嵌入式汽車(chē)縱向碰撞預警系統研究
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利用圖像傳感器感知前方道路交通環(huán)境與障礙物位置，實(shí)現安全車(chē)距測量，對處于碰撞危險的汽車(chē)及時(shí)報警有利于減少交通事故，提高道路交通安全。由于理論計算的安全車(chē)距首先要以保障安全為前提，經(jīng)常與駕駛員在行駛過(guò)程中認可的安全車(chē)距有較大的出入，導致駕駛員對預警系統的不信任感，不利于系統的推廣使用。同時(shí)，作為安全輔助駕駛系統的處理平臺，PC機的體積、成本及功能的冗余性是應用在車(chē)載系統中難以克服的瓶頸。
本文以圖像方式測量本車(chē)與前車(chē)的車(chē)距為基礎，建立汽車(chē)縱向碰撞預警模型，解決理論計算的安全距離與駕駛員認可的習慣距離不相一致的矛盾；考慮嵌入式系統處理的實(shí)時(shí)性與體積小巧性等特點(diǎn)，采用嵌入式方法完成汽車(chē)縱向碰撞預警系統的設計。
1 前方車(chē)距的測量
圖像傳感器固定在車(chē)輛前端頂部，攝像頭距地面高度為h。建立空間坐標系如下：
世界坐標系XYZ與攝像機坐標系xyz。動(dòng)態(tài)的世界坐標系統隨車(chē)輛一起運動(dòng)，以攝像機鏡頭中心在地面的垂直投影點(diǎn)為原點(diǎn)，地面的垂直線(xiàn)向上為Z軸正向，車(chē)身縱軸線(xiàn)方向為X軸，正向為汽車(chē)前進(jìn)的反方向；攝像機坐標系統以光軸為z軸，鏡頭中心為坐標原點(diǎn)，攝像機坐標xy平面與像平面平行；表征圖像內部各點(diǎn)位置的像平面坐標系統的u軸、v軸與x軸、y軸平行，原點(diǎn)位于圖像中心，既攝像機光軸與圖像的交點(diǎn)。所有坐標系滿(mǎn)足右手規則。
通過(guò)圖像傳感器對前方車(chē)輛或障礙物的測量包括利用單幀圖像的測距和利用多幀圖像的測距。研究中考慮攝像機的安裝位置參數，攝像機z坐標軸相對于X軸的夾角稱(chēng)為掃視角β，攝像機光軸(z軸)相對于垂直方向(Z軸)的夾角稱(chēng)為傾斜角α，如圖1所示。圖中，攝像機外參數α，β，h和內參數攝像機焦距f由嚴格的攝像機標定獲得，利用車(chē)輛的圖像特征和Kalmam濾波原理實(shí)現對車(chē)輛的識別，可知車(chē)輛底邊P點(diǎn)計算機圖像坐標。點(diǎn)(u0，v0)是像平面坐標原點(diǎn)(O，0)；點(diǎn)(u，v)可由P點(diǎn)計算機圖像坐標(m，n)按照內參數模型公式
獲得。其中，kx，ky，是數字圖像在x軸與y軸方向的放大系數；Om，On是圖像平面原點(diǎn)的計算機圖像坐標。根據透視投影和三角幾何關(guān)系，兩車(chē)間距由式(1)計算得出：
為檢驗式(1)的計算精度，在完成攝像機標定后，拍攝道路的人行橫道線(xiàn)，測量每一條人行橫道線(xiàn)與攝像機鏡頭中心的水平距離，與依據測距模型計算的距離進(jìn)行比較，結果如表1所示。表中，實(shí)測距離與計算距離的誤差包括測量誤差和模型誤差。由表可以看出，誤差在許可范圍內，能夠滿(mǎn)足下一步的處理要求。
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