CN104859563A - 车道偏离预警方法和系统 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种车道偏离预警方法和系统，其中，该方法包括：通过安装在汽车尾部的倒车摄像头获取车道线图像中的车道线，确定图像坐标系与世界坐标系的映射关系，并根据获取到的车道线在图像坐标系中的第一坐标方程，确定车道线在世界坐标系中的第二坐标方程；根据第二坐标方程中的坐标方程参数，确定汽车的后车轮轴中心到车道线的距离之后，确定汽车的前车轮轴中心到车道线的距离；若汽车的前车轮轴中心到车道线的距离小于预设距离，并且确定未接收到打开转向灯信号，则开启仪表报警装置，以使仪表报警装置发出车道偏离预警信号。实现了提供一种车道偏离预警方法及系统，可以有效准确的判断汽车是否发送车道偏离，准确的进行汽车偏离预警。

Description

车道偏离预警方法和系统

技术领域

本发明涉及汽车技术领域，尤其涉及一种车道偏离预警方法和系统。

背景技术

由于汽车技术的发展以及社会的发展，对于汽车驾驶的安全性要求越来越高。从而，出现了各种高级驾驶辅助方法，例如，将雷达传感器应用在汽车上，雷达传感器可以丈量前方汽车的速度以及两车之间的间隔，从而防止汽车之间发生追尾或碰撞。

同时，由于在行车过程中，驾驶员会因为疏忽或者疲劳而出现车道偏离的状况，从而会引发车祸的发生。从而，如何有效、准确的判断汽车是否发送车道偏离的需求，以及如何准确的进行汽车偏离预警的要求越来越强。

发明内容

本发明提供一种偏离预警方法和系统，用以解决如何有效、准确的判断汽车是否发送车道偏离，以及如何准确的进行汽车偏离预警的问题。

本发明的一方面提供一种偏离预警方法，包括：

通过安装在汽车尾部的倒车摄像头获取车道线图像，确定所述车道线图像中所述车道线在所述倒车摄像头的图像坐标系中的宽度和高度；

根据所述车道线在所述倒车摄像头的图像坐标系中的宽度和高度，以及所述倒车摄像头的标定参数，确定所述图像坐标系与世界坐标系的映射关系；

获取所述车道线在所述图像坐标系中的第一坐标方程，并根据所述第一坐标方程以及所述图像坐标系与世界坐标系的映射关系，确定所述车道线在所述世界坐标系中的第二坐标方程；

根据所述第二坐标方程中的坐标方程参数，确定所述汽车的后车轮轴中心到车道线的距离；

根据所述汽车的后车轮轴中心到车道线的距离，确定所述汽车的前车轮轴中心到车道线的距离；

若所述汽车的前车轮轴中心到所述车道线的距离小于预设距离，并且确定未接收到打开转向灯信号，则开启仪表报警装置，以使所述仪表报警装置发出车道偏离预警信号。

如上所述的方法中，所述根据所述车道线在所述倒车摄像头的图像坐标系中的宽度和高度，以及所述倒车摄像头的标定参数，确定所述图像坐标系与世界坐标系的映射关系，包括：

根据所述世界坐标系A(X,Y,Z)，以及所述倒车摄像头的光轴与所述世界坐标系的Z轴的夹角θ，确定所述倒车摄像头的摄像头坐标系B(X_c,Y_c,Z_c)，其中，X_c＝X，Y_c＝Y cosθ-H sinθ，Z_c＝-(H cosθ+Y sinθ)，H为所述倒车摄像头距离地面的高度；

根据所述倒车摄像头的摄像头坐标系B(X_c,Y_c,Z_c)，以及所述倒车摄像头的焦距f，确定摄像头成像面O(x,y)，其中，x＝-f·(X_c/Z_c)，y＝-f·(Y_c/Z_c)；

根据所述摄像头成像面O(x,y)，所述摄像头成像面的宽度w和高度h，以及所述车道线在所述图像坐标系中的宽度W_I和高度H_I，确定所述图像坐标系O(u,v)与所述世界坐标系的A(X,Y,Z)映射关系为：

u＝x·(w/W_I)＝f·(w/W_I)·(X/(Y sinθ+H cosθ))，

v＝y·(h/H_I)＝f·(h/H_I)·((Y cosθ-H sinθ)/(Y sinθ+H cosθ))。

如上所述的方法中，所述获取所述车道线在所述图像坐标系中的第一坐标方程，并根据所述第一坐标方程以及所述图像坐标系与世界坐标系的映射关系，确定所述车道线在所述世界坐标系中的第二坐标方程，包括：

获取所述第一坐标方程u＝k·v+b，其中，k是所述第一坐标方程的斜率，b是所述第一坐标方程的截距；

根据所述第一坐标方程u＝k·v+b，以及所述图像坐标系O(u,v)与所述世界坐标系的A(X,Y,Z)映射关系u＝f·(w/W_I)·(X/(Y sinθ+H cosθ))，v＝f·(h/H_I)·((Y cosθ-H sinθ)/(Y sinθ+H cosθ))，确定所述第二坐标方程X＝K·Y+B，所述第二坐方程中的坐标方程参数中斜率K＝(b sinθ+kC₁cosθ)/C₂，截距B＝(b cosθ-kC₁sinθ)/C₂；

其中，C₁＝f·(h/H_I)，C₂＝f·(w/W_I)。

如上所述的方法中，所述根据所述第二坐标方程中的坐标方程参数，确定所述汽车的后车轮轴中心到车道线的距离，包括：

根据所述第二坐标方程中的坐标方程参数中的斜率K＝(b sinθ+kC₁cosθ)/C₂和截距B＝(b cosθ-kC₁sinθ)/C₂，确定所述汽车的后车轮轴中心到车道线的距离d_R＝K·s+B；

其中，s是所述汽车的后车轮轴中心到所述倒车摄像头的距离。

如上所述的方法中，所述根据所述汽车的后车轮轴中心到车道线的距离，确定所述汽车的前车轮轴中心到车道线的距离，包括：

根据所述汽车的后车轮轴中心到车道线的距离d_R，确定所述汽车的前车轮轴中心到车道线的距离d_F＝d_R-l·sin(ψ)＝K·s+B-l·sin(ψ)；

其中，ψ＝asin(K)，l是所述汽车的前车轮轴中心与所述汽车的后车轮轴中心的轴距。

本发明的另一方面提供一种车道偏离预警系统，包括：

倒车摄像头、汽车控制器和仪表报警装置；

所述倒车摄像头与所述汽车控制器连接，所述汽车控制器与所述仪表报警装置连接；

所述汽车控制器包括车道线获取模块、坐标系映射模块、坐标方程确定模块，第一距离确定模块，第二距离确定模块和预警模块；

所述车道线获取模块，用于通过安装在汽车尾部的倒车摄像头获取车道线图像，确定所述车道线图像中所述车道线在所述倒车摄像头的图像坐标系中的宽度和高度；

所述坐标系映射模块，用于根据所述车道线在所述倒车摄像头的图像坐标系中的宽度和高度，以及所述倒车摄像头的标定参数，确定所述图像坐标系与世界坐标系的映射关系；

所述坐标方程确定模块，用于获取所述车道线在所述图像坐标系中的第一坐标方程，并根据所述第一坐标方程以及所述图像坐标系与世界坐标系的映射关系，确定所述车道线在所述世界坐标系中的第二坐标方程；

所述第一距离确定模块，用于根据所述第二坐标方程中的坐标方程参数，确定所述汽车的后车轮轴中心到车道线的距离；

所述第二距离确定模块，用于根据所述汽车的后车轮轴中心到车道线的 距离，确定所述汽车的前车轮轴中心到车道线的距离；

所述预警模块，用于若所述汽车的前车轮轴中心到所述车道线的距离小于预设距离，并且确定未接收到打开转向灯信号，则开启仪表报警装置，以使所述仪表报警装置发出车道偏离预警信号。

如上所述的系统中，所述坐标系映射模块，具体用于：

根据所述世界坐标系A(X,Y,Z)，以及所述倒车摄像头的光轴与所述世界坐标系的Z轴的夹角θ，确定所述倒车摄像头的摄像头坐标系B(X_c,Y_c,Z_c)，其中，X_c＝X，Y_c＝Y cosθ-H sinθ，Z_c＝-(H cosθ+Y sinθ)，H为所述倒车摄像头距离地面的高度；

根据所述倒车摄像头的摄像头坐标系B(X_c,Y_c,Z_c)，以及所述倒车摄像头的焦距f，确定摄像头成像面O(x,y)，其中，x＝-f·(X_c/Z_c)，y＝-f·(Y_c/Z_c)；

根据所述摄像头成像面O(x,y)，所述摄像头成像面的宽度w和高度h，以及所述车道线在所述图像坐标系中的宽度W_I和高度H_I，确定所述图像坐标系O(u,v)与所述世界坐标系的A(X,Y,Z)映射关系为：

u＝x·(w/W_I)＝f·(w/W_I)·(X/(Y sinθ+H cosθ))，

v＝y·(h/H_I)＝f·(h/H_I)·((Y cosθ-H sinθ)/(Y sinθ+H cosθ))。

如上所述的系统中，所述坐标方程确定模块，具体用于：

获取所述第一坐标方程u＝k·v+b，其中，k是所述第一坐标方程的斜率，b是所述第一坐标方程的截距；

根据所述第一坐标方程u＝k·v+b，以及所述图像坐标系O(u,v)与所述世界坐标系的A(X,Y,Z)映射关系u＝f·(w/W_I)·(X/(Y sinθ+H cosθ))，v＝f·(h/H_I)·((Y cosθ-H sinθ)/(Y sinθ+H cosθ))，确定所述第二坐标方程X＝K·Y+B，所述第二坐方程中的坐标方程参数中斜率K＝(b sinθ+kC₁cosθ)/C₂，截距B＝(b cosθ-kC₁sinθ)/C₂；

其中，C₁＝f·(h/H_I)，C₂＝f·(w/W_I)。

如上所述的系统中，所述第一距离确定模块，具体用于：

根据所述第二坐标方程中的坐标方程参数中的斜率K＝(b sinθ+kC₁cosθ)/C₂和截距B＝(b cosθ-kC₁sinθ)/C₂，确定所述汽车的后车轮轴中心到车道线的距离d_R＝K·s+B；

其中，s是所述汽车的后车轮轴中心到所述倒车摄像头的距离。

如上所述的系统中，所述第二距离确定模块，具体用于：

根据所述汽车的后车轮轴中心到车道线的距离d_R，确定所述汽车的前车轮轴中心到车道线的距离d_F＝d_R-l·sin(ψ)＝K·s+B-l·sin(ψ)；

其中，ψ＝a sin(K)，l是所述汽车的前车轮轴中心与所述汽车的后车轮轴中心的轴距。

本发明的技术效果是：通过安装在汽车尾部的倒车摄像头获取车道线图像，确定车道线图像中车道线在倒车摄像头的图像坐标系中的宽度和高度；根据车道线在倒车摄像头的图像坐标系中的宽度和高度，以及倒车摄像头的标定参数，确定图像坐标系与世界坐标系的映射关系；获取车道线在图像坐标系中的第一坐标方程，并根据第一坐标方程以及图像坐标系与世界坐标系的映射关系，确定车道线在世界坐标系中的第二坐标方程；根据第二坐标方程中的坐标方程参数，确定汽车的后车轮轴中心到车道线的距离；根据汽车的后车轮轴中心到车道线的距离，确定汽车的前车轮轴中心到车道线的距离；若汽车的前车轮轴中心到车道线的距离小于预设距离，并且确定未接收到打开转向灯信号，则开启仪表报警装置，以使仪表报警装置发出车道偏离预警信号。从而提供了一种车道偏离预警方法及系统，可以有效准确的判断汽车是否发送车道偏离，准确的进行汽车偏离预警；同时只需要通过倒车摄像头采集车道线图像，不需要在汽车的前挡风玻璃上再设置车道线检测摄像头，减少了成本，并且防止了在汽车的前挡风玻璃上再安装摄像头而产生的视野遮挡，防止了视野盲区的现象。

附图说明

图1为本发明实施例一提供的车道偏离预警方法的流程图；

图2为本发明实施例一提供的车道偏离预警方法中的图像坐标系与世界坐标系的坐标系关系图；

图3为本发明实施例一提供的车道偏离预警方法中的摄像头成像面的坐标系示意图；

图4为本发明实施例一提供的车道偏离预警方法中的图像坐标系的坐标系示意图；

图5为本发明实施例一提供的车道偏离预警方法中的汽车与车道线的 位置示意图；

图6为本发明实施例二提供的车道偏离预警系统的结构示意图。

具体实施方式

为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

图1为本发明实施例一提供的车道偏离预警方法的流程图，如图1所示，本发明实施例一提供的车道偏离预警方法，包括：

步骤101、通过安装在汽车尾部的倒车摄像头获取车道线图像，确定车道线图像中车道线在倒车摄像头的图像坐标系中的宽度和高度。

在本实施例中，具体的，在汽车尾部安装有倒车摄像头，一般情况下，倒车摄像头用于，在倒车时，采集汽车后方的影像，将其显示到倒车影像显示装置上，以便进行倒车。在本发明中，汽车控制器通过倒车摄像头获取车道线图像，然后对获取的车道线图像进行图像预处理，图像预处理包括图像提取、平滑去噪以及对比度增强等处理过程。然后，对车道线图像采用区域特征分析算法去捕获车道线，从而可以识别并拟合车道线。在安装倒车摄像头的时候，就可以获知倒车摄像头的图像坐标系，在得到车道线图像中的车道线之后，可以获知车道线在图像坐标系中的宽度W_I和高度H_I。

步骤102、根据车道线在倒车摄像头的图像坐标系中的宽度和高度，以及倒车摄像头的标定参数，确定图像坐标系与世界坐标系的映射关系。

在本实施例中，具体的，世界坐标系为A(X,Y,Z)；通过测量可以获知倒车摄像头的标定参数中的倒车摄像头距离地面的高度H，通过标定可以获知倒车摄像头的标定参数中的倒车摄像头的光轴与世界坐标系的Z轴的夹角θ，通过标定可以获知倒车摄像头的标定参数中的倒车摄像头的焦距f，通过标定可以获知倒车摄像头的标定参数中的摄像头成像面的宽度w和高度h；汽车控制器根据以上标定参数，以及获取的车道线在图像坐标系中的宽度W_I和高度H_I，可以确定图像坐标系O(u,v)与世界坐标系的A(X,Y,Z)映射关系：

u＝x·(w/W_I)＝f·(w/W_I)·(X/(Y sinθ+H cosθ))，

v＝y·(h/H_I)＝f·(h/H_I)·((Y cosθ-H sinθ)/(Y sinθ+H cosθ))。

步骤103、获取车道线在图像坐标系中的第一坐标方程，并根据第一坐标方程以及图像坐标系与世界坐标系的映射关系，确定车道线在世界坐标系中的第二坐标方程。

在本实施例中，具体的，汽车控制器根据车道线在图像坐标系中的像素点生成第一坐标方程，同时根据步骤102中获得的图像坐标系O(u,v)与世界坐标系的A(X,Y,Z)映射关系，汽车控制器可以确定车道线在世界坐标系中的第二坐标方程。

步骤104、根据第二坐标方程中的坐标方程参数，确定汽车的后车轮轴中心到车道线的距离。

在本实施例中，具体的，由于步骤103已经获取到车道线在世界坐标系中的第二坐标方程，从而可以获知第二坐标方程中的坐标方程参数，汽车控制器依据该坐标方程参数，计算汽车的后车轮轴中心到车道线的距离。

步骤105、根据汽车的后车轮轴中心到车道线的距离，确定汽车的前车轮轴中心到车道线的距离。

在本实施例中，具体的，由于已经计算的得到汽车的后车轮轴中心到车道线的距离，从而汽车控制器可以根据汽车的后车轮轴中心到车道线的距离去确定汽车的前车轮轴中心到车道线的距离。

步骤106、若汽车的前车轮轴中心到车道线的距离小于预设距离，并且确定未接收到打开转向灯信号，则开启仪表报警装置，以使仪表报警装置发出车道偏离预警信号。

在本实施例中，具体的，已经预先设定了汽车的前车轮轴中心到车道线的安全距离，该安全距离为预设距离，一旦汽车控制器判断出步骤105中得到的汽车的前车轮轴中心到车道线的距离小于预设距离，并且汽车控制器没有接收到打开转向灯的信号，则汽车控制器向仪表报警装置发出开启报警的信号，使得仪表报警装置发出车道偏离预警信号以提示驾驶员。

本实施例通过根据安装在汽车尾部的倒车摄像头获取车道线图像中的车道线；再根据车道线在倒车摄像头的图像坐标系中的宽度和高度，以及倒车摄像头的标定参数，确定图像坐标系与世界坐标系的映射关系；再依据车道 线在图像坐标系中的第一坐标方程，确定车道线在世界坐标系中的第二坐标方程，进而依据第二坐标方程中的坐标方程参数，确定汽车的后车轮轴中心到车道线的距离；从而可以计算得到汽车的前车轮轴中心到车道线的距离；在汽车的前车轮轴中心到车道线的距离小于预设距离，并且未接收到打开转向灯信号的时候，开启仪表报警装置发出车道偏离预警信号。从而提供了一种车道偏离预警方法及系统，可以有效准确的判断汽车是否发送车道偏离，准确的进行汽车偏离预警；同时只需要通过倒车摄像头采集车道线图像，不需要在汽车的前挡风玻璃上再设置车道线检测摄像头，减少了成本，并且防止了在汽车的前挡风玻璃上再安装摄像头而产生的视野遮挡，防止了视野盲区的现象。

进一步地，在上述实施例的基础上，步骤102的具体实施方式，包括：

根据世界坐标系A(X,Y,Z)，以及倒车摄像头的光轴与世界坐标系的Z轴的夹角θ，确定倒车摄像头的摄像头坐标系B(X_c,Y_c,Z_c)，其中，X_c＝X，Y_c＝Y cosθ-H sinθ，Z_c＝-(H cosθ+Y sinθ)，H为倒车摄像头距离地面的高度；

根据倒车摄像头的摄像头坐标系B(X_c,Y_c,Z_c)，以及倒车摄像头的焦距f，确定摄像头成像面O(x,y)，其中，x＝-f·(X_c/Z_c)，y＝-f·(Y_c/Z_c)；

根据摄像头成像面O(x,y)，摄像头成像面的宽度w和高度h，以及车道线在图像坐标系中的宽度W_I和高度H_I，确定图像坐标系O(u,v)与世界坐标系的A(X,Y,Z)映射关系为：

u＝x·(w/W_I)＝f·(w/W_I)·(X/(Y sinθ+H cosθ))，

v＝y·(h/H_I)＝f·(h/H_I)·((Y cosθ-H sinθ)/(Y sinθ+H cosθ))。

在本实施方式中，具体的，图2为本发明实施例一提供的车道偏离预警方法中的图像坐标系与世界坐标系的坐标系关系图，如图2所示，地面为平面，汽车控制器以倒车摄像头在地面的垂直投影点为原点建立世界坐标系，沿着车头至车尾的方向为世界坐标系的X轴，水平垂直于X轴的是世界坐标系的Y轴，垂直于地面的轴是世界坐标系的Z轴；汽车控制器根据世界坐标系确定倒车摄像头的摄像头坐标系，摄像头坐标系的X_c轴为X_c＝X，摄像头坐标系的Y_c轴为Y_c＝Y cosθ-H sinθ，摄像头坐标系的Z_c轴为Z_c＝-(H cosθ+Y sinθ)，其中，θ是倒车摄像头的光轴与世界坐标系Z轴的夹角，H为倒车摄像头距离地面的高度。从而，得到世界坐标系A(X,Y,Z)与摄像头 坐标系B(X_c,Y_c,Z_c)的映射关系：

$\left\{\begin{array}{c}{X}_c=X\\ Y_c=Ycos\mathrm{\θ}-Hsin\mathrm{\θ}\\ Z_c=-(H\cos \mathrm{\θ}+Ysin\mathrm{\θ})\end{array}\right.$

由于倒车摄像头近似服从小孔成像原理，汽车控制器可以根据摄像头坐标系B(X_c,Y_c,Z_c)，得到摄像头成像面O(x,y)，其中，x＝-f·(X_c/Z_c)，y＝-f·(Y_c/Z_c)，f为倒车摄像头的焦距。

图3为本发明实施例一提供的车道偏离预警方法中的摄像头成像面的坐标系示意图，图4为本发明实施例一提供的车道偏离预警方法中的图像坐标系的坐标系示意图，如图3和图4所示，摄像头成像面O(x,y)与图像坐标系O(u,v)的转换关系为：u＝x·(w/W_I)，v＝y·(h/H_I)。

其中，w和h分别是是摄像头成像面的宽度和高度，W_I和H_I分别是图像在图像坐标系中的宽度和高度。

通过公式推导，可以得到图像坐标系O(u,v)与世界坐标系的A(X,Y,Z)映射关系为： 

$v=\frac{f\·h}{H_I}\·\frac{Y-Htan\mathrm{\θ}}{Y\tan \mathrm{\θ}+H}$ 以及 $u=\frac{f\·w}{W_I}\·\frac{X}{Ysin\mathrm{\θ}+Hcos\mathrm{\θ}}.$

记从而C₁和C₂可以通过倒车摄像头的标定和测量的方式获取。

从而图像坐标系O(u,v)与世界坐标系的A(X,Y,Z)映射关系式可以简化为：

$v=C_1.\frac{Ycos\mathrm{\θ}-Hsin\mathrm{\θ}}{Ysin\mathrm{\θ}+Hcos\mathrm{\θ}},u=C_2.\frac{X}{Ysin\mathrm{\θ}+Hcos\mathrm{\θ}},$

以及， $Y=H\·\frac{vcos\mathrm{\θ}+C_{1}sin\mathrm{\θ}}{C_{1}cos\mathrm{\θ}-vsin\mathrm{\θ}},X=\frac{Ysin\mathrm{\θ}+Hcos\mathrm{\θ}}{C_2}\·u.$

本实施方式通过世界坐标系确定倒车摄像头的摄像头坐标系，根据摄像头坐标系确定摄像头成像面，根据摄像头成像面可以获得图像坐标系，从而可以确定图像坐标系与世界坐标系的映射关系。

进一步地，在上述实施例的基础上，步骤103的具体实施方式，包括：

获取第一坐标方程u＝k·v+b，其中，k是第一坐标方程的斜率，b是第一坐标方程的截距；

根据第一坐标方程u＝k·v+b，以及图像坐标系O(u,v)与世界坐标系的A(X,Y,Z)映射关系u＝f·(w/W_I)·(X/(Y sinθ+H cosθ))， v＝f·(h/H_I)·((Y cosθ-H sinθ)/(Y sinθ+H cosθ))，确定第二坐标方程X＝K·Y+B，第二坐方程中的坐标方程参数中斜率K＝(b sinθ+kC₁cosθ)/C₂，截距B＝(b cosθ-kC₁sinθ)/C₂；

其中，C₁＝f·(h/H_I)，C₂＝f·(w/W_I)。

在本实施方式中，具体的，汽车控制器根据车道线在图像坐标系中的像素点生成第一坐标方程u＝k·v+b，其中，k是第一坐标方程的斜率，b是第一坐标方程的截距。已经预先设定车道线在世界坐标系中的第二坐标方程为X＝K·Y+B，但是其中的坐标方程参数斜率K和截距B都是未知量。将已知的第一坐标方程u＝k·v+b，和未知的第二坐标方程为X＝K·Y+B代入到图像坐标系O(u,v)与世界坐标系的A(X,Y,Z)映射关系：

u＝f·(w/W_I)·(X/(Y sinθ+H cosθ))，

v＝f·(h/H_I)·((Y cosθ-H sinθ)/(Y sinθ+H cosθ))中。

从而汽车控制器可以计算得到第二坐方程中的坐标方程参数中斜率K＝(b sinθ+kC₁cosθ)/C₂，截距B＝(b cosθ-kC₁sinθ)/C₂；其中，C₁＝f·(h/H_I)，C₂＝f·(w/W_I)。

本实施方式通过根据已经的车道线在图像坐标系中的第一坐标方程，未知的车道线在世界坐标系中的第二坐标方程，通过代入到图像坐标系与世界坐标系的映射关系中，可以获知第二坐标方程中的坐标方程参数。

进一步地，在上述实施例的基础上，步骤104的具体实施方式，包括：

根据第二坐标方程中的坐标方程参数中的斜率K＝(b sinθ+kC₁cosθ)/C₂和截距B＝(b cosθ-kC₁sinθ)/C₂，确定汽车的后车轮轴中心到车道线的距离d_R＝K·s+B；

其中，s是汽车的后车轮轴中心到倒车摄像头的距离。

步骤105的具体实施方式，，包括：

根据汽车的后车轮轴中心到车道线的距离d_R，确定汽车的前车轮轴中心到车道线的距离d_F＝d_R-l·sin(ψ)＝K·s+B-l·sin(ψ)；

其中，ψ＝a sin(K)，l是汽车的前车轮轴中心与汽车的后车轮轴中心的轴距。

在本实施方式中，具体的，图5为本发明实施例一提供的车道偏离预警方法中的汽车与车道线的位置示意图，如图5所示，车道线为m，汽车的中 心轴为n已经预先通过测量，得到汽车的后车轮轴中心到倒车摄像头的距离s，汽车控制器也已经预先设定了汽车的后车轮轴中心到车道线的距离d_R关系式为d_R＝K·s+B；从而由于步骤103中得到了第二坐标方程中的坐标方程参数中的斜率K＝(b sinθ+kC₁cosθ)/C₂和截距B＝(b cosθ-kC₁sinθ)/C₂，汽车控制器可以确定出汽车的后车轮轴中心到车道线的距离d_R。

由于汽车的中轴线n与车道线m的夹角ψ＝a sin(K)，通过测量也获知了汽车的前车轮轴中心与汽车的后车轮轴中心的轴距l，步骤104中已经计算得到汽车的后车轮轴中心到车道线的距离d_R，汽车控制器根据汽车的前车轮轴中心到车道线的距离d_F的计算公式d_F＝d_R-l·sin(ψ)；可以得到d_F＝K·s+B-l·sin(ψ)。

本实施方式根据车道线在世界坐标系中的第二坐标方程的坐标方程参数，首先确定汽车的后车轮轴中心到车道线的距离，从而可以间接的获得汽车的前车轮轴中心到车道线的距离。

图6为本发明实施例二提供的车道偏离预警系统的结构示意图，如图6所示，本实施例的系统可以包括：

倒车摄像头61、汽车控制器62和仪表报警装置63；

倒车摄像头61与汽车控制器62连接，汽车控制器62与仪表报警装置63连接；

汽车控制器62包括车道线获取模块621、坐标系映射模块622、坐标方程确定模块623，第一距离确定模块624，第二距离确定模块625和预警模块626；

车道线获取模块621，用于通过安装在汽车尾部的倒车摄像头61获取车道线图像，确定车道线图像中车道线在倒车摄像头61的图像坐标系中的宽度和高度；

坐标系映射模块622，用于根据车道线在倒车摄像头61的图像坐标系中的宽度和高度，以及倒车摄像头61的标定参数，确定图像坐标系与世界坐标系的映射关系；

坐标方程确定模块623，用于获取车道线在图像坐标系中的第一坐标方程，并根据第一坐标方程以及图像坐标系与世界坐标系的映射关系，确定车道线在世界坐标系中的第二坐标方程；

第一距离确定模块624，用于根据第二坐标方程中的坐标方程参数，确定汽车的后车轮轴中心到车道线的距离；

第二距离确定模块625，用于根据汽车的后车轮轴中心到车道线的距离，确定汽车的前车轮轴中心到车道线的距离；

预警模块626，用于若汽车的前车轮轴中心到车道线的距离小于预设距离，并且确定未接收到打开转向灯信号，则开启仪表报警装置63，以使仪表报警装置63发出车道偏离预警信号。

进一步的，在上述实施例的基础上，坐标系映射模块622，具体用于：

根据世界坐标系A(X,Y,Z)，以及倒车摄像头的光轴与世界坐标系的Z轴的夹角θ，确定倒车摄像头的摄像头坐标系B(X_c,Y_c,Z_c)，其中，X_c＝X，Y_c＝Y cosθ-H sinθ，Z_c＝-(H cosθ+Y sinθ)，H为倒车摄像头距离地面的高度；

根据倒车摄像头的摄像头坐标系B(X_c,Y_c,Z_c)，以及倒车摄像头的焦距f，确定摄像头成像面O(x,y)，其中，x＝-f·(X_c/Z_c)，y＝-f·(Y_c/Z_c)；

根据摄像头成像面O(x,y)，摄像头成像面的宽度w和高度h，以及车道线在图像坐标系中的宽度W_I和高度H_I，确定图像坐标系O(u,v)与世界坐标系的A(X,Y,Z)映射关系为：

u＝x·(w/W_I)＝f·(w/W_I)·(X/(Y sinθ+H cosθ))，

v＝y·(h/H_I)＝f·(h/H_I)·((Y cosθ-H sinθ)/(Y sinθ+H cosθ))。

进一步的，在上述实施例的基础上，坐标方程确定模块623，具体用于：

获取第一坐标方程u＝k·v+b，其中，k是第一坐标方程的斜率，b是第一坐标方程的截距；

根据第一坐标方程u＝k·v+b，以及图像坐标系O(u,v)与世界坐标系的A(X,Y,Z)映射关系u＝f·(w/W_I)·(X/(Y sinθ+H cosθ))，v＝f·(h/H_I)·((Y cosθ-H sinθ)/(Y sinθ+H cosθ))，确定第二坐标方程X＝K·Y+B，第二坐方程中的坐标方程参数中斜率K＝(b sinθ+kC₁cosθ)/C₂，截距B＝(b cosθ-kC₁sinθ)/C₂；

其中，C₁＝f·(h/H_I)，C₂＝f·(w/W_I)。

进一步的，在上述实施例的基础上，第一距离确定模块624，具体用于：

根据第二坐标方程中的坐标方程参数中的斜率K＝(b sinθ+kC₁cosθ)/C₂和截距B＝(b cosθ-kC₁sinθ)/C₂，确定汽车的后车轮轴中心到车道线的距离 d_R＝K·s+B；

其中，s是汽车的后车轮轴中心到倒车摄像头的距离。

进一步的，在上述实施例的基础上，第二距离确定模块625，具体用于：

根据汽车的后车轮轴中心到车道线的距离d_R，确定汽车的前车轮轴中心到车道线的距离d_F＝d_R-l·sin(ψ)＝K·s+B-l·sin(ψ)；

其中，ψ＝a sin(K)，l是汽车的前车轮轴中心与汽车的后车轮轴中心的轴距。

本实施例的具体实现参照本发明实施例一和上述实施方式提供的车道偏离预警方法，其实现原理相类似，此处不再赘述。

本实施例中汽车控制器62通过根据安装在汽车尾部的倒车摄像头61获取车道线图像中的车道线；再根据车道线在倒车摄像头61的图像坐标系中的宽度和高度，以及倒车摄像头61的标定参数，确定图像坐标系与世界坐标系的映射关系；再依据车道线在图像坐标系中的第一坐标方程，确定车道线在世界坐标系中的第二坐标方程，进而依据第二坐标方程中的坐标方程参数，确定汽车的后车轮轴中心到车道线的距离；从而可以计算得到汽车的前车轮轴中心到车道线的距离；在汽车的前车轮轴中心到车道线的距离小于预设距离，并且未接收到打开转向灯信号的时候，开启仪表报警装置63发出车道偏离预警信号。从而提供了一种车道偏离预警方法及系统，可以有效准确的判断汽车是否发送车道偏离，准确的进行汽车偏离预警；同时只需要通过倒车摄像头采集车道线图像，不需要在汽车的前挡风玻璃上再设置车道线检测摄像头，减少了成本，并且防止了在汽车的前挡风玻璃上再安装摄像头而产生的视野遮挡，防止了视野盲区的现象。

本领域普通技术人员可以理解：实现上述各方法实施例的全部或部分步骤可以通过程序指令相关的硬件来完成。前述的程序可以存储于一计算机可读取存储介质中。该程序在执行时，执行包括上述各方法实施例的步骤；而前述的存储介质包括：ROM、RAM、磁碟或者光盘等各种可以存储程序代码的介质。

最后应说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或 者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围。

Claims (10)

1.一种车道偏离预警方法，其特征在于，包括：

通过安装在汽车尾部的倒车摄像头获取车道线图像，确定所述车道线图像中所述车道线在所述倒车摄像头的图像坐标系中的宽度和高度；

根据所述车道线在所述倒车摄像头的图像坐标系中的宽度和高度，以及所述倒车摄像头的标定参数，确定所述图像坐标系与世界坐标系的映射关系；

获取所述车道线在所述图像坐标系中的第一坐标方程，并根据所述第一坐标方程以及所述图像坐标系与世界坐标系的映射关系，确定所述车道线在所述世界坐标系中的第二坐标方程；

根据所述第二坐标方程中的坐标方程参数，确定所述汽车的后车轮轴中心到车道线的距离；

根据所述汽车的后车轮轴中心到车道线的距离，确定所述汽车的前车轮轴中心到车道线的距离；

若所述汽车的前车轮轴中心到所述车道线的距离小于预设距离，并且确定未接收到打开转向灯信号，则开启仪表报警装置，以使所述仪表报警装置发出车道偏离预警信号。

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述根据所述车道线在所述倒车摄像头的图像坐标系中的宽度和高度，以及所述倒车摄像头的标定参数，确定所述图像坐标系与世界坐标系的映射关系，包括：

根据所述世界坐标系A(X,Y,Z)，以及所述倒车摄像头的光轴与所述世界坐标系的Z轴的夹角θ，确定所述倒车摄像头的摄像头坐标系B(X_c,Y_c,Z_c)，其中，X_c＝X，Y_c＝Y cosθ-H sinθ，Z_c＝-(H cosθ+Y sinθ)，H为所述倒车摄像头距离地面的高度；

根据所述倒车摄像头的摄像头坐标系B(X_c,Y_c,Z_c)，以及所述倒车摄像头的焦距f，确定摄像头成像面O(x,y)，其中，x＝-f·(X_c/Z_c)，y＝-f·(Y_c/Z_c)；

根据所述摄像头成像面O(x,y)，所述摄像头成像面的宽度w和高度h，以及所述车道线在所述图像坐标系中的宽度W_I和高度H_I，确定所述图像坐标系O(u,v)与所述世界坐标系的A(X,Y,Z)映射关系为：

u＝x·(w/W_I)＝f·(w/W_I)·(X/(Y sinθ+H cosθ))，

v＝y·(h/H_I)＝f·(h/H_I)·((Y cosθ-H sinθ)/(Y sinθ+H cosθ))。

3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，所述获取所述车道线在所述图像坐标系中的第一坐标方程，并根据所述第一坐标方程以及所述图像坐标系与世界坐标系的映射关系，确定所述车道线在所述世界坐标系中的第二坐标方程，包括：

获取所述第一坐标方程u＝k·v+b，其中，k是所述第一坐标方程的斜率，b是所述第一坐标方程的截距；

根据所述第一坐标方程u＝k·v+b，以及所述图像坐标系O(u,v)与所述世界坐标系的A(X,Y,Z)映射关系u＝f·(w/W_I)·(X/(Y sinθ+H cosθ))，v＝f·(h/H_I)·((Y cosθ-H sinθ)/(Y sinθ+H cosθ))，确定所述第二坐标方程X＝K·Y+B，所述第二坐方程中的坐标方程参数中斜率K＝(b sinθ+kC₁cosθ)/C₂，截距B＝(b cosθ-kC₁sinθ)/C₂；

其中，C₁＝f·(h/H_I)，C₂＝f·(w/W_I)。

4.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，所述根据所述第二坐标方程中的坐标方程参数，确定所述汽车的后车轮轴中心到车道线的距离，包括：

根据所述第二坐标方程中的坐标方程参数中的斜率K＝(b sinθ+kC₁cosθ)/C₂和截距B＝(b cosθ-kC₁sinθ)/C₂，确定所述汽车的后车轮轴中心到车道线的距离d_R＝K·s+B；

其中，s是所述汽车的后车轮轴中心到所述倒车摄像头的距离。

5.根据权利要求4所述的方法，其特征在于，所述根据所述汽车的后车轮轴中心到车道线的距离，确定所述汽车的前车轮轴中心到车道线的距离，包括：

根据所述汽车的后车轮轴中心到车道线的距离d_R，确定所述汽车的前车轮轴中心到车道线的距离d_F＝d_R-l·sin(ψ)＝K·s+B-l·sin(ψ)；

其中，ψ＝a sin(K)，l是所述汽车的前车轮轴中心与所述汽车的后车轮轴中心的轴距。

6.一种车道偏离预警系统，其特征在于，包括：

倒车摄像头、汽车控制器和仪表报警装置；

所述倒车摄像头与所述汽车控制器连接，所述汽车控制器与所述仪表报警装置连接；

所述汽车控制器包括车道线获取模块、坐标系映射模块、坐标方程确定模块，第一距离确定模块，第二距离确定模块和预警模块；

所述车道线获取模块，用于通过安装在汽车尾部的倒车摄像头获取车道线图像，确定所述车道线图像中所述车道线在所述倒车摄像头的图像坐标系中的宽度和高度；

所述坐标系映射模块，用于根据所述车道线在所述倒车摄像头的图像坐标系中的宽度和高度，以及所述倒车摄像头的标定参数，确定所述图像坐标系与世界坐标系的映射关系；

所述坐标方程确定模块，用于获取所述车道线在所述图像坐标系中的第一坐标方程，并根据所述第一坐标方程以及所述图像坐标系与世界坐标系的映射关系，确定所述车道线在所述世界坐标系中的第二坐标方程；

所述第一距离确定模块，用于根据所述第二坐标方程中的坐标方程参数，确定所述汽车的后车轮轴中心到车道线的距离；

所述第二距离确定模块，用于根据所述汽车的后车轮轴中心到车道线的距离，确定所述汽车的前车轮轴中心到车道线的距离；

所述预警模块，用于若所述汽车的前车轮轴中心到所述车道线的距离小于预设距离，并且确定未接收到打开转向灯信号，则开启仪表报警装置，以使所述仪表报警装置发出车道偏离预警信号。

7.根据权利要求6所述的方法，其特征在于，所述坐标系映射模块，具体用于：

根据所述世界坐标系A(X,Y,Z)，以及所述倒车摄像头的光轴与所述世界坐标系的Z轴的夹角θ，确定所述倒车摄像头的摄像头坐标系B(X_c,Y_c,Z_c)，其中，X_c＝X，Y_c＝Y cosθ-H sinθ，Z_c＝-(H cosθ+Y sinθ)，H为所述倒车摄像头距离地面的高度；

根据所述倒车摄像头的摄像头坐标系B(X_c,Y_c,Z_c)，以及所述倒车摄像头的焦距f，确定摄像头成像面O(x,y)，其中，x＝-f·(X_c/Z_c)，y＝-f·(Y_c/Z_c)；

根据所述摄像头成像面O(x,y)，所述摄像头成像面的宽度w和高度h，以及所述车道线在所述图像坐标系中的宽度W_I和高度H_I，确定所述图像坐标系O(u,v)与所述世界坐标系的A(X,Y,Z)映射关系为：

u＝x·(w/W_I)＝f·(w/W_I)·(X/(Y sinθ+H cosθ))，

v＝y·(h/H_I)＝f·(h/H_I)·((Y cosθ-H sinθ)/(Y sinθ+H cosθ))。

8.根据权利要求7所述的方法，其特征在于，所述坐标方程确定模块，具体用于：

获取所述第一坐标方程u＝k·v+b，其中，k是所述第一坐标方程的斜率，b是所述第一坐标方程的截距；

根据所述第一坐标方程u＝k·v+b，以及所述图像坐标系O(u,v)与所述世界坐标系的A(X,Y,Z)映射关系u＝f·(w/W_I)·(X/(Y sinθ+H cosθ))，v＝f·(h/H_I)·((Y cosθ-H sinθ)/(Y sinθ+H cosθ))，确定所述第二坐标方程X＝K·Y+B，所述第二坐方程中的坐标方程参数中斜率K＝(b sinθ+kC₁cosθ)/C₂，截距B＝(b cosθ-kC₁sinθ)/C₂；

其中，C₁＝f·(h/H_I)，C₂＝f·(w/W_I)。

9.根据权利要求8所述的方法，其特征在于，所述第一距离确定模块，具体用于：

根据所述第二坐标方程中的坐标方程参数中的斜率K＝(b sinθ+kC₁cosθ)/C₂和截距B＝(b cosθ-kC₁sinθ)/C₂，确定所述汽车的后车轮轴中心到车道线的距离d_R＝K·s+B；

其中，s是所述汽车的后车轮轴中心到所述倒车摄像头的距离。

10.根据权利要求9所述的方法，其特征在于，所述第二距离确定模块，具体用于：

根据所述汽车的后车轮轴中心到车道线的距离d_R，确定所述汽车的前车轮轴中心到车道线的距离d_F＝d_R-l·sin(ψ)＝K·s+B-l·sin(ψ)；

其中，ψ＝a sin(K)，l是所述汽车的前车轮轴中心与所述汽车的后车轮轴中心的轴距。