基于機器視覺(jué)的車(chē)道偏離預警系統的實(shí)現

　　摘要：目前高速公路上由于車(chē)道偏離而導致的交通事故造成了巨大的損失，從而使得車(chē)道偏離預警系統的研究成為了社會(huì )的一大熱點(diǎn)。本文基于DSP 計算和FPGA 計算，構造出一套基于視覺(jué)的車(chē)道偏離預警系統。本文給出了系統的框架結構以及硬件實(shí)現方式，并基于所提出的系統詳細研究了視覺(jué)系統中大容量數據的傳輸、存儲和處理等問(wèn)題。最后，基于構造的系統，通過(guò)一系列典型的視覺(jué)處理算法和應用于車(chē)道跑偏決策的軟件算法，驗證了系統的可行性。

1、引言

汽車(chē)駕駛是涉及駕駛員、汽車(chē)、道路三方面因素的動(dòng)作行為。駕駛員通過(guò)眼睛等一系列生理器官感受道路信息，通過(guò)對道路信息的理解和判斷，及對汽車(chē)行駛狀況的跟蹤，做出一系列的駕駛決策。但是由于駕駛員長(cháng)時(shí)間駕駛、粗心大意等一系列因素及駕駛員對道路信息的感知和車(chē)輛狀況的了解存在一定的“盲區”，導致的交通事故越來(lái)越成為社會(huì )的一大主要安全隱患。本文從駕駛員、汽車(chē)、道路三方面入手，研究一套模擬人的駕駛行為來(lái)提高車(chē)輛行駛安全性的汽車(chē)主動(dòng)安全系統，實(shí)現車(chē)道偏離預警等主動(dòng)安全技術(shù)。

　　在基于機器視覺(jué)的系統中，實(shí)時(shí)性一直是一個(gè)主要的問(wèn)題，尤其是像車(chē)道偏離預警這樣的系統來(lái)說(shuō)，要實(shí)現的算法更是覆蓋了從圖像預處理到高層視覺(jué)計算的整個(gè)視覺(jué)計算流程，既有底層的可高度并行實(shí)現的大數據量的卷積、灰度變換等規整算法，也包含有中層的特征提取等模式識別算法及高層的一些視覺(jué)處理方法，用以實(shí)現對道路的理解等。一直以來(lái)，嵌入式系統的通用性與效率一直是難以調和的一對矛盾[1]，如何構造一套較通用的視覺(jué)處理系統，對于視覺(jué)各個(gè)層次的并行及串行算法，都具有較高的實(shí)現效率是本文要解決的一個(gè)問(wèn)題，高速的DSP 處理芯片和大規?？芍貥嬓酒某霈F為我們提供了一個(gè)很好的解決方案。

　　大規模的可重構芯片，諸如 FPGA 等，內部集成了大容量的基于查找表結構的門(mén)電路系統，非常適合構造細粒度的SIMD 處理陣列或者流水線(xiàn)結構，而這對于如圖2 所示的典型的底層圖像處理算法[1]，具有著(zhù)天然的適應性。TI 公司的C6000 系列的DSP 計算芯片，采用哈佛結構，內部具有8 個(gè)處理單元，還集成了專(zhuān)用的硬件乘法器，適合于完成一些串行的視覺(jué)處理算法，對于高層的數據量較少的但運算過(guò)程較復雜的道路理解等，具有較好的實(shí)現效果。

　　基于上面的分析，本文結合高速的 DSP 計算芯片和可重構的FPGA 芯片構造一套高速的嵌入式視覺(jué)處理系統，FPGA 作為輔助邏輯控制和前端處理模塊，主要完成圖像的前期采集和一些類(lèi)似直方圖統計、卷積等底層的高密度圖像處理工作，可在硬件結構上靈活的配置，通過(guò)實(shí)現一系列的并行結構或流水線(xiàn)結構完成底層的算法，避免由DSP 完成這些細粒度的算法而造成資源的浪費和時(shí)間上的損耗；DSP 作為主要的計算中心，完成高層的串行為主的視覺(jué)處理任務(wù)，諸如道路理解和解釋、車(chē)道跑偏決策等，DSP 的高速處理能力能較好的完成這些串行度高的算法。系統的基本框圖如圖2 所示。