阅读说明：本技术 一种路面状态检测装置的噪声去除算法 (Noise removal algorithm of road surface state detection device ) 是由 王�华 全威 郭慕瑶 田进保 魏志超 满永兴 于 2021-06-03 设计创作，主要内容包括：本发明的一种路面状态检测装置的噪声去除算法,通过如下步骤实现：步骤一,在特定的波长下给发光二极管输入多个具有线性比例关系的工作电流I-(i),相应得到多个反射光强度P-(i)；步骤二、利用数理统计方法对步骤一的多个工作电流I-(i)与对应的多个反射光强度P-(i)作线性回归,得到P-(i)＝β·I-(i)+ε-(i)(i＝1,2,…,n),步骤三、采用最小二乘法计算回归系数β,步骤四、将步骤三的反射光强度系数β来计算当前反射率。与现有技术相比采用最小二乘法的计算方式将噪声去除,使算出的反射光强度系数是一真值,无噪声参杂,利用此反射光强度系数来计算反射率的时候就会使计算出来的反射率较为精准,从而使路面状态检测装置的检测数据较为精准,大大提高了行车安全。(The invention discloses a noise removal algorithm of a road surface state detection device, which is realized by the following steps: step one, inputting a plurality of working currents I with linear proportional relation to the light-emitting diode under specific wavelength i Correspondingly obtain a plurality of reflected light intensities P i (ii) a Step two, utilizing a mathematical statistical method to carry out comparison on a plurality of working currents I in the step one i Corresponding to a plurality of reflected light intensities P i Linear regression to obtain P i ＝β·I i +ε i (i ═ 1, 2, …, n), step three, calculate the regression coefficient β with the least square method, step four, calculate the current reflectance with the reflected light intensity coefficient β of step three. Compared with the prior art, the method adopts a least square method to remove noise, so that the calculated reflected light intensity coefficient is a true value and has no noise doping, the calculated reflectivity is more accurate when the reflected light intensity coefficient is used for calculating the reflectivity,therefore, the detection data of the road surface state detection device is accurate, and the driving safety is greatly improved.)

一种路面状态检测装置的噪声去除算法

技术领域

本发明涉及交通道路检测领域,特别涉及路面状态检测装置的噪 声去除算法。

背景技术

现有路面状态(如干燥路面、积水路面、结冰路面、积雪路面、 污水路面和沙土路面)的检测装置各用不一，本发明人研发了一种 采用发光二极管与光电二极管的配合来实现检测结果的检测装置， 其原理是在特定波长下的发光二极管发射出发射光，发射光经路面 状态上的覆盖物反射至光电二极管中，光电二极管通过测定特定波 长的反射光的接收光子数，来反映反射光强度，利用此反射光强度 来计算得到特定波长对路面状态的反射率，最终根据反射率设置阈 值来区别不同的路面状态。但是，在实际应用时，发射光强度受环 境温度影响较大，因此采用发光二极管和光电二极管配合的检测装 置会因环境温度的影响而造成检测准确率不精准的问题。

为此，本发明人对上述问题进行深入研究，遂由本案产生。

发明内容

本发明的目的在于提供一种消除了环境温度变化而产生的噪声 对光传感器的检测造成影响的路面状态检测装置的噪声去除算法。

为了达成上述目的，本发明的解决方案如下所述：一种路面状 态检测装置的噪声去除算法,通过如下步骤实现：

步骤一，在特定的波长下给发光二极管输入多个具有线性比例 关系的工作电流I_i(i＝1，2，…，n)，光电二极管在此特定的 波长下相应得到多个反射光强度P_i(i＝1，2，…，n)；

步骤二、利用数理统计方法对步骤一的多个工作电流I_i与对应 的多个反射光强度P_i作线性回归，得到P_i＝β·I_i+ε_i(i＝1，2，…， n)，其中线性回归直线的斜率β记为单位电流下的反射光强度系数， ε_i为在单位电流下的环境温度产生的总噪声；

步骤三、采用最小二乘法计算回归系数β，计算的公式如下：

其中，

步骤四、将步骤三的反射光强度系数β带入反射率等于反射光 强度系数与出射光强度系数的比值的关系式中可得出反射率。

采用上述技术方案后，本发明的一种路面状态检测装置的噪声 去除算法，采用最小二乘法的计算方式将噪声去除，使算出的反射 光强度系数是一真值，无噪声参杂，利用此反射光强度系数来计算 反射率的时候就会使计算出来的反射率较为精准，从而使路面状态 检测装置的检测数据较为精准，大大提高了行车安全。

具体实施方式

为了进一步解释本发明的技术方案，下面通过具体实施例来对 本发明进行详细阐述。

一种路面状态检测装置的噪声去除算法,通过如下步骤实现：

步骤一，在特定的波长下给发光二极管输入多个具有线性比例 关系的工作电流I_i(i＝1，2，…，n)，光电二极管在此特定的 波长下根据多个工作电流I_i相应得到多个反射光强度P_i(i＝1， 2，…，n)；即在特定波长下得到工作电流与反射光强度的n组样 本观测值(I₁，P₁)，(I₂，P₂)，…，(I_n，P_n)；

步骤二、利用数理统计方法对步骤一的多个工作电流I_i与对应 的多个反射光强度P_i作线性回归，得到数学结构式为P_i＝β·I_i+ε_i (i＝1，2，…，n)，其中线性回归直线的斜率β记为单位电流下 的反射光强度系数，ε_i为在当时单位电流下环境温度产生的总噪声；

步骤三、采用最小二乘法计算回归系数β，计算的公式如下：

其中，

步骤四、将步骤三的反射光强度系数β带入反射率等于反射光 强度系数与出射光强度系数的比值的关系式中可得出反射率。本发 明中出射光强度系数的计算方式采用的是公知技术，具体的是，根 据已知白纸在特定波长下发光二极管发出光的反射率为r，即可求出 此发光二极管的出射光强度这样在计算当时路面状态下光 的反射率时只需通过步骤一至三求出当时的反射光强度系统与固定 的出射光强度的比值即可得到。

本发明的一种路面状态检测装置的噪声去除算法，采用最小二 乘法的计算方式将噪声去除，使算出的反射光强度系数是一真值， 无噪声参杂，利用此反射光强度系数来计算反射率的时候就会使计 算出来的反射率较为精准，从而使路面状态检测装置的检测数据较 为精准，大大提高了行车安全。

本发明中，在步骤一中在当时单位电流下环境温度产生的总噪 声ε包括光电元件内部的热噪声ε₁和暗电流产生的暗噪声ε₂，热噪 声是伴随大量电子随机热运动产生的，所以这种大量随机事件具有 高斯分布型概率密度，热噪声具有对称性，其数值具有抵偿性，在 测量次数足够大时，算数平均值接近0，因此方差可为暗噪声 为散粒噪声，也是大量独立随机事件的结果，所以暗噪声概率分布 也是高斯分布，期望记为μ，方差记为因总噪声ε的期望为 E(ε)＝E(ε₁)+E(ε₂)＝μ，总噪声的方差为这样，根据步骤二的数学结构式， 对每一次获得的n个工作电流下的反射光强度样本观测值来求期望 和方差，分别为E(P_i)＝β·I_i+μ(i＝1，2，…，n)， 采用步骤三的最小二乘来计 算估计量求期望，即

从计算可知，估计量为β的无偏估计，之后屡次变更数据， 反复求β的估计值，估计量没有高估或低估的系统趋向，平均值将 趋于β，并且基本不受噪声的影响，则计算出来的β是一个真值， 使利用β计算出来的反射率基本消除了温度对实验数据的影响。

上述实施例并非限定本发明的方法，任何所属技术领域的普通技 术人员对其所做的适当变化或修饰，皆应视为不脱离本发明的专利范 畴。