車道偏離預(yù)警系統(tǒng)的研究

孫德鑫

合肥工業(yè)大學(xué) 安徽省合肥市 230009

1 行車安全系統(tǒng)概念和車道偏離預(yù)警系統(tǒng)的出現(xiàn)

在研究領(lǐng)域證明，車道偏離系統(tǒng)可以有效的提高司機(jī)在駕駛的安全性。國外最早開始關(guān)于關(guān)于汽車安全的技術(shù)研究始于1980年，智能車系統(tǒng)的研究機(jī)構(gòu)分屬各個(gè)大學(xué)和國家安全部門，比如附屬美國國防部下的高級研究計(jì)劃局DARPA，德國的聯(lián)邦大學(xué)等。20世紀(jì)90年代中后期，美國、日本、德國等發(fā)達(dá)國家在對車道偏離預(yù)警系統(tǒng)進(jìn)行集中研究中，并聯(lián)合車企在資金人力物力上大規(guī)模的實(shí)驗(yàn)，并在汽車上進(jìn)行運(yùn)用。

在車輛的俯視系統(tǒng)中最具代表性的就屬Aurora系統(tǒng)，他的原理是利用攝像機(jī)俯視拍攝來識別車道標(biāo)志，并且該系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡單、運(yùn)行效率高、精度高的特點(diǎn)，但他的缺點(diǎn)也十分明顯，適用性不強(qiáng)，只適用于結(jié)構(gòu)化的道路。日本三菱公司的DSS系統(tǒng)，它利用攝像頭獲取車道圖像信息，配合其汽車的他傳感器獲取車輛狀態(tài)數(shù)據(jù)和駕駛者的行為操作來判斷預(yù)警信息。以此方式來幫助駕駛員規(guī)避風(fēng)險(xiǎn)。這個(gè)系統(tǒng)最有特色之處是駕駛者可以靠視覺、聽覺以及震動(dòng)轉(zhuǎn)向盤等多種方式輔助操作，并且不會(huì)擾亂正常駕駛。有著“永不疲倦的第三只眼”之稱的以色列公司Mobileye研制的AWS系統(tǒng)、能夠在遇到行車危險(xiǎn)時(shí)在碰撞前2.7秒做出反應(yīng)提醒駕駛者。

2 國內(nèi)車道偏離預(yù)警系統(tǒng)運(yùn)用及現(xiàn)狀

在國內(nèi)的車道偏離系統(tǒng)的研究現(xiàn)狀，由于中國前期的經(jīng)濟(jì)實(shí)力和基礎(chǔ)設(shè)施水平的局限，目前在該領(lǐng)域的研究跟發(fā)達(dá)國家有不小的差距，目前只在高校和研究所里有進(jìn)行相關(guān)技術(shù)的研究工作，比較具有代表性的有吉林大學(xué)的JLUVA-1系統(tǒng)，它是基于單目視覺系統(tǒng)的車輛前視系統(tǒng)，能夠初步實(shí)現(xiàn)對車輛行駛道路的識別，車道標(biāo)線提取和行車路徑的確定等，此外國內(nèi)的系統(tǒng)還有東南大學(xué)的DSP的嵌入式車道偏離報(bào)警系統(tǒng)和清華大學(xué)THMR系列智能汽車中的車道偏離識別系統(tǒng)等。國內(nèi)的系統(tǒng)發(fā)展在性能上有很大的提高，但在產(chǎn)品化開發(fā)中仍有大量的工作需要去完善，這些系統(tǒng)尚未研制成熟，也難以投入商業(yè)化使用。

國內(nèi)的車道偏離預(yù)警系統(tǒng)運(yùn)用主要是在汽車高速路段行駛的情況下，其前提是高速公路在車道標(biāo)線標(biāo)識比較規(guī)范，而高速公路上長時(shí)間高速度的行車駕駛使車輛在駕駛過程中出現(xiàn)疲勞駕駛從而使危險(xiǎn)性增大。另外，高速公路在車輛事故的事故率一直較高，這種情況也顯示出我國當(dāng)前需要研發(fā)一套適合自己的車道偏離系統(tǒng)的重要性。

3 車道偏離預(yù)警系統(tǒng)的具體實(shí)施方式

車道偏離預(yù)警系統(tǒng)如圖1所示。該系統(tǒng)在流程圖的實(shí)施過程中可以被分為五個(gè)部分：

圖1 流程圖

（1）當(dāng)系統(tǒng)開啟，攝像頭會(huì)時(shí)刻對車輛正前方進(jìn)行實(shí)時(shí)錄像，從視頻流中讀取車道的路況圖像信息。（2）隨后系統(tǒng)對采集到的車道線信息進(jìn)行特征進(jìn)行分析，對圖像預(yù)處理得到它的特征點(diǎn)后進(jìn)行邊緣檢測，再根據(jù)特征點(diǎn)選擇適當(dāng)?shù)乃惴▽η€進(jìn)行擬合，最終會(huì)得到完整的車道線。（3）系統(tǒng)在對目標(biāo)圖像前期預(yù)處理之后就要開始對其進(jìn)行車道標(biāo)線識別。（4）在前期對目標(biāo)圖像處理步驟，根據(jù)采集的圖像信息來完成車道偏離的判斷，有兩種方法：一類是根據(jù)道路場景來感知判斷車道是否偏離，二類是在車輛行駛過程中車得道線夾角的變化來進(jìn)行判斷車道的偏離。然后系統(tǒng)會(huì)根據(jù)最終檢測出的車道線方程來得出車道直線與水平方向直線的夾角的度數(shù)，來判定車輛的車道內(nèi)行駛是否正常。（5）最后，就是判斷出汽車是否在原有車道內(nèi)行駛的情況，如果汽車超出偏離車道這時(shí)候系統(tǒng)就給駕駛者發(fā)出警告的信號。

4 車道偏離預(yù)警系統(tǒng)的相關(guān)技術(shù)

車道標(biāo)線的識別技術(shù)在車道偏離預(yù)警系統(tǒng)中是較為重要的一項(xiàng)技術(shù)，同時(shí)關(guān)于的他的特征研究。原理是安在汽車的前置攝像頭通過一定的傾斜角度來拍攝路面，在采取的的路面信息中系統(tǒng)用拋物線模型來描述車道標(biāo)線的幾何形狀。這時(shí)候系統(tǒng)也會(huì)通過檢測選取它認(rèn)為有用的信息，這里也可以成為她感興趣的信息，這個(gè)信息就是除了路面信息系統(tǒng)會(huì)把汽車前車蓋，天空綠化帶之類的進(jìn)行選取，這樣對非信息路面的減少可以提高準(zhǔn)確率，同時(shí)減少處理數(shù)據(jù)量來提升系統(tǒng)處理的速度。

系統(tǒng)在應(yīng)對不同的光照條件的影響，在光度強(qiáng)度較弱時(shí)攝像機(jī)產(chǎn)生的噪點(diǎn)下系統(tǒng)會(huì)有一個(gè)平滑處理的功能，對改善圖像中所出現(xiàn)的暗紋不清晰等問題，其原理是根據(jù)系統(tǒng)中設(shè)置的中值，在系統(tǒng)判斷接受圖像是否為噪聲的時(shí)候進(jìn)行替換。另外，在車道線特征的檢測上，主要是根據(jù)路面顏色的所反映的不同顏色值來處理，在我國，車道線的顏色主要有白色和黃色為主，路面的顏色一般為深灰色和灰色之間，由于車道線的灰度值在大多數(shù)情況下都是高于路面的的，就是的車道偏離系統(tǒng)可以根據(jù)系統(tǒng)的灰度圖中劃出車道線。如圖2所示。

5 汽車智能安全技術(shù)的發(fā)展趨勢

如今隨著人工智能技術(shù)和互聯(lián)網(wǎng)的進(jìn)一步發(fā)展，車道偏離預(yù)警系統(tǒng)逐漸成為人工汽車智能系統(tǒng)的一部分，安全變?yōu)樽優(yōu)槠囅到y(tǒng)中的一個(gè)部分，智能汽車不單單在局限于對道路的判定，而是對整個(gè)汽車行車的駕駛環(huán)境、路面車輛信息和智能代價(jià)方向發(fā)展，汽車也變?yōu)楦邮孢m、安全、高效、便利的方向發(fā)展。

圖2 車道標(biāo)線的識別與追蹤示意

其中最大的方向就是智能系統(tǒng)無人駕駛技術(shù)的研究已趨于成熟，可以預(yù)見的是，該技術(shù)的發(fā)展會(huì)將人們的雙手從汽車手中解放出來，大大提高人們工作的效率，國家最近在汽車戰(zhàn)略上也對無人駕駛技術(shù)的扶持，各種無人車的技術(shù)，包括去年劃分的雄安新區(qū)，也是為建造一座全新的現(xiàn)代生態(tài)城打下基礎(chǔ)，給無人駕駛技術(shù)試航，國內(nèi)互聯(lián)網(wǎng)巨頭也紛紛進(jìn)入該領(lǐng)域，可以預(yù)見的是，在未來不久，無人駕駛技術(shù)就會(huì)投入應(yīng)用而行車安全問題也會(huì)得到解決。