CN112026780B - 一种基于图像投影变化的车道偏离快速预警方法 - Google Patents

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    • B60W40/00—Estimation or calculation of non-directly measurable driving parameters for road vehicle drive control systems not related to the control of a particular sub unit, e.g. by using mathematical models
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    • G06V20/588—Recognition of the road, e.g. of lane markings; Recognition of the vehicle driving pattern in relation to the road

Abstract

本发明公开一种基于图像投影变化的车道偏离快速预警方法，具体包括相机位置坐标系和车身坐标系的统一、车道线位置获取、车身是否处于车道内的判断、车身偏离快速预警和偏移预警过程，在车道线位置获取时需通过常规方法处理每秒第一帧图像，而在车身偏离快速预警过程中，在确保准确的基础上仅需对剩余大量帧数图像进行简化快速处理，在安全的基础上大幅度的缩减了计算量，使偏离预警更为实时有效。

Description

一种基于图像投影变化的车道偏离快速预警方法
技术领域
本发明涉及行车安全辅助技术领域，具体涉及一种基于图像投影变化的车道偏离快速预警方法。
背景技术
汽车的诞生与发展至今已有一百多年的历史，由汽车所构建的交通模式是现代社会文明的重要标志之一。随着社会经济水平的日益提高，绝大多数家庭都买了属于自己的小汽车作为日常代步工具，出行的便捷性有显著提升。
但是，随着车辆基数的快速增长，人们在享受汽车所带来的便利的同时，也面临着越来越严峻的交通情况。据美运输局测量预估报告显示，21世纪初，美国平均每天发生两万多起事故，这些事故直接带来数以千亿计的损失。同样作为发达国家的日本，其首府东京每年因为交通拥堵所带来的经济损失超过十万亿日元。英国作为老牌资本主义强国，也饱受交通堵塞所带来的困扰，据相关资料显示，英国每年由交通拥挤问题所造成的经济损失超过十亿英镑，而且在未来的几十年这个数字会不断上涨。
此外，随着车辆基数的提高，交通事故率也越来越高，人们的行驶安全性受到威胁，在茫茫车流中不仅要保护别人，还要保护自己，操作难度也越来越大。据统计，约有50%的交通事故是由于车辆偏离正常车道所导致的。研究表明：在车辆偏离车道或遇到突发状况时，驾驶员如能提前0.5s做出相应地应急措施，交通事故发生率可减少60%。因此，研究车辆偏离预警系统对防止交通事故的发生、缓解交通路况、提高驾驶安全性及行驶舒适度等方面具有重要意义，高级辅助驾驶（ADAS）系统的概念应运而生。
车道偏离辅助系统（Lane departure assistance system， LDAS）是高级辅助驾驶系统的其中一种，其主要通过摄像头或雷达对车道线进行检测，结合车辆自身定位信息和状态信息确定车辆是否偏离，进而发出预警信息提醒驾驶员进行相应操作。
目前LDAS的研究主要集中在基于机器视觉的车道线识别以及识别出车道后的预警决策算法上。然而现在主流的车道线识别方法都是在图像预处理基础上进行霍夫变换检测和提取直线，再重新拟合得到车道线，这种方法对于芯片的数据处理能力要求极高且仍然无法保证处理速度以及处理结果的实时性。同时，车道线的检测与之后的预警决策算法研究存在割裂现象，没有充分融合考虑。
发明内容
本发明的目的在于解决现有技术中的不足，提供一种基于图像投影变化的车道偏离快速预警方法，在目前主流车道线检测方法以及预警决策方法的基础上，进行改进和融合，减少芯片的运算处理量，达到实时快速的目的，解决现有的车道偏离预警系统及时性差的问题。
本发明的技术方案为：一种基于图像投影变化的车道偏离快速预警方法，具体包括如下步骤：
（1）相机标定，确定相机内外参数，统一相机位置坐标系和车身坐标系；
（2）车载相机获取道路行驶视频，视频录取选定每秒24帧，提取每秒第一帧图像，对图像进行预处理，再通过霍夫变换检测直线，获取车道线位置；
（3）根据标定所得坐标系中车身位置以及左右车道线位置信息判断车身是否处于车道内，如在车道内则继续步骤（4），反之则返回步骤（2）；
（4）当判定车辆已正常行驶在车道上时，进行车身偏离快速预警：快速预警过程需预处理相机获取的每一帧图像，将预处理所得二值图像进行竖直方向投影，获取每一列上所有像素灰度值之和，作灰度值统计直方图，由于车道线为白色，明显区分于两侧道路颜色，车道线所处位置的灰度值之和会更高，因此所得直方图左右两侧波峰处即为车辆两旁最近的车道线位置，通过波峰位置即可判定两侧车道线在坐标系中位置；
（5）通过步骤（4）所得的车道线位置信息结合车辆位置信息进行偏移预警，偏移预警过程基于设定车辆横向加速度以及横向偏移量阈值方法进行，当车辆横向加速度大于设定阈值且横向偏移量也大于设定阈值时，汽车液晶面板以及蜂鸣器报警，否则返回步骤（4）。
进一步地，步骤（2）中的预处理过程包括设置感兴趣区域、图像灰度化、高斯模糊去噪和canny边缘检测。
进一步地，步骤（4）中对图像进行预处理仅需进行感兴趣区域的划分、图像灰度化和高斯滤波。
进一步地，相机捕捉范围大于单车道宽度而小于两车道宽度，其通过调整相机左右成像角度和设置合理的感兴趣区域实现。
本发明的有益效果为：
1. 本发明通过常规方法处理每秒第一帧图像，在确保准确的基础上对剩余大量帧数图像进行简化快速处理，在安全的基础上大幅度的缩减了计算量，使偏离预警更为实时有效；
2. 本发明使用的图像投影变化对环境影响的鲁棒性很强，在阴雨天也可正常使用。
附图说明
图1是基于图像投影变化的车道偏离快速预警方法操作流程图。
具体实施方式
以下实施例进一步说明本发明的内容，但不应理解为对本发明的限制。在不背离本发明实质的情况下，对本发明方法、步骤或条件所作的修改和替换，均属于本发明的范围。
一种基于图像投影变化的车道偏离快速预警方法，具体包括如下步骤：
1、相机标定，确定相机内外参数，统一相机位置坐标系和车身坐标系；
2、车载相机获取道路行驶视频，视频录取选定每秒24帧，提取每秒第一帧图像，对图像进行预处理（设置感兴趣区域、图像灰度化、高斯模糊去噪、canny边缘检测），再通过霍夫变换检测直线，获取车道线位置；
3、根据标定所得坐标系中车身位置以及左右车道线位置信息判断车身是否处于车道内，如在车道内则继续步骤3，反之则返回步骤2；
4、当判定车辆已正常行驶在车道上时，进行车身偏离快速预警：快速预警过程需预处理相机获取的每一帧图像，此步骤中，对图像的预处理仅需要进行感兴趣区域的划分、图像灰度化和高斯滤波，将预处理所得二值图像进行竖直方向投影，获取每一列上所有像素灰度值之和，作灰度值统计直方图，（因车道线为白色，明显区分于两侧道路颜色，车道线所处位置的灰度值之和也会更高，因此所得直方图左右两侧波峰处即为车辆两旁最近的车道线位置，投影法鲁棒性很高，所以即便在阴雨天也可以正常识别；前提则是通过调整相机左右成像角度和设置合理的感兴趣区域使相机捕捉范围大于单车道宽度而小于两车道宽度），通过波峰位置即可判定两侧车道线在坐标系中位置；
5、通过上一步中所得的车道线位置信息结合车辆位置信息进行偏移预警，偏移预警过程是基于设定车辆横向加速度以及横向偏移量阈值方法进行的，横向偏移量根据坐标系中车辆位置与读取到的车道线位置判定，偏移加速度由惯导读取，当车辆横向加速度大于设定阈值且横向偏移量也大于设定阈值时，汽车液晶面板以及蜂鸣器报警，否则返回步骤4。
本发明是在确定汽车已经行驶在车道内后再进行后续快速预警步骤，因此初始时仅读取每秒第一帧图像进行详细判定，确认汽车已正常行驶在车道内再对后续帧数图像做针对性判定，即快速预警步骤的图像预处理仅包括感兴趣区域选择、灰度化和高斯滤波，原因是后续不再需要霍夫变换检测直线，因此图像的边缘检测以及直线拟合过程也可以省略，这样相比于传统检测车道线方法而言，投影变换求和计算简单，避免了最繁重的计算任务，在处理速度上得到明显提升。
且由于对相机的捕捉范围进行了提前的设定，使得图像内只会存在左右两条车道线，在后续判定时就不会受到其他车道车道线的干扰。
以上显示和描述了本发明的基本原理、主要特征及优点。但是以上所述仅为本发明的具体实施例，本发明的技术特征并不局限于此，任何本领域的技术人员在不脱离本发明的技术方案下得出的其他实施方式均应涵盖在本发明的专利范围之中。

Claims (2)

1.一种基于图像投影变化的车道偏离快速预警方法，其特征在于，具体包括如下步骤：
（1）相机标定，确定相机内外参数，统一相机位置坐标系和车身坐标系；
（2）车载相机获取道路行驶视频，视频录取选定每秒24帧，提取每秒第一帧图像，对图像进行预处理，包括设置感兴趣区域、图像灰度化、高斯模糊去噪和canny边缘检测，再通过霍夫变换检测直线，获取车道线位置；
（3）根据标定所得坐标系中车身位置以及左右车道线位置信息判断车身是否处于车道内，如在车道内则继续步骤（4），反之则返回步骤（2）；
（4）当判定车辆已正常行驶在车道上时，进行车身偏离快速预警：快速预警过程需预处理相机获取的每一帧图像，即进行感兴趣区域的划分、图像灰度化和高斯滤波，将预处理所得二值图像进行竖直方向投影，获取每一列上所有像素灰度值之和，作灰度值统计直方图，由于车道线为白色，明显区分于两侧道路颜色，车道线所处位置的灰度值之和会更高，因此所得直方图左右两侧波峰处即为车辆两旁最近的车道线位置，通过波峰位置即可判定两侧车道线在坐标系中位置；
（5）通过步骤（4）所得的车道线位置信息结合车辆位置信息进行偏移预警，偏移预警过程基于设定车辆横向加速度以及横向偏移量阈值方法进行，当车辆横向加速度大于设定阈值且横向偏移量也大于设定阈值时，汽车液晶面板以及蜂鸣器报警，否则返回步骤（4）。
2.如权利要求1所述的一种基于图像投影变化的车道偏离快速预警方法，其特征在于，相机捕捉范围大于单车道宽度而小于两车道宽度，其通过调整相机左右成像角度和设置合理的感兴趣区域实现。
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