn)的系統(tǒng)。前面的兩個紅外傳感器探測角度為30°，用于驗證信息并發(fā)出預(yù)警信號；后面的兩個紅外傳感器探測角度為110°，用于車輛后部盲區(qū)監(jiān)測。Matuszyk等[5]利用全景式視覺傳感器監(jiān)視車輛附近的視覺盲區(qū)。Mobileye公司研發(fā)的LCA/BSD系統(tǒng)，依托固定在車輛左右后視鏡上的視覺傳感器探測自身車輛的盲區(qū)，距離可達50m。

現(xiàn)有的貨運車輛右側(cè)盲區(qū)監(jiān)測系統(tǒng)安裝不夠完善，大多是攝像頭與支架為一體，攝像頭能夠監(jiān)測的角度固定，視野會受到限制，駕駛員能看到的盲區(qū)范圍也受到限制。針對這些缺點，設(shè)計一種貨運車輛右側(cè)盲區(qū)監(jiān)測預(yù)警系統(tǒng)，可按照駕駛員對視野需要方便地操作控制攝像頭采集視頻畫面角度，能夠照顧到各個視野死角，解決右側(cè)盲區(qū)監(jiān)測系統(tǒng)視野受限的問題?？蔀轳{駛員提供預(yù)警和安全輔助支持，以減少半掛車轉(zhuǎn)彎盲區(qū)內(nèi)交通事故。而且為分體式，拆裝方便維修簡單。

1 貨運車輛右側(cè)盲區(qū)分析

在車輛行駛過程中，如果駕駛員在向右變道和車輛右轉(zhuǎn)彎之前沒有看清右側(cè)的行人和車輛，極易發(fā)生碾壓或碰撞事故。貨運車輛右側(cè)外后視鏡本身的結(jié)構(gòu)特點，導(dǎo)致不可避免地存在右側(cè)視野盲區(qū)，如圖1所示。

圖1 貨運車輛右側(cè)盲區(qū)示意圖

右側(cè)A柱盲區(qū)：車輛在起步、?？?、轉(zhuǎn)彎或者進入彎道前，駕駛室A柱部分會遮擋駕駛視線，形成視野盲區(qū)，尤其會影響側(cè)前方盲區(qū)內(nèi)的行人或車輛的安全。

右側(cè)后視鏡盲區(qū)：綠色框區(qū)域是通過后視鏡、廣角鏡可以看到的區(qū)域，然而紅色字體標注區(qū)域在行車過程中是無法觀察到，即為后視鏡盲區(qū)。

右側(cè)內(nèi)輪差盲區(qū)：由于轉(zhuǎn)彎時前軸內(nèi)輪轉(zhuǎn)彎半徑大于后軸內(nèi)輪轉(zhuǎn)彎半徑，車輛貨箱部分會向轉(zhuǎn)彎方向的內(nèi)側(cè)移動，此時后視鏡盲區(qū)同時出現(xiàn)，若行人或非機動車輛在內(nèi)輪差范圍內(nèi)，極易被貨箱撞倒甚至卷入后軸內(nèi)輪下，造成嚴重事故。貨車軸距越長，內(nèi)輪差盲區(qū)的范圍就越大。

2 右側(cè)盲區(qū)監(jiān)測預(yù)警系統(tǒng)的設(shè)計原理

2.1 組成結(jié)構(gòu)及工作流程

貨運車輛右側(cè)盲區(qū)監(jiān)測預(yù)警系統(tǒng)是通過在車輛右側(cè)安裝攝像頭傳感器來檢測車輛向右變道和車輛右轉(zhuǎn)彎時右側(cè)盲區(qū)內(nèi)的車輛、行人、障礙物等。電子控制單元對攝像頭傳感器采集的數(shù)據(jù)進行計算和判斷。如果檢測到盲區(qū)中存在車輛、行人、障礙物等，則聲光報警器會發(fā)出警報提示駕駛員注意。貨運車輛右側(cè)盲區(qū)監(jiān)測預(yù)警系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)組成如圖2所示，工作流程如圖3所示。

圖2 結(jié)構(gòu)組成圖

圖3 工作流程圖

2.2 盲區(qū)監(jiān)測全景圖像拼接

貨運車輛由于車身長度較大，在運行過程中，單一的攝像頭無法監(jiān)測獲得車輛右側(cè)的全景圖像信息，需將不同攝像頭采集的圖像進行拼接，以實現(xiàn)全局監(jiān)控?？稍谪涍\車輛右側(cè)前、中、后3個位置安裝攝像頭傳感器，運用圖像拼接算法以獲得車輛右側(cè)盲區(qū)內(nèi)的全景信息。攝像頭傳感器的安裝位置示意圖如圖4所示。

圖4 攝像頭傳感器的安裝位置示意圖

圖像拼接，是將兩幅或多幅圖像具有一定重合度的圖像進行有效的特征匹配，建立圖像之間的對應(yīng)關(guān)系，從而使各圖像的重疊部分進行縫合生成符合需求的全景圖。圖像拼接的一般流程，包括3個步驟：圖像預(yù)處理、圖像配準與圖像融合。如圖5所示。

圖5 圖像拼接流程

圖像配準，采用SIFT特征匹配[6]算法，以其中一幅圖像為基準，將另外一幅圖像變換到參考圖像的坐標系中，計算出兩幅圖像的坐標對應(yīng)關(guān)系。由于相鄰兩幅拼接圖像的曝光差異，拼接縫兩側(cè)圖像存在縫隙。接下來，采用加權(quán)平均圖像融合法方法消除曝光差異導(dǎo)致的拼接縫問題，通過對重合區(qū)域進行線性融合平滑以改善重合區(qū)域灰度不連續(xù)的問題。該方法簡單、快速有效。

3 攝像頭安裝支架的設(shè)計實現(xiàn)

現(xiàn)有的汽車右側(cè)盲區(qū)監(jiān)測系統(tǒng)安裝不夠完善，大多是攝像頭與支架為一體，攝像頭能夠監(jiān)測的角度固定，視野受到限制，駕駛員無法全面觀察盲區(qū)區(qū)域。

針對上述缺點，設(shè)計了一種可調(diào)右側(cè)盲區(qū)監(jiān)測系統(tǒng)新型攝像頭安裝支架。攝像頭安裝支架結(jié)構(gòu)圖如圖6所示，由固定組件1、3，支撐支架2，控制器4，水平支架5，攝像頭水平旋轉(zhuǎn)調(diào)整部件6，垂直上下角度調(diào)整部件7以及水平長度調(diào)整桿8組成。固定組件1、3以及支撐支架2、5構(gòu)成三角結(jié)構(gòu)起到支撐作用。水平支架5連接控制器4、水平長度調(diào)整桿8以及攝像頭水平旋轉(zhuǎn)調(diào)整部件6、垂直上下角度調(diào)整部件7。

圖6 攝像頭安裝支架結(jié)構(gòu)圖

控制器4的信號輸入端接收來自于車輛駕駛室內(nèi)部對盲區(qū)監(jiān)測攝像頭的控制指令，其執(zhí)行輸出端用于控制攝像頭水平長度調(diào)整桿8、垂直上下角度調(diào)整部件7、水平旋轉(zhuǎn)調(diào)整部件6這3個目標執(zhí)行電機的工作，細目結(jié)構(gòu)分別如圖2中的A、B、C分別由齒輪齒條機構(gòu)實現(xiàn)水平長度調(diào)整桿8的伸出和縮回運動、由蝸輪蝸桿機構(gòu)實現(xiàn)垂直上下角度調(diào)整部件7的垂直方向旋轉(zhuǎn)、由蝸輪蝸桿機構(gòu)實現(xiàn)水平旋轉(zhuǎn)調(diào)整部件6的水平方向旋轉(zhuǎn)，從而實現(xiàn)盲區(qū)監(jiān)測攝像頭的水平方向相對于車體安裝位置的伸縮、水平平面內(nèi)的旋轉(zhuǎn)以及豎直平面的旋轉(zhuǎn)。

右側(cè)盲區(qū)監(jiān)測系統(tǒng)新型攝像頭安裝支架，可按照駕駛員對視野需要，很方便地操作控制攝像頭采集視頻畫面角度，解決了右側(cè)盲區(qū)監(jiān)測系統(tǒng)視野受限的問題，而且可以與盲區(qū)監(jiān)測全景圖像拼接算法配合，全面監(jiān)測貨運車輛右側(cè)盲區(qū)。

4 結(jié)束語

貨運車輛右側(cè)盲區(qū)監(jiān)測預(yù)警系統(tǒng)主要采用攝像頭傳感器對車輛向右變道和車輛右轉(zhuǎn)彎時盲區(qū)內(nèi)車輛、行人、障礙物等進行監(jiān)測。采用在貨運車輛右側(cè)前、中、后3個位置安裝攝像頭傳感器，運用圖像拼接算法以獲得車輛右側(cè)盲區(qū)內(nèi)的全景信息。而且，通過設(shè)計一種可調(diào)右側(cè)盲區(qū)監(jiān)測系統(tǒng)新型攝像頭安裝支架，能按照駕駛員對視野需要非常方便地操作控制攝像頭采集視頻畫面的角度，解決了右側(cè)盲區(qū)監(jiān)測系統(tǒng)視野受限的問題?？烧{(diào)右側(cè)盲區(qū)監(jiān)測系統(tǒng)新型攝像頭安裝支架與盲區(qū)監(jiān)測全景圖像拼接算法配合，進一步提高了貨運車輛右側(cè)盲區(qū)的全面監(jiān)測能力。該系統(tǒng)可以有效避免因貨運車輛右側(cè)盲區(qū)而導(dǎo)致的交通事故，提高了行車安全，該系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡單、成本較低、易于布置。