單目視覺車道偏離報(bào)警系統(tǒng)*

摘要： 本文介紹了采用非標(biāo)定相機(jī)測(cè)量車道的左右方向角而實(shí)現(xiàn)的車輛車道偏離報(bào)警系統(tǒng)。介紹了直線模型車道的邊緣檢測(cè)算法和車輛的車道左右方向角估算方法，以及模型車輛的實(shí)驗(yàn)結(jié)果。

關(guān)鍵詞： 車道偏離報(bào)警系統(tǒng)；Sobel算法；Hough變換；車道方向角

引言

在世界范圍內(nèi)，公路交通事故導(dǎo)致驚人的人員傷亡和經(jīng)濟(jì)損失。據(jù)統(tǒng)計(jì)，約有44%的汽車事故與車輛偏離正常車道行駛有關(guān)，其主要原因是駕駛員注意力不集中或者疲勞駕駛，造成車輛的無(wú)意識(shí)偏離。車道偏離報(bào)警系統(tǒng)(簡(jiǎn)稱LDWS或RDWS)正是基于基本交通規(guī)則的車輛安全系統(tǒng)，其主要功能是輔助過(guò)度疲憊或者長(zhǎng)時(shí)間單調(diào)駕駛的駕駛員保持車輛在車道內(nèi)行駛。由于LDWS具有顯著提高車輛行駛主動(dòng)安全性的潛力，得到了國(guó)內(nèi)外研究人員越來(lái)越多的重視。因此該系統(tǒng)具有廣泛的市場(chǎng)潛力與應(yīng)用價(jià)值。
　　
系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)

車道偏離報(bào)警系統(tǒng)的系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)如圖1 所示，主要包括軟件設(shè)計(jì)即人機(jī)界面設(shè)計(jì)和硬件設(shè)計(jì)兩大部分。人機(jī)界面為PC端上的圖形化控制臺(tái)，用于模擬汽車的制動(dòng)信號(hào)和轉(zhuǎn)向信號(hào)以及車速信號(hào)等，通過(guò)串口將信號(hào)傳送給DSP，同時(shí)顯示由DSP送來(lái)的車輛偏離數(shù)據(jù)和實(shí)時(shí)道路場(chǎng)景。硬件部分由DSP構(gòu)成，負(fù)責(zé)實(shí)時(shí)車道檢測(cè)與識(shí)別，車道偏離量的計(jì)算。

圖1  系統(tǒng)設(shè)計(jì)

系統(tǒng)通過(guò)圖像傳感器獲取車道幾何結(jié)構(gòu)，通過(guò)車輛運(yùn)動(dòng)參數(shù)傳感器獲取決策算法所必需的車輛運(yùn)動(dòng)參數(shù)如車速、車輛轉(zhuǎn)向狀態(tài)等，綜合分析判斷車輛偏離車道的程度。如果車輛偏離量超過(guò)設(shè)定閾值，控制臺(tái)界面上的報(bào)警燈將會(huì)閃亮，同時(shí)發(fā)出蜂鳴報(bào)警聲。
  
人機(jī)界面設(shè)計(jì)

在人機(jī)界面設(shè)計(jì)上采用Visual C++ 6.0開發(fā)環(huán)境和NI公司的Measurement Studio編程工具共同開發(fā)，用VC完成程序的主要功能，用Measurement Studio的精美控件完成程序的界面編程。在系統(tǒng)與DSP通信上我們采用微軟公司的MSSCOM控件進(jìn)行編程，減小工作量，降低開發(fā)難度。軟件系統(tǒng)分為三個(gè)模塊：顯示模塊、控制模塊、通信模塊。顯示模塊負(fù)責(zé)將DSP發(fā)來(lái)的報(bào)警信號(hào)，車道偏移信號(hào)進(jìn)行圖形化顯示，控制模塊主要向DSP發(fā)送控制命令，通信模塊負(fù)責(zé)PC與DSP間信號(hào)的交互。人機(jī)界面各模塊間的關(guān)系如圖2所示。

圖2  人機(jī)界面設(shè)計(jì)

硬件設(shè)計(jì)

系統(tǒng)硬件主要是以DSP為核心的實(shí)時(shí)處理平臺(tái)，主要完成圖像采集、車道檢測(cè)與識(shí)別、車道偏移量計(jì)算等功能，并將計(jì)算結(jié)果傳送給控制臺(tái)界面作動(dòng)態(tài)顯示。

DSP硬件系統(tǒng)包括視頻A/D模塊、實(shí)時(shí)圖像處理模塊、視頻D/A模塊、UART通信模塊、外部?jī)?chǔ)存器模塊。視頻A/D模塊采用ADV7183視頻解碼芯片，圖像處理芯片采用ADI公司的Blackfin-533多媒體數(shù)字信號(hào)處理器，ADM3202 RS-232通用異步收發(fā)器。DSP系統(tǒng)框圖如圖1左方虛線框所示。

在開發(fā)中我們采用ADI公司的BF-533 EZ-Kit Lite評(píng)估板，該平臺(tái)具有良好的可操作性和豐富的外設(shè)接口，為我們降低了系統(tǒng)開發(fā)難度，節(jié)約了時(shí)間。

在DSP端，圖像經(jīng)CMOS攝像頭轉(zhuǎn)換成視頻信號(hào)送入ADV7183視頻編碼器，我們從解碼視頻流中的亮度分量獲得灰度圖像序列，首先進(jìn)行圖像預(yù)處理，由3