基于雨水残留刮痕的雨刮片胶条故障检测方法及检测系统技术方案

本发明专利技术公开了一种基于雨水残留刮痕的雨刮片胶条故障检测方法及检测系统，该方法为：雨刮系统工作时，通过图像采集模块采集车辆挡风玻璃图像，提取雨刮片的图像信息，根据当前的雨刮片位置信息，在雨刮片运动方向的反方向分割出一定大小的动态观测图像区域，检测该区域的雨水残留刮痕，根据雨水残留刮痕的存在与否或者存在量，据此判断雨刮片胶条是否需要更换。本发明专利技术还公开了一种基于该检测方法的检测系统。本发明专利技术通过雨水残留刮痕存在与否的原理来判断雨刮片是否故障，原理和系统结构简单，检测方法具有较好的准确率和实时性。

Fault Detection and Detection System of Wiper Strip Based on Residual Scratch of Rainwater

The invention discloses a fault detection method and detection system for wiper strip based on rainwater residual scratches. The method is as follows: when the wiper system works, the image of vehicle windshield is collected by image acquisition module, and the image information of the wiper is extracted. According to the current position information of the wiper blade, a certain size of dynamic observation image is segmented in the opposite direction of the wiper blade movement direction. In this area, the residual scratches of rainwater are detected, and the existence or quantity of the residual scratches of rainwater is used to judge whether the wiper strips need to be replaced. The invention also discloses a detection system based on the detection method. The invention judges whether the wiper blade is faulty or not by the principle of the existence of residual rainwater scratches. The principle and system structure are simple, and the detection method has better accuracy and real-time performance.

【技术实现步骤摘要】
基于雨水残留刮痕的雨刮片胶条故障检测方法及检测系统
本专利技术涉及车辆故障诊断
，更具体地，涉及一种能够根据雨刮片刮水时的雨水残留刮痕状态，自动检测车辆雨刮片胶条是否老化并据此做出相应提醒的方法和装置。
技术介绍
雨天驾驶车辆，清晰的驾驶视野是保障安全的基本前提。雨刮系统用于及时刮除车辆前挡玻璃上附着的雨水，起着至关重要的作用。雨刮片上的橡胶胶条是刮除前挡玻璃雨水的直接工作零件，其长期使用容易磨损；此外，由于烈日爆晒、气候冷暖变化等原因，雨刮片胶条还极易出现老化。这种老化是一种相对渐进和缓慢的过程，属于雨刮片故障的最常见类型，相对普遍但又不易被驾驶员察觉。其直接影响是导致雨刮工作时发生抖动、噪音以及雨水刮不干净等故障，严重时将导致雨刮电机损坏。然而，由于雨刮系统并不属于经常工作的系统，大部分驾驶员通常是直到雨刮片胶条严重老化或者出现明显故障时才会进行维护或更换，在这之前其实已经对雨天行车安全带来了潜在隐患。因此，有必要对雨刮片胶条老化故障进行检测，提醒驾驶员在该故障产生严重影响之前及时更换雨刮片胶条，从而提高雨天行车的安全性。目前，关于雨刮片胶条老化的检查多为人工主观判断，依靠车辆自动检测的方法应用较少。CN201720430146.9所公开的“一种汽车雨刷更换提醒系统以及车辆”，是一种基于机器视觉的可自动检测雨刷工作状态的雨刷更换提醒系统，该系统通过图像采集装置采集雨刷和/或挡风玻璃的图像信息，并将该图像信息与预先存储的基准图像进行对比，以此判断是否需要更换雨刷，并生成更换提醒信息，从而达到自动检测并提醒的目的。然而，该专利前案并未公开详细的图像处理及检测方法，其实现起来较为困难。主要表现在：一方面，雨刷在使用时是一个动态的过程，在动态时对图像进行采集，采集到的雨刷位置状态多种多样，而其预先存储的基准图像有限，导致对比困难、误差大、且数据处理量过多等缺陷；另一方面，动态采集的雨刮片图像同时包含着交通环境背景图像信息的随机干扰，因此在与预先存储的基准图像对比时容易发生判断错误。如果是采集雨刷的静止状态，一般雨刷的静止位置是在挡风玻璃的下方，该位置的图像很难采集；而且静止图像一般只能通过磨损的外观情况进行判断，细长的雨刷胶条对磨损外观图像的要求较大，这也大大增加了对比的困难度。鉴于上述问题，本案专利技术人经过大量研究工作发现，磨损或者老化的雨刮片胶条在工作时会出现雨水刮除不净的现象，会在挡风玻璃上残留一定量的雨水刮痕，基于这一原理，开发了一种基于雨水残留刮痕状态对雨刮片胶条进行故障检测的方法及装置，本案由此而产生。
技术实现思路
本专利技术所要解决的技术问题在于提供一种基于雨水残留刮痕的雨刮片胶条故障检测方法及检测装置，其通过判断雨刮片在工作时是否在挡风玻璃上残留一定量的雨水刮痕，来进行雨刮片胶条的故障检测，并可进一步进行提醒更换。为解决上述技术问题，本专利技术的技术解决方案是：一种基于雨水残留刮痕的雨刮片胶条故障检测方法：雨刮片工作时，通过图像采集模块采集车辆挡风玻璃图像，提取雨刮片的图像信息，根据当前的雨刮片位置信息，在雨刮片运动方向的反方向分割出一定大小的动态观测图像区域，检测该区域的雨水残留刮痕，根据雨水残留刮痕的存在与否或者存在量，据此判断雨刮片胶条是否需要更换。优选地，所述雨刮片的图像信息提取方法为：对采集的车辆挡风玻璃图像进行降噪和灰度化预处理，求取预处理图像的边缘信息获得边缘图像，计算各边缘线的包围面积与图像总面积的面积比值ρ，根据预先设置的面积比阈值ω滤除边缘图像中的小面积边缘线，即滤除ρ≤ω的所有边缘线，获得雨刮片图像信息。优选地，所述动态观测图像区域的获取方法为：根据雨刮片的图像信息计算雨刮的重心，并进一步计算其方向角，据此在车辆挡风玻璃图像中拟合绘制出雨刮片的中心线从而获得雨刮片中心线图像；基于雨刮片中心线的位置信息朝雨刮片运动的反方向即可分割出动态观测图像区域。优选地，所述雨水残留刮痕的检测方法为：在动态观测图像区域内求取图像轮廓，删除所有非闭合轮廓线，获得闭合轮廓集R(i)；针对所有闭合轮廓集R(i)，求取每个轮廓的最小外接矩形，并根据其最小外接矩形的长宽比θ进行雨滴过滤，即当长宽比θ介于阈值γ和δ之间时判定该轮廓为雨滴并给予滤除，获得雨水残留刮痕集合S(j)。一种基于雨水残留刮痕的雨刮片胶条故障检测系统，包括：系统开关，用于人为或自动开启或关闭系统；电源模块，用于为系统及各模块供电；图像采集模块，用于根据一定的时间间隔T采集挡风玻璃的图像；图像预处理器，接收来自图像采集模块的图像，提取出每一幅静态图像，并对图像进行降噪和灰度化处理；雨刮片检测器，接收图像预处理器处理后的图像，从中提取出雨刮片图像的中心线；残留刮痕测量器，接收雨刮片检测器的输出图像，并基于雨刮片中心线朝雨刮片运动的反方向分割出一定大小的动态观测图像区域，检测其中的雨水残留刮痕，统计雨水残留刮痕的数量；胶条故障判断器，根据残留刮痕检测器的输出结果来判定雨刮胶条当前是否已经存在雨水残留刮痕的故障现象。优选地，进一步包括更换提醒模块，接收来自胶条故障判断器的故障信息后，提示车辆驾驶员进行雨刮片更换操作。优选地，进一步包括参数设置模块，用于设置系统的工作参数。优选地，进一步包括通讯模块，用于实现本系统与其它车载电子系统的信息交互和应用。上述雨刮片胶条故障检测系统的检测方法，包括如下步骤：第一步，当雨刮系统启动时，本系统自动启动，图像采集模块即开启工作，按固定时间间隔T连续采集车辆挡风玻璃图像A(k)，其中k表示当前的采样数，k＝1,2,3，…；第二步，对挡风玻璃图像A(k)进行降噪和灰度化预处理，获得图像B(k)；第三步，求取图像B(k)的边缘信息，获得仅包含图像边缘信息的边缘图像C(k)；第四步，计算边缘图像C(k)中各边缘线的包围面积与图像总面积的面积比值ρ，根据预先设置的面积比阈值ω滤除边缘图像C(k)中的小面积边缘线，即滤除边缘图像C(k)中的所有ρ≤ω的边缘线，获得雨刮片的外轮廓线图像D(k)；第五步，根据雨刮片的外轮廓线图像D(k)计算雨刮的重心，并进一步计算其方向角，据此拟合绘制出雨刮片的中心线图像E(k)；第六步，基于雨刮片中心线的位置信息朝雨刮片运动的反方向分割出动态观测图像区域，求取边缘图像C(k)中该观测区域内部的所有图像的轮廓线，删除所有非闭合轮廓线，获得闭合轮廓集R(i)；第七步，针对所有闭合轮廓集R(i)，求取每个轮廓的最小外接矩形，并根据其最小外接矩形的长宽比θ进行雨滴过滤，即当长宽比θ介于阈值γ和δ之间时判定该轮廓为雨滴并给予滤除，获得雨水残留刮痕集合S(j)；之后，统计雨水残留刮痕集合S(j)的元素总数N；当N大于0或者大于一设定数值时，判断雨刮片刮水后存在残留雨水刮痕；否则，判断雨刮片刮水后不存在残留雨水刮痕；第八步，根据雨刮片刮水后是否存在残留雨水刮痕，判断雨刮片胶条是否存在故障现象；当雨刮片刮水后存在残留雨水刮痕时，判断雨刮片胶条已经故障；否则，判断雨刮片胶条未故障。至此，检测结束。进一步包括第九步，根据故障信号对驾驶员进行更换提醒。采用上述方案后，本专利技术通过采集车辆挡风玻璃图像，经过预处理后得到雨刮片的图像信息，根据当前的雨刮片位置信息，在雨刮片运动方向的反方向分割出一定大小本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种基于雨水残留刮痕的雨刮片胶条故障检测方法，其特征在于：雨刮系统工作时，通过图像采集模块采集车辆挡风玻璃图像，提取雨刮片的图像信息，根据当前的雨刮片位置信息，在雨刮片运动方向的反方向分割出一定大小的动态观测图像区域，检测该区域的雨水残留刮痕，根据雨水残留刮痕的存在与否或者存在量，据此判断雨刮片胶条是否需要更换。

【技术特征摘要】
1.一种基于雨水残留刮痕的雨刮片胶条故障检测方法，其特征在于：雨刮系统工作时，通过图像采集模块采集车辆挡风玻璃图像，提取雨刮片的图像信息，根据当前的雨刮片位置信息，在雨刮片运动方向的反方向分割出一定大小的动态观测图像区域，检测该区域的雨水残留刮痕，根据雨水残留刮痕的存在与否或者存在量，据此判断雨刮片胶条是否需要更换。2.根据权利要求1所述的基于雨水残留刮痕的雨刮片胶条故障检测方法，其特征在于所述雨刮片的图像信息提取方法为：对采集的车辆挡风玻璃图像进行降噪和灰度化预处理，求取预处理图像的边缘信息获得边缘图像，计算各边缘线的包围面积与图像总面积的面积比值ρ，根据预先设置的面积比阈值ω滤除边缘图像中的小面积边缘线，即滤除ρ≤ω的所有边缘线，获得雨刮片图像信息。3.根据权利要求1或2所述的基于雨水残留刮痕的雨刮片胶条故障检测方法，其特征在于所述动态观测图像区域的获取方法为：根据雨刮片的图像信息计算雨刮的重心，并进一步计算其方向角，据此在车辆挡风玻璃图像中拟合绘制出雨刮片的中心线从而获得雨刮片中心线图像；基于雨刮片中心线的位置信息朝雨刮片运动的反方向即可分割出动态观测图像区域。4.根据权利要求1所述的基于雨水残留刮痕的雨刮片胶条故障检测方法，其特征在于所述雨水残留刮痕的检测方法为：在动态观测图像区域内求取图像轮廓，删除所有非闭合轮廓线，获得闭合轮廓集R(i)；针对所有闭合轮廓集R(i)，求取每个轮廓的最小外接矩形，并根据其最小外接矩形的长宽比θ进行雨滴过滤，即当长宽比θ介于阈值γ和δ之间时判定该轮廓为雨滴并给予滤除，获得雨水残留刮痕集合S(j)。5.一种基于雨水残留刮痕的雨刮片胶条故障检测系统，其特征在于包括：系统开关，用于人为或自动开启或关闭系统；电源模块，用于为系统及各模块供电；图像采集模块，用于根据一定的时间间隔T采集挡风玻璃的图像；图像预处理器，接收来自图像采集模块的图像，提取出每一幅静态图像，并对图像进行降噪和灰度化处理；雨刮片检测器，接收图像预处理器处理后的图像，从中提取出雨刮片图像的中心线；残留刮痕测量器，接收雨刮片检测器的输出图像，并基于雨刮片中心线朝雨刮片运动的反方向分割出一定大小的动态观测图像区域，检测其中的雨水残留刮痕，统计雨水残留刮痕的数量；胶条故障判断器，根据残留刮痕检测器的输出结果来判定雨刮胶条当前是否已经存在雨水残留刮痕的故障现象。6.根...

【专利技术属性】
技术研发人员：钟铭恩，罗宁，倪晶鑫，袁彬淦，
申请(专利权)人：厦门理工学院，
类型：发明
国别省市：福建,35