货运车辆右侧盲区监测预警系统设计*

许圣洁， 梁叶惠， 刘可婧

（天津职业技术师范大学， 天津 300222）

根据世界卫生组织2021年公开的道路安全数据，道路交通事故导致全世界每年约130万人死亡，并已成为5～29岁人群的主要死亡原因，给社会造成了巨大的损失[1]。随着中国道路物流运输行业的不断发展，货运车辆的保有量迅速上升。据统计，中国道路交通安全事故中货运车辆肇事导致的死亡人数占交通事故死亡总数的48.23%，其中，因其右侧存在视线盲区而导致的路口转弯、剐蹭、碾压行人或非机动车骑行者致死的交通事故约占死亡总数的30%[2]。因此，对于货运车辆右侧盲区监测预警系统亟需研究，以减少此类交通事故的发生。

中国科学院李守晓等[3]人采用包含主控开关和雷达以及指示灯的毫米波雷达监测车辆左右后视镜的盲点区域，检测距离可达50m，范围为自身车辆周边的1～2个车道，通过雷达探测盲区内是否出现障碍物（如行人或车辆），融合计算其距离和运动速度以及角度等参数后，判断危险程度，并利用指示灯发出预警信号。合肥工业大学陈琛等[4]人针对后视镜盲区采用红外技术设计了成本低、易实现的系统。前面的两个红外传感器探测角度为30°，用于验证信息并发出预警信号；后面的两个红外传感器探测角度为110°，用于车辆后部盲区监测。Matuszyk等[5]利用全景式视觉传感器监视车辆附近的视觉盲区。Mobileye公司研发的LCA/BSD系统，依托固定在车辆左右后视镜上的视觉传感器探测自身车辆的盲区，距离可达50m。

现有的货运车辆右侧盲区监测系统安装不够完善，大多是摄像头与支架为一体，摄像头能够监测的角度固定，视野会受到限制，驾驶员能看到的盲区范围也受到限制。针对这些缺点，设计一种货运车辆右侧盲区监测预警系统，可按照驾驶员对视野需要方便地操作控制摄像头采集视频画面角度，能够照顾到各个视野死角，解决右侧盲区监测系统视野受限的问题。可为驾驶员提供预警和安全辅助支持，以减少半挂车转弯盲区内交通事故。而且为分体式，拆装方便维修简单。

1 货运车辆右侧盲区分析

在车辆行驶过程中，如果驾驶员在向右变道和车辆右转弯之前没有看清右侧的行人和车辆，极易发生碾压或碰撞事故。货运车辆右侧外后视镜本身的结构特点，导致不可避免地存在右侧视野盲区，如图1所示。

图1 货运车辆右侧盲区示意图

右侧A柱盲区：车辆在起步、停靠、转弯或者进入弯道前，驾驶室A柱部分会遮挡驾驶视线，形成视野盲区，尤其会影响侧前方盲区内的行人或车辆的安全。

右侧后视镜盲区：绿色框区域是通过后视镜、广角镜可以看到的区域，然而红色字体标注区域在行车过程中是无法观察到，即为后视镜盲区。

右侧内轮差盲区：由于转弯时前轴内轮转弯半径大于后轴内轮转弯半径，车辆货箱部分会向转弯方向的内侧移动，此时后视镜盲区同时出现，若行人或非机动车辆在内轮差范围内，极易被货箱撞倒甚至卷入后轴内轮下，造成严重事故。货车轴距越长，内轮差盲区的范围就越大。

2 右侧盲区监测预警系统的设计原理

2.1 组成结构及工作流程

货运车辆右侧盲区监测预警系统是通过在车辆右侧安装摄像头传感器来检测车辆向右变道和车辆右转弯时右侧盲区内的车辆、行人、障碍物等。电子控制单元对摄像头传感器采集的数据进行计算和判断。如果检测到盲区中存在车辆、行人、障碍物等，则声光报警器会发出警报提示驾驶员注意。货运车辆右侧盲区监测预警系统的结构组成如图2所示，工作流程如图3所示。

图2 结构组成图

图3 工作流程图

2.2 盲区监测全景图像拼接

货运车辆由于车身长度较大，在运行过程中，单一的摄像头无法监测获得车辆右侧的全景图像信息，需将不同摄像头采集的图像进行拼接，以实现全局监控。可在货运车辆右侧前、中、后3个位置安装摄像头传感器，运用图像拼接算法以获得车辆右侧盲区内的全景信息。摄像头传感器的安装位置示意图如图4所示。

图4 摄像头传感器的安装位置示意图

图像拼接，是将两幅或多幅图像具有一定重合度的图像进行有效的特征匹配，建立图像之间的对应关系，从而使各图像的重叠部分进行缝合生成符合需求的全景图。图像拼接的一般流程，包括3个步骤：图像预处理、图像配准与图像融合。如图5所示。

图5 图像拼接流程

图像配准，采用SIFT特征匹配[6]算法，以其中一幅图像为基准，将另外一幅图像变换到参考图像的坐标系中，计算出两幅图像的坐标对应关系。由于相邻两幅拼接图像的曝光差异，拼接缝两侧图像存在缝隙。接下来，采用加权平均图像融合法方法消除曝光差异导致的拼接缝问题，通过对重合区域进行线性融合平滑以改善重合区域灰度不连续的问题。该方法简单、快速有效。

3 摄像头安装支架的设计实现

现有的汽车右侧盲区监测系统安装不够完善，大多是摄像头与支架为一体，摄像头能够监测的角度固定，视野受到限制，驾驶员无法全面观察盲区区域。

针对上述缺点，设计了一种可调右侧盲区监测系统新型摄像头安装支架。摄像头安装支架结构图如图6所示，由固定组件1、3，支撑支架2，控制器4，水平支架5，摄像头水平旋转调整部件6，垂直上下角度调整部件7以及水平长度调整杆8组成。固定组件1、3以及支撑支架2、5构成三角结构起到支撑作用。水平支架5连接控制器4、水平长度调整杆8以及摄像头水平旋转调整部件6、垂直上下角度调整部件7。

图6 摄像头安装支架结构图

控制器4的信号输入端接收来自于车辆驾驶室内部对盲区监测摄像头的控制指令，其执行输出端用于控制摄像头水平长度调整杆8、垂直上下角度调整部件7、水平旋转调整部件6这3个目标执行电机的工作，细目结构分别如图2中的A、B、C分别由齿轮齿条机构实现水平长度调整杆8的伸出和缩回运动、由蜗轮蜗杆机构实现垂直上下角度调整部件7的垂直方向旋转、由蜗轮蜗杆机构实现水平旋转调整部件6的水平方向旋转，从而实现盲区监测摄像头的水平方向相对于车体安装位置的伸缩、水平平面内的旋转以及竖直平面的旋转。

右侧盲区监测系统新型摄像头安装支架，可按照驾驶员对视野需要，很方便地操作控制摄像头采集视频画面角度，解决了右侧盲区监测系统视野受限的问题，而且可以与盲区监测全景图像拼接算法配合，全面监测货运车辆右侧盲区。

4 结束语

货运车辆右侧盲区监测预警系统主要采用摄像头传感器对车辆向右变道和车辆右转弯时盲区内车辆、行人、障碍物等进行监测。采用在货运车辆右侧前、中、后3个位置安装摄像头传感器，运用图像拼接算法以获得车辆右侧盲区内的全景信息。而且，通过设计一种可调右侧盲区监测系统新型摄像头安装支架，能按照驾驶员对视野需要非常方便地操作控制摄像头采集视频画面的角度，解决了右侧盲区监测系统视野受限的问题。可调右侧盲区监测系统新型摄像头安装支架与盲区监测全景图像拼接算法配合，进一步提高了货运车辆右侧盲区的全面监测能力。该系统可以有效避免因货运车辆右侧盲区而导致的交通事故，提高了行车安全，该系统结构简单、成本较低、易于布置。