CN106515742A - 一种车道偏离预警方法及系统 - Google Patents

一种车道偏离预警方法及系统 Download PDF

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Abstract

一种车道偏离预警方法及系统，其中车道偏离预警方法括如下步骤：视觉采集器获取道路图像中的车道标识线信息，车体信息传感器采集车体信息，将车道标识线信息和车体信息提供给FPGA逻辑中心，FPGA逻辑中心通过转换确定出自身车辆在车道中的位置和方向信息；FPGA逻辑中心将车辆在车道中的位置和方向信息提供给DSP计算中心，DSP计算中心根据设定的预警条件确定在当前状态下是否触发警报；警报模块接收DSP计算中心发出的警示信息，并根据警示信息进行车体控制；在驾驶员头部前方玻璃上设置HUD抬头显示器，显示器至少显示车行参数、车辆在车道中的位置和方向信息。本发明一种车道偏离预警方法及系统能够辅助过度疲劳或长时间单调驾驶引发的注意力不集中等情况。

Description

一种车道偏离预警方法及系统
技术领域
本发明涉及一种汽车安全系统领域，具体的说，是涉及一种车道偏离预警方法及系统。
背景技术
美国联邦公路局估计：美国2002年所有致命的交通事故中44%是跟车道偏离有关的，同时车道偏离也被看成车辆侧翻事故的主要原因。AssitWare网站的分析结果：23%的汽车驾驶员一个月内至少在转向盘上睡着一次；66%的卡车驾驶员自己在驾驶过程中打瞌睡；28%的卡车驾驶员在一个月内有在转向盘上睡着的经历。也就是说：四个驾驶员中就有一个驾驶员经历过车道偏离引起的伤亡事故。
申请号为201210442546.3的发明专利申请公开了一种车道偏离预警系统，其包括多个感测单元，至少一通讯通道、运算模块以及警告信号产生模块。多个感测单元，感测车辆行驶状态，用以频率同步化产生多个感测信号。通讯通道，电性连接于感测单元，用以传输感测信号。运算模块，电性连接于通讯通道，接收感测信号，用以获得感测信号中相对应的多笔行驶状态数据，警告信号产生模块，电性连接于通讯通道，用以根据控制信号而产生警告信号，停止产生警告或禁止产生警告信号。但该申请没有涉及HUD抬头显示器，该发明申请对于预警条件设置上也未进行详细的划分，使告警缺乏缓冲阶段。
发明内容
针对上述现有技术中的不足，本发明提供一种设计周密，使用方便，能够辅助过度疲劳或长时间单调驾驶引发的注意力不集中等情况的车道偏离预警方法及系统。
本发明所采取的技术方案是：
一种车道偏离预警方法，包括如下步骤：
图像预处理步骤：视觉采集器获取道路图像中的车道标识线信息，车体信息传感器采集车体信息，将所述车道标识线信息和车体信息提供给FPGA逻辑中心，FPGA逻辑中心通过转换确定出自身车辆在车道中的位置和方向信息；
预警判断处理步骤：FPGA逻辑中心将车辆在车道中的位置和方向信息提供给DSP计算中心，DSP计算中心根据设定的预警条件确定在当前状态下是否触发警报；
警报处理步骤：警报模块接收DSP计算中心发出的警示信息，并根据警示信息进行车体控制；
车辆行驶状态显示步骤：在驾驶员头部前方玻璃上设置HUD抬头显示器，显示器至少显示车行参数、车辆在车道中的位置和方向信息等。
优选的是，所述视觉采集器包括路况信息采集器，所述路况信息采集器至少包括安装于前挡风玻璃两侧的多功能摄像头；所述车体信息传感器至少包括安装于车身前端底部的红外线传感器。
在上述任一方案中优选的是，所述图像预处理步骤具体包括：
图像采集：路况信息采集器采集路况信息，车体信息采集器采集当前的车体行驶信息；将所述路况及车体信息提供给FPGA逻辑中心；
道路图像预处理：FPGA逻辑中心结合获取的道路图像的特征，从获取的图像中识别道路边界或车道标识线；
可行性区域的建立：根据道路边界或车道标识线建立可行性区域。
在上述任一方案中优选的是，所述道路图像预处理包括如下步骤：
将获取的彩色图像灰度化，并进行灰度拉伸；
将图像进行边界增强处理，做图像边界检测；
用大律法求出图像阈值：
将灰度图像二值化处理为黑白图像。
在上述任一方案中优选的是，所述道路图像按照车体在道路中相对于车道线的位置设置：无警示区域、最早警示线、警示门槛线、警示区域、车道线和最晚警示线。
在上述任一方案中优选的是，所述预警条件包括：
车体在道路中是否触碰最早警示线，如车体触碰该界线，监测驾驶员是否打开转向灯，如已打开转向灯，则不触发警报，如未打开转向灯，警报模块进入预警准备；
车体在道路中是否触碰警示门槛线，如车体触碰该界线，监测驾驶员是否打开转向灯，如已打开转向灯，则不触发警报，如未打开转向灯，警报模块发出警示提示；
车体在道路中是否进入警示区域，如车体在该区域内，监测驾驶员是否打开转向灯，如已打开转向灯，则不触发警报，如未打开转向灯，警报发出警报。
在上述任一方案中优选的是，识别道路边界或车道标识线包括基于图像特征的识别和基于模型的识别。
在上述任一方案中优选的是，基于图像特征识别具体包括：对路况信息中的特征车道线进行连接、拟合处理；对路况信息图像的边缘检测并进行直线拟合得到边界线段，对所述边界线段长度和方向进行聚类并连接。
在上述任一方案中优选的是，所述道路图像的特征包括颜色特征和灰度梯度特征。
在上述任一方案中优选的是，所述颜色特征包括灰度特征或彩色特征，基于灰度特征的识别方法为：从车辆前方的序列灰度图像中，利用道路边界及车道标识线的灰度特征完成对道路边界及车道识别线的识别；基于彩色特征的识别方法为：利用从获取的序列彩色图像中，根据道路及车道识别线的特殊色彩特征来完成对道路边界及车道标识线的识别。
在上述任一方案中优选的是，所述基于模型的识别具体包括如下步骤：
针对结构化道路建立相对规则的标记；
根据标记形状建立相应的曲线模型；
采用不同的识别技术对道路边界及车道识别线进行识别。
在上述任一方案中优选的是，所述不同的识别技术包括Hough变换、模板匹配技术或神经网络技术中至少一种。
在上述任一方案中优选的是，所述车体控制包括方向盘震动、修正力矩进行转向干预、降低车速中至少一种。
在上述任一方案中优选的是，警报模块接收DSP计算中心发出的警示信息进行方向盘震动，提示驾驶员纠正车辆的偏离，当驾驶员没有根据警示信息纠正车辆偏离时，车体控制器修正力矩进行转向干预，并降低车速。
一种车道偏离预警系统，包括：
视觉采集器：其配置为获取道路图像中的车道标识线信息，并将所述信息提供给FPGA逻辑中心；
车体信息传感器：其配置为适于采集车体信息，并将所述车体信息提供给FPGA逻辑中心；
FPGA逻辑中心：其配置为适于将接收的信息通过转换确定自身车辆在车道中的位置和方向信息进行图像预处理，并将所述预处理后的图像信息传输给DSP计算中心；
DSP计算中心：其配置为根据设定的预警模型和接收的车辆在车道中的位置和方向信息确定在当前状态下是否触发警报；
车体控制器：其配置为根据警示信息进行车体控制；
HUD抬头显示器：设置在驾驶员头部前方玻璃上，其配置为至少显示车行参数、车辆在车道中的位置和方向信息。
优选的是，所述视觉采集器包括路况信息采集器，所述路况信息采集器至少包括安装于前挡风玻璃两侧的多功能摄像头；所述车体信息传感器至少包括安装于车身前端底部的红外线传感器。
在上述任一方案中优选的是，所述图像预处理具体包括：
FPGA逻辑中心接收路况信息采集器采集的路况信息及车体信息采集器采集的当前的车体行驶信息；
FPGA逻辑中心结合获取的道路图像的特征，从获取的图像中进行道路图像预处理，识别道路边界或车道标识线；
可行性区域的建立：根据道路边界或车道标识线建立可行性区域。
在上述任一方案中优选的是，所述道路图像预处理包括：
将获取的彩色图像灰度化，并进行灰度拉伸；
将图像进行边界增强处理，做图像边界检测；
用大律法求出图像阈值：
将灰度图像二值化处理为黑白图像。
在上述任一方案中优选的是，所述道路图像按照车体在道路中相对于车道线的位置设置：无警示区域、最早警示线、警示门槛线、警示区域、车道线和最晚警示线。
在上述任一方案中优选的是，所述预警条件包括：
车体在道路中是否触碰最早警示线，如车体触碰该界线，监测驾驶员是否打开转向灯，如已打开转向灯，则不触发警报，如未打开转向灯，警报模块进入预警准备；
车体在道路中是否触碰警示门槛线，如车体触碰该界线，监测驾驶员是否打开转向灯，如已打开转向灯，则不触发警报，如未打开转向灯，警报模块发出警示提示；
车体在道路中是否进入警示区域，如车体在该区域内，监测驾驶员是否打开转向灯，如已打开转向灯，则不触发警报，如未打开转向灯，警报发出警报。
在上述任一方案中优选的是，所述车体控制包括方向盘震动、修正力矩进行转向干预、降低车速中至少一种。
在上述任一方案中优选的是，警报模块接收DSP计算中心发出的警示信息进行方向盘震动，提示驾驶员纠正车辆的偏离，当驾驶员没有根据警示信息纠正车辆偏离时，车体控制器修正力矩进行转向干预，并降低车速。
本发明相对现有技术的有益效果：
本发明车道偏离预警方法及系统，提供智能的车道偏离预警，在驾驶员未打转向灯等无意识偏离原车道时，能在偏离车道0.5秒之内发出警报，为驾驶员提供更多的反应时间，大大减少了因车道偏离引发的碰撞事故，此外，使用偏离车道警报系统还能纠正驾驶员不打转向灯的习惯，该系统其主要功能是辅助过度疲劳或长时间单调驾驶引发的注意力不集中等情况。
本发明车道偏离预警方法及系统使用HUD抬头显示器，将车行参数、自检测等信息，以图像、字符的形式，通过光学部件投射到座舱正前方组合玻璃上的光/电显示装置上，驾驶员透过组合玻璃观察前方景物时，可以同时看到叠加在外景上的字符、图像等信息。并且投射焦距位于成像组合玻璃前方，使驾驶员几乎不用改变眼睛焦距，即可方便的随时察看车行参数，可视度也不会受到日光照射的影响。
本发明车道偏离预警方法及系统在车辆偏离车道，触碰预定的预警条件时，首先会监测驾驶员是否已打开转向灯，如已打开，则不启动警报，如未打开转向灯，则启动警报并进行车体控制，包括震动方向盘，如果驾驶员仍未纠正车辆偏离，则车体控制器修正力矩进行转向干预，并降低车速，通过多种方式降低车辆行驶危险。
附图说明
图1是本发明车道偏离预警方法的流程图；
图2是本发明车道偏离预警系统的结构示意图；
图3是本发明车道偏离预警系统的道路图像警示线设置示意图。
附图中主要部件符号说明：
图中：
1、无警示区域； 2、行驶车辆；
3、最早警示线； 4、警示门槛线；
5、车道线； 6、最晚警示线；
7、警示区域。
具体实施方式
以下参照附图及实施例对本发明进行详细的说明：
实施例1
附图1可知，一种车道偏离预警方法，包括如下步骤：
S101：由安装于前风挡后面的多功能摄像头，获取道路图像中的车道标识线信息，车体信息传感器采集车体信息；视觉采集器包括路况信息采集器，路况信息采集器至少包括安装于前挡风玻璃两侧的多功能摄像头；车体信息传感器至少包括安装于车身前端底部的红外线传感器；
S102：将车道标识线信息和车体信息提供给FPGA逻辑中心，
S103：FPGA逻辑中心将获取的彩色图像灰度化，并进行灰度拉伸；
S104：将图像进行边界增强处理，做图像边界检测；
S105：用大律法求出图像阈值：
S106：将灰度图像二值化处理为黑白图像。
S107：FPGA逻辑中心结合获取的道路图像的特征，从获取的图像中识别道路边界或车道标识线;
S108：建立车辆可行性区域；
S109：确定出自身车辆在车道中的位置和方向信息；
S110：FPGA逻辑中心将车辆在车道中的位置和方向信息提供给DSP计算中心；
S111：在驾驶员头部前方玻璃上设置HUD抬头显示器，显示器至少显示车行参数、车辆在车道中的位置和方向信息等；
S112：DSP计算中心通过计算监测车体在道路中是否触碰最早警示线；
S113：如果车体触碰该界线，监测驾驶员是否打开转向灯；
S114：如已打开转向灯，则不触发警报；
S115：如未打开转向灯，警报模块触发预警；
S116：触发警报同时震动方向盘提醒驾驶员，提示驾驶员纠正车辆的偏离；
S117：监测驾驶员是否纠正偏离；
S118：如果驾驶员已纠正偏离，则警报解除；
S119：如驾驶员没有根据警示信息纠正车辆偏离，进行车体控制，车体控制器降低车速；车体控制包括方向盘震动、修正力矩进行转向干预、降低车速中至少一种；
S120：车体控制器修正力矩进行转向干预。
如附图3所示：道路图像按照行驶车辆2在道路中相对于车道线5的位置设置无警示区域1、最早警示线3、警示门槛线4、警示区域7、车道线5和最晚警示线6。
车辆偏离预警具体包括如下动作：车体在道路中是否触碰警示门槛线，如车体触碰该界线，监测驾驶员是否打开转向灯，如已打开转向灯，则不触发警报，如未打开转向灯，警报模块发出警示提示；
车体在道路中是否进入警示区域，如车体在该区域内，监测驾驶员是否打开转向灯，如已打开转向灯，则不触发警报，如未打开转向灯，警报发出警报。
基于机器视觉的车道偏离预警系统依赖于机器视觉所获得的道路图像中车道标识线信息，根据一定的先验知识，通过合适的转换确定出自身车辆在车道中的位置和方向信息，然后根据假定的预警模型确定在当前状态下是否有必要触发警报。
基于机器视觉的道路边界以及车道标识线识别方法包括基于图像特征的识别和基于模型的识别。
基于图像特征识别具体包括：对路况信息中的特征车道线进行连接、拟合处理；对路况信息图像的边缘检测并进行直线拟合得到边界线段，对所述边界线段长度和方向进行聚类并连接。
道路图像的特征包括颜色特征和灰度梯度特征。
颜色特征包括灰度特征或彩色特征，基于灰度特征的识别方法为：从车辆前方的序列灰度图像中，利用道路边界及车道标识线的灰度特征完成对道路边界及车道识别线的识别；基于彩色特征的识别方法为：利用从获取的序列彩色图像中，根据道路及车道识别线的特殊色彩特征来完成对道路边界及车道标识线的识别。
基于模型的识别具体包括如下步骤：
针对结构化道路建立相对规则的标记；
根据标记形状建立相应的曲线模型；
采用不同的识别技术对道路边界及车道识别线进行识别。
不同的识别技术包括Hough变换、模板匹配技术或神经网络技术中至少一种。
汽车安全专家指出：约有50%的汽车交通事故是因为汽车偏离正常的行驶车道引起的，究其主要原因主要是驾驶员心神烦乱、注意力不集中或驾驶疲劳。本发明提供智能的车道偏离预警方法及系统，在无意识（驾驶员未打转向灯）偏离原车道时，能在偏离车道0.5秒之内发出警报，为驾驶员提供更多的反应时间，大大减少了因车道偏离引发的碰撞事故，此外，使用LDWS(偏离车道警报系统)还能纠正驾驶员不打转向灯的习惯，该系统其主要功能是辅助过度疲劳或长时间单调驾驶引发的注意力不集中等情况。
实施例2
如附图2所示，为一种车道偏离预警系统，包括：
视觉采集器：其配置为获取道路图像中的车道标识线信息，并将信息提供给FPGA逻辑中心；视觉采集器包括路况信息采集器，路况信息采集器至少包括安装于前挡风玻璃两侧的多功能摄像头；车体信息传感器至少包括安装于车身前端底部的红外线传感器；
车体信息传感器：其配置为适于采集车体信息，并将车体信息提供给FPGA逻辑中心；
FPGA逻辑中心：其配置为适于将接收的信息通过转换确定自身车辆在车道中的位置和方向信息进行图像预处理，并将所述预处理后的图像信息传输给DSP计算中心；
DSP计算中心：其配置为根据设定的预警模型和接收的车辆在车道中的位置和方向信息确定在当前状态下是否触发警报；
车体控制器：其配置为根据警示信息进行车体控制；
HUD抬头显示器：设置在驾驶员头部前方玻璃上，其配置为至少显示车行参数、车辆在车道中的位置和方向信息。
图像预处理具体包括：
FPGA逻辑中心接收路况信息采集器采集的路况信息及车体信息采集器采集的当前的车体行驶信息；
FPGA逻辑中心结合获取的道路图像的特征，从获取的图像中进行道路图像预处理，识别道路边界或车道标识线；
可行性区域的建立：根据道路边界或车道标识线建立可行性区域。
道路图像预处理包括：
将获取的彩色图像灰度化，并进行灰度拉伸；
将图像进行边界增强处理，做图像边界检测；
用大律法求出图像阈值：
将灰度图像二值化处理为黑白图像。
如附图2所示道路图像按照行驶车辆2在道路中相对于车道线5的位置设置：无警示区域1、最早警示线3、警示门槛线4、警示区域7、车道线5和最晚警示线6。
车辆偏离预警具体包括如下动作：车体在道路中是否触碰警示门槛线，如车体触碰该界线，监测驾驶员是否打开转向灯，如已打开转向灯，则不触发警报，如未打开转向灯，警报模块发出警示提示；
车体在道路中是否进入警示区域，如车体在该区域内，监测驾驶员是否打开转向灯，如已打开转向灯，则不触发警报，如未打开转向灯，警报发出警报。
车体控制包括方向盘震动、修正力矩进行转向干预、降低车速中至少一种。
警报模块接收DSP计算中心发出的警示信息进行方向盘震动，提示驾驶员纠正车辆的偏离，当驾驶员没有根据警示信息纠正车辆偏离时，车体控制器修正力矩进行转向干预，并降低车速。
以上所述，仅是本发明的较佳实施例而已，并非对本发明的结构作任何形式上的限制。凡是依据本发明的技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、等同变化与修饰，均属于本发明的技术方案范围内。

Claims (10)

1.一种车道偏离预警方法，包括如下步骤：
图像预处理步骤：视觉采集器获取道路图像中的车道标识线信息，车体信息传感器采集车体信息，将所述车道标识线信息和车体信息提供给FPGA逻辑中心，FPGA逻辑中心通过转换确定出自身车辆在车道中的位置和方向信息；
预警判断处理步骤：FPGA逻辑中心将车辆在车道中的位置和方向信息提供给DSP计算中心，DSP计算中心根据设定的预警条件确定在当前状态下是否触发警报；
警报处理步骤：警报模块接收DSP计算中心发出的警示信息，并根据警示信息进行车体控制；
车辆行驶状态显示步骤：在驾驶员头部前方玻璃上设置HUD抬头显示器，显示器至少显示车行参数、车辆在车道中的位置和方向信息。
2.根据权利要求1所述的车道偏离预警方法，其特征在于：所述视觉采集器包括路况信息采集器，所述路况信息采集器至少包括安装于前挡风玻璃两侧的多功能摄像头；所述车体信息传感器至少包括安装于车身前端底部的红外线传感器。
3.根据权利要求2所述的车道偏离预警方法，其特征在于：所述图像预处理步骤具体包括：
图像采集：路况信息采集器采集路况信息，车体信息采集器采集当前的车体行驶信息；将所述路况及车体信息提供给FPGA逻辑中心；
道路图像预处理：FPGA逻辑中心结合获取的道路图像的特征，从获取的图像中识别道路边界或车道标识线；
可行性区域的建立：根据道路边界或车道标识线建立可行性区域。
4.根据权利要求3所述的车道偏离预警方法，其特征在于：所述道路图像预处理包括如下步骤：
将获取的彩色图像灰度化，并进行灰度拉伸；
将图像进行边界增强处理，做图像边界检测；
用大律法求出图像阈值：
将灰度图像二值化处理为黑白图像。
5.根据权利要求4所述的车道偏离预警方法，其特征在于：所述道路图像按照车体在道路中相对于车道线的位置设置：无警示区域、最早警示线、警示门槛线、警示区域、车道线和最晚警示线。
6.根据权利要求5所述的车道偏离预警方法，其特征在于：所述预警条件包括：
车体在道路中是否触碰最早警示线，如车体触碰该界线，监测驾驶员是否打开转向灯，如已打开转向灯，则不触发警报，如未打开转向灯，警报模块进入预警准备；
车体在道路中是否触碰警示门槛线，如车体触碰该界线，监测驾驶员是否打开转向灯，如已打开转向灯，则不触发警报，如未打开转向灯，警报模块发出警示提示；
车体在道路中是否进入警示区域，如车体在该区域内，监测驾驶员是否打开转向灯，如已打开转向灯，则不触发警报，如未打开转向灯，警报发出警报。
7.根据权利要求6所述的车道偏离预警方法，其特征在于：识别道路边界或车道标识线包括基于图像特征的识别和基于模型的识别。
8.根据权利要求7所述的车道偏离预警方法，其特征在于：基于图像特征识别具体包括：对路况信息中的特征车道线进行连接、拟合处理；对路况信息图像的边缘检测并进行直线拟合得到边界线段，对所述边界线段长度和方向进行聚类并连接。
9.一种车道偏离预警系统，包括：
视觉采集器：其配置为获取道路图像中的车道标识线信息，并将所述信息提供给FPGA逻辑中心；
车体信息传感器：其配置为适于采集车体信息，并将所述车体信息提供给FPGA逻辑中心；
FPGA逻辑中心：其配置为适于将接收的信息通过转换确定自身车辆在车道中的位置和方向信息进行图像预处理，并将所述预处理后的图像信息传输给DSP计算中心；
DSP计算中心：其配置为根据设定的预警模型和接收的车辆在车道中的位置和方向信息确定在当前状态下是否触发警报；
车体控制器：其配置为根据警示信息进行车体控制；
HUD抬头显示器：设置在驾驶员头部前方玻璃上，其配置为至少显示车行参数、车辆在车道中的位置和方向信息。
10.根据权利要求9所述的车道偏离预警系统，其特征在于：所述视觉采集器包括路况信息采集器，所述路况信息采集器至少包括安装于前挡风玻璃两侧的多功能摄像头；所述车体信息传感器至少包括安装于车身前端底部的红外线传感器。
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