CN108216024A - 一种车道偏离预警系统及其方法 - Google Patents

Abstract

一种车道偏离预警系统及其方法，通过摄像装置拍摄汽车前方路面的图像，识别图像中的车道线，判断当前车道是否为弯道，若为弯道则进行报警，否则判断汽车是否发生偏离，判断依据为侦测车道线与水平线之间的夹角变化或者左侧车道线首次出现的位置a1与右侧车道线首次出现的位置a2的垂直距离的变化，若汽车发生偏离则进一步判断是否有对应的转向灯信号，若不存在对应的转向灯信号则启动报警信号。如此摄像装置可安装于汽车前方的任意位置，能侦测汽车偏移程度，适用度更广。

Description

一种车道偏离预警系统及其方法

技术领域

本发明涉及汽车电子领域，特别是一种车道偏离预警系统及其方法。

背景技术

在国内，据交通部统计，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。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。如此惊人的比例足以证明防止车道偏离的重要意义。在美国，根据(美国)联邦公路局的估计，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，每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。

因此，汽车的智能化和安全性越来越受到重视。车道偏离预警系统是一种通过报警的方式辅助驾驶员减少汽车因车道偏离而发生交通事故的系统。车道偏离预警系统由图像处理芯片、控制器、传感器等组成。如一件中国专利申请文件CN105538293A，其通过在前挡风玻璃的中轴线上设置摄像装置，采集道路图像，识别车道线，获取转向信息及速度，判断是否存在无意识压线行为，记录无意识压线行为的持续时间，然后进行报警。其摄像装置300安装于汽车100上的位置如图1所示，汽车100未偏离车道200时摄像装置300拍摄的图像如图2所示，其图像中车道线与水平线之间的角度为θ。

然而，由于安装不便等原因，摄像装置300极少安装于汽车前挡风玻璃的中轴线上，因此该车道偏离预警装置不能普遍适用。

发明内容

有鉴于此，本发明提供了一种摄像装置可安装于汽车前方或后方的任意位置，能侦测汽车偏移程度，适用度更广的车道偏离预警系统及其方法，以解决上述问题。

一种车道偏离预警系统，所述车道偏离预警系统包括摄像装置、车道线识别单元、弯道判断单元、夹角获取单元、偏离判断单元、转向灯信号获取单元及报警装置，所述摄像装置拍摄前方图像，所述车道线识别单元识别图像中的车道线，所述弯道判断单元判断当前车道是否为弯道，是则报警装置启动报警，所述夹角获取单元获取车道线与水平线之间的夹角，偏离判断单元根据车道线与水平线之间的夹角判断汽车是否发生偏离，所述转向灯信号获取单元判断是否存在对应的转向灯信号，所述报警装置在偏离判断单元判断汽车发生偏离且转向灯信号获取单元判断存在对应的转向灯信号时启动报警信号。

进一步地，所述车道线识别单元选取摄像装置拍摄的图像中特定范围的图像，将其每一像素灰度化，计算相邻像素的灰度差值，将灰度差值大于或等于一预定值的像素的灰度值设置为0，将小于该预定值的像素的灰度值设置为255，侦测像素的灰度值为0且连续超过特定长度的线段，将该线段识别为车道线。

进一步地，所述车道线识别单元将处于两段车道线之间的延长线上且灰度值为255的像素设置为0。

进一步地，所述弯道判断单元识别车道线的形状，若车道线的形状为曲线且曲率超过预定曲率，则判断当前车道为弯道。

一种车道偏离预警系统，所述车道偏离预警系统包括摄像装置、车道线识别单元、弯道判断单元、车道线首现识别单元、偏离判断单元、转向灯信号获取单元及报警装置，所述摄像装置拍摄前方图像，所述车道线识别单元识别图像中的车道线，所述弯道判断单元判断当前车道是否为弯道，是则报警装置启动报警，所述车道线首现识别单元识别左侧车道线首次出现的位置及右侧车道线首次出现的位置，偏离判断单元根据左侧车道线首次出现的位置及右侧车道线首次出现的位置之间的垂直距离判断汽车是否发生偏离，所述转向灯信号获取单元判断是否存在对应的转向灯信号，所述报警装置在偏离判断单元判断汽车发生偏离且转向灯信号获取单元判断存在对应的转向灯信号时启动报警信号。

本发明还提供一种车道偏离预警方法，包括以下步骤：

步骤S1：摄像装置拍摄汽车前方路面的图像；

步骤S2：识别图像中的车道线；

步骤S3：判断当前车道是否为弯道，是则进入步骤S7，否则进入步骤S4；

步骤S4：获取车道线与水平线之间的夹角，或者获取左侧、右侧车道线首次出现的位置；

步骤S5：判断汽车是否发生偏离，是则进入步骤S6，否则返回步骤S1；

步骤S6：判断是否存在对应的转向灯信号，如存在则返回步骤S1，否则进入步骤S7；

步骤S7：启动报警信号。

进一步地，在上述步骤S2中，选取摄像装置拍摄的图像中特定范围的图像，将其每一像素灰度化，计算相邻像素的灰度差值，将灰度差值大于或等于一预定值的像素的灰度值设置为0，将小于该预定值的像素的灰度值设置为255，侦测像素的灰度值为0且连续超过特定长度的线段，将该线段识别为车道线。

进一步地，将处于两段车道线之间的延长线上且灰度值为255的像素设置为0。

进一步地，在上述步骤S2中，所述弯道判断单元识别车道线的形状，若车道线的形状为曲线且曲率超过预定曲率，则判断当前车道为弯道。

进一步地，还包括计算当前左侧车道线与水平线之间的夹角与汽车处于道路中间时的夹角的差值，将其显示在显示屏的左侧；计算当前右侧车道线与水平线之间的夹角与汽车处于道路中间时的夹角的差值，将其显示在显示屏的右侧。

与现有技术相比，本发明的车道偏离预警系统及车道偏离预警方法通过摄像装置拍摄汽车前方路面的图像，识别图像中的车道线，判断当前车道是否为弯道，若为弯道则进行报警，否则判断汽车是否发生偏离，判断依据为侦测车道线与水平线之间的夹角变化或者左侧车道线首次出现的位置a1与右侧车道线首次出现的位置a2的垂直距离的变化，若汽车发生偏离则进一步判断是否有对应的转向灯信号，若不存在对应的转向灯信号则启动报警信号。如此摄像装置可安装于汽车前方或后方的任意位置，能侦测汽车偏移程度，适用度更广。

附图说明

以下结合附图描述本发明的实施例，其中：

图1为现有技术中的摄像装置拍摄路面的示意图。

图2为现有技术中的摄像装置拍摄的图像的示意图。

图3为本发明的车道偏离预警系统的方框示意图。

图4为汽车未偏离时摄像装置拍摄的图像的示意图。

图5为图4中的摄像装置拍摄的图像的示意图。

图6为汽车右侧压线时摄像装置拍摄的图像的示意图。

图7为图6中的摄像装置拍摄的图像的示意图。

图8为汽车左侧压线时摄像装置拍摄的图像的示意图。

图9为图8中的摄像装置拍摄的图像的示意图。

图10为图3中的显示屏的示意图。

图11为本发明的车道偏离预警方法的流程示意图。

具体实施方式

以下基于附图对本发明的具体实施例进行进一步详细说明。应当理解的是，此处对本发明实施例的说明并不用于限定本发明的保护范围。

请参考图3，其为本发明提供的车道偏离预警系统的方框示意图。

本发明的车道偏离预警系统包括：摄像装置300、车道线识别单元410、弯道判断单元420、夹角获取单元430、车道线首现识别单元440、偏离判断单元450、转向灯信号获取单元500、报警装置600及显示屏900。

摄像装置300与车道线识别单元410、弯道判断单元420、夹角获取单元430及车道线首现识别单元440均相连，同时车道线识别单元410与弯道判断单元420、夹角获取单元430及车道线首现识别单元440均通信，夹角获取单元430及车道线首现识别单元440与偏离判断单元450相连，转向灯信号获取单元500与偏离判断单元450相连，报警装置600与弯道判断单元420、偏离判断单元450及转向灯信号获取单元500均相连，同时报警装置600与显示屏900通信。

如图4所示，本实施方式中，摄像装置300设置于前挡风玻璃靠左的位置上，其所在水平面的中心点到汽车两侧的距离为d，摄像装置300距离汽车中心点的距离为d1，因此，摄像装置300与较近的汽车一侧的距离为d-d1，与较远的汽车一侧的距离为d+d1。摄像装置300的拍摄范围为120度，其拍摄范围内左侧车道线首次出现的位置为a1，右侧车道线首次出现的位置为a2。摄像装置300拍摄汽车前方图像。

车道线识别单元410识别图像中的车道线。车道线识别单元410选取特定范围的图像，将其每一像素灰度化，计算相邻像素的灰度差值，将相邻像素的灰度差值与预定值比较，将灰度差值大于或等于该预定值的像素的灰度值设置为0，小于该预定值的像素的灰度值设置为255。此时的图像为黑白二阶图像，侦测黑白二阶图像中像素的灰度值为0且连续超过特定长度的线段，将该线段识别为车道线。其中，选取特定范围的图像，从而排除了天空的云朵、道路两边的大部分的建筑和杂物等的干扰，提高了识别车道线的准确度；将像素的灰度值为0且连续超过第一预设长度的线段或曲线识别为车道线，排除了其他色差较大的物体的干扰。为了进一步提高识别车道线的准确度，还将处于两段车道线之间的延长线的线段进行补偿(将符合条件且灰度值为255的像素设置为0，从而将处于同一延长线的多段灰度值为0的线段连接为一体)，设置较长的第二预设长度，将像素的灰度值为0且连续超过第一预设长度的线段识别为车道线。

弯道判断单元420判断当前车道是否为弯道。弯道判断单元420识别车道线的形状，若车道线的形状为曲线且曲率超过预定曲率，则判断当前车道为弯道，否则判断不是弯道。

夹角获取单元430获取车道线与水平线之间的夹角，车道线首现识别单元440识别左侧车道线首次出现的位置a1及右侧车道线首次出现的位置a2。

偏离判断单元450判断汽车是否发生偏离。

请参考图4及图5，汽车处于道路中间时，由于摄像装置300设置于汽车100靠左的位置，其拍摄的图像中，左侧车道线与水平线之间的夹角为α，右侧车道线水平线之间的夹角为β，左侧车道线首次出现的位置a1与右侧车道线首次出现的位置a2的垂直距离为l；

请参考图6及图7，汽车右偏至右侧车道线时，其拍摄的图像中，左侧车道线与水平线之间的夹角为α1，夹角α1相对夹角α变小，右侧车道线水平线之间的夹角为β1，夹角β1相对夹角β变大，左侧车道线首次出现的位置a1与右侧车道线首次出现的位置a2的垂直距离为l1，距离l1相对距离l变小；

请参考图8及图9，汽车左偏至左侧车道线时，其拍摄的图像中，左侧车道线与水平线之间的夹角为α2，夹角α2相对夹角α变大，右侧车道线水平线之间的夹角为β2，夹角β2相对夹角β变小，左侧车道线首次出现的位置a1与右侧车道线首次出现的位置a2的垂直距离为l2，距离l2相对距离l变大。

当左侧车道线与水平线之间的夹角小于α1时，或当右侧车道线与水平线之间的夹角大于β1，或者位置a1与位置a2的垂直距离小于l1时，判断汽车向右偏离了右侧车道线；

当左侧车道线与水平线之间的夹角大于α2时，或当右侧车道线与水平线之间的夹角小于β2，或者位置a1与位置a2的垂直距离大于l2时，判断汽车向左偏离了左侧车道线。

转向灯信号获取单元500判断是否有对应的转向灯信号。如当判断汽车向右偏离了右侧车道线时，通过采集随车诊断系统或车载自动诊断系统的信号，判断是否存在右转向灯信号；当判断汽车向左偏离了左侧车道线时，通过采集随车诊断系统或车载自动诊断系统的信号，判断是否存在左转向灯信号。

若偏离判断单元450判断汽车发生偏离且转向灯信号获取单元500判断存在对应的转向灯信号，则报警装置600启动报警信号。如在显示屏900上的特定区域闪烁红灯，或者/以及启动警报声音，如蜂鸣声或者语音报警。

显示屏900具有左侧偏离报警区域910及右侧偏离报警区域920，左侧偏离报警区域910及右侧偏离报警区域920均包括若干四边形条块，其模拟车道线的形状。当汽车向左偏离了左侧车道线且不存在左转向灯信号，则左侧偏离报警区域910点亮为红色并闪烁；当汽车向右偏离了右侧车道线且不存在右转向灯信号，则右侧偏离报警区域920点亮为红色并闪烁。

进一步地，该显示屏900还具有左偏离角度显示区域930与右偏离角度显示区域940。偏离判断单元450还计算当前左侧车道线与水平线之间的夹角与汽车处于道路中间时的夹角α的差值，将其显示在左偏离角度显示区域930上。偏离判断单元450还计算当前右侧车道线与水平线之间的夹角与汽车处于道路中间时的夹角β的差值，将其显示在右偏离角度显示区域940上。

请参考图11，本发明实施例提供的车道偏离预警方法包括以下步骤：

步骤S1：摄像装置300拍摄汽车前方路面的图像。如图4所示，本实施方式中，摄像装置300设置于前挡风玻璃靠左的位置上，其所在水平面的中心点到汽车两侧的距离为d，摄像装置300距离中心点的距离为d1，因此，摄像装置300与较近的汽车一侧的距离为d-d1，与较远的汽车一侧的距离为d+d1。摄像装置300的拍摄范围为120度，其拍摄范围内左侧车道线首次出现的位置为a1，右侧车道线首次出现的位置为a2。

步骤S2：识别图像中的车道线。选取特定范围的图像，将其每一像素灰度化，计算相邻像素的灰度差值，将相邻像素的灰度差值与预定值比较，将灰度差值大于或等于该预定值的像素的灰度值设置为0，小于该预定值的像素的灰度值设置为255。此时的图像为黑白二阶图像，侦测黑白二阶图像中像素的灰度值为0且连续超过特定长度的线段，将该线段识别为车道线。其中，选取特定范围的图像，从而排除了天空的云朵、道路两边的大部分的建筑和杂物等的干扰，提高了识别车道线的准确度；将像素的灰度值为0且连续超过第一预设长度的线段或曲线识别为车道线，排除了其他色差较大的物体的干扰。为了进一步提高识别车道线的准确度，还将在同一延长线的线段进行补偿(将符合条件且灰度值为255的像素设置为0，从而将处于同一延长线的多段灰度值为0的线段连接为一体)，设置较长的第二预设长度，将像素的灰度值为0且连续超过第一预设长度的线段识别为车道线。

步骤S3：判断当前车道是否为弯道。识别车道线的形状，若车道线的形状为曲线且曲率超过预定曲率，则判断当前车道为弯道。若当前车道不是弯道，则进入步骤S4；若当前车道是弯道，则进入步骤S7。

步骤S4：获取车道线与水平线之间的夹角，或者获取左侧、右侧车道线首次出现的位置。

步骤S5：判断汽车是否发生偏离，是则进入步骤S6，否则返回步骤S1。请参考图4及图5，汽车处于道路中间时，由于摄像装置300设置于汽车100靠左的位置，其拍摄的图像中，左侧车道线与水平线之间的夹角为α，右侧车道线水平线之间的夹角为β，左侧车道线首次出现的位置a1与右侧车道线首次出现的位置a2的垂直距离为l；

请参考图6及图7，汽车右偏至右侧车道线时，其拍摄的图像中，左侧车道线与水平线之间的夹角为α1，夹角α1相对夹角α变小，右侧车道线水平线之间的夹角为β1，夹角β1相对夹角β变大，左侧车道线首次出现的位置a1与右侧车道线首次出现的位置a2的垂直距离为l1，距离l1相对距离l变小；

请参考图8及图9，汽车左偏至左侧车道线时，其拍摄的图像中，左侧车道线与水平线之间的夹角为α2，夹角α2相对夹角α变大，右侧车道线水平线之间的夹角为β2，夹角β2相对夹角β变小，左侧车道线首次出现的位置a1与右侧车道线首次出现的位置a2的垂直距离为l2，距离l2相对距离l变大。

当左侧车道线与水平线之间的夹角小于α1时，或当右侧车道线与水平线之间的夹角大于β1，或者位置a1与位置a2的垂直距离小于l1时，判断汽车向右偏离了右侧车道线；

当左侧车道线与水平线之间的夹角大于α2时，或当右侧车道线与水平线之间的夹角小于β2，或者位置a1与位置a2的垂直距离大于l2时，判断汽车向左偏离了左侧车道线。

步骤S6：判断是否有对应的转向灯信号，如有则返回步骤S1，否则进入步骤S7。如当判断汽车向右偏离了右侧车道线时，通过采集随车诊断系统或车载自动诊断系统的信号，判断是否存在右转向灯信号；当判断汽车向左偏离了左侧车道线时，通过采集随车诊断系统或车载自动诊断系统的信号，判断是否存在左转向灯信号。

步骤S7：启动报警信号。如在一显示屏上特定区域闪烁红灯，或者/以及启动警报声音，如蜂鸣声或者语音报警。

请参考图10，该显示屏900具有左侧偏离报警区域910及右侧偏离报警区域920，左侧偏离报警区域910及右侧偏离报警区域920均包括若干四边形条块，模拟车道线的形状。当汽车向左偏离了左侧车道线且不存在左转向灯信号，则左侧偏离报警区域910点亮为红色并闪烁；当汽车向右偏离了右侧车道线且不存在右转向灯信号，则右侧偏离报警区域920点亮为红色并闪烁。

进一步地，该显示屏900还具有左偏离角度显示区域930与右偏离角度显示区域940。本方法还计算当前左侧车道线与水平线之间的夹角与汽车处于道路中间时的夹角α的差值，将其显示在左偏离角度显示区域930上。还计算当前右侧车道线与水平线之间的夹角与汽车处于道路中间时的夹角β的差值，将其显示在右偏离角度显示区域940上。

与现有技术相比，本发明的车道偏离预警系统及车道偏离预警方法通过摄像装置拍摄汽车前方路面的图像，识别图像中的车道线，判断当前车道是否为弯道，若为弯道则进行报警，否则判断汽车是否发生偏离，判断依据为侦测车道线与水平线之间的夹角变化或者左侧车道线首次出现的位置a1与右侧车道线首次出现的位置a2的垂直距离的变化，若汽车发生偏离则进一步判断是否有对应的转向灯信号，若不存在对应的转向灯信号则启动报警信号。如此摄像装置可安装于汽车前方或后方的任意位置，能侦测汽车偏移程度，适用度更广。

以上仅为本发明的较佳实施例，并不用于局限本发明的保护范围，任何在本发明精神内的修改、等同替换或改进等，都涵盖在本发明的权利要求范围内。

Claims (10)

1.一种车道偏离预警系统，其特征在于：所述车道偏离预警系统包括摄像装置、车道线识别单元、弯道判断单元、夹角获取单元、偏离判断单元、转向灯信号获取单元及报警装置，所述摄像装置拍摄前方图像，所述车道线识别单元识别图像中的车道线，所述弯道判断单元判断当前车道是否为弯道，是则报警装置启动报警，所述夹角获取单元获取车道线与水平线之间的夹角，偏离判断单元根据车道线与水平线之间的夹角判断汽车是否发生偏离，所述转向灯信号获取单元判断是否存在对应的转向灯信号，所述报警装置在偏离判断单元判断汽车发生偏离且转向灯信号获取单元判断存在对应的转向灯信号时启动报警信号。

2.如权利要求1所述的车道偏离预警系统，其特征在于：所述车道线识别单元选取摄像装置拍摄的图像中特定范围的图像，将其每一像素灰度化，计算相邻像素的灰度差值，将灰度差值大于或等于一预定值的像素的灰度值设置为0，将小于该预定值的像素的灰度值设置为255，侦测像素的灰度值为0且连续超过特定长度的线段，将该线段识别为车道线。

3.如权利要求2所述的车道偏离预警系统，其特征在于：所述车道线识别单元将处于两段车道线之间的延长线上且灰度值为255的像素设置为0。

4.如权利要求1所述的车道偏离预警系统，其特征在于：所述弯道判断单元识别车道线的形状，若车道线的形状为曲线且曲率超过预定曲率，则判断当前车道为弯道。

5.一种车道偏离预警系统，其特征在于：所述车道偏离预警系统包括摄像装置、车道线识别单元、弯道判断单元、车道线首现识别单元、偏离判断单元、转向灯信号获取单元及报警装置，所述摄像装置拍摄前方图像，所述车道线识别单元识别图像中的车道线，所述弯道判断单元判断当前车道是否为弯道，是则报警装置启动报警，所述车道线首现识别单元识别左侧车道线首次出现的位置及右侧车道线首次出现的位置，偏离判断单元根据左侧车道线首次出现的位置及右侧车道线首次出现的位置之间的垂直距离判断汽车是否发生偏离，所述转向灯信号获取单元判断是否存在对应的转向灯信号，所述报警装置在偏离判断单元判断汽车发生偏离且转向灯信号获取单元判断存在对应的转向灯信号时启动报警信号。

6.一种车道偏离预警方法，其特征在于，包括以下步骤：

步骤S1：摄像装置拍摄汽车前方路面的图像；

步骤S2：识别图像中的车道线；

步骤S3：判断当前车道是否为弯道，是则进入步骤S7，否则进入步骤S4；

步骤S4：获取车道线与水平线之间的夹角，或者获取左侧、右侧车道线首次出现的位置；

步骤S5：判断汽车是否发生偏离，是则进入步骤S6，否则返回步骤S1；

步骤S6：判断是否存在对应的转向灯信号，如存在则返回步骤S1，否则进入步骤S7；

步骤S7：启动报警信号。

7.如权利要求6所述的车道偏离预警方法，其特征在于：在上述步骤S2中，选取摄像装置拍摄的图像中特定范围的图像，将其每一像素灰度化，计算相邻像素的灰度差值，将灰度差值大于或等于一预定值的像素的灰度值设置为0，将小于该预定值的像素的灰度值设置为255，侦测像素的灰度值为0且连续超过特定长度的线段，将该线段识别为车道线。

8.如权利要求7所述的车道偏离预警方法，其特征在于：将处于两段车道线之间的延长线上且灰度值为255的像素设置为0。

9.如权利要求6所述的车道偏离预警方法，其特征在于：在上述步骤S2中，所述弯道判断单元识别车道线的形状，若车道线的形状为曲线且曲率超过预定曲率，则判断当前车道为弯道。

10.如权利要求6所述的车道偏离预警方法，其特征在于：还包括计算当前左侧车道线与水平线之间的夹角与汽车处于道路中间时的夹角的差值，将其显示在显示屏的左侧；计算当前右侧车道线与水平线之间的夹角与汽车处于道路中间时的夹角的差值，将其显示在显示屏的右侧。