一種基于機(jī)器視覺的車道偏離警告系統(tǒng)及方法
【專利摘要】一種基于機(jī)器視覺的車道偏離警告系統(tǒng)，包括接口處理單元、前視攝像頭、數(shù)字信號處理單元和電源模塊，前視攝像頭安裝在汽車前擋風(fēng)玻璃中上部不遮擋司機(jī)視線且雨刮可清潔到的位置，采集汽車前方圖像，并將圖像傳輸給數(shù)字信號處理單元，數(shù)字信號處理單元智能決策車輛是否將要偏離車道，經(jīng)數(shù)字信號處理單元處理后的圖像信息傳輸給接口處理單元，接口處理單元控制報警裝置工作，電源模塊給其他模塊供電。其采用先進(jìn)的視覺模式識別算法，結(jié)合高速數(shù)字信號處理器對安裝在車上的攝像頭行車路況分析，可以在預(yù)測到車輛將要偏離車道，但司機(jī)實際并無意識這樣做的情況下向駕駛員發(fā)出視覺、聽覺或觸覺方面的警告，以提示司機(jī)注意安全行駛，有效減少事故發(fā)生。
【專利說明】一種基于機(jī)器視覺的車道偏離警告系統(tǒng)及方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明公開一種車輛警告系統(tǒng)，特別是一種基于機(jī)器視覺的車道偏離警告系統(tǒng)及方法。
【背景技術(shù)】
[0002]隨著汽車產(chǎn)業(yè)的逐漸發(fā)展，汽車保有量日益增加，汽車給人們生活帶來的方便與快捷不言而喻，汽車行業(yè)的蓬勃發(fā)展給經(jīng)濟(jì)帶來很大的貢獻(xiàn)，但同時也產(chǎn)生一系列社會問題，其中交通事故是最嚴(yán)重的問題。據(jù)統(tǒng)計，2011年中國共發(fā)生210812起，死亡人數(shù):62387人。其中絕大部分事故的起因是司機(jī)魯莽駕駛，不遵守交通規(guī)則所致，此中很大一部分是司機(jī)在駕駛過程中跨越兩個車道造成的，雖然公路上設(shè)有車道警示線，然而在駕駛過程中，車輛是否壓線，完全憑借司機(jī)的駕駛經(jīng)驗判斷，極為不準(zhǔn)確。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0003]針對上述提到的現(xiàn)有技術(shù)中的汽車駕駛過程中容易壓線，造成交通事故的缺點，本發(fā)明提供一種新的基于機(jī)器視覺的車道偏離警告系統(tǒng)及方法，其采用先進(jìn)的計算機(jī)視覺模式識別算法，結(jié)合高速數(shù)字信號處理器對安裝在車上的攝像頭行車路況實時分析，可以在預(yù)測到車輛將要偏離車道，但司機(jī)實際并無意識這樣做的情況下向駕駛員發(fā)出視覺、聽覺或觸覺方面的警告，以提示司機(jī)注意安全行駛，有效減少事故發(fā)生。
[0004]本發(fā)明解決其技術(shù)問題采用的技術(shù)方案是:一種基于機(jī)器視覺的車道偏離警告系統(tǒng)，系統(tǒng)包括接口處理單元、前視攝像頭、數(shù)字信號處理單元和電源模塊，所述的前視攝像頭安裝在汽車前擋風(fēng)玻璃中上部不遮擋司機(jī)視線且雨刮可清潔到的位置，采集汽車前方圖像，并將圖像傳輸給數(shù)字信號處理單元，數(shù)字信號處理單元智能決策車輛是否將要偏離車道，經(jīng)數(shù)字信號處理單元處理后的圖像信息傳輸給接口處理單元，接口處理單元控制報警裝置工作，電源模塊給其他模塊供電。
[0005]一種采用上述的系統(tǒng)實現(xiàn)基于機(jī)器視覺的盲點車輛檢測及警告方法，該方法包括下述步驟:
[0006]A、點火:系統(tǒng)上電；
[0007]B、在汽車未行走前或速度過低系統(tǒng)進(jìn)入空閑模式，此時并不會啟動車道偏離警告功能；
[0008]C、脫離空閑狀態(tài)后，系統(tǒng)檢測示寬燈開關(guān)狀態(tài)，若示寬燈沒開，攝像頭進(jìn)入日間模式；
[0009]D、若示寬燈開啟，則進(jìn)入夜視模式；
[0010]E、系統(tǒng)開啟攝像頭對路況實時采集并根據(jù)光線強(qiáng)弱進(jìn)行AGC，并對失真的圖像進(jìn)行矯正，把采集到的信息以25幀每秒或30幀每秒傳送到數(shù)字信號處理單元；
[0011]F、數(shù)字信號處理單元把收到的視頻信號轉(zhuǎn)化為RGB格式的彩色圖片；
[0012]G、YUV編碼:把RGB格式的圖像經(jīng)過矩陣變換電路轉(zhuǎn)化為YUV格式:得到亮度信號Y和兩個色差信號R-Y，即U、B-Y,即V，把亮度信號Y和色度信號U、V分離；
[0013]H、圖像分解為上下兩份，處理的時候僅保留下半部分作為計算使用；
[0014]1、模式分析:確認(rèn)天氣狀況；
[0015]J、若雨刮器系統(tǒng)或霧燈系統(tǒng)開啟，系統(tǒng)將分析為雨、霧、雪天氣，此時采用數(shù)字濾波器進(jìn)行圖像降噪；若雨刮器系統(tǒng)或霧燈系統(tǒng)無開啟，直接進(jìn)入K流程；
[0016]K、車道識別分析:采用Hough變換算法，對車道進(jìn)行邊緣檢測識別:若檢測到有車道則進(jìn)入車道偏離識別流程L ;否則若沒有車道，系統(tǒng)進(jìn)入空閑狀態(tài)；
[0017]L、車道偏離識別:
[0018]對識別出來的車道進(jìn)行分析，以I像素為單位，當(dāng)Xl > α且Θ I大于β度時，車道偏離左車道；
[0019]當(dāng)Χ2小于α ’，且Θ 2大于β ’時車道偏離右車道；
[0020]其中α，β，α ’，和β ’的值根據(jù)不同車型，不同安裝位置校正時設(shè)定；
[0021]若車輛沒偏離車道，這返回空閑狀態(tài)重新檢測；
[0022]若檢測到車道偏離，進(jìn)入到步驟M ；
[0023]Μ、當(dāng)車道即將偏離時，檢測轉(zhuǎn)向燈開關(guān)狀態(tài):
[0024]若相應(yīng)方位的轉(zhuǎn)向燈開啟，則認(rèn)為是司機(jī)主動切換線路，則返回空閑狀態(tài)；
[0025]反之，若無開啟相應(yīng)方位轉(zhuǎn)向燈，則認(rèn)為司機(jī)無意識切線；
[0026]N、方向盤傾角檢測:輔助分析車輛是否有轉(zhuǎn)向行為；
[0027]O、若系統(tǒng)分析結(jié)果為無意識切線，則根據(jù)不同的危險等級發(fā)出聲音、圖像或震動
警告信號。
[0028]本發(fā)明解決其技術(shù)問題采用的技術(shù)方案進(jìn)一步還包括:
[0029]本發(fā)明的有益效果是:本發(fā)明采用先進(jìn)的計算機(jī)視覺模式識別算法，結(jié)合高速數(shù)字信號處理器對安裝在車上的攝像頭行車路況實時分析，可以在預(yù)測到車輛將要偏離車道，但司機(jī)實際并無意識這樣做的情況下向駕駛員發(fā)出視覺，聽覺或觸覺方面的警告，以提示司機(jī)注意安全行駛，有效減少事故發(fā)生。
[0030]下面將結(jié)合附圖和【具體實施方式】對本發(fā)明做進(jìn)一步說明。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0031]圖1為本發(fā)明系統(tǒng)方框圖。
[0032]圖2為本發(fā)明安裝結(jié)構(gòu)示意圖。
[0033]圖3為本發(fā)明計算方法示意圖。
[0034]圖4為本發(fā)明系統(tǒng)流程圖。
[0035]圖中，1-車體，2-前視攝像頭，3-警告面板，4-道路，5-Hough變換后的道路路線標(biāo)
O
【具體實施方式】
[0036]本實施例為本發(fā)明優(yōu)選實施方式，其他凡其原理和基本結(jié)構(gòu)與本實施例相同或近似的，均在本發(fā)明保護(hù)范圍之內(nèi)。
[0037]請參看附圖1和附圖2，本發(fā)明中的基于機(jī)器視覺的車道偏離警告系統(tǒng)，包括接口處理單元、前視攝像頭2、數(shù)字信號處理單元和電源模塊，前視攝像頭2安裝在汽車車體I前擋風(fēng)玻璃中上部不遮擋司機(jī)視線且雨刮可清潔到的位置，采集汽車前方圖像，并將圖像傳輸給數(shù)字信號處理單元，數(shù)字信號處理單元智能決策車輛是否將要偏離車道，經(jīng)數(shù)字信號處理單元處理后的圖像信息傳輸給接口處理單元，接口處理單元控制報警裝置工作，電源模塊給其他模塊供電，本實施例中，電源模塊為電源接口，電源接口與汽車電源連接，通過汽車電源(即汽車電池，12V或24V)給系統(tǒng)供電。本實施例中，單片機(jī)接口處理單元通過I/O 口或CAN bus總線與汽車內(nèi)的傳感器連接，獲取車輛信息，本實施例中，需要獲取的信號包括:(1)轉(zhuǎn)向燈開關(guān):用于分析是否為司機(jī)主動轉(zhuǎn)向；(2)車速信號:用于決策系統(tǒng)的激活或睡眠模式；(3)方向盤角度:輔助分析車輛是否轉(zhuǎn)向；(4)示寬燈信號:用于識別日/夜模式切換；(5)霧燈信號:用于識別霧天氣模式；(6)雨刮信號:用于識別雨天氣并切換模式；(7)點火信號:用于識別車輛啟動是否點火。本實施例中，數(shù)字信號處理單元采用DSP高速數(shù)字信號處理器，DSP高速數(shù)字信號處理器通過安裝在汽車車體I前擋風(fēng)玻璃中上部不遮擋司機(jī)視線且雨刮可清潔到的位置的前視攝像頭2獲取行車中的路況影像，結(jié)合車速信息進(jìn)行復(fù)雜的機(jī)器視覺識別，智能決策車輛是否將要偏離車道。DSP高速數(shù)字信號處理器會根據(jù)車輛偏移情況使單片機(jī)接口處理單元通過CAN bus總線發(fā)送不同等級的警告信息給警告面板3，獨立的警告面板3在收到警告信息后將在面板上向駕駛員顯示不同的警告信肩、O
[0038]本發(fā)明通過線束和連接器連接到電源和警告面板3。用戶只需插上連接器即可，SP插即用無需進(jìn)行復(fù)雜設(shè)置，方便快捷。
[0039]請參看附圖4，本發(fā)明的基于機(jī)器視覺的車道偏離警告的方法包括下述步驟:
[0040]A、點火:系統(tǒng)上電；
[0041]B、上電后由于車子未動，或速度過低無需啟動車道偏離警告功能，從而系統(tǒng)進(jìn)入空閑狀態(tài)；當(dāng)速度高于10KPH(即10千米每小時，本發(fā)明中將其定義為車子動與不動的分界線)時系統(tǒng)脫離空閑狀態(tài)；
[0042]C、脫離空閑狀態(tài)后，系統(tǒng)檢測示寬燈開關(guān)狀態(tài)，若示寬燈沒開，則攝像頭進(jìn)入日間模式；
[0043]D、若示寬燈開啟，則攝像頭進(jìn)入夜視模式；
[0044]E、系統(tǒng)開啟攝像頭對路況實時采集并根據(jù)光線強(qiáng)弱進(jìn)行AGC(即制動增益控制)，并對失真的圖像進(jìn)行矯正(本實施例中，AGC和圖像矯正由攝像頭模塊自動完成)，并把采集到的信息以25幀每秒(PAL制式)或30幀每秒(NTSC制式)傳送到DSP處理器；
[0045]F、DSP處理器把收到的視頻信號轉(zhuǎn)化為RGB格式的彩色圖片；
[0046]G、YUV編碼:把RGB格式的圖像經(jīng)過矩陣變換電路轉(zhuǎn)化為YUV格式:得到亮度信號Y和兩個色差信號R-Y (即U)、B-Y (即V)，把亮度信號Y和色度信號U、V分離，如果只有Y信號分量而沒有U、V信號分量，那么則表示的圖像就是黑白灰度圖像；
[0047]H、圖像分解為兩份:由于攝像頭采集到的圖片有用信息為:車道在圖像下半部分，為減少運算器的計算量，降低上半部分?jǐn)?shù)據(jù)產(chǎn)生的車道分析(即步驟K)誤判干擾，本實施例中，把圖片分為上下兩部分，處理的時候僅保留下半部分作為計算使用；
[0048]1、模式分析:確認(rèn)天氣狀況:晴、雨、霧、雪、等；
[0049]J、若雨刮器系統(tǒng)或霧燈系統(tǒng)開啟，系統(tǒng)將分析為雨、霧、雪天氣，此時由于雨霧雪阻擋視線，導(dǎo)致圖面不清晰，需要采用數(shù)字濾波器進(jìn)行圖像降噪，若無開啟，這直接進(jìn)入K流程；
[0050]K、車道識別分析:采用Hough變換算法，對車道進(jìn)行邊緣檢測識別，若檢測到有車道則進(jìn)入車道偏離識別流程L ;否則若沒有車道，系統(tǒng)進(jìn)入空閑狀態(tài)；
[0051]L、車道偏離識別:
[0052]請參看附圖3，本發(fā)明中對識別出來的車道進(jìn)行分析，以I像素為單位，當(dāng)Xl > α且Θ I大于β度時，則說明車道偏離左車道，
[0053]當(dāng)Χ2小于α ’，且Θ 2大于β ’時車道偏離右車道；
[0054]本實施例中，Xl是左車道的延長線與圖像底線的交點到圖像左側(cè)邊緣的距離，Χ2是右車道延長線與圖像底線的交點到圖像左側(cè)邊緣的距離，Θ I是左車道的延長線與圖像底線的夾角，Θ 2是右車道延長線與圖像底線的夾角，α為車輛正常行駛時，左車道的延長線與圖像底線的交點到圖像左側(cè)邊緣的距離的最大極限值，β是車輛正常行駛時，左車道的延長線與圖像底線的夾角的最大值，α ’為車輛正常行駛時，右車道的延長線與圖像底線的交點到圖像左側(cè)邊緣的距離的最小極限值和β ’是車輛正常行駛時，右車道的延長線與圖像底線的夾角的最大值，α、β、α ’和β ’的值需根據(jù)實際安裝校正時設(shè)定(根據(jù)不同車型，不同安裝位置，其數(shù)字有所不同)；
[0055]若車輛沒偏離車道，則返回空閑狀態(tài)重新檢測；
[0056]若檢測到車道偏離，則進(jìn)入到步驟M ；
[0057]Μ、當(dāng)車道即將偏離時，檢測轉(zhuǎn)向燈開關(guān)狀態(tài):
[0058]若相應(yīng)方位的轉(zhuǎn)向燈開啟，則認(rèn)為是司機(jī)主動切換線路，則返回空閑狀態(tài)；
[0059]反之，若無開啟相應(yīng)方位轉(zhuǎn)向燈，則認(rèn)為司機(jī)無意識切線；
[0060]N、方向盤傾角檢測:輔助分析車輛是否有轉(zhuǎn)向行為；
[0061]O、若系統(tǒng)分析結(jié)果為無意識切線，則根據(jù)不同的危險等級發(fā)出聲音、圖像、震動等警告信號，或三種信號同時發(fā)出。
[0062]本發(fā)明采用先進(jìn)的計算機(jī)視覺模式識別算法，結(jié)合高速數(shù)字信號處理器對安裝在車上的攝像頭行車路況實時分析，可以在預(yù)測到車輛將要偏離車道，但司機(jī)實際并無意識這樣做的情況下向駕駛員發(fā)出視覺，聽覺或觸覺方面的警告，以提示司機(jī)注意安全行駛，有效減少事故發(fā)生。
【權(quán)利要求】
1.一種基于機(jī)器視覺的車道偏離警告系統(tǒng)，其特征是:所述的系統(tǒng)包括接口處理單元、前視攝像頭、數(shù)字信號處理單元和電源模塊，所述的前視攝像頭安裝在汽車前擋風(fēng)玻璃中上部不遮擋司機(jī)視線且雨刮可清潔到的位置，采集汽車前方圖像，并將圖像傳輸給數(shù)字信號處理單元，數(shù)字信號處理單元智能決策車輛是否將要偏離車道，經(jīng)數(shù)字信號處理單元處理后的圖像信息傳輸給接口處理單元，接口處理單元控制報警裝置工作，電源模塊給其他模塊供電。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于機(jī)器視覺的車道偏離警告系統(tǒng)，其特征是:所述的接口處理單元通過I/O 口或CAN bus總線與汽車內(nèi)的傳感器連接。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于機(jī)器視覺的車道偏離警告系統(tǒng)，其特征是:所述的電源模塊為電源接口，電源接口與汽車電源連接，通過汽車電源給系統(tǒng)供電。
4.一種采用如權(quán)利要求1或2或3所述的系統(tǒng)實現(xiàn)基于機(jī)器視覺的盲點車輛檢測及警告方法，其特征是:所述的方法包括下述步驟: A、點火:系統(tǒng)上電； B、在汽車未行走前或速度過低系統(tǒng)進(jìn)入空閑模式，此時并不會啟動車道偏離警告功倉泛; C、脫離空閑狀態(tài)后，系統(tǒng)檢測示寬燈開關(guān)狀態(tài)，若示寬燈沒開，攝像頭進(jìn)入日間模式； D、若示寬燈開啟，則進(jìn)入夜視模式； E、系統(tǒng)開啟攝像頭對路況實時采集并根據(jù)光線強(qiáng)弱進(jìn)行AGC，并對失真的圖像進(jìn)行矯正，把采集到的信息以25幀每秒或30幀每秒傳送到數(shù)字信號處理單元； F、數(shù)字信號處理單元把收到的視頻信號轉(zhuǎn)化為RGB格式的彩色圖片； G、YUV編碼:把RGB格式的圖像經(jīng)過矩陣變換電路轉(zhuǎn)化為YUV格式:得到亮度信號Y和兩個色差信號R-Y，即U、B-Y,即V，把亮度信號Y和色度信號U、V分離； H、圖像分解為上下兩份，處理的時候僅保留下半部分作為計算使用； I、模式分析:確認(rèn)天氣狀況； J、若雨刮器系統(tǒng)或霧燈系統(tǒng)開啟，系統(tǒng)將分析為雨、霧、雪天氣，此時采用數(shù)字濾波器進(jìn)行圖像降噪；若雨刮器系統(tǒng)或霧燈系統(tǒng)無開啟，直接進(jìn)入K流程； K、車道識別分析:采用Hough變換算法，對車道進(jìn)行邊緣檢測識別:若檢測到有車道則進(jìn)入車道偏離識別流程L ;否則若沒有車道，系統(tǒng)進(jìn)入空閑狀態(tài)； L、車道偏離識別: 對識別出來的車道進(jìn)行分析，以I像素為單位，當(dāng)Xl > α且Θ I大于β度時，車道偏離左車道； 當(dāng)Χ2小于α ’，且Θ 2大于β ’時車道偏離右車道； 其中α，β，α ’，和β ’的值根據(jù)不同車型，不同安裝位置校正時設(shè)定； 若車輛沒偏離車道，這返回空閑狀態(tài)重新檢測； 若檢測到車道偏離，進(jìn)入到步驟M ; Μ、當(dāng)車道即將偏離時，檢測轉(zhuǎn)向燈開關(guān)狀態(tài): 若相應(yīng)方位的轉(zhuǎn)向燈開啟，則認(rèn)為是可機(jī)主動切換線路，則返回空閑狀態(tài)； 反之，若無開啟相應(yīng)方位轉(zhuǎn)向燈，則認(rèn)為司機(jī)無意識切線； N、方向盤傾角檢測:輔助分析車輛是否有轉(zhuǎn)向行為；O、若系統(tǒng)分析結(jié)果為無意識切線，則根據(jù)不同的危險等級發(fā)出聲音、圖像或震動警告信號。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的方法，其特征是:所述的汽車未行走前為汽車時速小于IOKPH。
【文檔編號】B60Q9/00GK103832357SQ201210486538
【公開日】2014年6月4日 申請日期:2012年11月23日 優(yōu)先權(quán)日:2012年11月23日
【發(fā)明者】余曦 申請人:深圳華一汽車科技有限公司