單目視覺車道偏離報警系統(tǒng)*

摘要： 本文介紹了采用非標定相機測量車道的左右方向角而實現(xiàn)的車輛車道偏離報警系統(tǒng)。介紹了直線模型車道的邊緣檢測算法和車輛的車道左右方向角估算方法，以及模型車輛的實驗結(jié)果。

關鍵詞： 車道偏離報警系統(tǒng)；Sobel算法；Hough變換；車道方向角

引言

在世界范圍內(nèi)，公路交通事故導致驚人的人員傷亡和經(jīng)濟損失。據(jù)統(tǒng)計，約有44%的汽車事故與車輛偏離正常車道行駛有關，其主要原因是駕駛員注意力不集中或者疲勞駕駛，造成車輛的無意識偏離。車道偏離報警系統(tǒng)(簡稱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度疲憊或者長時間單調(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安全性的潛力，得到了國內(nèi)外研究人員越來越多的重視。因此該系統(tǒng)具有廣泛的市場潛力與應用價值。
　　
系統(tǒng)總體設計

車道偏離報警系統(tǒng)的系統(tǒng)總體設計如圖1 所示，主要包括軟件設計即人機界面設計和硬件設計兩大部分。人機界面為PC端上的圖形化控制臺，用于模擬汽車的制動信號和轉(zhuǎn)向信號以及車速信號等，通過串口將信號傳送給DSP，同時顯示由DSP送來的車輛偏離數(shù)據(jù)和實時道路場景。硬件部分由DSP構(gòu)成，負責實時車道檢測與識別，車道偏離量的計算。

圖1  系統(tǒng)設計

系統(tǒng)通過圖像傳感器獲取車道幾何結(jié)構(gòu)，通過車輛運動參數(shù)傳感器獲取決策算法所必需的車輛運動參數(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設定閾值，控制臺界面上的報警燈將會閃亮，同時發(fā)出蜂鳴報警聲。
  
人機界面設計

在人機界面設計上采用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控件進行編程，減小工作量，降低開發(fā)難度。軟件系統(tǒng)分為三個模塊：顯示模塊、控制模塊、通信模塊。顯示模塊負責將DSP發(fā)來的報警信號，車道偏移信號進行圖形化顯示，控制模塊主要向DSP發(fā)送控制命令，通信模塊負責PC與DSP間信號的交互。人機界面各模塊間的關系如圖2所示。

圖2  人機界面設計

硬件設計

系統(tǒng)硬件主要是以DSP為核心的實時處理平臺，主要完成圖像采集、車道檢測與識別、車道偏移量計算等功能，并將計算結(jié)果傳送給控制臺界面作動態(tài)顯示。

DSP硬件系統(tǒng)包括視頻A/D模塊、實時圖像處理模塊、視頻D/A模塊、UART通信模塊、外部儲存器模塊。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評估板，該平臺具有良好的可操作性和豐富的外設接口，為我們降低了系統(tǒng)開發(fā)難度，節(jié)約了時間。

在DSP端，圖像經(jīng)CMOS攝像頭轉(zhuǎn)換成視頻信號送入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，首先進行圖像預處理，由3