汽車記錄儀升級為主動駕駛

自從MARR視覺計(jì)算理論提出以來，機(jī)器視覺技術(shù)迅速發(fā)展，是目前智能駕駛領(lǐng)域發(fā)展最快的技術(shù)之一，也是智能駕駛領(lǐng)域研究的主要方向之一。

機(jī)器視覺技術(shù)在智能駕駛中應(yīng)用

在智能駕駛中應(yīng)用機(jī)器視覺技術(shù),機(jī)器視覺技術(shù)必須具備實(shí)時(shí)性、魯棒性、實(shí)用性這三個(gè)特點(diǎn)[7]。實(shí)時(shí)性要求機(jī)器視覺系統(tǒng)的數(shù)據(jù)處理必須與車輛的高速行駛同步進(jìn)行;魯棒性是要求智能車輛對不同的道路環(huán)境如高速公路、市內(nèi)公路、普通公路等,復(fù)雜的路面環(huán)境如路面的寬度、顏色、紋理、彎道、坡度、坑洼、障礙與車流等,各種天氣晴、陰、雨、雪、霧等均具有良好的適應(yīng)性;實(shí)用性指智能車輛能夠?yàn)槠胀ㄓ脩羲邮躘7]。

目前,機(jī)器視覺主要用于路徑的識別與跟蹤[7]。與其它傳感器相比,機(jī)器視覺具有檢測信息量豐富、無接觸測量和能實(shí)現(xiàn)道路環(huán)境三維建模等優(yōu)點(diǎn)，但數(shù)據(jù)處理量極大,存在系統(tǒng)實(shí)時(shí)性和穩(wěn)定性問題，要靠開發(fā)高性能的計(jì)算機(jī)硬件，研究新算法來解決。隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)和圖像處理技術(shù)的飛速發(fā)展,三維重建道路環(huán)境為車輛高速智能駕駛提供強(qiáng)大的信息,在不遠(yuǎn)的將來具有現(xiàn)實(shí)可行性。

機(jī)器視覺的道路識別基本原理為,公路路面的環(huán)境(白色路標(biāo)、邊緣、路面顏色、坑洼、障礙物等)的CCD圖像灰度值和圖像紋理、光流有差異。根據(jù)這種差異,經(jīng)圖像處理后可以獲得需要的路徑圖像信息,如方位偏差、側(cè)向偏差、車輛在道路中的位置等信息。將這些信息與車輛的動力學(xué)方程相結(jié)合,可構(gòu)成車輛控制系統(tǒng)數(shù)學(xué)模型。

3、智能駕駛系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

(1) 機(jī)器視覺系統(tǒng)

機(jī)器視覺系統(tǒng)的硬件構(gòu)成：主要由參數(shù)、型號、性能一樣的兩個(gè)CCD攝像頭、兩片同樣的視頻采集卡和計(jì)算機(jī)上的視頻處理軟件構(gòu)成。我們利用左右兩路CCD攝像頭攝取的照片對進(jìn)行圖像處理而得到相關(guān)的深度信息，必須保證左右兩路CCD攝像頭信號是同步的，否則攝取的圖片不對應(yīng)，就無法正確的提取相關(guān)深度信息。因此我們左右兩路CCD攝像頭是經(jīng)過同步處理的攝像頭，就是從左路攝像頭的幀同步電路里引出幀同步信號到右路CCD攝像頭的幀同步電路里，從而保證左右兩路的圖像總是同步的。

機(jī)器視覺處理軟件系統(tǒng)主要是擔(dān)負(fù)著障礙物檢測識別、交通信號檢測識別、交通圖案識別檢測、公路邊緣識別檢測、彎道弧度識別檢測和前方車輛距離速度檢測和路面坑洼坡度識別檢測這些主要信息的提取，在這些信息數(shù)據(jù)的基礎(chǔ)上進(jìn)行道路環(huán)境的三維重建。機(jī)器視覺處理軟件系統(tǒng)處理得到的道路環(huán)境信息和輔助系統(tǒng)的多傳感器的信息進(jìn)行融合，結(jié)合車輛動力學(xué)模型(已經(jīng)有很多科學(xué)家在研究模糊控制技術(shù)和神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)在車輛動力學(xué)模型上的應(yīng)用)和車輛行駛狀態(tài)參數(shù)，由車輛行為決策調(diào)度系統(tǒng)做出合理的決策調(diào)度，然后由路徑規(guī)劃系統(tǒng)生成合理的路徑規(guī)劃和車輛控制命令，對汽車進(jìn)行控制。

公路邊緣識別檢測關(guān)系著汽車能否正確識別公路，尤其是缺乏交通圖案的低等級公路。我們機(jī)器視覺檢測公路的邊緣信息和公路的寬度信息。公路的邊緣檢測，對CCD攝取的圖像進(jìn)行二值化處理，就可以提取出公路邊緣;公路寬度信息檢測，利用左右兩路CCD攝取的公路圖像進(jìn)行立體匹配，提取里面的深度信息，依據(jù)機(jī)器視覺理論計(jì)算出公路的寬度。依據(jù)其他傳感器的數(shù)據(jù)確定汽車在公路中的位置和汽車的行駛狀態(tài)參數(shù)，做出合理的路徑規(guī)劃，優(yōu)化控制汽車在公路中的位置，做好路徑跟蹤，不至于行駛中偏離公路路面。

交通圖案、道路標(biāo)識、交通信號的識別檢測。交通圖案包括常見的斑馬線、車道線、箭頭等。這些交通圖案都是有固定的顏色(比如斑馬線都是白色的)和固定的形狀，因此對他們的識別只要使用簡單的圖像處理，然后對照我們預(yù)先建立的交通圖案模型就可以快速的識別。交通標(biāo)識識別就要相對麻煩一些。有些交通標(biāo)識上面有文字，我們不僅需要利用圖像處理技術(shù)提取這些文字信息，而且需要分析這些文字蘊(yùn)含的交通信息。交通信號包括交通信號燈和交警旗語，他們都有固定的運(yùn)行模式，可以預(yù)先建模，然后根據(jù)圖像處理結(jié)合其他傳感器的信息，進(jìn)行檢測識別。

前方汽車、障礙物的距離、速度的檢測和識別。能否安全準(zhǔn)確的識別檢測出前方汽車、障礙物對汽車智能駕駛是十分關(guān)鍵的。不僅要識別出前方汽車、障礙物，而且要檢測出它們的運(yùn)動速度、運(yùn)動方向和離本車的距離，要能依據(jù)連續(xù)幾次測定的它們離本車的距離和運(yùn)動速度、運(yùn)動方向預(yù)測出它們的可能運(yùn)動軌跡，為本車超車、減速、規(guī)避障礙物、降低危險(xiǎn)風(fēng)險(xiǎn)提供可靠的數(shù)據(jù)。利用機(jī)器視覺技術(shù)，可以使用基于成像模型的對應(yīng)點(diǎn)估計(jì)三維運(yùn)動檢測方法和基于光流的估計(jì)的三維運(yùn)動檢測方法。模型法、光流法有很多成熟的算法可以選擇，有利于系統(tǒng)程序的實(shí)現(xiàn)。

機(jī)器視覺系統(tǒng)中攝像機(jī)標(biāo)定：攝像機(jī)標(biāo)定的目的是確定攝像機(jī)的內(nèi)外部屬性參數(shù)并建立空間成像模型，以便確定空間坐標(biāo)系中物體點(diǎn)與它在圖像平上像點(diǎn)之間的相應(yīng)關(guān)系。攝像機(jī)的標(biāo)定分為攝像機(jī)內(nèi)部參數(shù)標(biāo)定和外部參數(shù)標(biāo)定。內(nèi)部參數(shù)確定了攝像機(jī)內(nèi)部的幾何和光學(xué)特征，不隨攝像機(jī)的移動而改變;外部參數(shù)是確定攝像機(jī)像平面相對于客觀世界坐標(biāo)系統(tǒng)的三維位置和朝向，攝像機(jī)移動后，需重新校正。本文中攝像機(jī)隨車運(yùn)動，但我們所需要的參數(shù)都是內(nèi)部參數(shù)，只需預(yù)先標(biāo)定攝像機(jī)的內(nèi)部參數(shù)就可以。

(2) 主控制系統(tǒng)

整個(gè)智能駕駛系統(tǒng)的核心是主控制系統(tǒng)，它負(fù)責(zé)各種傳感器的信息采集、識別，然后進(jìn)行處理，最后依據(jù)處理后的信息進(jìn)行車輛行為決策調(diào)度，規(guī)劃路徑并生成汽車控制命令。本文整個(gè)智能駕駛系統(tǒng)的設(shè)計(jì)思想也是基于模擬人工駕駛來進(jìn)行的，主控制系統(tǒng)是汽車的大腦，機(jī)器視覺系統(tǒng)好比人的雙眼。主控制系統(tǒng)一旦出現(xiàn)系統(tǒng)死機(jī)或者控制軟件運(yùn)行不穩(wěn)定，則會帶來車毀人亡的重大交通事故。而主控制系統(tǒng)計(jì)算機(jī)工作環(huán)境惡劣，汽車在高速行駛的時(shí)候震動很大，靠近汽車引擎的部位溫度較高，為了保證主控制系統(tǒng)的安全穩(wěn)定的運(yùn)行，主控制系統(tǒng)計(jì)算機(jī)應(yīng)該選用高性能高穩(wěn)定的工控機(jī)。

(3) 輔助測距定位系統(tǒng)

主要包括車載GPS定位系統(tǒng)、測距雷達(dá)、電子地圖等。隨著交通信息化的發(fā)展，基于GIS的電子地圖已經(jīng)開始應(yīng)用在日常汽車駕駛中?；贕IS的電子地圖它包括了大范圍層次的地理位置信息，可以利用它來設(shè)定大的方向上的汽車駕駛的宏觀路徑。然后通過車載GPS全球定位系統(tǒng)來確定汽車當(dāng)時(shí)位置點(diǎn)的地理位置信息，把它跟電子地圖上該點(diǎn)的地理位置信息比較，就可以知道汽車現(xiàn)在處于我們設(shè)定的宏觀路徑中的什么位置，可以防止汽車在自動駕駛的時(shí)候走錯路口，走錯方向，偏離預(yù)先設(shè)定的宏觀路徑?；贕IS的電子地圖和車載GPS全球定位系統(tǒng)的綜合運(yùn)用，保證了汽車能在宏觀上按照我們預(yù)先設(shè)定的宏觀路徑進(jìn)行自動駕駛而不偏離我們預(yù)先設(shè)定的路徑。