[發明專利]一種基于單目攝像頭和樹莓派的自動駕駛系統及方法

在審

• 申請號: 201910303324.5
• 申請日: 2019-04-16
• 公開（公告）號: CN109901595A
• 公開（公告）日: 2019-06-18
• 發明（設計）人: 戴鴻君;張繼剛;鞠雷;許信順
• 申請（專利權）人: 山東大學
• 主分類號: G05D1/02
• 分類號: G05D1/02;G06N3/04;G06N3/08
• 代理公司: 濟南金迪知識產權代理有限公司 37219
• 代理人: 許德山

本發明涉及一種基于單目攝像頭和樹莓派的自動駕駛系統及方法，包括依次連接的數據收集單元、數據預處理單元、深度卷積神經網絡、控制單元；數據收集單元用于收集數據集；數據預處理單元用于對收集到的數據集進行預處理；深度卷積神經網絡用于訓練預處理后的數據集，得到成熟模型；控制單元用于訓練得到的成熟模型，使模型車在模型車道上進行自動駕駛。本發明摒棄了復雜的深層網絡模型和雷達等昂貴硬件，實現了在較小的計算能力和較差的硬件條件下的自動駕駛，使得可以以較小的成本和代價，即在僅使用單目攝像頭和樹莓派的情況下，依靠單純視覺識別使用端對端的神經網絡實現了無人駕駛。

技術領域

本發明屬于圖像處理的技術領域，具體涉及一種在樹莓派上運行的基于單目攝像頭的深度卷積神經網絡的自動駕駛系統及方法。

背景技術

目前，自動駕駛技術快速發展，一般都是基于多目攝像頭或者激光雷達，并且需要在高配置的服務器上運行，但是，傳統的樹莓派提供的計算能力較小，無法提供傳統無人駕駛技術所需的計算能力，當硬件并不豐富的情況下，即只提供一個單目攝像頭的情況下，由于單目攝像頭在模型車行駛中無法提供較為詳細的路況信息，因此，想要實現自動駕駛就需要更為復雜的神經網絡來處理單目攝像頭拍攝的圖像，但是，正如上文所說樹莓派提供的計算能力是有限的，因此，較為復雜的神經網絡無法在樹莓派上運行，目前沒有合適的神經網絡模型可以實現二者的平衡，在已有的網絡模型中一般使用雙目攝像頭或者三目攝像頭、使用雷達等其他輔助設備等方式輔助以簡單的多層卷積神經網絡，來實現在樹莓派計算能力上的自動駕駛，但是這樣增加了硬件成本，故而在單目攝像頭和樹莓派的硬件基礎上現階段無法實現自動駕駛。

因此，急需一種能夠在簡易環境下實現自動駕駛的方案。

發明內容

針對現有技術的不足，本發明提供了一種基于單目攝像頭和樹莓派的自動駕駛系統，本發明還提供了一種基于單目攝像頭和樹莓派的自動駕駛方法；

術語解釋：

OpenCV，是一個基于BSD許可(開源)發行的跨平臺計算機視覺庫，可以運行在Linux、Windows、Android和Mac OS操作系統上。它輕量級而且高效--由一系列C函數和少量C++類構成，同時提供了Python、Ruby、MATLAB等語言的接口，實現了圖像處理和計算機視覺方面的很多通用算法。

本發明的技術方案為：

一種基于單目攝像頭和樹莓派的自動駕駛系統，包括依次連接的數據收集單元、數據預處理單元、深度卷積神經網絡、控制單元；

所述數據收集單元用于獲取模型車(該模型車為設置有單目攝像頭和樹莓派的4WD智能模型車)運行時的路況信息，路況信息是指路況圖片，并將獲取的路況信息發送至數據預處理單元；所述數據預處理單元用于對接收到的路況圖片進行預處理，是指依次進行灰度化、降噪、二值化、字符切分和歸一化處理；所述深度卷積神經網絡在訓練中用于訓練預處理后的多張路況圖片組成的數據集，得到成熟的深度卷積神經網絡，在模型車運行過程中，輸入上述預處理后的多張路況圖片，得到模型車的控制信息，模型車的控制信息包括轉向方向(左轉或右轉)、轉向角度(左轉或右轉多少度)、油門大小；所述控制單元將模型車的控制信息傳遞給模型車，完成模型車自動駕駛。

根據本發明優選的，所述數據收集單元是指設置有單目攝像頭和樹莓派的4WD智能模型車，單目攝像頭用于拍攝獲取路況圖片。

根據本發明優選的，獲取的路況信息通過opencv以字節流的格式傳遞到數據預處理單元。

根據本發明優選的，樹莓派模型車提供了硬件方面的模型車控制接口，通過python編寫接口，將模型車的控制信息傳遞給模型車的硬件接口，完成模型車的控制信息的傳遞。

一種基于單目攝像頭和樹莓派的自動駕駛方法，用于實現模型車在模型車道上自動駕駛，包括步驟如下：