[發明專利]汽車偏離車道線角度和距離的視覺計算及預警方法

無效

• 申請號: 201010238436.6
• 申請日: 2010-07-28
• 公開（公告）號: CN101894271A
• 公開（公告）日: 2010-11-24
• 發明（設計）人: 毛玉星;徐少志;何為;張占龍;余星銳
• 申請（專利權）人: 重慶大學
• 主分類號: G06K9/62
• 分類號: G06K9/62;G06T7/00;G06K9/20;G08B21/02;B60R11/04
• 代理公司: 重慶市恒信知識產權代理有限公司 50102
• 代理人: 劉小紅

技術領域

本發明涉及一種應用圖像處理和計算機視覺技術，根據車載攝像頭獲取的路面圖像，實時計算汽車偏離車道線的角度和距離的快速計算及安全預警方法。首先對路面圖像進行車道線檢測，得到局部車道線的直線方程；以攝像頭為原點建立三維坐標系，記錄攝像頭的安裝高度和俯角；對其焦距進行定標，然后依據針孔攝像機模型計算汽車相對車道線的偏轉角和垂直距離，估計駛離車道的時間，為汽車駕駛中的安全預警或智能控制提供有效信息。

背景技術

近年來,汽車自主駕駛技術飛速發展,并逐漸取得進步。各個研究機構研制的自主駕駛系統已經可以在結構化道路上(高速公路)高速自主駕駛,并具備了各種智能化功能。在龐大而復雜的現代交通系統中,保證行車安全是首要目標,汽車主動安全技術就是通過對車輛運行的各種參數進行監測、調節與控制來達到輔助駕駛的目的,而車道跑偏告警系統正是其中主要技術之一。

研究車道跑偏告警系統的目的是對車輛即將駛出車道的危險情況給出警報,這種危險狀況大多是由于駕駛員精神不夠集中或困倦、疲勞等原因引起的,屬于無意識的偏離車道。因此,車道跑偏告警系統從根本上說是對駕駛員的不良駕駛狀態給出警告，其中計算機視覺測量方法因為其直觀、易用和可靠性成為一個主流的研究方向。該方法融合了人、車、路3個系統,通過研究車—路關系,進而反推得到人的狀態。

車道跑偏告警系統直接依賴于汽車的行駛速度、方向和與車道線之間的距離。其中行駛速度容易直接從車上的電子系統提取，而行駛方向和與車道線的距離不易獲得。吉林大學郭孔輝教授提出的單點預瞄最優曲率模型，利用車輛轉向時的Ackerman幾何關系和穩態轉向時橫垂面內力的平衡分別確定目標轉向角和目標側傾角，采用ADAMS軟件建立了駕駛員—車輛閉環動力學模型，并按雙移線和蛇行兩種典型行駛工況進行仿真，所建立的駕駛員模型適用于單軌車輛人—車閉環控制模型的動力學仿真研究。?

由于目前基于圖像分析的車道檢測技術已經非常成熟，學者們提出了多種車道檢測算法，即使在城市道路等復雜環境下，車道檢測都具有良好的效果。由于在局部范圍內，車道分布可近似為直線，本發明利用圖像分析技術進行車道檢測，得到車道線方程，并以攝像頭為原點建立三維坐標系；結合攝像頭安裝的空間信息，依據針孔攝像機模型計算汽車相對車道線的偏轉角和垂直距離，以車—道關系為依據獲得汽車跑偏的預警信息，成為智能交通系統及自主駕駛中保障行車安全的重要技術環節。

發明內容

針對現有汽車跑偏預警方法模型復雜、計算量大、環境依賴性強的不足，本發明的目的是提供一種汽車偏離車道線角度和距離的視覺計算及預警方法，該方法利用圖像分析技術完成車道檢測，采用視覺計算方法得到汽車相對路面車道線的空間位置和行駛方向，作為智能駕駛中汽車跑偏的預警信息。

本發明包含以下步驟

a)將CCD視頻攝像頭沿汽車正前方向安裝在車內或車頂，調整俯角和焦距使其對前方50m內路面清晰成像，記錄攝像頭的安裝高度h和俯角θ；

b)由攝像頭對路面進行連續拍攝采集到的路面圖像序列，通過DSP的數字視頻高速通道實現數據采集；

c)對路面圖像中的車道線進行檢測，包括：

圖像邊沿檢測。利用兩個5×5模板分別對圖像進行乘—加運算，得到對應于水平和垂直方向的兩幅梯度圖像，由這兩幅圖像求出原圖的邊沿圖像。邊沿圖像將凸顯圖像的輪廓特征，尤其是車道線的邊沿信息；

圖像的二值化。對邊沿圖像采用Otsu算法計算出自適應閾值，依據該閾值對圖像進行黑白兩色二值化處理；

③去除水平輪廓：為了減少白點數量從而降低后續處理計算量，依據車道線在畫面中不會出現水平走向的特點，對水平邊沿點進行合并，即對水平方向連續出現的白點只保留最左邊第一個白點，從而刪除水平邊沿，降低白點數量，同時又不對車道檢測效果產生影響；

④應用約束條件去點。根據實際車道線分布的亮度、寬度和連續性特征設定約束條件，進一步去除干擾點；

⑤得到車道線方程。經過上面一系列處理后，有效降低了白點數量。Hough變換是一種廣泛采用的直線檢測手段，它通過“投票”方式決定最可能的直線位置，本發明中用來實現車道線檢測。在檢測過程中再次引入約束條件，并設定最低票數，在滿足票數條件的直線超過4條時，保留票數最高的4條直線作為車道候選線，最終得到0～4條車道線的直線方程；

d)對攝像頭的焦距參數f進行標定。將安裝好攝像頭的車輛停在與車道線成已知角度的方向上，依據檢測出的車道線方程計算出焦距f,用于后續車輛行駛過程中對偏轉角和垂直距離的計算；