[發(fā)明專利]一種高性能的車道線識(shí)別感興趣區(qū)域預(yù)測方法

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• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 202010575735.2
• 申請(qǐng)日: 2020-06-22
• 公開（公告）號(hào): CN111721316A
• 公開（公告）日: 2020-09-29
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 高鋒;李彩虹;王彩梅
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 重慶大學(xué)
• 主分類號(hào): G01C21/34
• 分類號(hào): G01C21/34;G06K9/00;G06K9/32
• 代理公司: 北京同恒源知識(shí)產(chǎn)權(quán)代理有限公司 11275
• 代理人: 楊柳岸

本發(fā)明涉及一種高性能的車道線識(shí)別感興趣區(qū)域預(yù)測方法，屬于自動(dòng)駕駛技術(shù)領(lǐng)域。在車輛兩輪動(dòng)力學(xué)模型的基礎(chǔ)上，考慮車輛與車道線之間的相對(duì)變化特性，建立車?車道線相對(duì)運(yùn)動(dòng)的狀態(tài)方程；基于該相對(duì)運(yùn)動(dòng)方程，通過離散化和應(yīng)用卡爾曼濾波理論，設(shè)計(jì)了感興趣區(qū)域參數(shù)和觀測噪聲的估計(jì)器，得到了一種高性能的車道線識(shí)別感興趣區(qū)域預(yù)測方法。該方法利用車輛運(yùn)動(dòng)特性對(duì)車?車道相對(duì)狀態(tài)進(jìn)行預(yù)測，既避免了誤差反饋矯正帶來的滯后，又消除了車輛運(yùn)動(dòng)對(duì)感興趣區(qū)域預(yù)測的影響，能夠有效縮小車道線的感興趣區(qū)域面積，減少圖像識(shí)別的計(jì)算量，提高了系統(tǒng)的實(shí)時(shí)性與抗干擾能力。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于自動(dòng)駕駛技術(shù)領(lǐng)域，涉及一種高性能的車道線識(shí)別感興趣區(qū)域預(yù)測方法。

背景技術(shù)

車道偏離預(yù)警系統(tǒng)(Lane Departure Warning System,LDWS)是一種旨在減少汽車因車道偏離導(dǎo)致交通事故的駕駛輔助系統(tǒng)，通過對(duì)外界環(huán)境的監(jiān)測識(shí)別，預(yù)測駕駛情況有危險(xiǎn)時(shí)提示駕駛員做出響應(yīng)。隨著工業(yè)相機(jī)性能的提升與價(jià)格的降低，基于機(jī)器視覺的LDWS成為其重點(diǎn)研究內(nèi)容。

基于機(jī)器視覺的車道線識(shí)別中，若對(duì)采集圖像的所有像素點(diǎn)進(jìn)行逐一掃描處理，不僅增加系統(tǒng)的計(jì)算負(fù)擔(dān)，還不利于系統(tǒng)實(shí)時(shí)性的提升。若能預(yù)測車道線出現(xiàn)的區(qū)域，即車道線感興趣區(qū)域(Region of Interest,ROI)，并在ROI內(nèi)進(jìn)行識(shí)別處理，不僅能降低計(jì)算負(fù)載，并能提升系統(tǒng)的實(shí)時(shí)性與抗干擾能力。實(shí)現(xiàn)車道線ROI的精準(zhǔn)預(yù)測是車道線識(shí)別中的一項(xiàng)關(guān)鍵技術(shù)。

根據(jù)預(yù)測車道線ROI的大小及位置是否改變，可將其分為兩類：固定區(qū)域法和動(dòng)態(tài)區(qū)域法。第一類是根據(jù)圖像信息人為選擇ROI的位置與大小，該方法簡單快捷，但無法確保所選ROI均有效，而ROI面積過大則會(huì)增加數(shù)據(jù)處理量，且易引入無關(guān)干擾。第二類利用圖像的幀間連續(xù)性，對(duì)預(yù)測區(qū)域建立狀態(tài)參數(shù)，根據(jù)上一幀圖像識(shí)別結(jié)果對(duì)ROI位置進(jìn)行預(yù)測與更新。動(dòng)態(tài)區(qū)域法與固定區(qū)域法相比較，在ROI面積大小上有所改善，但并未考慮車輛運(yùn)動(dòng)對(duì)車道線位置變化帶來的影響，當(dāng)車輛的橫向運(yùn)動(dòng)幅度較大的情況下，極易出現(xiàn)ROI預(yù)測不準(zhǔn)的現(xiàn)象，進(jìn)而導(dǎo)致車道線的漏檢，造成安全隱患。

發(fā)明內(nèi)容

有鑒于此，本發(fā)明的目的在于提供一種高性能的車道線識(shí)別感興趣區(qū)域預(yù)測方法。該方法考慮車輛的縱向和橫向動(dòng)態(tài)行為對(duì)ROI造成的影響，建立了車-車道線的相對(duì)運(yùn)動(dòng)狀態(tài)方程，在車輛坐標(biāo)系下應(yīng)用卡爾曼濾波理論設(shè)計(jì)了新的車道線感興趣區(qū)域預(yù)測算法，從而提高ROI的預(yù)測精度，減少環(huán)境干擾，降低圖像處理計(jì)算量。

為達(dá)到上述目的，本發(fā)明提供如下技術(shù)方案：

一種高性能的車道線識(shí)別感興趣區(qū)域預(yù)測方法，該方法包括以下步驟：

S1：車道線識(shí)別；

S2：車-車道相對(duì)運(yùn)動(dòng)狀態(tài)估計(jì)器；

S3：感興趣區(qū)域預(yù)測。

可選的，所述S2包含以下步驟：

S21：根據(jù)車速計(jì)算卡爾曼濾波器參數(shù)，計(jì)算公式為：

其中，A為濾波器的狀態(tài)矩陣，B為濾波器的控制矩陣，e為自然常數(shù)，T_s為采樣時(shí)間，v_x為車速，m和I_z分別為車輛質(zhì)量和慣量，C_f和C_r分別為前后輪的側(cè)偏剛度，l_f和l_r分別車輛質(zhì)心距離前軸和后軸的距離；

S22：根據(jù)車-車道相對(duì)運(yùn)動(dòng)的狀態(tài)方程采用卡爾曼濾波器進(jìn)行狀態(tài)預(yù)測，計(jì)算步驟包括：

當(dāng)前時(shí)刻的先驗(yàn)狀態(tài)方程：

先驗(yàn)估計(jì)誤差協(xié)方差：

卡爾曼增益：

更新后驗(yàn)估計(jì)：