[發明專利]一種基于圖像處理的ADAS系統

有效

• 申請號: 201710344554.7
• 申請日: 2017-05-16
• 公開（公告）號: CN107284455B
• 公開（公告）日: 2019-06-21
• 發明（設計）人: 李福俊;顧敏明
• 申請（專利權）人: 浙江理工大學
• 主分類號: B60W50/14
• 分類號: B60W50/14;G06K9/00;G06K9/40;G06K9/46
• 代理公司: 無錫市匯誠永信專利代理事務所(普通合伙) 32260
• 代理人: 張歡勇

1.一種基于圖像處理的ADAS系統，其特征在于，包括安裝在車輛上的前視攝像頭，通過攝像頭獲取圖像，然后進行以下處理：

一、對圖像進行預處理：

包括彩色圖像灰度化、截取有效信息區域、濾波去噪、圖像灰度增強、邊緣檢測和修復車道線，其中修復車道線的處理步驟是先尋找需要的“短線段”，對每一個白點進行處理，若其在某個方向有連續的4個白點就判定這為一個“短線段”，找出所有的“短線段”，并記錄其方向；第二步，對每個短線段在其方向上尋找，如果在6個像素點內有著另一個和其方向相似的短線段，我們就認為這應是一條直線，把兩個短線段之間所有的像素點賦值為1，即把之間的黑色點變為白色點，從而達到連線的目的；對所有短線段進行處理，就能修復好斷續的車道線；

二、識別跟蹤車道線：

1、左右車道線的識別：

首先，降低檢測直線所需要的交匯點數量并且設置檢測直線段的最短值；

其次，當車輛在車道中行駛時，拍攝的道路圖像中左右車道線通常分布在圖像兩側，且兩條車道的斜率有一個范圍，通過分析計算大量道路圖像樣本，對極值點的極角和斜率依次進行約束，實際中約束的值根據攝像頭安裝位置進行改變；約束的極角范圍為-70°<θ<70°，即在此范圍內尋找直線，減少處理數據，對左車道線斜率的約束范圍是0.355<k₁<0.73，右車道線斜率的約束范圍是0<k₂<0.4516，不在此范圍內的直線都從數組中刪去；

再次，將檢測出的線段從長到短排序，挑出前10條線段，總線段不足10條的挑出所有線段，然后將這些線段分成三類，第一類是斜率大于零并且斜率相近的直線，第二類是斜率小于零并且斜率相近的直線，第三類為其它所有直線，之后，按照長度越長權重越大、位置越靠下權重越大這兩個原則把第一類中的所有直線段擬合成右車道線，把第二類中的所有直線段擬合成左車道線，而第三類中的線段不予處理；

2、動態車道線檢測：

在相鄰兩幀圖像中，由于車輛行駛的距離很短，兩條車道線的位置不會出現太大偏差；實際算法中，把前一幀檢測到的車道線斜率、截距和兩車道線交點坐標進行保存，那么在下一幀中，車道線的角度與前一幀的角度應相差在3°以內，截距位置和前一幀的數據應相差在20個像素點內，根據這個就能知道下一幀中車道線的大致位置，從中尋找可以減少很多處理量，另外，相鄰兩幀兩條車道線交點的距離應在15個像素點內，通過這個條件，即可篩選出真正的車道線；

三、糾正車道線

將車道線透視圖像轉換成俯視圖像，逆透視變換通用的變換公式為

其中，[x y z]為原始拍攝圖像每個點坐標，[x' y' z']是進行逆透視變換后的圖像對應點的坐標，為透視變換矩陣，變換矩陣中的和[a₃₁ a₃₂]產生剛體變換，包括平移、旋轉、放大縮小，產生透視效果，

將變換公式展開，得到

[x' y' z']＝[a₁₁x+a₁₂y+a₁₃z a₂₁x+a₂₂y+a₂₃z a₃₁x+a₃₂y+a₃₃z] (3-2)

重寫變換公式得到

在(3-3)公式中，因為圖像是二維平面，所以z＝1，令a₃₃＝1，此時有8個未知量，則只需已知變換前的4個點坐標和變換后的4個點坐標，共8個坐標就可以求取變換矩陣求出變換矩陣后，把原圖像中的每個像素點進行運算然后對應到新的位置；

在實際處理中，只變換每條車道線上的起點和終點，共四個點，然后將起點和終點連接起來，就能得到逆透視變換后的車道線；

四、車道偏移計算

1、角度偏移計算

假設左車道線的偏移角度為θ₁，右車道線的偏移角度為θ₂，車道線中心線偏移角度為θ₀，兩車道線中心線與車道線的夾角為α，兩車道線中心線與x軸正方向的夾角為β，有公式

消去角α，可得到車身偏移角度大小θ的計算公式為

式(4-2)中，θ角越大，車身偏移就越大，

圖像中車道中心線向右偏移，在實際中表現為車輛向左偏移了車道，因此車身偏移角度方向與β角有關，當0°<β<90°時，車身往左偏移了θ角度，當90°<β<180°時，車身往右偏移了θ角度；

2、距離偏移計算

我們經過變換得到了俯視的車道線圖像，假設實際中兩條車道線的距離為x，拍攝部分的車道線長度為y，在圖像中，兩條車道線的距離占用了u個像素點，車道線長度占用了v個像素點；則圖像坐標系中的u、v與俯視坐標系中的x、y有一定比例關系，假設x軸方向比例為λ，y軸方向比例為μ，有公式

假設車道線的下限與中心線偏移了d₁個像素點，車道線上限與中心線偏移了d₂個像素點；假設實際坐標系中車頭位置，即攝像頭位置偏移車道中心線的距離為D，車頭與下限位置距離為L₀，

根據下限的偏移d₁和角度偏移θ作出圖像坐標系中的關系圖，根據三角函數公式得到

根據公式(4-3)，可知道

當L>L₀時，根據相似三角形關系，偏移距離為

D＝μd₁-L₀tanθ (4-6)

當L<L₀時，根據相似三角形關系，偏移距離為

D＝μd₁-L₀tanθ (4-7)

式(4-6)和(4-7)中，計算結果為正值則說明車輛往左邊偏移了一段距離，負值則說明往右偏移了一段距離；

五、車道偏移提醒

設置了兩個閾值f₁、f₂，在車輛離邊界線達到f₁時，將可能偏離的車道線設置為黃色，并給予駕駛員提示；在車輛離邊界線達到f₂時，將可能偏離的車道線設置為紅色，并給予駕駛員警示。