CN106627585A - 一种基于图像处理的车辆变道辅助装置及其工作方法 - Google Patents

一种基于图像处理的车辆变道辅助装置及其工作方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种基于图像处理的车辆变道辅助装置及其工作方法，包括固定在车辆前部和后部的激光扫描雷达，以及固定在车辆前部的摄像头，激光扫描雷达连接中央处理芯片，摄像头通过图像处理芯片连接中央处理芯片，中央处理芯片连接有速度传感器，中央处理芯片还连接有显示装置和转向灯，本装置结构简单，能耗低，设计简单全面智能，可靠程度高；该工作方法智能化程度高，工作可靠，对安全换道和减少驾驶员操作有良好的效果。

Description

一种基于图像处理的车辆变道辅助装置及其工作方法
技术领域
本发明属于智能驾驶领域，具体涉及一种基于图像处理的车辆变道辅助装置及其工作方法。
背景技术
车辆换道时，驾驶人不仅要时刻关注前方路况，还要时刻通过反光镜观察车辆后方路况。这就增加了车辆操作的难度同时驾驶人难以对后方车辆给以足够的注意力。而且驾驶人换道时主要通过反光镜观察后方车辆的运动状况，这就难以对后方车辆的运动状态有一个准确的判断。
能否对自车前后车辆驾驶人操作意图进行准确判断对于交通安全和智能驾驶十分重要。如果能够通过某种方法对于自车周围车辆的运动状态进行收集，并通过判断是否保证安全驾驶的前提下，对自车驾驶员进行换道提醒，若具备换道条件，则能让汽车更顺利的通过道路。另外，如果能够通过某种方法对自车驾驶员的换道意图进行判断，并通过电路控制对转向灯的开闭进行控制，则能减少驾驶员的操作，让汽车驾驶更加智能。
发明内容
本发明的目的在于克服上述不足，提供一种基于图像处理的车辆变道辅助装置及其工作方法，对安全换道和减少驾驶员操作有良好的效果。
为了达到上述目的，一种基于图像处理的车辆变道辅助装置，包括固定在车辆前部和后部的激光扫描雷达，以及固定在车辆前部的摄像头，激光扫描雷达连接中央处理芯片，摄像头通过图像处理芯片连接中央处理芯片，中央处理芯片连接有速度传感器，中央处理芯片还连接有显示装置和转向灯；
所述激光扫描雷达用于识别车辆四周的障碍物与车辆的相对速度；
所述摄像头用于实时采集车辆前方的图像；
所述图像处理芯片用于将摄像头采集的图像进行处理，并识别车道线；
所述速度传感器用于采集当前车辆速度；
所述中央处理芯片用于根据激光扫描雷达、图像处理芯片和速度传感器所发送来的信息，输出车辆前后方道路形状的表征曲线发送至显示装置中，并且根据图像处理芯片所发来的信息计算车道线夹角，根据车道线夹角和车辆速度预估车辆越线时间，并控制转向灯的开启和关闭。
所述显示装置固定在车辆仪表盘上，车辆仪表盘上固定有开关。
所述中央处理芯片通过I/O接口与速度传感器连接。
所述中央处理芯片通过SPI接口与显示装置连接。
所述中央处理芯片通过电磁开关与转向灯连接。
所述激光扫描雷达采用LUX激光扫描雷达，激光扫描雷达采用CAN总线接口与中央处理芯片连接。
一种基于图像处理的车辆变道辅助装置的工作方法，包括以下步骤：
步骤一，激光扫描雷达采集车辆前方和后方的信息，发送至中央处理芯片中，速度传感器采集当前速度信息，发送至中央处理芯片中，中央处理芯片将激光扫描雷达和速度传感器的信息相结合，判断是否具备换道条件，若具备变道条件，进入步骤二，若不具备变道条件，进入步骤四；
步骤二，显示装置显示为绿色车道，同时摄像头采集前方图像，并发送至图像处理芯片中，图像处理芯片识别车道线后发送至中央处理芯片中，并结合当前车速预估车辆越线时间；
步骤三，将预估车辆越线时间与阈值进行对比，若预估车辆越线时间小于阈值，则自动打开转向灯，若预估车辆越线时间大于阈值，则进步步骤四；
步骤四，中央处理芯片控制显示装置变为红色车道，并重新采集激光扫描雷达和速度传感器的信息。
所述步骤一中，激光扫描雷达采集车辆前方和后方的信息的具体方法如下：对于路侧的静止物体，激光扫描雷达测量得到的相对速度与自身车辆的行驶速度大小相同，所有的路侧静止点用两条曲线表示，从而得到表示前后方道路形状的曲线；若某测量点的相对速度小于车辆当前的行驶速度，则该测量点可以确定为前后方其他行驶的车辆，对激光扫描雷达所有的数据点进行分析，确定前后方区域中所存在的车辆。
所述步骤二中，预估车辆越线时间的具体方法如下：中央处理芯片从图像处理芯片传送来的图像中识别车道线，获取车辆坐标系X轴方向上车辆与车道线的距离S、车道线与车载前置摄像头成像中轴线的夹角θ、以及车辆与车道线最近横向距离D_R，车辆坐标系的X轴平行于地面沿车辆中轴线指向前方，车载前置摄像头的光轴方向与车辆坐标系x轴方向重合；从速度传感器中提取车辆速度V，并设置车辆在车辆坐标系X轴方向的速度vx＝V；确定车辆越过车道线的时间
与现有技术相比，本发明在当车辆行驶在道路上时，开启激光扫描雷达，并扫描车辆行驶车道、邻近左车道和邻近右车道上的行驶车辆，当发现相应车道上有行驶车辆时，将扫描得到的结果发送至中央处理芯片中，速度传感器采集车辆的运行速度，中央处理芯片对所采集得到的雷达数据进行分析，根据路侧静止障碍物特征识别分析道路的几何形状，确定道路形状表征曲线，同时根据自车的运动速度、自车与前后方其他车辆之间的相对速度、相对距离，识别得到前后方的其他车辆之后，根据自车与其他车辆的相对距离、相对角度，预估车辆越线时间，得到这些数据之后，然后将这些信息显示在与之相连显示装置上，同时，判断左右邻近车道是否具有换道条件，并显示在显示装置上，本装置结构简单，能耗低，设计简单全面智能，可靠程度高；该工作方法智能化程度高，工作可靠，对安全换道和减少驾驶员操作有良好的效果。
附图说明
图1为本发明的原理框图；
图2为本发明的工作流程图；
其中，1、激光扫描雷达；2、摄像头；3、图像处理芯片；4、中央处理芯片；5、速度传感器；6、显示装置；7、转向灯。
具体实施方式
下面结合附图对本发明做进一步说明。
参见图1，一种基于图像处理的车辆变道辅助装置包括固定在车辆前部和后部的激光扫描雷达，以及固定在车辆前部的摄像头，激光扫描雷达连接中央处理芯片，摄像头通过图像处理芯片连接中央处理芯片，中央处理芯片连接有速度传感器，中央处理芯片还连接有显示装置和转向灯；显示装置固定在车辆仪表盘上，车辆仪表盘上固定有开关，中央处理芯片通过I/O接口与速度传感器连接，中央处理芯片通过SPI接口与显示装置连接，中央处理芯片通过电磁开关与转向灯连接，激光扫描雷达采用LUX激光扫描雷达，激光扫描雷达采用CAN总线接口与中央处理芯片连接；
激光扫描雷达用于识别车辆四周的障碍物与车辆的相对速度；摄像头用于实时采集车辆前方的图像；图像处理芯片用于将摄像头采集的图像进行处理，并识别车道线；速度传感器用于采集当前车辆速度；
中央处理芯片用于根据激光扫描雷达、图像处理芯片和速度传感器所发送来的信息，输出车辆前后方道路形状的表征曲线发送至显示装置中，并且根据图像处理芯片所发来的信息计算车道线夹角，根据车道线夹角和车辆速度预估车辆越线时间，并控制转向灯的开启和关闭。
参见图2，本发明的工作方法包括：
一、识别判断前后方道路形状、前后方其他车辆：
路侧的护栏、绿化带或者台阶，这类物体在路侧保持静止，同时这类物体组成的形状与道路线形保持一致。对于路侧的静止物体，激光雷达测量得到的相对速度与自身车辆的行驶速度大小基本相同。因此，如果某一个测量返回点的相对速度与自车行驶速度之间差值的绝对值小于5km/h时，可以判定该数据点属于路侧静止物体。通过对所有测量点进行分析，识别所有的路侧静止点并将所有点用两条曲线表示，从而得到表示前后方道路形状的曲线。激光雷达测量返回的数据中除了道路两侧静止物体之外还包括道路上行驶的其他车辆。根据自身车辆与前后方其他车辆的运动关系，如果某测量点的相对速度与自车的行驶速度之间差值的绝对值大于5km/h，则该测量点可以确定为前后方其他行驶的车辆。对激光雷达所有的数据点进行分析，确定前后方区域中所存在的车辆。
二、计算前后方其他车辆的位置及行驶速度：
前后方其他车辆的位置由激光雷达所测量得到的相对角度、相对距离数据确定前后方其他车辆的位置，在LCD液晶显示器中显示前后方其他车辆时，根据相对角度和相对距离数据确定前后方车辆在屏幕中的位置；根据自车行驶速度与激光雷达所测量得到的自车与前后方其他车辆的相对速度，计算前后方其他车辆的行驶速度，计算方法为自车行驶速度加上相对速度，当自车速度高于前后方其他车辆时设定相对速度为负，自车速度低于前后方其他车辆速度时设定相对速度为正，通过以上方法计算确定前后方其他车辆的运行速度。
三、显示道路形状，并提醒换道：
中央处理芯片通过对自车车速、激光雷达采集数据进行分析，计算得到自身车辆前后方道路形状的表征曲线。设定车速超过40km/h时，如果自车与前后方其他车辆的距离小于50米时，微处理器控制LCD将显示器中相应车道用红颜色进行标记，反之将相应车道标记为绿色并提示驾驶员进行换道。
四、转向灯控制：
车载前置摄像头实时采集车辆前方图像，并将采集的图像传送给图像处理芯片。图像处理芯片对图像进行处理，在图像中选取有效区域，中央处理芯片从图像处理芯片传送来的图像中识别车道线，获取车辆坐标系x轴方向上车辆与车道线的距离S、车道线与车载前置摄像头成像中轴线的夹角θ、以及车辆与车道线最近横向距离D_R，车辆坐标系的x轴平行于地面沿车辆中轴线指向前方，车载前置摄像头的光轴方向与车辆坐标系x轴方向重合；从车速仪表盘的CAN总线中提取车辆速度v，并设置车辆在车辆坐标系x轴方向的速度vx＝v；确定车辆越过车道线的时间当t小于所设定的临界阈值时，开启转向灯电磁开关，开启相应的转向灯。
五、转向灯智能控制：
由于存在驾驶员在换道的过程中会中途放弃的情况，所以对于转向灯的控制是实时的。即在系统自动开启转向灯后，当监测到车辆越过车道线的时间t大于所设定的临界阈值时，关闭转向灯电磁开关，关闭相应的转向灯。
上述技术方案的特点在于：通过安装在车辆前后方的激光扫描雷达对道路和自车与前后方其他车辆之间的相对速度、相对距离进行扫描，并通过中央处理芯片对这些数据进行处理。然后综合判断是否左右邻近车道是否具有换道条件，并在LCD显示装置上对具备换道条件的车道标为绿色提示换道，对不具备换道条件的车道标为红色不建议换道。另外，通过安装在车辆前保险杠中央的车载摄像头实时采集车辆前方图像，经过图像处理芯片处理识别车道，然后经过中央处理芯片的计算得出车辆越过车道线的时间t，若小于临界阈值，则通过电磁开关开启相应的转向灯。由于存在驾驶员在换道的过程中会中途放弃的情况，所以对于车辆越过车道线的时间的计算是实时的，若在开启转向灯后的某一刻车辆越过车道线的时间大于临界阈值，则认为驾驶员放弃换道，并关闭相应的转向灯。

Claims (9)

1.一种基于图像处理的车辆变道辅助装置，其特征在于，包括固定在车辆前部和后部的激光扫描雷达(1)，以及固定在车辆前部的摄像头(2)，激光扫描雷达(1)连接中央处理芯片(4)，摄像头(2)通过图像处理芯片(3)连接中央处理芯片(4)，中央处理芯片(4)连接有速度传感器(5)，中央处理芯片(4)还连接有显示装置(6)和转向灯(7)；
所述激光扫描雷达(1)用于识别车辆四周的障碍物与车辆的相对速度；
所述摄像头(2)用于实时采集车辆前方的图像；
所述图像处理芯片(3)用于将摄像头采集的图像进行处理，并识别车道线；
所述速度传感器(5)用于采集当前车辆速度；
所述中央处理芯片(4)用于根据激光扫描雷达(1)、图像处理芯片(3)和速度传感器(5)所发送来的信息，输出车辆前后方道路形状的表征曲线发送至显示装置(6)中，并且根据图像处理芯片(3)所发来的信息计算车道线夹角，根据车道线夹角和车辆速度预估车辆越线时间，并控制转向灯的开启和关闭。
2.根据权利要求1所述的一种基于图像处理的车辆变道辅助装置，其特征在于，所述显示装置(6)固定在车辆仪表盘上，车辆仪表盘上固定有开关。
3.根据权利要求1所述的一种基于图像处理的车辆变道辅助装置，其特征在于，所述中央处理芯片(4)通过I/O接口与速度传感器连接。
4.根据权利要求1所述的一种基于图像处理的车辆变道辅助装置，其特征在于，所述中央处理芯片(4)通过SPI接口与显示装置(6)连接。
5.根据权利要求1所述的一种基于图像处理的车辆变道辅助装置，其特征在于，所述中央处理芯片(4)通过电磁开关(8)与转向灯(7)连接。
6.根据权利要求1所述的一种基于图像处理的车辆变道辅助装置，其特征在于，所述激光扫描雷达(1)采用LUX激光扫描雷达，激光扫描雷达(1)采用CAN总线接口与中央处理芯片(4)连接。
7.权利要求1所述的一种基于图像处理的车辆变道辅助装置的工作方法，其特征在于，包括以下步骤：
步骤一，激光扫描雷达(1)采集车辆前方和后方的信息，发送至中央处理芯片(4)中，速度传感器(5)采集当前速度信息，发送至中央处理芯片(4)中，中央处理芯片(4)将激光扫描雷达(1)和速度传感器(5)的信息相结合，判断是否具备换道条件，若具备变道条件，进入步骤二，若不具备变道条件，进入步骤四；
步骤二，显示装置(6)显示为绿色车道，同时摄像头(2)采集前方图像，并发送至图像处理芯片(3)中，图像处理芯片(3)识别车道线后发送至中央处理芯片(4)中，并结合当前车速预估车辆越线时间；
步骤三，将预估车辆越线时间与阈值进行对比，若预估车辆越线时间小于阈值，则自动打开转向灯(7)，若预估车辆越线时间大于阈值，则进步步骤四；
步骤四，中央处理芯片(4)控制显示装置(6)变为红色车道，并重新采集激光扫描雷达(1)和速度传感器(5)的信息。
8.根据权利要求7所述的种换道辅助装置的工作方法，其特征在于，所述步骤一中，激光扫描雷达(1)采集车辆前方和后方的信息的具体方法如下：对于路侧的静止物体，激光扫描雷达(1)测量得到的相对速度与自身车辆的行驶速度大小相同，所有的路侧静止点用两条曲线表示，从而得到表示前后方道路形状的曲线；若某测量点的相对速度小于车辆当前的行驶速度，则该测量点可以确定为前后方其他行驶的车辆，对激光扫描雷达(1)所有的数据点进行分析，确定前后方区域中所存在的车辆。
9.根据权利要求7所述的种换道辅助装置的工作方法，其特征在于，所述步骤二中，预估车辆越线时间的具体方法如下：中央处理芯片(4)从图像处理芯片(3)传送来的图像中识别车道线，获取车辆坐标系X轴方向上车辆与车道线的距离S、车道线与车载前置摄像头成像中轴线的夹角θ、以及车辆与车道线最近横向距离D_R，车辆坐标系的X轴平行于地面沿车辆中轴线指向前方，车载前置摄像头的光轴方向与车辆坐标系x轴方向重合；从速度传感器(5)中提取车辆速度V，并设置车辆在车辆坐标系X轴方向的速度vx＝V；确定车辆越过车道线的时间
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