單目視覺(jué)車(chē)道偏離報警系統*

摘要： 本文介紹了采用非標定相機測量車(chē)道的左右方向角而實(shí)現的車(chē)輛車(chē)道偏離報警系統。介紹了直線(xiàn)模型車(chē)道的邊緣檢測算法和車(chē)輛的車(chē)道左右方向角估算方法，以及模型車(chē)輛的實(shí)驗結果。

關(guān)鍵詞： 車(chē)道偏離報警系統；Sobel算法；Hough變換；車(chē)道方向角

引言

在世界范圍內，公路交通事故導致驚人的人員傷亡和經(jīng)濟損失。據統計，約有44%的汽車(chē)事故與車(chē)輛偏離正常車(chē)道行駛有關(guān)，其主要原因是駕駛員注意力不集中或者疲勞駕駛，造成車(chē)輛的無(wú)意識偏離。車(chē)道偏離報警系統(簡(jiǎn)稱(chēng)LDWS或RDWS)正是基于基本交通規則的車(chē)輛安全系統，其主要功能是輔助過(guò)度疲憊或者長(cháng)時(shí)間單調駕駛的駕駛員保持車(chē)輛在車(chē)道內行駛。由于LDWS具有顯著(zhù)提高車(chē)輛行駛主動(dòng)安全性的潛力，得到了國內外研究人員越來(lái)越多的重視。因此該系統具有廣泛的市場(chǎng)潛力與應用價(jià)值。
　　
系統總體設計

車(chē)道偏離報警系統的系統總體設計如圖1 所示，主要包括軟件設計即人機界面設計和硬件設計兩大部分。人機界面為PC端上的圖形化控制臺，用于模擬汽車(chē)的制動(dòng)信號和轉向信號以及車(chē)速信號等，通過(guò)串口將信號傳送給DSP，同時(shí)顯示由DSP送來(lái)的車(chē)輛偏離數據和實(shí)時(shí)道路場(chǎng)景。硬件部分由DSP構成，負責實(shí)時(shí)車(chē)道檢測與識別，車(chē)道偏離量的計算。

圖1  系統設計

系統通過(guò)圖像傳感器獲取車(chē)道幾何結構，通過(guò)車(chē)輛運動(dòng)參數傳感器獲取決策算法所必需的車(chē)輛運動(dòng)參數如車(chē)速、車(chē)輛轉向狀態(tài)等，綜合分析判斷車(chē)輛偏離車(chē)道的程度。如果車(chē)輛偏離量超過(guò)設定閾值，控制臺界面上的報警燈將會(huì )閃亮，同時(shí)發(fā)出蜂鳴報警聲。
  
人機界面設計

在人機界面設計上采用Visual C++ 6.0開(kāi)發(fā)環(huán)境和NI公司的Measurement Studio編程工具共同開(kāi)發(fā)，用VC完成程序的主要功能，用Measurement Studio的精美控件完成程序的界面編程。在系統與DSP通信上我們采用微軟公司的MSSCOM控件進(jìn)行編程，減小工作量，降低開(kāi)發(fā)難度。軟件系統分為三個(gè)模塊：顯示模塊、控制模塊、通信模塊。顯示模塊負責將DSP發(fā)來(lái)的報警信號，車(chē)道偏移信號進(jìn)行圖形化顯示，控制模塊主要向DSP發(fā)送控制命令，通信模塊負責PC與DSP間信號的交互。人機界面各模塊間的關(guān)系如圖2所示。

圖2  人機界面設計

硬件設計

系統硬件主要是以DSP為核心的實(shí)時(shí)處理平臺，主要完成圖像采集、車(chē)道檢測與識別、車(chē)道偏移量計算等功能，并將計算結果傳送給控制臺界面作動(dòng)態(tài)顯示。

DSP硬件系統包括視頻A/D模塊、實(shí)時(shí)圖像處理模塊、視頻D/A模塊、UART通信模塊、外部?jì)Υ嫫髂K。視頻A/D模塊采用ADV7183視頻解碼芯片，圖像處理芯片采用ADI公司的Blackfin-533多媒體數字信號處理器，ADM3202 RS-232通用異步收發(fā)器。DSP系統框圖如圖1左方虛線(xiàn)框所示。

在開(kāi)發(fā)中我們采用ADI公司的BF-533 EZ-Kit Lite評估板，該平臺具有良好的可操作性和豐富的外設接口，為我們降低了系統開(kāi)發(fā)難度，節約了時(shí)間。

在DSP端，圖像經(jīng)CMOS攝像頭轉換成視頻信號送入ADV7183視頻編碼器，我們從解碼視頻流中的亮度分量獲得灰度圖像序列，首先進(jìn)行圖像預處理，由3