大型車輛駐車盲區(qū)防撞預(yù)警裝置

陳釔林

有一類交通事故俗稱“鬼探頭”，指的是司機(jī)在駕駛時(shí)，從視野盲區(qū)突然躥出非機(jī)動(dòng)車或行人，司機(jī)因避讓不及時(shí)造成車傷人亡的慘劇。為了降低此類事故的發(fā)生，我以公交車為例，研發(fā)制作了大型車輛駐車盲區(qū)防撞預(yù)警裝置。在制作之前，我列出了幾個(gè)需要解決的問題。

問題一：采用何種方式檢測(cè)人

有兩種方式：一是通過移動(dòng)偵測(cè)識(shí)別移動(dòng)中的人，在這個(gè)方法下，通過檢測(cè)每一幀畫面下的不同畫面來獲得人移動(dòng)的情況。二是通過人臉識(shí)別功能識(shí)別移動(dòng)中的人，可以采用Open CV（躊平臺(tái)計(jì)算機(jī)視覺庫）自帶的人臉識(shí)別級(jí)聯(lián)式觸發(fā)器，通過識(shí)別畫面中的人臉獲得畫面中移動(dòng)的人的位置。

總結(jié)：第一種方式容易受到背景移動(dòng)車輛的干擾；第二種方式在使用過程中必須人臉朝向攝像頭。因此選擇第一種方式來實(shí)現(xiàn)檢測(cè)人的功能。

問題二：如何減少攝像頭檢測(cè)時(shí)受到的干擾

方式一：測(cè)量一段時(shí)間再進(jìn)行決定。這個(gè)方法可以有效避免環(huán)境對(duì)攝像頭檢測(cè)的干擾，但是對(duì)于安全裝置來說反應(yīng)時(shí)間十分重要，故需要考慮測(cè)量時(shí)間的長(zhǎng)短以便避免延誤最佳反應(yīng)時(shí)間。經(jīng)過綜合測(cè)試，符合本項(xiàng)目的反應(yīng)時(shí)間為0.5秒。

方式二：采用雙目測(cè)距方法檢測(cè)深度。這個(gè)方法處理效果最好，但是運(yùn)行不是很穩(wěn)定。在現(xiàn)實(shí)環(huán)境中，由于公交車的運(yùn)行環(huán)境在室外，環(huán)境光對(duì)攝像頭的干擾較大，很難穩(wěn)定地測(cè)量。另外，該裝置需要配置2個(gè)攝像頭，增加了制作成本，不利于量產(chǎn)，故不予采用。

方式三：采用單目測(cè)距方法檢測(cè)深度。該方法主要通過估計(jì)人體大小和測(cè)量畫面中移動(dòng)物體的大小，達(dá)到檢測(cè)遠(yuǎn)處物體和近處物體的差別以及濾波，以便去除部分?jǐn)z像頭檢測(cè)不穩(wěn)帶來的干擾。這一方式行之有效，但是大人和小孩的身高和體型差距較大，因此不能用它來檢測(cè)遠(yuǎn)處物體和近處物體的區(qū)別，只能將其用于減少攝像頭本身的干擾問題。

方式四：調(diào)整攝像頭的攝像角度及使用軟件濾去攝像頭拍攝下的遠(yuǎn)處畫面。調(diào)整攝像頭的攝像角度后可以獲得一個(gè)偏俯視的畫面；通過軟件濾去遠(yuǎn)處的畫面可以得到更適合檢測(cè)的畫面。該方案通過忽略部分圖像內(nèi)容達(dá)到只檢測(cè)近處圖像的目的，行之有效，予以采納。

問題三：通過何種方式提醒行人及后方車輛注意“鬼探頭”

提醒行人的方式有：鳴笛、播放語音提醒和顯示圖標(biāo)，但綜合考慮還是鳴笛比較有效。

提醒后方車輛駕駛員的方式有：鳴笛、打開車輛的雙閃燈提醒、利用公交車后尾部的顯示牌進(jìn)行提醒。車輛雙閃燈有緊急停車的意思，容易被誤解，因此不考慮這種方式。公交車尾部的顯示牌容易被車身廣告“喧賓奪主”，影響提醒的效果。綜上所述，本項(xiàng)目決定采用鳴笛的方式提醒行人和后方車輛的駕駛員。

確定方案后，接下來是硬件設(shè)計(jì)。本項(xiàng)目使用到的硬件有：樹莓派主板、USB攝像機(jī)、LED燈（用來模擬雙閃燈以及裝置運(yùn)行狀態(tài)信號(hào)燈）、蜂鳴器（用來模擬喇叭）、SSD1306 OLED模塊（用來模擬顯示屏）。

由于樹莓派主板對(duì)供電要求比較大（5V 3A），制作時(shí)沒有找到合適的電源適配器，故采用兩個(gè)適配器并聯(lián)供電。在實(shí)際生產(chǎn)環(huán)境中，可以直接采用一個(gè)功率較大的，如5V電源直流適配器供電（接到車載電源上）。

由于攝像機(jī)處理需要較大的運(yùn)算速率，所以本項(xiàng)目采用樹莓派評(píng)估板作為模型核心處理。所有軟件設(shè)計(jì)均基于樹莓派系統(tǒng)（x86_32）。

考慮到本裝置為安全保衛(wèi)裝置，對(duì)時(shí)效性有較高的要求，故采用多線程形式避免各部分的相互影響。因此本軟件分為初始化模塊、圖像處理和識(shí)別模塊、GPIO（通用輸入輸出口）模塊、用戶界面事件處理模塊等幾個(gè)獨(dú)立模塊。模塊之間的設(shè)計(jì)采用高耦合低內(nèi)聚的結(jié)構(gòu)，各模塊之間各不隸屬。由于多線程處理，線程之間涉及有關(guān)信息的通訊，有管道消息、變量FLAG的通訊形式和文件通訊形式?？紤]到管道消息具有不穩(wěn)定性（容易造成管道破裂導(dǎo)致系統(tǒng)停止進(jìn)程運(yùn)行），文件通訊可能造成沖突（通常情況下只能由一個(gè)進(jìn)程訪問同一文件），最終本項(xiàng)目決定采用線程共享部分變量FLAG形式通訊。

初始化模塊：所有線程均由初始化模塊進(jìn)行初始化和創(chuàng)建線程并運(yùn)行線程并初始化FLAG變量；設(shè)置信號(hào)位防止系統(tǒng)因?yàn)楫惓?dǎo)致裝置的程序停止運(yùn)行。

圖像識(shí)別和處理模塊：初始化模塊完成初始化后，轉(zhuǎn)化為本模塊繼續(xù)執(zhí)行（避免浪費(fèi)系統(tǒng)資源）。本模塊掌握評(píng)估板上的攝像機(jī)資源，并進(jìn)行圖像處理。通過攝像機(jī)獲取前后兩幀畫面，先對(duì)兩幅畫面進(jìn)行灰度化處理，再對(duì)兩幅畫面運(yùn)用光柵作差法檢測(cè)出畫面不同的部分獲得灰度圖像，接著對(duì)圖像進(jìn)行二值化處理，把像素差值超過3（灰階255）的部分標(biāo)記出來，最后采用高斯濾波法過濾掉圖像中的大量噪點(diǎn)。接下來對(duì)圖像進(jìn)行膨脹處理，將畫面中殘缺的部分連接起來。下一步查找圖像中的“等高線”，即將圖像連續(xù)部分查找出來，再使用對(duì)最邊緣的頂點(diǎn)進(jìn)行框選，最終獲得目標(biāo)的具體位置。同時(shí)，通過去除抖動(dòng)以及去除過遠(yuǎn)（即在畫面中過小）的目標(biāo)，達(dá)到穩(wěn)定檢測(cè)的目的。

GPIO模塊：這個(gè)模塊針對(duì)GPIO進(jìn)行處理，掌握全部GPIO資源。主要處理信號(hào)的輸出，包括蜂鳴器鳴響、LED燈和顯示屏。信號(hào)的輸入主要是車輛是否處于停車狀態(tài)，調(diào)試許可是否打開等信號(hào)處理，信號(hào)輸入通過公共標(biāo)志位的修改影響各個(gè)模塊的工作流程。為了給圖像處理更多CPU資源，這個(gè)模塊會(huì)增加延時(shí)主動(dòng)臨時(shí)性放棄執(zhí)行權(quán)限。

用戶界面事件處理模塊：該模塊主要針對(duì)用戶界面（主要用于修改配置和進(jìn)行調(diào)試糾錯(cuò)）進(jìn)行處理。該模塊不是一個(gè)單獨(dú)的線程，而是一套事件處理函數(shù)。

（該項(xiàng)目獲第37屆廣西青少年科技創(chuàng)新大賽青少年科技創(chuàng)新成果競(jìng)賽一等獎(jiǎng)，第九屆中國(guó)國(guó)際“互聯(lián)網(wǎng)+”大學(xué)生創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)大賽萌芽賽道創(chuàng)新潛力獎(jiǎng) 指導(dǎo)老師：李玉華、馬玉橋、黃義強(qiáng)、嚴(yán)俊）