CN108318049A - 一种车载高精度车道导航系统 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种车载高精度车道导航系统，包括GNSS定位装置、车载摄像机、车道识别处理器、导航路线数据处理器、导航指示图像处理器和AR‑HUD显示器，所述车载摄像机连接车道识别处理器，所述GNSS定位装置和车道识别处理器均分别连接导航路线数据处理器，所述导航路线数据处理器连接导航指示图像处理器，所述导航指示图像处理器连接AR‑HUD显示器，所述AR‑HUD显示器设于车辆前挡风玻璃上。与现有技术相比，本发明可及时提醒驾驶员进行相应变道动作，有效地防止出现驾驶员错过高速出口等情况，实现高精度车道导航的目的。

Description

一种车载高精度车道导航系统
技术领域
本发明涉及一种车载导航系统，尤其是涉及一种车载高精度车道导航系统。
背景技术
当前，车载导航系统能够提供简单的车辆位置信息以及左转、右转指示，但无法告诉司机当前车辆所在的具体车道以及应该行驶的车道等相关信息。这在一些路况复杂的地方会有很大的问题，可能会导致驾驶员错过道路的出入口。
驾驶员需要有非常清晰的指示来引导他何时开到哪一条车道上，这是在下一代车载导航系统中必须要有的功能。
平视显示器(Head Up Display)，以下简称HUD，是目前普遍运用在航空器上的飞行辅助仪器。平视的意思是指飞行员不需要低头就能够看到他需要的重要资讯。平视显示器最早出现在军用飞机上，降低飞行员需要低头查看仪表的频率，避免注意力中断以及丧失对状态意识(Situation Awareness)的掌握。
发明内容
本发明的目的就是为了克服上述现有技术存在的缺陷而提供一种车载高精度车道导航系统，可及时提醒驾驶员进行相应变道动作，有效地防止出现驾驶员错过高速出口等情况，实现高精度车道导航的目的。
本发明的目的可以通过以下技术方案来实现：
一种车载高精度车道导航系统，包括GNSS定位装置、车载摄像机、车道识别处理器、导航路线数据处理器、导航指示图像处理器和AR-HUD显示器，所述车载摄像机连接车道识别处理器，所述GNSS定位装置和车道识别处理器均分别连接导航路线数据处理器，所述导航路线数据处理器连接导航指示图像处理器，所述导航指示图像处理器连接AR-HUD显示器，所述AR-HUD显示器设于车辆前挡风玻璃上。
GNSS定位装置实时获取车辆的地理位置，车载摄像机采集车辆前方的图像，车道识别处理器根据车辆前方的图像识别出当前道路的总车道数量以及车辆处于的具体车道，导航路线数据处理器根据车辆的地理位置获取当前车辆所在的道路，并结合当前道路的总车道数量以及车辆处于的具体车道获取车辆在当前道路上的车道导航路线，导航指示图像处理器根据车辆在当前道路上的车道导航路线获取车道导航路线图像，AR-HUD显示器将车道导航路线图像投影到车辆前挡风玻璃上。
该系统还包括显示器安装架、微型摄像头、角度调节控制器和角度调节组件，所述角度调节组件包括转轴和角度调节电机，所述显示器安装架设于车辆前挡风玻璃前方的车顶处，所述转轴沿车宽方向设置在显示器安装架上，所述AR-HUD显示器的顶部通过转轴与显示器安装架转动连接，所述角度调节电机连接转轴，所述微型摄像头设于显示器安装架上，并对准驾驶座，所述角度调节控制器分别连接微型摄像头和角度调节电机。
该系统还包括无线蓝牙耳麦，以及与无线蓝牙耳麦无线连接的语音识别处理器和导航路线语音提示器，所述语音识别处理器和导航路线语音提示器分别连接导航路线数据处理器。
该系统还包括环境光检测传感器，所述环境光检测传感器连接导航指示图像处理器。
所述车载摄像机采用设有广角镜头的车载摄像机。
所述导航指示图像处理器与AR-HUD显示器无线连接。
所述导航路线数据处理器连接有离线地图数据存储器。
所述车道识别处理器和导航路线数据处理器采用MCU处理器或ARM处理器。
所述导航指示图像处理器采用GPU处理器。
与现有技术相比，本发明具有以下优点：
1、高精度车道导航系统能够提供车道级的转向指示和高精度地图导航：本发明将GNSS定位装置和车道识别处理器相结合，利用车载摄像机的车道识别处理器可以识别出车辆当前行驶车道，结合GNSS定位装置的地理定位信息，可以获得高精度的车道级的位置信息，导航路线数据处理器与导航指示图像处理器相配合获得车道导航路线图像，再由AR-HUD显示器将相应车道导航路线图像投射到车辆前挡风玻璃上，更加友好地告知驾驶员该往哪个车道上行驶，及时提醒驾驶员进行相应变道动作，有效地防止出现驾驶员错过高速出口等情况，实现高精度车道导航的目的。
2、导航图像显示在数字仪表或者是投影到AR-HUD显示器，方便驾驶员查看，提升驾乘体验。
3、车载摄像机采用设有广角镜头的车载摄像机，获取车辆前方更大范围视角的内容，提高车道识别的准确度。
4、环境光检测传感器实时监测AR-HUD显示器需要投射的光线环境，图像处理器根据检测的光线环境对车道导航路线图像进行图像色彩饱和度、亮度等的调节，从而实时保证AR-HUD显示器投射图像的清晰度。
5、微型摄像头采集驾驶座上驾驶员图像，角度调节控制器识别驾驶员图像上人脸位置，并基于人脸位置控制角度调节电机转动转轴，进而实现根据驾驶员实际驾驶位置来自适应调节AR-HUD显示器的安装角度的目的，使得驾驶员可以更加清晰地观察到AR-HUD显示器上的导航信息。
6、语音识别处理器可实现驾驶员语音内的控制命令，并转发给导航路线数据处理器，而导航路线语音提示器可实现更加人性化的语言提示，语音识别处理器和导航路线语音提示器与无线蓝牙耳麦相配合，大大提高了驾驶员使用的便捷性。
7、结构简单、实用性强、易于推广应用：车道识别处理器和导航路线数据处理器采用MCU处理器或ARM处理器，保证数据快速、准确地处理。导航指示图像处理器采用适用于大量图像处理的GPU处理器。导航指示图像处理器与AR-HUD显示器无线连接，减少车内布线，安装更加便捷。
8、本发明选取车道导航路线图像中最少的、关键的信息进行投射，既防止大多的投射信息影响驾驶员观察实际道路，又实现了高精度车道导航的目的。
附图说明
图1为本发明系统的结构示意图；
图2为本发明中AR-HUD显示器的安装示意图；
图3为GNSS定位装置的工作原理图；
图4为车道识别的原理示意图；
图5为车道导航路线图的仿真效果示意图；
其中，图(5a)为带出口标识的车道导航路线图的仿真效果示意图，图(5b)为带导向箭头的车道导航路线图的仿真效果示意图；
图6为车道导航路线图的仿真与实际效果对比示意图；
其中，图(6a)为车道导航路线图的仿真效果示意图，图(6b)为车道导航路线图的实际效果示意图。
图中：1、GNSS定位装置，2、车载摄像机，3、车道识别处理器，4、导航路线数据处理器，5、导航指示图像处理器，6、AR-HUD显示器，7、无线蓝牙耳麦，8、语音识别处理器，9、导航路线语音提示器，10、环境光检测传感器，11、离线地图数据存储器，12、显示器安装架，13、微型摄像头，14、转轴，15、车顶，16、前挡风玻璃。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施例对本发明进行详细说明。本实施例以本发明技术方案为前提进行实施，给出了详细的实施方式和具体的操作过程，但本发明的保护范围不限于下述的实施例。
如图1所示，一种车载高精度车道导航系统，集成到车辆中控平台上，包括GNSS定位装置1、车载摄像机2、车道识别处理器3、导航路线数据处理器4、导航指示图像处理器5和AR-HUD显示器6，车载摄像机2连接车道识别处理器3，GNSS定位装置1和车道识别处理器3均分别连接导航路线数据处理器4，导航路线数据处理器4连接导航指示图像处理器5，导航指示图像处理器5连接AR-HUD显示器6(增强现实抬头显示器)，AR-HUD显示器6设于车辆前挡风玻璃16上。
GNSS定位装置1：功能是卫星定位，实时获取当前车辆的地理位置，并将结果输入导航路线数据处理器4，如图3所示。
车载摄像机2采集车辆前方的图像，车道识别处理器3根据车辆前方的图像的车道分界线来识别出当前道路的总车道数量以及车辆处于的具体车道，如图4所示。车载摄像机2采用设有广角镜头的车载摄像机2，且该车载摄像机2设于车辆前挡风玻璃16的顶边中心处，获取车辆前方更大范围视角的内容，提高车道识别的准确度。
导航路线数据处理器4连接有离线地图数据存储器11，用来处理行驶路径、路况等数据，导航路线数据处理器4根据车辆的地理位置获取当前车辆所在的道路，并结合当前道路的总车道数量以及车辆处于的具体车道获取车辆在当前道路上的车道导航路线。
导航指示图像处理器5根据车辆在当前道路上的车道导航路线获取车道导航路线图像，用来显示导航指示信息，比如导向箭头、车道路径、出口标识提醒等等信息，其中导航指示图像处理器5还可以连接一触控显示屏，该在触控显示屏上显示如图5中的车道路径图像信息，为驾驶员提供更加详细的车道路径指示，及时提醒驾驶员进行相应变道动作，有效地防止出现驾驶员错过高速出口等情况。
AR-HUD显示器6将车道导航路线图像投影到车辆前挡风玻璃16上。AR-HUD显示器6可以使得驾驶员保持正常的开车姿势即可以获取导航相关的信息，安全性高。AR-HUD显示器6相对于普通HUD更近一步，有增强现实的显示效果，可以将图像与驾驶员实际看到的景象相“融合”在一起。这样显示出来的车道路径、标识可以直接“覆盖”在道路实景中，大大增强了驾驶员的驾驶体验，如图(6b)所示，另在触控显示屏上显示如图(6a)的导航路径、路面仿真导航效果图像。在图(6b)中，AR-HUD显示器6将绿色的导向箭头投射在道路实景的上部，AR-HUD显示器6将车道路径以绿色、带边界的图像投射在道路实景的下部，覆盖”在道路实景中的导向箭头和车道路径上下相平行，同时出口等标识提醒图像也实时“覆盖”在道路实景中，上述投射方式选取车道导航路线图像中最少的、关键的信息进行投射，既防止大多的投射信息影响驾驶员观察实际道路，又实现了高精度车道导航的目的。
该系统还包括环境光检测传感器10，环境光检测传感器10连接导航指示图像处理器5，环境光检测传感器10实时监测AR-HUD显示器6需要投射的光线环境，图像处理器根据检测的光线环境对车道导航路线图像进行图像色彩饱和度、亮度等的调节，从而实时保证AR-HUD显示器6投射图像的清晰度。
如图2所示，该系统还包括显示器安装架12、微型摄像头13、角度调节控制器和角度调节组件，角度调节组件包括转轴14和角度调节电机，显示器安装架12设于车辆前挡风玻璃16前方的车顶15处，转轴14沿车宽方向设置在显示器安装架12上，AR-HUD显示器6的顶部通过转轴14与显示器安装架12转动连接，角度调节电机连接转轴14，微型摄像头13设于显示器安装架12上，并对准驾驶座，角度调节控制器分别连接微型摄像头13和角度调节电机。微型摄像头13采集驾驶座上驾驶员图像，角度调节控制器识别驾驶员图像上人脸位置，并基于人脸位置控制角度调节电机转动转轴14，进而实现根据驾驶员实际驾驶位置来自适应调节AR-HUD显示器6的安装角度的目的，使得驾驶员可以更加清晰地观察到AR-HUD显示器6上的导航信息。
该系统还包括无线蓝牙耳麦7，以及与无线蓝牙耳麦7无线连接的语音识别处理器8和导航路线语音提示器9，语音识别处理器8和导航路线语音提示器9分别连接导航路线数据处理器4，语音识别处理器8可实现驾驶员语音内的控制命令，并转发给导航路线数据处理器4，而导航路线语音提示器9可实现更加人性化的语言提示，例如“2公里后请行驶到右侧第二车道”，语音识别处理器8和导航路线语音提示器9与无线蓝牙耳麦7相配合，大大提高了驾驶员使用的便捷性。
车道识别处理器3和导航路线数据处理器4采用MCU处理器或ARM处理器，保证数据快速、准确地处理。导航指示图像处理器5采用适用于大量图像处理的GPU处理器。导航指示图像处理器5与AR-HUD显示器6无线连接，减少车内布线，安装更加便捷。
系统工作流程：
本系统首先根据GNSS定位装置1获取当前车辆的位置信息。由于卫星导航精度的影响，GNSS定位装置1的输出只能得到当前车辆所在道路。尤其是当车辆行驶至高架、桥梁等掩体下，卫星定位精度会大大降低。
为了定位到当前车辆所在车道，本系统加入车道识别处理器3。该车道识别处理器3使用高分辨率的广角摄像头来识别当前道路的车道信息，可以识别出车道数量以及当前行驶的车道。
获取车道信息后，导航路线数据处理器4会结合离线地图数据存储器11中的高精度地图信息，将导航信息经导航指示图像处理器5输出到AR-HUD显示器6。AR-HUD显示器6显示内部主要包括：
·车道级的导向箭头，用来引导驾驶员开到正确车道上面。
·车道辅助驾驶信息，用来标识出当前车道的轨迹形状、出入口等信息。

Claims (10)

1.一种车载高精度车道导航系统，其特征在于，包括GNSS定位装置(1)、车载摄像机(2)、车道识别处理器(3)、导航路线数据处理器(4)、导航指示图像处理器(5)和AR-HUD显示器(6)，所述车载摄像机(2)连接车道识别处理器(3)，所述GNSS定位装置(1)和车道识别处理器(3)均分别连接导航路线数据处理器(4)，所述导航路线数据处理器(4)连接导航指示图像处理器(5)，所述导航指示图像处理器(5)连接AR-HUD显示器(6)，所述AR-HUD显示器(6)设于车辆前挡风玻璃(16)上。
2.根据权利要求1所述的一种车载高精度车道导航系统，其特征在于，GNSS定位装置(1)实时获取车辆的地理位置，车载摄像机(2)采集车辆前方的图像，车道识别处理器(3)根据车辆前方的图像识别出当前道路的总车道数量以及车辆处于的具体车道，导航路线数据处理器(4)根据车辆的地理位置获取当前车辆所在的道路，并结合当前道路的总车道数量以及车辆处于的具体车道获取车辆在当前道路上的车道导航路线，导航指示图像处理器(5)根据车辆在当前道路上的车道导航路线获取车道导航路线图像，AR-HUD显示器(6)将车道导航路线图像投影到车辆前挡风玻璃(16)上。
3.根据权利要求1所述的一种车载高精度车道导航系统，其特征在于，该系统还包括显示器安装架(12)、微型摄像头(13)、角度调节控制器和角度调节组件，所述角度调节组件包括转轴(14)和角度调节电机，所述显示器安装架(12)设于车辆前挡风玻璃(16)前方的车顶(15)处，所述转轴(14)沿车宽方向设置在显示器安装架(12)上，所述AR-HUD显示器(6)的顶部通过转轴(14)与显示器安装架(12)转动连接，所述角度调节电机连接转轴(14)，所述微型摄像头(13)设于显示器安装架(12)上，并对准驾驶座，所述角度调节控制器分别连接微型摄像头(13)和角度调节电机。
4.根据权利要求1所述的一种车载高精度车道导航系统，其特征在于，该系统还包括无线蓝牙耳麦(7)，以及与无线蓝牙耳麦(7)无线连接的语音识别处理器(8)和导航路线语音提示器(9)，所述语音识别处理器(8)和导航路线语音提示器(9)分别连接导航路线数据处理器(4)。
5.根据权利要求1所述的一种车载高精度车道导航系统，其特征在于，该系统还包括环境光检测传感器(10)，所述环境光检测传感器(10)连接导航指示图像处理器(5)。
6.根据权利要求1所述的一种车载高精度车道导航系统，其特征在于，所述车载摄像机(2)采用设有广角镜头的车载摄像机。
7.根据权利要求1所述的一种车载高精度车道导航系统，其特征在于，所述导航指示图像处理器(5)与AR-HUD显示器(6)无线连接。
8.根据权利要求1所述的一种车载高精度车道导航系统，其特征在于，所述导航路线数据处理器(4)连接有离线地图数据存储器(11)。
9.根据权利要求1所述的一种车载高精度车道导航系统，其特征在于，所述车道识别处理器(3)和导航路线数据处理器(4)采用MCU处理器或ARM处理器。
10.根据权利要求1所述的一种车载高精度车道导航系统，其特征在于，所述导航指示图像处理器(5)采用GPU处理器。
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