CN201712600U - 基于霍夫变换的车道偏离预警装置 - Google Patents
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Abstract
本实用新型公开了一种基于霍夫变换的车道偏离预警装置，包括电源模块，还包括有CCD摄像头，该CCD摄像头与视频解码器连接，视频解码器与数字图像处理芯片连接，数字图像处理芯片上还连接有视频放大器和音频编码器，其中，视频放大器上连接有LCD液晶显示屏，音频编码器上连接有扬声器。根据CCD摄像头采集车辆前方的道路图像信息，经过数字图像处理芯片的处理后，与设定的车道阈值进行比较，判断车辆是否偏离车道，并根据实际情况通过扬声器适时地发出警报信息。
Description
技术领域
本实用新型涉及计算机视觉的汽车主动安全领域，尤其是一种基于霍夫变换的车道偏离预警装置。
背景技术
在世界范围内，公路交通事故导致大量的人员伤亡和经济损失。据统计，约有44%的汽车事故与车辆偏离正常车道行驶有关，其主要原因是驾驶员注意力不集中或者疲劳驾驶，造成车辆的无意识偏离，而车道偏离预警系统的功能正是辅助长时间单调驾驶或过度疲惫的驾驶员保持车辆在车道内行驶，因此车道偏离预警系统的开发研究具有重要意义。
随着计算机技术的迅猛发展，机器视觉在汽车上的应用逐渐增多。目前，车道偏离预警系统的研究主要集中在基于机器视觉的车道偏离预警系统上。基于机器视觉的车辆预警系统中，采用图像处理和分析的方式来获取车辆周围环境信息。但是，从现有的技术水平来看，影响基于视觉的车道偏离预警系统可靠性的最主要因素是图像处理的实时性问题，这是所有基于视觉系统目前面临的一个主要难题。此外，系统应用的天气条件以及光照变化也是影响基于视觉的车道偏离预警系统可靠性的因素。
发明内容
本实用新型的目的在于，提供一种基于霍夫变换的车道偏离预警装置，该装置投资费用少、实时性好、准确率高。
为了实现上述任务，本实用新型采用如下技术方案予以实现：
一种基于霍夫变换的车道偏离预警装置，包括电源模块，其特征在于，还包括有CCD摄像头，该CCD摄像头与视频解码器连接，视频解码器与数字图像处理芯片连接，数字图像处理芯片上还连接有视频放大器和音频编码器，其中，视频放大器上连接有LCD液晶显示屏，音频编码器上连接有扬声器。
本实用新型的其它特点是：
所述数字图像处理芯片为TMS320DM6437。
所述视频解码器为TVP5146。
所述视频放大器为OPA361。
所述音频编码器为TLV320AIC26。
本实用新型的霍夫变换的车道偏离预警装置，根据CCD摄像头采集车辆前方的道路图像信息，经过数字图像处理芯片的处理后，与设定的车道阈值进行比较，判断车辆是否偏离车道，并根据实际情况通过扬声器适时地发出警报信息。
附图说明
图1为装置硬件结构图。
图2为图像采集模块电路图。
图3为图像显示模块电路图。
图4为音频输出模块电路图。
图5为电源设计模块电路图。
图6为车道识别流程图。
以下结合附图对本实用新型作进一步的详细说明。
具体实施方式
对于传统的机器视觉的车辆预警系统，必须考虑从硬件和软件两个方面上提高图像处理的速度。高速的DSP处理芯片和大规模可重构芯片的出现为本领域技术人员在硬件方面提供了一个很好的解决方案。另外，TI公司的达芬奇（DaVinci）技术是一组专门为高效和引人注目的数字视频而设计的基于DSP的系统解决方案，经申请人验证，也适用于基于机器视觉的车辆预警系统。
本实用新型的基本原理是通过图像采集装置获取车辆正常行驶时的道路图像，将所采集到的图像传到DSP处理芯片进行处理，检测出车道线，并将计算结果传送给显示器动态显示，然后根据所设的阈值来判断汽车是否偏离车道，并根据实际情况发出报警信号。
参照图1，本实用新型的基于霍夫变换的车道偏离预警装置，包括电源模块，还包括有一个CCD摄像头，该CCD摄像头与视频解码器连接，视频解码器与数字图像处理芯片连接，数字图像处理芯片上还连接有视频放大器和音频编码器，其中，视频放大器上连接有LCD液晶显示屏，音频编码器上连接有扬声器。
CCD摄像头安装在汽车后视镜背面，LCD液晶显示器安装在汽车仪表板上。图像采集装置中CCD摄像头的有效像素为130万。
参照图2，图像采集主要由CCD摄像头进行，视频解码器选择型号为TVP5146模块。TVP5146模块允许10路模拟视频输入，具有4路10位A/D转换器；场同步信号VS、行同步信号HS、奇偶场信号FID以及时钟输出信号DATACLK等都由引脚直接引出，省去了同步时钟电路的设计。
TVP5146模块的Y[2:9]引脚为输出的亮度视频信号，DATACLK为行锁定系统的输出时钟，像素时钟频率为27MHz，用来同步数据采集，HS为行同步信号，VS为场同步信号，分别与TMS320DM6437视频端口的HD和VD信号相连接。
本实用新型的基于霍夫变换的车道偏离预警装置工作过程如下：
图像采集及处理
汽车在正常行驶过程中，CCD摄像头采集车辆前方的道路图像信息，通过视频解码器TVP5146转换成数字信号，然后传输到TMS320DM6437中。
数字图像处理芯片选择TMS320DM6437，具有以下功能：
1、图像预处理
在获取图像过程中一般容易引入一些噪声，为了消除这些噪声并避免造成图像的模糊，在此采用中值平滑滤波方法。
中值滤波是基于排序统计理论的一种能有效抑制噪声的非线性信号处理技术，中值滤波的基本原理是把数字图像或数字序列中一点的值用该点的一个邻域中各点值的中值代替，让周围的像素值接近真实值，从而消除孤立的噪声点。所用的是3*3的二维滑动模板。中值滤波容易去除孤立的点、线噪声，同时保持图像的边缘。
2、边缘提取
采用二值化的方法对图像进行二值化处理，得到车道线的轮廓。
边缘提取的目的是得到图像的边界，程序中采用二值化的方法对图像进行二值化处理。由于车道线与背景之间存在着灰度的差异，通过选择一个合适的阈值，将各个像素的灰度与该值比较，如果大于该值则将该点处理成黑色，反之处理成白色。这样就得到车道线的轮廓。
3、腐蚀-膨胀处理
膨胀是指某像素的邻域内，只要有一个像素是白像素则该像素就由黑变为白，其他保持不变。腐蚀是指某像素的邻域内，只要有一个像素是黑像素则该像素就由白变为黑，其他保持不变。
该处理的目的是消除图像二值化之后残存的噪声。
4、霍夫变换
霍夫变换的基本原理是将原图像空间中的点对应于新参数空间中的一条正弦曲线，常用极坐标表示。
检测在图像空间共点的直线需要在参数空间里检测正弦曲线的交点。其方法是对图像空间中的每一点
，依据公式（1）对参数空间中所有可能的值算出相应的
值，并对该对进行累加。这样累加值大于我们预定阈值的
,对应于图像空间中所要检测的直线。
通过前期对图像的一系列处理，已经消除了图像的噪声，得到由0和1组成的二值化图像，将图像中灰度值为1的点通过霍夫变换对应到参数空间中的正弦曲线，然后计算出直线的位置。
将图像空间中的变换到参数空间，根据统计学方法计算检测出车道线。
动态显示图像
参照图3，图像显示模块主要由视频驱动器和LCD液晶显示屏组成。TMS320DM6437的视频末端输出（VPBE）接口由1个在线视频处理器（OSD）和1个视频编码器（VENC）组成。视频编码器将处理过的数字图像信息转换成模拟信号。视频编码器以54MHz的速率进行D/A转换，可以得到PAL格式的视频文件，经过视频放大器OPA361，驱动LCD液晶显示屏，动态显示车道信息。
车道偏离报警
参照图4，报警装置主要由音频编码器和扬声器组成。当汽车偏离车道的角度大于设定的阈值时，TMS320DM6437发出控制信号，音频编码器TLV320AIC26将收到的信号编码后，触发扬声器发出报警信号。
系统在处理摄像机获取的道路图像之后，要根据汽车与车道的相对位置来判断汽车是否偏离车道。如果没有开启转向灯，则认为驾驶员处于疲劳驾驶状态或者没有遵守交通规则，扬声器发出报警声音，提示驾驶员注意行车安全；如果驾驶员开启转向灯，说明驾驶员的操作是有意识的，系统不报警。
电源模块
参照图5，整个装置由汽车蓄电池供电（12V直流），本实用新型采用的电源模块为TPS54310芯片，在高达1.5A的最宽负载电流范围内可实现高性能的数控功能与效率最大化改变TPS54310外围电阻的阻值可输出1.2V、3.3V和1.8V电压。其中，1.2V电压用于TMS320DM6437的内核供电；1.8V电压用于TMS320DM6437的I/O端口供电；3.3V电压用于TMS320DM6437的外设接口供电。
参照图6，装置启动后初始化，汽车在正常行驶过程中，CCD摄像头采集道路图像，由于摄像头采集到的图像是模拟信号，经过视频解码器转换成数字信号再做进一步处理，进一步处理包括：
A、图像预处理，采用图像平滑算法和对所采集图像进行处理，去除图像中的干扰点以及无用信息；
B、边缘提取，采用二值化的方法对图像进行二值化处理，得到车道线的轮廓；
C、霍夫变换，将图像空间中的变换到参数空间，根据统计学方法计算检测出车道线；
D、动态显示图像，将处理后的图像经过视频放大器转换之后传输到LCD液晶显示屏上进行动态显示；
E、车道偏离报警，当汽车偏离车道的角度大于设定的阈值时，处理芯片通过音频编码器触发扬声器，发出报警信号。
Claims (5)
1.一种基于霍夫变换的车道偏离预警装置，包括电源模块，其特征在于，还包括有CCD摄像头，该CCD摄像头与视频解码器连接，视频解码器与数字图像处理芯片连接，数字图像处理芯片上还连接有视频放大器和音频编码器，其中，视频放大器上连接有LCD液晶显示屏，音频编码器上连接有扬声器。
2.如权利要求1所述的基于霍夫变换的车道偏离预警装置，其特征在于，所述的数字图像处理芯片的型号为TMS320DM6437。
3.如权利要求1所述的基于霍夫变换的车道偏离预警装置，其特征在于，所述的视频解码器的型号为TVP5146。
4.如权利要求1所述的基于霍夫变换的车道偏离预警装置，其特征在于，所述的视频放大器的型号为OPA361。
5.如权利要求1所述的基于霍夫变换的车道偏离预警装置，其特征在于，所述的音频编码器的型号为TLV320AIC26。
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