CN105365820B - 一种汽车视觉安全辅助驾驶方法及装置 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种汽车视觉安全辅助驾驶方法及装置，该方法包括如下步骤，a、控制器获取标定数据；b、汽车行驶中，图像采集像头实时拍摄前方视频图像；c、控制器第一次确认前方障碍物；d、再次确定障碍物位置P；e、再次判断之后，结合相机标定数据，计算出汽车到P的实际距离Ls；f、控制器判断是否需要控制踏板控制机构动作，以实现减速或者刹车。本发明相对于现有技术中复杂的汽车辅助驾驶方法来说，其处理环境适合用在高速公路驾驶环境，环境变量和道路环境单一，检测判断内容少，不考虑避让，只需控制刹车、油门和方向盘，就可以实现安全无人驾驶。因此本发明可以在低成本和简单功能下实现汽车在高速公路上的安全辅助驾驶。

Description

一种汽车视觉安全辅助驾驶方法及装置
技术领域
本发明涉及汽车视觉安全辅助驾驶领域，尤其是涉及一种汽车视觉安全辅助驾驶方法及装置。
背景技术
现在国内外研究无人驾驶汽车的很多，但是一般都是考虑普通道路的汽车无人驾驶，道路环境复杂，需要考虑的安全因素很多，检测、判断和控制复杂，而且车速不高，难易实用化。例如，谷歌公司2014年12月22日宣布首款“全功能”无人驾驶汽车的原型已经制作完成，即将上路测试，有望数年内投放市场。这款两座车形似甲虫，由电池驱动，最高时速40公里。该项目是由塞巴斯蒂安-特龙领导团队于2005年开始研制，由于其传感和控制的复杂性，历时近10年才达到目前的水平。因此其制造成本特别高，很难推广。
高速公路因疲劳驾驶引起的交通事故时有发生，解决这个问题一般的思路是，研究一种判断驾驶员处于疲劳驾驶状态然后进行提醒的装置，这是治标不治本的方法。
因此，一种简单的易于实现的适合高速公路的汽车安全辅助驾驶装置是非常必要的。
发明内容
本发明要解决的技术问题是提供一种汽车视觉安全辅助驾驶方法及装置，该方法包括如下步骤，
a、控制器获取固定在汽车驾驶室内前端的图像采集像头的图像信息，将图像信息跟汽车与前方障碍物的实际距离进行标定,获得标定数据；
b、汽车行驶中，图像采集像头实时拍摄汽车前方视频图像；
c、控制器处理图像时首先检测出行驶车道两侧的车道线及汽车前方断点位置信息；前方没有障碍物时，车道线断点在无限远处；如果车道线被障碍物遮挡，车道线的断点就在障碍物处；这样可以第一次确认前方的障碍物；设两侧车道线最近的断点位置为障碍物位置P；
d、初步确认出车道线前方断点位置P后，在前进方向上，从汽车前端开始到P点之间，在两侧车道线区域内，从近到远逐行进行线扫描，分析像素值有没有突变，如果有突变，判定有障碍物，将障碍物位置P移到该突变位置；
e、再次判断之后，结合相机标定数据，计算出汽车到P的实际距离Ls；
f、控制器结合Ls和汽车的实时车速Us判断是否需要控制踏板控制机构动作，以维持原状或实现减速或者刹车。
本发明相对于现有技术中复杂的汽车安全辅助驾驶方法来说，其处理环境适合用在高速公路驾驶环境，环境变量单一，道路环境单一，检测判断内容少，不考虑避让，只需控制刹车和油门，就可以实现安全无人驾驶。因此本发明可以在低成本和简单功能下实现汽车在高速公路上的安全辅助驾驶。
根据本发明的一个优选实例，所述步骤a的具体步骤包括以下分步骤：
a1、安装好图像采集像头后，在汽车静止状态，在汽车的前方设置障碍物并测量其与汽车的实际距离Ls，固定在汽车驾驶室内前端的图像采集像头采集汽车前方图像信息；
a2、控制器接收图像采集像头采集的图像信息并识别出汽车前端距离障碍物的图像距离Lt，控制器将障碍物的图像距离Lt与Ls对应；
a3、重复步骤a1和a2若干次，控制器拟合图像距离Lt与实际距离Ls的对应函数Ls＝f(Lt)。
根据本发明的一个优选实例，所述步骤f的具体步骤为：若Ls大于等于实时车速Us下的安全距离La,则控制器通过控制踏板控制机构来使汽车的油门踏板、刹车踏板和离合踏板维持原状；若Ls小于实时车速Us下的安全距离La大于实时车速Us下的危险距离Lw,则控制器通过控制踏板控制机构来使汽车的刹车踏板下压以减速；若Ls小于实时车速Us下的危险距离Lw则控制器通过控制踏板控制机构来使汽车的油门踏板上升至完全松开以停止加速，同时控制器通过控制踏板控制机构来使汽车的刹车踏板和离合踏板下压以减速停车。
作为本发明的进一步改进，为了避免扫描到错误信息，误判障碍物的有无及位置信息，所述步骤d中线扫描的扫描线数量至少为3条。
作为本发明的进一步改进，本发明还设置有自动转向的功能，用以判断汽车是否沿着行车道行走，所述步骤c还包括控制器实时检测判断汽车前端车身是否在两条车道线之间；所述步骤e还包括，若汽车前端车身是在两条车道线之间，则控制器控制固定在汽车转向柱护套上的自动转向机构不动作，若汽车前端车身不在两条车道线之间，则控制器控制自动转向机构动作，使得方向盘转动，直至汽车前端车身在两条车道线之间。
实现上述汽车视觉安全辅助驾驶方法的汽车视觉安全辅助驾驶装置，包括踏板控制机构、控制器和固定在汽车驾驶室内前端的图像采集像头；所述图像采集像头可采集障碍物以及行车道上的图像信息；所述踏板控制机构包括油门踏板控制机构、刹车踏板控制机构和离合踏板控制机构，所述油门踏板控制机构可控制汽车油门踏板的上下抬升，所述刹车踏板控制机构可控制汽车刹车踏板的上下抬升；所述离合踏板控制机构可控制汽车离合踏板的上下抬升；所述控制器接收所述图像采集像头的信息，所述控制器控制连接所述油门踏板控制机构、刹车踏板控制机构和离合踏板控制机构。
作为本发明汽车视觉安全辅助驾驶装置的进一步改进，本发明还设置有自动转向机构，用以纠正汽车的行走方向，使其一直沿着行车道行驶，该自动转向机构固定在汽车转向柱套上，所述自动转向机构可控制汽车方向盘的转动，所述控制器通过接收所述图像采集像头的信息来控制所述自动转向机构。利用图像采集来识别道路线并且控制汽车沿着识别的车道线的实现的具体方法以及装置的方案已经是现有技术，其中利用图像识别车道线的方法在中国专利号为201210112447.9的专利公开的采棉机导航信息图像检测方法及系中已经公开，自动转向机构的具体实现结构也在专利号为2015204740293的中国专利中公开；因此在本技术方案中不再赘述。
作为本发明汽车视觉安全辅助驾驶装置的进一步改进，为了能够完全捕捉到汽车前方的路况信息，所述图像采集像头的镜头平面与汽车前方水平面的夹角为锐角,俯视前方。
作为本发明汽车视觉安全辅助驾驶装置的进一步改进，为了进一步增加本发明的安全性，该汽车视觉安全辅助驾驶装置还包括报警装置，所述报警装置固定在汽车驾驶室内，并由所述控制器控制连接。
根据本发明的一个优选实例，所述油门踏板控制机构、刹车踏板控制机构和离合踏板控制机构的结构相同；所述油门踏板控制机构包括步进电机、转套、转臂、压臂，所述步进电机安装在汽车油门踏板下方，所述转套的一端紧固连接所述步进电机的输出端，其另一端与所述转臂的一端固定连接；所述转臂的另一端与所述压臂固定连接；所述压臂与所述油门踏板的转向连杆固接；所述转套与所述压臂平行，且二者同时垂直于所述转臂。
上述只是所述油门踏板控制机构、刹车踏板控制机构和离合踏板控制机构的一种实施方式，这三个踏板控制机构也可以采取其他的方式来实现踏板的上下抬升，且他们的控制机构的实现方式也可以不一样。
在上述技术方案中所述的障碍物可以是固定障碍物也可以是汽车行驶中其前方的车辆。
本发明的有益效果是：本发明汽车视觉安全辅助驾驶方法及装置的处理环境适合用在高速公路驾驶环境，环境变量单一，道路环境单一，检测判断内容少，不考虑避让，只需控制刹车、油门和方向盘，就可以实现安全无人驾驶。因此本发明可以在低成本和简单功能下实现汽车在高速公路上的安全辅助驾驶，易于推广，可以有效地避免高速公路上因疲劳驾驶或者注意力不集中而导致的事故，提高了驾驶的安全性。
除了上面所描述的本发明解决的技术问题、构成技术方案的技术特征以及由这些技术方案的技术特征所带来的优点之外，本发明一种汽车视觉安全辅助驾驶方法及装置所能解决的其他技术问题、技术方案中包含的其他技术特征以及这些技术特征所带来的优点，将结合附图作进一步详细的说明。
附图说明
图1是本发明汽车视觉安全辅助驾驶方法第一种实施例的流程图；
图2是本发明汽车视觉安全辅助驾驶方法的原理框图；
图3是本发明汽车视觉安全辅助驾驶装置中油门踏板控制机构的结构示意图。
图中：10、控制器；20、图像采集像头；30、刹车踏板控制机构；40、油门踏板控制机构；41、步进电机；42、转套、43、转臂；44、压臂；50、离合踏板控制机构；60、自动转向机构；70、报警装置；80、油门踏板；81、转向连杆；90、刹车踏板；100、离合踏板；110、方向盘；120、导向杆；130、车轮。
具体实施方式
下面结合附图对本发明的具体实施方式作进一步说明。在此需要说明的是，对于这些实施方式的说明用于帮助理解本发明，但并不构成对本发明的限定。此外，下面所描述的本发明各个实施方式中涉及到的技术特征只要彼此之间未构成冲突就可以相互组合。
如图1是本发明汽车视觉安全辅助驾驶方法第一种实施例的流程图，该方法包括如下步骤，
a、控制器10获取固定在汽车驾驶室内前端的图像采集像头20的图像信息，将图像信息跟汽车与前方障碍物的实际距离进行标定,获得标定数据；
b、汽车行驶中，图像采集像头20实时拍摄汽车前方视频图像；
c、控制器10处理图像时首先检测出行驶车道两侧的车道线及汽车前方断点位置信息；前方没有障碍物时，车道线断点在无限远处；如果车道线被障碍物遮挡，车道线的断点就在障碍物处；这样可以第一次确认前方的障碍物；设两侧车道线最近的断点位置为障碍物位置P；
d、初步确认出车道线前方断点位置P后，在前进方向上，从汽车前端开始到P点之间，在两侧车道线区域内，从近到远逐行进行线扫描，分析像素值有没有突变，如果有突变，判定有障碍物，将障碍物位置P移到该突变位置；
e、再次判断之后，结合相机标定数据，计算出汽车到P的实际距离Ls；
f、控制器10结合Ls和汽车的实时车速Us判断是否需要控制踏板控制机构动作，以维持原状或实现减速或者刹车。
在本实施例中，所述步骤a的具体步骤包括以下分步骤：
a1、安装好图像采集像头20后，在汽车静止状态，在汽车的前方设置障碍物并测量其与汽车的实际距离Ls，固定在汽车驾驶室内前端的图像采集像头20采集汽车前方图像信息；
a2、控制器10接收图像采集像头20采集的图像信息识别出汽车前端距离障碍物的图像距离Lt，控制器10将障碍物的图像距离Lt与Ls对应；
a3、重复步骤a1和a2若干次，控制器10拟合图像距离Lt与实际距离Ls的对应函数Ls＝f(Lt)。
在本实施例中，所述步骤f的具体步骤为：若Ls大于等于实时车速Us下的安全距离La,则控制器10通过控制踏板控制机构来使踏板控制机构维持原状；若Ls小于实时车速Us下的安全距离La大于实时车速Us下的危险距离Lw,则控制器10通过控制踏板控制机构来使刹车踏板90下压以减速；若Ls小于实时车速Us下的危险距离Lw则控制器10通过控制踏板控制机构来使控制油门踏板80上升至完全松开以停止加速，同时通过控制踏板控制机构来使刹车踏板90和离合踏板100下压以减速停车。
作为本发明的进一步改进，为了避免扫描到错误信息，误判障碍物的有无及位置信息，所述步骤d中线扫描的扫描线数量为3条。扫描线的数量也可以是4条或者更多。
作为本发明的进一步改进，本发明还设置有自动转向的功能，用以判断汽车是否沿着行车道行走，因此上述步骤c还包括控制器10实时检测判断汽车前端车身是否在两条车道线之间；上述步骤e还包括，若汽车前端车身是在两条车道线之间，则控制器10控制固定在汽车转向柱护套上的自动转向机构60不动作，若汽车前端车身不在两条车道线之间，则控制器10控制自动转向机构60动作，使得方向盘110转动，直至汽车前端车身在两条车道线之间。
如图2所示为本实施例中，实现上述汽车视觉安全辅助驾驶方法的汽车视觉安全辅助驾驶装置的原理框图，该装置包括踏板控制机构、控制器10和固定在汽车驾驶室内前端的图像采集像头20；所述图像采集像头20可采集障碍物以及行车道上的图像信息；所述踏板控制机构包括油门踏板控制机构40、刹车踏板控制机构30和离合踏板控制机构50，所述油门踏板控制机构40可控制汽车油门踏板80的上下抬升，所述刹车踏板控制机构可控制汽车刹车踏板90的上下抬升；所述离合踏板控制机构50可控制汽车离合踏板100的上下抬升；所述控制器10接收所述图像采集像头20的信息，所述控制器10控制连接所述油门踏板控制机构40、刹车踏板控制机构30和离合踏板控制机构50。
在本实施例中，本装置还设置有自动转向机构60，用以纠正汽车的行走方向，使其一直沿着行车道行驶，该自动转向机构60固定在汽车转向柱套上，所述自动转向机构60可控制方向盘110的转动，所述控制器10可接收所述图像采集像头20的信息来控制所述自动转向机构60。
在本实施例中，为了能够完全捕捉到汽车前方的路况信息，所述图像采集像头20的镜头平面与汽车前方水平面的夹角为锐角,俯视前方。
为了进一步增加本发明的安全性，该汽车视觉安全辅助驾驶装置还包括报警装置70，所述报警装置70固定在汽车驾驶室内，并由所述控制器10控制连接。
该装置的工作过程是，当图像采集像头20检测到汽车前方有障碍物的时候，控制器10可根据判断情况分别或同时控制油门踏板控制机构40、刹车踏板控制机构30和离合踏板控制机构50，同时控制报警装置70报警；油门踏板控制机构40可控制油门踏板80的上下抬升，刹车踏板控制机构30可控制刹车踏板90的上下抬升，离合踏板控制机构50可控制离合踏板100的上下抬升；从而实现刹车或减速，实现车轮130制动或者减速；当图像采集像头20检测到汽车偏离行驶车道的时候，控制器10控制自动转向机构60动作同时控制报警装置70报警，自动转向机构60可调整方向盘110转动，方向盘110带动导向杆120转动使得汽车的行驶方向回归行车道内。
如图3所示为在本实施例中油门踏板控制机构40的机构示意图，所述油门踏板控制机构40、刹车踏板控制机构30和离合踏板控制机构50的结构相同；所述油门踏板控制机构40包括步进电机41、转套42、转臂43、压臂44，所述步进电机41安装在汽车脚踏板下方，所述转套42的一端紧固连接所述步进电机41的输出端，其另一端与所述转臂43的一端固定连接；所述转臂43的另一端与所述压臂44固定连接；所述压臂44与所述油门踏板80的转向连杆81固接；所述转套42与所述压臂44平行，且二者同时垂直于所述转臂43。
以油门踏板控制机构40为例，其工作过程是：当图像采集像头20检测到汽车前方有障碍物，且汽车与障碍物的实时距离Ls小于实时车速Us下的危险距离Lw则控制器10控制油门踏板上升至完全松开以停止加速，同时控制刹车踏板90和离合踏板100下压以减速停车。如图3所示，此时油门踏板控制机构40中的步进电机41的输出端逆时针转动，带动转套42也逆时针转动，从而使得转臂43和压臂44往上抬，压臂44带动转向连杆81往上抬，从而使油门踏板80松开，停止加速。
上述只是所述油门踏板控制机构40、刹车踏板控制机构30和离合踏板控制机构50的一种实施方式，这三个踏板控制机构也可以采取其他的方式来实现踏板的上下抬升，且他们的控制机构的实现方式也可以不一样。
以上结合附图对本发明的实施方式作出详细说明，但本发明不局限于所描述的实施方式。对于本领域的普通技术人员而言，在不脱离本发明的原理和精神的情况下对这些实施方式进行多种变化、修改、替换和变形仍落入在本发明的保护范围内。

Claims (10)

1.一种汽车视觉安全辅助驾驶方法，其特征在于：该方法包括如下步骤，
a、控制器获取固定在汽车驾驶室内前端的图像采集像头的图像信息，将图像信息跟汽车与前方障碍物的实际距离进行标定,获得标定数据；
b、汽车行驶中，图像采集像头实时拍摄汽车前方视频图像；
c、控制器处理图像时首先检测出行驶车道两侧的车道线及汽车前方断点位置信息；前方没有障碍物时，车道线断点在无限远处；如果车道线被障碍物遮挡，车道线的断点就在障碍物处；这样可以第一次确认前方的障碍物；设两侧车道线最近的断点位置为障碍物位置P；
d、初步确认出车道线前方断点位置P后，在前进方向上，从汽车前端开始到P点之间，在两侧车道线区域内，从近到远逐行进行线扫描，分析像素值有没有突变，如果有突变，判定有障碍物，将障碍物位置P移到该突变位置；
e、再次判断之后，结合相机标定数据，计算出汽车到P的实际距离Ls；
f、控制器结合Ls和汽车的实时车速Us判断是否需要控制踏板控制机构动作，以维持原状或实现减速或者刹车。
2.根据权利要求1所述汽车视觉安全辅助驾驶方法，其特征在于,所述步骤a包括以下分步骤：
a1、安装好图像采集像头后，在汽车静止状态，在汽车的前方设置障碍物并测量其与汽车的实际距离Ls，固定在汽车驾驶室内前端的图像采集像头采集汽车前方图像信息；
a2、控制器接收图像采集像头采集的图像信息并识别出汽车前端距离障碍物的图像距离Lt，控制器将障碍物的图像距离Lt与Ls对应；
a3、重复步骤a1和a2若干次，控制器拟合图像距离Lt与实际距离Ls的对应函数Ls＝f(Lt)。
3.根据权利要求1所述汽车视觉安全辅助驾驶方法，其特征在于,所述步骤f的具体步骤为：若Ls大于等于实时车速Us下的安全距离La,则控制器通过控制踏板控制机构来使汽车的油门踏板、刹车踏板和离合踏板维持原状；若Ls小于实时车速Us下的安全距离La大于实时车速Us下的危险距离Lw,则控制器通过控制踏板控制机构来使汽车的刹车踏板下压以减速；若Ls小于实时车速Us下的危险距离Lw则控制器通过控制踏板控制机构来使汽车的油门踏板上升至完全松开以停止加速，同时控制器通过控制踏板控制机构来使汽车的刹车踏板和离合踏板下压以减速停车。
4.根据权利要求1至3任一项所述的汽车视觉安全辅助驾驶方法，其特征在于，所述步骤d中线扫描的扫描线数量至少为3条。
5.根据权利要求1所述的汽车视觉安全辅助驾驶方法，其特征在于，所述步骤c还包括控制器实时检测判断汽车前端车身是否在两条车道线之间；所述步骤e还包括，若汽车前端车身是在两条车道线之间，则控制器控制固定在汽车转向柱护套上的自动转向机构不动作，若汽车前端车身不在两条车道线之间，则控制器控制自动转向机构动作，使得方向盘转动，直至汽车前端车身在两条车道线之间。
6.一种实现权利要求1所述的一种汽车视觉安全辅助驾驶方法的装置，其特征在于：包括踏板控制机构、控制器和固定在汽车驾驶室内前端的图像采集像头；所述图像采集像头可采集障碍物以及行车道上的图像信息；所述踏板控制机构包括油门踏板控制机构、刹车踏板控制机构和离合踏板控制机构，所述油门踏板控制机构可控制汽车油门踏板的上下抬升，所述刹车踏板控制机构可控制汽车刹车踏板的上下抬升；所述离合踏板控制机构可控制汽车离合踏板的上下抬升；所述控制器接收所述图像采集像头的信息，所述控制器控制连接所述油门踏板控制机构、刹车踏板控制机构和离合踏板控制机构。
7.根据权利要求6所述的一种汽车视觉安全辅助驾驶装置，其特征在于：还包括固定在汽车转向柱套上的自动转向机构，所述自动转向机构可控制方向盘的转动，所述控制器可接收所述图像采集像头的信息来控制所述自动转向机构。
8.根据权利要求6或7所述的一种汽车视觉安全辅助驾驶装置，其特征在于：所述图像采集像头的镜头平面与汽车前方水平面的夹角为锐角,俯视前方。
9.根据权利要求6或7所述的一种汽车视觉安全辅助驾驶装置，其特征在于：还包括报警装置，所述报警装置固定在汽车驾驶室内，并由所述控制器控制连接。
10.根据权利要求6或7所述的一种汽车视觉安全辅助驾驶装置，其特征在于：所述油门踏板控制机构、刹车踏板控制机构和离合踏板控制机构的结构相同；所述油门踏板控制机构包括步进电机、转套、转臂、压臂，所述步进电机安装在汽车油门脚踏板下方，所述转套的一端紧固连接所述步进电机的输出端，其另一端与所述转臂的一端固定连接；所述转臂的另一端与所述压臂固定连接；所述压臂与所述油门踏板的转向连杆固接；所述转套与所述压臂平行，且二者同时垂直于所述转臂。
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