CN111775947A - 一种单目视觉下车道识别与偏离预警方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种单目视觉下车道识别与偏离预警方法，包括：步骤1、通过摄像头检测本车正在其上行驶的车道线及本车到两侧车道线的距离，同时监测本车与前车的车距、车速、方向盘转角、车辆横向速度以及车身偏转角；步骤2、当本车与前车的车距超过车距阈值，且车辆到两侧车道线的相对距离小于相对距离阈值时，确定本车的偏离意图指数和横向速度变化指数；步骤3、根据所述偏离意图指数和所述横向速度变化指数通过模糊控制模型得到偏离预警指数，当所述偏离预警指数达到预警指数阈值时进行预警提示。

Description

一种单目视觉下车道识别与偏离预警方法
技术领域
本发明涉及汽车主动安全技术领域，具体涉及一种单目视觉下车道识别与偏离预警方法。
背景技术
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。
但是在现有技术中的车道偏离预警系统，在预警时已经离车道线比较近了，给驾驶员的反应时间减少，不能在有限的时间内对驾驶员进行提前预警提示，同时有可能使驾驶员在调整偏离车辆的过程中出现错误，不利于行驶安全。
发明内容
基于上述技术问题，本发明设计开发了一种单目视觉下车道识别与偏离预警方法，本发明的发明目的之一是解决了当车道偏离时，可以为驾驶员提供更多的反应时间，对驾驶员进行预警提示的问题。
本发明的发明目的之二是通过计算偏离意图指数和横向速度变化指数后基于模糊控制模型对车道识别偏离时，更好的为驾驶员提供反应时间进行预警使驾驶员能够调整车辆到在车道中的行驶位置。
本发明提供的技术方案为：
一种单目视觉下车道识别与偏离预警方法，包括如下步骤：
步骤1、通过摄像头检测本车正在其上行驶的车道线及本车到两侧车道线的距离，同时监测本车与前车的车距、车速、方向盘转角、车辆横向速度以及车身偏转角；
步骤2、当本车与前车的车距超过车距阈值，且车辆到两侧车道线的相对距离小于相对距离阈值时，确定本车的偏离意图指数和横向速度变化指数；
步骤3、根据所述偏离意图指数和所述横向速度变化指数通过模糊控制模型得到偏离预警指数，当所述偏离预警指数达到预警指数阈值时进行预警提示；
在所述步骤2中，当所述车身偏转角与所述方向盘转角偏向同一侧时，所述偏离意图指数ζ1为
Figure BDA0002589837780000021
当所述车身偏转角与所述方向盘转角偏向不同侧时，所述偏离意图指数ζ2为
Figure BDA0002589837780000022
所述横向速度变化指数ψ为
Figure BDA0002589837780000023
式中，V为车速，V1为低速行驶时的经验比对车速，V2为高速行驶时的经验比对车速，D为本车与前车的车距，D0为本车与前车的经验比对车距，γ为方向盘转角，γ0为经验比对方向盘转角，θ为车身偏转角，P为低速行驶时的经验调节常数，取值范围为0.87～0.95，Q为高速行驶时的经验调节常数，取值范围为0.93～1.05，λ1为低速行驶时的经验调节系数，取值范围0.95～1.03，λ2为高速行驶时的经验调节系数，取值范围0.95～1.03，Vx为车辆横向速度，Vxmin为车辆最小横向速度，Vxmax为车辆最大横向速度，Δt为监测间隔时间，ΔVx为相隔时间为Δt的车辆横向速度变化值。
优选的是，在所述步骤3中采用控制模型输出偏离预警指数进而判断是否需要偏离预警提示，包括如下步骤：
分别将所述偏离意图指数、所述横向速度变化指数以及所述偏离预警指数转换为模糊论域中的量化等级；
将所述偏离意图指数以及所述横向速度变化指数输入模糊控制模型，均分为5个等级；
模糊控制模型输出为所述偏离预警指数，分为5个等级；
根据所述偏离预警指数判断是否需要偏离预警提示；
其中，所述偏离意图指数的论域为[0，1]，所述横向速度变化指数的论域为[0，1]，所述偏离预警指数的论域为[0，1]，设量化因子都为1，设定偏离预警指数的阈值为0.52～0.57中的一个值。
优选的是，所述偏离意图指数的模糊集为{ZO，PS，PM，PB，PVB}，所述横向速度变化指数的模糊集为{ZO，PS，PM，PB，PVB}，所述偏离预警指数的模糊集为{S，SM，M，MB，B}；隶属函数均选用三角函数。
优选的是，所述模糊控制模型的控制规则为：
如果偏离意图指数输入为PVB，横向速度变化指数输入为PB或者PVB，则偏离预警指数输出为B，即需要进行偏离预警提示；
如果偏离意图指数输入为ZO或PS，横向速度变化指数输入为ZO，则偏离预警指数输出为S，即无需进行偏离预警提示；
如果偏离预警指数输出为S或SM，则无需进行偏离预警提示；如果偏离预警指数输出为B或MB，则需要进行偏离预警提示；如果偏离预警指数输出为M，则偏离预警指数概率为阈值。
优选的是，所述车距阈值为20m。
优选的是，所述相对距离阈值为0.3m。
优选的是，所述偏离预警指数的阈值为0.55。
优选的是，P取值为0.92，Q取值为0.99。
优选的是，λ1取值为1，λ2取值为1.03。
优选的是，V1取值为40km/h，V2取值为80km/h，D0取值为0.3m，γ0取值为45°。
本发明与现有技术相比较所具有的有益效果：当车道偏离时，可以为驾驶员提供更多的反应时间，进行预警提示；同时，通过计算偏离意图指数和横向速度变化指数后基于模糊控制模型对车道识别偏离时，更好的为驾驶员提供反应时间进行预警使驾驶员能够调整车辆到在车道中的行驶位置。
附图说明
图1是偏离意图指数的隶属函数。
图2是横向速度变化指数的隶属函数。
图3是偏离预警指数的隶属函数。
具体实施方式
下面结合附图对本发明做进一步的详细说明，以令本领域技术人员参照说明书文字能够据以实施。
本发明公开了一种单目视觉下车道识别与偏离预警方法，包括如下步骤：
步骤1、通过安装在车辆前侧的前置摄像头检测本车正在其上行驶的车道线及本车到两侧车道线的距离，同时监测本车与前车的车距、车速、方向盘转角、车辆横向速度以及车身偏转角；
步骤2、当本车与前车的车距超过车距阈值，且车辆到两侧车道线的相对距离小于相对距离阈值时，确定本车的偏离意图指数和横向速度变化指数；
步骤3、根据所述偏离意图指数和所述横向速度变化指数通过模糊控制模型得到偏离预警指数，当所述偏离预警指数达到预警指数阈值时进行预警提示；
其中，在步骤2中，当车身偏转角与方向盘转角偏向同一侧时，偏离意图指数ζ1为
Figure BDA0002589837780000051
当车身偏转角与方向盘转角偏向不同侧时，偏离意图指数ζ2为
Figure BDA0002589837780000052
所述横向速度变化指数ψ为
Figure BDA0002589837780000053
式中，V为车速，V1为低速行驶时的经验比对车速，V2为高速行驶时的经验比对车速，D为本车与前车的车距，D0为本车与前车的经验比对车距，γ为方向盘转角，γ0为经验比对方向盘转角，θ为车身偏转角，P为低速行驶时的经验调节常数，取值范围为0.87～0.95，Q为高速行驶时的经验调节常数，取值范围为0.93～1.05，λ1为低速行驶时的经验调节系数，取值范围0.95～1.03，λ2为高速行驶时的经验调节系数，取值范围0.95～1.03，Vx为车辆横向速度，Vxmin为车辆最小横向速度，Vxmax为车辆最大横向速度，Δt为监测间隔时间，ΔVx为相隔时间为Δt的车辆横向速度变化值；在本实施例中，作为一种优选，P取值为0.92，Q取值为0.99，λ1取值为1，λ2取值为1.03；且当0＜V≤40时，车辆为低速行驶，当V＞40时，车辆为高速行驶。
在另一种实施例中，在所述步骤3中，采用模糊控制模型输出偏离预警指数进而判断是否需要偏离预警提示，具体包括如下：
分别将偏离意图指数ζi、横向速度变化指数ψ以及偏离预警指数τ转换为模糊论域中的量化等级；将偏离意图指数ζi以及横向速度变化指数ψ输入模糊控制模型，模糊控制模型输出为偏离预警指数τ，进而进行判断是否需要对驾驶员进行预警提示，偏离预警指数τ的阈值为0.52～0.57中的一个值，如果偏离预警指数τ达到设定阈值，则判断为需要进行偏离预警提示，如果偏离预警指数τ未达到设定阈值，则无需进行偏离预警提示；在本实施例中，为了保证控制的精度，使其在不同的环境下都能够很好地进行控制，根据反复试验，将偏离预警指数τ的阈值确定为0.55。
偏离意图指数ζi的变化范围为[0，1]，横向速度变化指数ψ的变化范围为[0，1]，设定量化因子都为1，因此偏离意图指数ζi以及横向速度变化指数ψ的论域分别为[0，1]和[0，1]，偏离预警指数τ的论域为[0，1]；为了保证控制的精度，使其在不同的环境下都能够很好地进行控制，根据反复试验，最终将偏离意图指数ζi的变化范围分为5个等级，模糊集为{ZO，PS，PM，PB，PVB}，ZO表示零，PS表示小，PM表示中等，PB表示大，PVB表示极大；将横向速度变化指数ψ的变化范围分为5个等级，模糊集为{ZO，PS，PM，PB，PVB}，ZO表示零，PS表示小，PM表示中等，PB表示大，PVB表示极大；输出的偏离预警指数τ分为5个等级，模糊集为{S，SM，M，MB，B}，S表示小，SM表示较小，M表示中等，MB表示较大，B表示大；隶属函数均选用三角形隶属函数，如图1、2、3所示；其中，偏离意图指数ζi中i＝1或者i＝2，ζ1为当车身偏转角与方向盘转角偏向同一侧时的偏离意图指数，ζ2为车身偏转角与方向盘转角偏向不同侧时的偏离意图指数。
模糊控制模型的控制规则选取经验为：
如果偏离意图指数ζi为极大，横向速度变化指数ψ为较大或者极大，则偏离预警指数τ为大，即需要进行偏离预警提示；
如果偏离意图指数ζi为小或零，横向速度变化指数ψ为零，则偏离预警指数τ为小，即无需进行偏离预警提示；
也就是说，如果偏离预警指数τ为“小或较小”，则无需进行偏离预警提示；如果偏离预警指数τ为“大或较大”，则需要进行偏离预警提示；如果偏离预警指数τ为“中等”，则该偏离预警指数τ为阈值，此种情况，如果偏离意图指数或者横向速度变化指数稍有变化，则必然会有需要进行偏离预警提示或无需进行偏离预警提示这两种情况的切换。
具体的模糊控制规则如表1所示。
表1模糊控制规则
Figure BDA0002589837780000071
在另一种实施例中，车距阈值为20m，相对距离阈值为0.3m，V1取值为40km/h，V2取值为80km/h，D0取值为0.3m，γ0取值为45°。
尽管本发明的实施方案已公开如上，但其并不仅仅限于说明书和实施方式中所列运用，它完全可以被适用于各种适合本发明的领域，对于熟悉本领域的人员而言，可容易地实现另外的修改，因此在不背离权利要求及等同范围所限定的一般概念下，本发明并不限于特定的细节和这里示出与描述的图例。

Claims (10)

1.一种单目视觉下车道识别与偏离预警方法，其特征在于，包括如下步骤：
步骤1、通过摄像头检测本车正在其上行驶的车道线及本车到两侧车道线的距离，同时监测本车与前车的车距、车速、方向盘转角、车辆横向速度以及车身偏转角；
步骤2、当本车与前车的车距超过车距阈值，且车辆到两侧车道线的相对距离小于相对距离阈值时，确定本车的偏离意图指数和横向速度变化指数；
步骤3、根据所述偏离意图指数和所述横向速度变化指数通过模糊控制模型得到偏离预警指数，当所述偏离预警指数达到预警指数阈值时进行预警提示；
在所述步骤2中，当所述车身偏转角与所述方向盘转角偏向同一侧时，所述偏离意图指数ζ1为
Figure FDA0002589837770000011
当所述车身偏转角与所述方向盘转角偏向不同侧时，所述偏离意图指数ζ2为
Figure FDA0002589837770000012
所述横向速度变化指数ψ为
Figure FDA0002589837770000021
式中，V为车速，V1为低速行驶时的经验比对车速，V2为高速行驶时的经验比对车速，D为本车与前车的车距，D0为本车与前车的经验比对车距，γ为方向盘转角，γ0为经验比对方向盘转角，θ为车身偏转角，P为低速行驶时的经验调节常数，取值范围为0.87～0.95，Q为高速行驶时的经验调节常数，取值范围为0.93～1.05，λ1为低速行驶时的经验调节系数，取值范围0.95～1.03，λ2为高速行驶时的经验调节系数，取值范围0.95～1.03，Vx为车辆横向速度，Vxmin为车辆最小横向速度，Vxmax为车辆最大横向速度，Δt为监测间隔时间，ΔVx为相隔时间为Δt的车辆横向速度变化值。
2.如权利要求1所述的单目视觉下车道识别与偏离预警方法，其特征在于，在所述步骤3中采用控制模型输出偏离预警指数进而判断是否需要偏离预警提示，包括如下步骤：
分别将所述偏离意图指数、所述横向速度变化指数以及所述偏离预警指数转换为模糊论域中的量化等级；
将所述偏离意图指数以及所述横向速度变化指数输入模糊控制模型，均分为5个等级；
模糊控制模型输出为所述偏离预警指数，分为5个等级；
根据所述偏离预警指数判断是否需要偏离预警提示；
其中，所述偏离意图指数的论域为[0，1]，所述横向速度变化指数的论域为[0，1]，所述偏离预警指数的论域为[0，1]，设量化因子都为1，设定偏离预警指数的阈值为0.52～0.57中的一个值。
3.如权利要求2所述的单目视觉下车道识别与偏离预警方法，其特征在于，所述偏离意图指数的模糊集为{ZO，PS，PM，PB，PVB}，所述横向速度变化指数的模糊集为{ZO，PS，PM，PB，PVB}，所述偏离预警指数的模糊集为{S，SM，M，MB，B}；隶属函数均选用三角函数。
4.如权利要求3所述的单目视觉下车道识别与偏离预警方法，其特征在于，所述模糊控制模型的控制规则为：
如果偏离意图指数输入为PVB，横向速度变化指数输入为PB或者PVB，则偏离预警指数输出为B，即需要进行偏离预警提示；
如果偏离意图指数输入为ZO或PS，横向速度变化指数输入为ZO，则偏离预警指数输出为S，即无需进行偏离预警提示；
如果偏离预警指数输出为S或SM，则无需进行偏离预警提示；如果偏离预警指数输出为B或MB，则需要进行偏离预警提示；如果偏离预警指数输出为M，则偏离预警指数概率为阈值。
5.如权利要求1-4中任一项所述的单目视觉下车道识别与偏离预警方法，其特征在于，所述车距阈值为20m。
6.如权利要求5所述的单目视觉下车道识别与偏离预警方法，其特征在于，所述相对距离阈值为0.3m。
7.如权利要求6所述的单目视觉下车道识别与偏离预警方法，其特征在于，所述偏离预警指数的阈值为0.55。
8.如权利要求7所述的单目视觉下车道识别与偏离预警方法，其特征在于，P取值为0.92，Q取值为0.99。
9.如权利要求8所述的单目视觉下车道识别与偏离预警方法，其特征在于，λ1取值为1，λ2取值为1.03。
10.如权利要求9所述的单目视觉下车道识别与偏离预警方法，其特征在于，V1取值为40km/h，V2取值为80km/h，D0取值为0.3m，γ0取值为45°。
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