CN205469262U - 基于嵌入式摄像识别技术的汽车车道保持辅助系统 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种基于嵌入式摄像识别技术的汽车车道保持辅助系统，主要用于减少乃至避免汽车无意间偏离车道而产生的意外交通事故。其特征在于：包括摄像头，用于收集汽车行驶环境的图像信息；多功能方向盘，汽车偏离车道时启动振动；组合仪表盘，在汽车偏离车道时启动报警；转向电机，用于汽车偏离车道时的主动转向；车载电脑ECU，用于处理计算分析摄像头获取的信息，并控制多功能方向盘、组合仪表盘、转向电机的动作。本实用新型使汽车在驾驶员疲劳驾驶、大意驾驶时仍能不偏离车道，自主控制保持在车道线内行驶，提高驾驶的安全性，降低事故率。

Description

基于嵌入式摄像识别技术的汽车车道保持辅助系统

技术领域

本实用新型涉及一种汽车安全辅助驾驶系统（Safety Driving Assist，简称SDA），具体涉及到一种基于嵌入式摄像识别技术的汽车车道保持辅助系统。

背景技术

随着社会发展，汽车已成为现代社会不可缺少的交通工具，它不仅促进了经济发展，也改变了人们的生活。最近几年，汽车进入家庭的步伐逐渐加快，目前中国民用汽车保有量已超过1亿辆，同时中国人口众多，各大城市人口密度很高，车与车、人与车的矛盾也特别尖锐，道路上事故频发。据交通管理局和国家统计局统计数据得知，我国每年因为交通事故直接经济损失达数十亿元，而且还呈逐年上升趋势。而据一项在欧洲所做的调查表明，39％的意外交通事故是在无意间偏离车道而产生的，当驾驶员操作不熟练或疲劳驾驶时，汽车就可能偏离车道而造成严重的交通事故。

随着智能交通的发展，汽车的行驶越来越智能化，这不仅能增加汽车行驶时的安全性也可以提高驾驶人员的舒适度。而车道保持系统能让汽车在驾驶员疲劳驾驶、大意驾驶时保持行驶不偏离车道，或汽车自主控制保持在车道线内行驶，并提高驾驶的舒适度。

随着计算机技术的不断发展，图像处理技术和计算机视觉技术越来越多得被运用到了汽车电子领域。摄像头具有成本低，高集成性和易于维护等优点，在汽车主动安全系统中广泛使用。因而，基于嵌入式摄像识别技术的汽车车道保持辅助系统成为了近年来汽车安全辅助驾驶系统的研究热点。

实用新型内容

为了减少乃至避免汽车无意间偏离车道而产生的意外交通事故，本实用新型提供了一种基于嵌入式摄像识别技术的汽车车道保持辅助系统，主要用于在驾驶员疲劳驾驶、大意驾驶时保持汽车行驶不偏离车道，或汽车自主控制保持在车道线内行驶，并提高驾驶的舒适度。

本实用新型采用的技术方案：

一种基于嵌入式摄像识别技术的汽车车道保持辅助系统，包括摄像头，用于收集汽车行驶环境的图像信息；多功能方向盘，具有振动提醒功能，汽车偏离车道时启动振动；组合仪表盘，具有报警器及提示灯，在汽车偏离车道时启动报警；转向电机，用于汽车偏离车道时的主动转向，使汽车返回正常车道；车载电脑ECU，用于处理、计算、分析所述的摄像头获取的信息，并控制所述的多功能方向盘、组合仪表盘、转向电机的动作。

所述的摄像头收集的汽车行驶环境的图像信息中，车道状况占整个所述的图像信息像素高的四分之三。

所述的多功能方向盘的设有高频振动马达。

所述的组合仪表盘包括变频蜂鸣式报警器和报警提示灯。

所述的转向电机包括用于汽车偏离车道时的主动转向、使汽车返回正常车道的集成电控助力转向系统控制单元。

所述的车载电脑ECU包含行驶数据采集装置，所述的行驶数据采集装置包括汽车行驶速度仪、方向盘转角仪、横摆角速度仪、转向灯信息采集仪。

所述的车载电脑ECU包括图像处理单元、车道偏离判定单元、控制单元；所述的图像处理单元利用所述的摄像头收集的汽车行驶环境的图像信息生成理想行车轨迹；所述的车道偏离判定单元利用所述的行驶数据采集装置收集的汽车行驶状态的实时信息生成预测行驶轨迹，然后将所述的预测行驶轨迹与所述的理想行车轨迹比较并得出比较数据；所诉的控制单元根据所述的比较数据控制所述的多功能方向盘的振动、所述组合仪表盘的报警、以及所述的转向电机的主动转向。

所述的图像处理单元包括图像预处理模块、感兴趣区域设定模块、车道线边缘检测模块、消失点检测模块和特征点拟合成线模块；所述的图像预处理模块用于对所述的摄像头收集的汽车行驶环境的图像信息除噪；所述的感兴趣区域设定模块、车道线边缘检测模块、消失点检测模块和特征点拟合成线模块，一起作用生成理想行车轨迹。

所述的图像预处理模块采用正交小波包分解去噪模块。

所述的控制单元包括用于主动转向控制的PID控制器；所述的PID控制器包括汽车时速低于70km/h时起作用的模糊控制PID控制器，以及汽车时速高于70km/h时起作用的BP神经网络PID控制器。

本发明的有益效果是：

本实用新型在汽车偏离车道时利用多功能方向盘的振动、组合仪表盘的报警来提醒驾驶员，并利用转向电机使汽车偏离车道时主动转向，使汽车在驾驶员疲劳驾驶、大意驾驶时仍能不偏离车道，自主控制保持在车道线内行驶，提高驾驶的安全性，降低事故率。

附图说明

图1是本实用新型的工作原理图。

图2时本实用新型的摄像头的安装示意图。

图3是本实用新型的图像处理单元的示意图。

图4是本实用新型的车道偏离判定单元的示意图。

图5是本实用新型的主动转向控制的示意图。

图6是本实用新型的作用流程图。

摄像头1、多功能方向盘2、组合仪表盘3、转向电机4、车载电脑（ECU） 5。

具体实施方式

下面结合附图中的实施例对本实用新型作进一步说明。

如图1所示，本实施例提供了一种基于嵌入式摄像识别技术的汽车车道保持辅助系统：包括摄像头（1），用于收集汽车行驶环境的图像信息；多功能方向盘（2），具有振动提醒功能，汽车偏离车道时启动振动；组合仪表盘（3），具有报警器及提示灯，在汽车偏离车道时启动报警；转向电机（4），用于汽车偏离车道时的主动转向，使汽车返回正常车道；车载电脑ECU（5），用于处理、计算、分析所述的摄像头（1）获取的信息，并控制所述的多功能方向盘（2）、组合仪表盘（3）、转向电机（4）的动作。

本实施例中的车道保持辅助系统，在汽车偏离车道时，摄像头1获取的信息，经过车载电脑（ECU）5处理、计算、分析后，利用多功能方向盘2的振动、组合仪表盘3的报警来提醒驾驶员，并利用转向电机4使汽车偏离车道时主动转向，使汽车在驾驶员疲劳驾驶、大意驾驶时仍能不偏离车道，自主控制保持在车道线内行驶，提高驾驶的安全性，降低事故率。

本实施例提供了一种基于嵌入式摄像识别技术的汽车车道保持辅助系统的报警系统：所述的多功能方向盘2的设有高频振动马达；所述的组合仪表盘3包括变频蜂鸣式报警器；所述的组合仪表盘3包括报警提示灯。

本实施例中的多功能方向盘2的环形握手部安装有四个高频振动马达，在汽车偏离车道时会自动振动提醒驾驶员，而且圆周对称的布置能保证多功能方向盘2的振动不会影响到汽车的转向。

本实施例中的组合仪表盘3的变频蜂鸣式报警器与三色报警提示灯随着汽车偏离车道的时间长短、角度大小，来确定不同频率的蜂鸣频率和报警颜色，既能保证有效的报警效果，又不至于太过刺激人体而导致驾驶员的不适。

如图2所示，本实施例提供了一种基于嵌入式摄像识别技术的汽车车道保持辅助系统的摄像头1的结构：所述的摄像头1收集的汽车行驶环境的图像信息中，车道状况占整个所述的图像信息像素高的四分之三。

本实施例中，摄像头1的安装高度为H，安装俯仰角为φ，通过不断调整H与φ，使得车道状况的像素高为整个图像像素高h的四分之三，即3/4h。取3/4h的像素高的车道状况，既能保证图像形象的充分性，又能提高车道线识别的实时性和鲁棒性，减少车道检测过程中的计算强度，提高车道偏移判定的准确率，同时提升系统的响应速度。

如图3所示，本实施例提供了一种基于嵌入式摄像识别技术的汽车车道保持辅助系统生成理想行车轨迹的过程：所述的车载电脑（ECU）5包括图像处理单元51、车道偏离判定单元52、控制单元53；所述的图像处理单元51利用所述的摄像头1收集的汽车行驶环境的图像信息生成理想行车轨迹；所述的车道偏离判定单元52利用行驶数据采集装置2收集的汽车行驶状态的实时信息生成预测行驶轨迹，然后将所述的预测行驶轨迹与所述的理想行车轨迹比较并得出比较数据；所诉的控制单元53根据所述的比较数据控制所述的多功能方向盘3的振动、所述组合仪表盘4的报警、以及所述的转向电机5的主动转向。

本实施例中所述的转向电机4包括用于汽车偏离车道时的主动转向、使汽车返回正常车道的集成电控助力转向系统控制单元。具有反应迅速、回馈准确的优点。

本实施例中所述的车载电脑（ECU）5包含行驶数据采集装置，所述的行驶数据采集装置包括汽车行驶速度仪、方向盘转角仪、横摆角速度仪、转向灯信息采集仪。车载电脑（ECU）5通过行驶数据采集装置能全面的采集汽车的行驶信息。

所述的图像处理单元51包括图像预处理模块、感兴趣区域设定模块、车道线边缘检测模块、消失点检测模块和特征点拟合成线模块；所述的图像预处理模块用于对所述的摄像头1收集的汽车行驶环境的图像信息除噪；所述的感兴趣区域设定模块、车道线边缘检测模块、消失点检测模块和特征点拟合成线模块，一起作用生成理想行车轨迹。

所述的图像预处理模块采用正交小波包分解去噪模块。

本实施例中，采用正交小波包分解技术进行去噪。它能将频带进行多层次划分，对分辨率分析没有细分的高频部分进一步分解，且能依据被分析特征自适应地选择相应的频带，使之与信号频谱向匹配，从而提高时频分辨率，具有识别精度较高、跟随性较好的特点。

如图4所示，本实施例提供了一种基于嵌入式摄像识别技术的汽车车道保持辅助系统的车道偏离判定单元52工作过程。当系统判定汽车处于车道偏离情况时（即预测的行驶方向与理想行车轨迹不重合且两线夹角α大于1°），依据下述进行分类处理：

①转向灯闪烁，且方向盘转角在发生变化，转向和预测的行车方向具有使夹角α变大的趋势时，系统处于待机状态并实时采集信息；

②转向灯不闪烁，且方向盘转角在发生变化，转向和预测的行车方向具有使夹角α变小的趋势时，系统处于待机状态并实时采集信息；

③转向灯不闪烁，且方向盘转角不变化时，启用汽车车道偏离预警系统，通过报警器、仪表板灯光闪烁及方向盘振动等方式对驾驶员进行提醒；若方向盘转角发生变化，转向和预测的行车方向具有使夹角α变小的趋势时，关闭汽车车道偏离预警系统；若方向盘转角仍就不发生变化或变大，则启用汽车车道偏离主动干预系统，控制转向系统实现主动转向干预，促使汽车行驶在车道线内。

如图5所示，本实施例提供了一种基于嵌入式摄像识别技术的汽车车道保持辅助系统的PID控制器。所述的控制单元53括用于主动转向控制的PID控制器；所述的PID控制器包括汽车时速低于70km/h时起作用的模糊控制PID控制器，以及汽车时速高于70km/h时起作用的BP神经网络PID控制器。

本实施例中，主动转向控制器以方向盘目标转角和实际转角作为输入参数，经模糊控制PID控制器或BP神经网络PID控制器，输出PWM。具体设定：汽车行驶在低速（＜70km/h）的情况下时，采用模糊控制PID控制器；而当汽车行驶在高速（＞70km/h）的情况下，采用BP神经网络PID控制器。此种设定能分别降低低速或高速状态下的误差率，并提高转向精度。

如图6所示为本实施例的作用流程，其具体过程如下：通过摄像传感器采集信息；采用“小波包分析”的数字信号处理技术，对汽车车道线进行识别；所述的车道线边缘检测模块采用索贝尔（Sobel）算子的检测边缘方法；消失点检测模块采用Hough变换；特征点拟合成线模块采用最小二乘法。通过分析车道线和汽车行驶状态，得到汽车是否偏离车道的判定，依据判定结果；若是，汽车车道保持预警系统运用报警器、仪表板灯光闪烁及方向盘振动等方式对驾驶员进行提醒；同时，汽车车道保持辅助系统控制转向系统实现主动转向干预，促使汽车行驶在车道线内。

显然，本实用新型的上述实施例仅仅是为了说明本实用新型所作的举例，而并非对本实用新型的实施方式的限定。对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其他不同形式的变化或变动。这里无需也无法对所有的实施方式予以穷例。而这些属于本实用新型的实质精神所引申出的显而易见的变化或变动仍属于本实用新型的保护范围。

Claims (10)

1.一种基于嵌入式摄像识别技术的汽车车道保持辅助系统，其特征在于：包括摄像头（1），用于收集汽车行驶环境的图像信息；多功能方向盘（2），具有振动提醒功能，汽车偏离车道时启动振动；组合仪表盘（3），具有报警器及提示灯，在汽车偏离车道时启动报警；转向电机（4），用于汽车偏离车道时的主动转向，使汽车返回正常车道；车载电脑ECU（5），用于处理、计算、分析所述的摄像头（1）获取的信息，并控制所述的多功能方向盘（2）、组合仪表盘（3）、转向电机（4）的动作。

2.根据权利要求1所述的基于嵌入式摄像识别技术的汽车车道保持辅助系统，其特征在于：所述的摄像头（1）收集的汽车行驶环境的图像信息中，车道状况占整个所述的图像信息像素高的四分之三。

3.根据权利要求1所述的基于嵌入式摄像识别技术的汽车车道保持辅助系统，其特征在于：所述的多功能方向盘（2）的设有高频振动马达。

4.根据权利要求1所述的基于嵌入式摄像识别技术的汽车车道保持辅助系统，其特征在于：所述的组合仪表盘（3）包括变频蜂鸣式报警器和报警提示灯。

5.根据权利要求1所述的基于嵌入式摄像识别技术的汽车车道保持辅助系统，其特征在于：所述的转向电机（4）包括用于汽车偏离车道时的主动转向、使汽车返回正常车道的集成电控助力转向系统控制单元。

6.根据权利要求1所述的基于嵌入式摄像识别技术的汽车车道保持辅助系统，其特征在于：所述的车载电脑ECU（5）包含行驶数据采集装置，所述的行驶数据采集装置包括汽车行驶速度仪、方向盘转角仪、横摆角速度仪、转向灯信息采集仪。

7.根据权利要求6所述的基于嵌入式摄像识别技术的汽车车道保持辅助系统，其特征在于：所述的车载电脑ECU（5）包括图像处理单元（51）、车道偏离判定单元（52）、控制单元（53）；所述的图像处理单元（51）利用所述的摄像头（1）收集的汽车行驶环境的图像信息生成理想行车轨迹；所述的车道偏离判定单元（52）利用所述的行驶数据采集装置收集的汽车行驶状态的实时信息生成预测行驶轨迹，然后将所述的预测行驶轨迹与所述的理想行车轨迹比较并得出比较数据；所述的控制单元（53）根据所述的比较数据控制所述的多功能方向盘（2）的振动、所述组合仪表盘（3）的报警、以及所述的转向电机（4）的主动转向。

8.根据权利要求7所述的基于嵌入式摄像识别技术的汽车车道保持辅助系统，其特征在于：所述的图像处理单元（51）包括图像预处理模块、感兴趣区域设定模块、车道线边缘检测模块、消失点检测模块和特征点拟合成线模块；所述的图像预处理模块用于对所述的摄像头（1）收集的汽车行驶环境的图像信息除噪；所述的感兴趣区域设定模块、车道线边缘检测模块、消失点检测模块和特征点拟合成线模块，一起作用生成理想行车轨迹。

9.根据权利要求8所述的基于嵌入式摄像识别技术的汽车车道保持辅助系统，其特征在于：所述的图像预处理模块采用正交小波包分解去噪模块。

10.根据权利要求7所述的基于嵌入式摄像识别技术的汽车车道保持辅助系统，其特征在于：所述的控制单元（53）包括用于主动转向控制的PID控制器；所述的PID控制器包括汽车时速低于70km/h时起作用的模糊控制PID控制器，以及汽车时速高于70km/h时起作用的BP神经网络PID控制器。