基于智能后视镜的车道偏离预警系统的制作方法

本发明涉及数字图像处理、高级驾驶辅助系统领域，具体地，涉及一种基于智能后视镜的车道偏离预警系统。

背景技术：

自18世纪以来，人们对汽车这一代步工具的热爱就从未停止过。至今，汽车已经成为了都市生活必不可少的一部分。随着科技的发展，汽车的数量不断增多，伴随而来的是各种与汽车相关的问题，例如交通事故频发、道路拥挤、汽车尾气排放污染。其中有很大一部分问题是因为人为因素导致的，例如疲劳驾驶、酒驾导致交通事故等。针对这些人为因素导致的问题，无人驾驶汽车的概念因运而生。

近年来，高级驾驶辅助系统成为了一个热门的研究方向，它通常包括车道偏离预警、主动避障、自动泊车、交通标志识别等。传统的高级驾驶辅助系统需要一台在汽车上安装一台或多台计算机，计算机通过有线、无线连接的方式获取车辆的实时状态，再辅以摄像头、GPS、惯导、激光雷达等复杂的传感器感知信息，经过中央控制系统的处理，给驾驶员提供驾驶辅助。

车道偏离预警是高级驾驶辅助系统中非常重要的一部分。车道偏离预警系统，可以有效避免驾驶员因疲劳驾驶等原因造成交通事故。通常是通过视觉检测的方式，识别当前车道的位置，以此判断驾驶员是否偏离车道并做出必要的预警。

随着硬件的飞速发展，很多当年无法通过软件突破的瓶颈早已被打破。笨重的计算机加有线传输的方式，如今已经被移动智能设备和无处不在的无线通信取代。移动智能设备的计算性能不亚于一些当年主流的计算机，具有体积小、携带方便、功能齐全的优点。以主流的安卓操作系统为例，安卓系统开源、开放、兼容性强，因此，越来越多的研发人员开始研究基于移动设备的高级驾驶辅助系统。

经对现有技术的文献检索发现，中国发明专利申请号：201510283690.0，公开了一种车道偏离预警方法和系统；中国发明专利申请号：201410314210.8，公开了一种全景车道偏离预警方法及系统。上述专利中，前者通过安装在汽车尾部的倒车摄像头获取车道线图像中的车道线，确定图像坐标系与世界坐标系的映射关系；后者对车辆周围的视频图像数据进行处理获得车辆的360度全景俯视图，所提到的“数据处理”也是计算图像坐标系和世界坐标系的映射关系即“标定”。对摄像头进行参数标定，不仅需要专业人员进行操作，而且需要使用一些视觉参照物(一般用的是黑白标定板)。参数一旦标定完成，摄像头将必须固定不可改变位置，否则图像坐标系和世界坐标系的映射关系将出现错误。这些需要对摄像头进行标定的方法，具有维护成本高、初始化设置较复杂等缺陷。

技术实现要素：

针对现有技术中的缺陷，本发明的目的是提供一种基于智能后视镜的车道偏离预警系统，智能后视镜内嵌有安卓软件系统和丰富的传感器，无需标定，维护成本低、初始化设置简单。

为实现以上目的，本发明提供一种基于智能后视镜的车道偏离预警系统，包括：OBD(车载诊断系统)车辆测速模块和集成化智能后视镜；

所述的OBD车辆测速模块，安装在车辆的专用OBD接口上，将车辆的速度信息传输给集成化智能后视镜；所述车道偏离预警系统根据当前车辆的速度打开或关闭集成化智能后视镜中的视频处理模块以节约有限的计算资源；

所述的集成化智能后视镜集成有安卓软件系统和硬件传感器，所述安卓软件系统用于安装视频采集模块、视频处理模块、用户可视化交互界面模块、语音和图形预警模块；所述硬件传感器包括摄像头、液晶显示屏、蜂鸣器、CPU、蓝牙；其中：

所述摄像头用于为所述视频采集模块提供采集的实时图像；

所述液晶显示屏幕和所述蜂鸣器用于给所述用户可视化交互界面模块、所述语音和图形预警模块提供屏幕显示以及语音警告；

所述CPU用于给所述视频处理模块提供计算支持；

所述蓝牙用于接收所述OBD车辆测速模块采集的车辆速度信息；

所述视频采集模块用于读取摄像头实时图像，并将摄像头采集到的车辆前方道路的原始视频图像数据传输到视频处理模块；

所述视频处理模块对视频采集模块传输的原始视频图像数据进行预处理，并采用基于时空图的车道标识检测算法，以检测出车辆当前行驶的车道位置，从而判断车道与车辆的相对位置，进而判断车辆是否存在偏离行驶车道的趋势；

所述用户可视化交互界面模块，用于驾驶员与所述车道偏离预警系统的人机交互，驾驶员通过用户可视化交互界面模块设置预警阈值、预警级别；

所述语音和图形预警模块，根据视频处理模块的检测结果，如果车辆偏离了当前车道，以语音、醒目图形的方式呈现于蜂鸣器和液晶显示屏幕，起到警告驾驶员的目的。

优选地，所述的视频采集模块，采用位于集成化智能后视镜背部(以液晶显示屏镜面为正面)的摄像头，摄像头正对道路前方，用于实时采集前方道路的视频图像数据。

优选地，所述的视频处理模块，采用基于时空图的车道标识检测算法来识别当前行驶的车道；所述基于时空图的车道标识检测算法通过图像预处理、时空图生成、时空图对准、车道线检测的方法完成感知任务。

优选地，当所述OBD车辆测速模块测得的当前车速大于设定阈值时，所述车道偏离预警系统打开；当所述OBD车辆测速模块测得的当前车速低于设定阈值时，所述车道偏离预警系统关闭，以节省有限的计算资源，亦保证车道标识识别的准确率。

优选地，所述的用户可视化交互界面模块，提供多种人性化设置供驾驶员选择；包括：

预警方式，选择语音和醒目图形两者的任意组合方式；

预警级别，设置为高、中、低三种级别，当设置为高等级时，驾驶员一旦偏离车道中心线位置，即触发预警。

优选地，所述的语音和图形预警模块，通过安装在集成化智能后视镜反光面后方的蜂鸣器以及智能后视镜反光面的液晶显示屏，在车辆偏离当前行驶车道的危险情况发生时，以语音和醒目图形两者的任意组合方式警示驾驶员。

优选地，所述车道偏离预警系统实现平台为安卓设备。

与现有技术相比，本发明具有如下的有益效果：

1、本发明基于安卓软件平台和智能后视镜硬件平台开发，结合现有的图像处理技术，实现车道偏离预警系统；

2、本发明基于安卓软件平台，可拓展性强，可以在本发明的基础上增加其他高级驾驶辅助功能；

3、本发明高度集成化、轻便易于安装，无须修改车体的机械结构，仅需将智能后视镜安装在原后视镜位置(卡扣安装)；

4、本发明通过蓝牙无线OBD模块采集了车辆实时的行驶状态信息，以速度为阈值，打开或关闭预警系统，从而实现了节约计算资源的目的；

5、本发明对于摄像头的安装没有严格要求，不需要固定位置，也不需要对其进行参数标定。

本发明所述系统基于安卓平台，具有无需标定、易于安装、拓展性强、成本低廉、高度集成的优点，其中无需标定的优点由基于时空图的车道标识检测算法决定。

附图说明

通过阅读参照以下附图对非限制性实施例所作的详细描述，本发明的其它特征、目的和优点将会变得更明显：

图1为本发明一实施例的系统架构示意图；

图2为本发明一实施例的集成化智能后视镜在车内安装示意图。

具体实施方式

下面结合具体实施例对本发明进行详细说明。以下实施例将有助于本领域的技术人员进一步理解本发明，但不以任何形式限制本发明。应当指出的是，对本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进。这些都属于本发明的保护范围。

如图1所示，一种基于智能后视镜的车道偏离预警系统，包括OBD车辆测速模块和智能后视镜模块；

所述的OBD车辆测速模块，安装在车辆的专用OBD接口上，通过蓝牙无线传输的方法将车辆的速度信息传输给智能后视镜模块；所述车道偏离预警系统根据当前车辆的速度打开或关闭集成化智能后视镜中的视频处理模块以节约有限的计算资源；

所述的智能后视镜模块集成有安卓软件系统和硬件传感器，所述安卓软件系统用于安装视频采集模块、视频处理模块、用户可视化交互界面模块、语音和图形预警模块；所述硬件传感器包括摄像头、液晶显示屏、蜂鸣器、CPU、蓝牙；其中：

所述摄像头用于为所述视频采集模块提供采集的实时图像；

所述液晶显示屏幕和所述蜂鸣器用于给所述用户可视化交互界面模块、所述语音和图形预警模块提供屏幕显示以及语音警告；

所述CPU用于给所述视频处理模块提供计算支持；

所述蓝牙用于接收所述OBD车辆测速模块采集的车辆速度信息；

所述视频采集模块用于读取摄像头实时图像，并将摄像头采集到的车辆前方道路的原始视频图像数据传输到视频处理模块；

所述视频处理模块对视频采集模块传输的原始视频图像数据进行预处理，并采用基于时空图的车道标识检测算法，以检测出车辆当前行驶的车道位置，从而判断车道与车辆的相对位置，进而判断车辆是否存在偏离行驶车道的趋势；

所述用户可视化交互界面模块，用于驾驶员与所述车道偏离预警系统的人机交互，驾驶员通过用户可视化交互界面模块设置预警阈值、预警级别；

所述语音和图形预警模块，根据视频处理模块的检测结果，如果车辆偏离了当前车道，以语音、醒目图形的方式呈现于蜂鸣器和液晶显示屏幕，起到警告驾驶员的目的。

本实施例中，所述安卓设备安装在所述智能后视镜模块中，如图2所示，智能后视镜模块的显示屏幕为防眩光材质，在安卓设备关闭屏幕时，可以起到镜面的效果。

本实施例中，所述视频采集模块使用的是位于智能后视镜模块背部(以镜面为正面)的单目摄像头，其最高支持的分辨率为1920×1080，本实施例中设定为640×480，所采集的视频帧率为30帧/秒。通过安卓软件平台，将单目摄像头采集到的车辆前方的道路视频图像数据传输给视频处理模块。

本实施例中，所述视频处理模块获得由视频采集模块传输的视频图像数据，通过基于时空图的车道标识检测算法，得到当前的车道位置信息并判定是否偏离了行驶的车道；具体的：

首先，对于图像底部设定不少于4条横向扫描线，在本实施例中为7条横向扫描线，扫描线的间隔对应地面坐标系的等间隔分布。对于一条扫描线而言，建立对应于该扫描线的时空图；时空图融合了当前图像帧和之前连续多帧图像的特征，每一帧图像的扫描线(像素点)纵向叠加，就形成了一幅时空图；基于车辆不会发生突然转向的假设，根据梯度变化信息对时空图进行对准，使得时空图中两条车道线近似修正为一条直线；由此，在原有时空图的基础上，每一条历史扫描线都会产生横向上的偏移，生成对准时空图；

然后，在对准时空图的基础上进行车道线的检测：

1、预处理对准时空图，进行高斯模糊和二值化处理，将亮度高的像素转换成白色的点；

2、使用Hough变换检测直线，两条直线和顶部扫描线(对应最新视频帧)的交点，即为这条扫描线上的左车道线特征点和右车道线特征点。

对于每条扫描线均做以上处理，根据7条横向扫描线对应对准时空图的检测结果，可以得到在原始图像平面上的7对车道线特征点；分别对左右两条车道线的7个点，进行多项式曲线拟合，得到车道线检测的结果。

有了车道线检测结果，根据历史帧的结果，可以得出车辆行驶的横向变化趋势，从而判定车辆是否偏离了当前车道。

本实施例中，所述OBD车辆测速模块与车辆的通用OBD接口连接，并内置蓝牙无线传输模块，用于将车辆的速度信息传输给车道偏离预警系统。如果速度大于设置的阈值，则开启车道偏离预警系统；如果速度低于设置的阈值，则关闭车道偏离预警系统，以节约有限的计算资源，并保证系统的预警准确率。

本实施例中，所述用户可视化交互界面模块，提供给驾驶员几个基本的设置选项：

1、预警等级——高、中、低：不同驾驶员的驾驶习惯不同，因此提供预警等级供驾驶员设置；预警等级设置得越高/低，那么对于车道偏离的判定越严格/宽松。

2、预警方式——醒目图形、蜂鸣器：用户可以选择预警的方式，两种提示方式用户可以自主选择，可以双选，但不可以不选。

3、预警阈值——速度：手动设置速度阈值，一方面OBD车辆测速模块会将速度信息以无线蓝牙的方式传输给车道偏离预警系统，另一方面根据用户手动设置的速度阈值(默认为60km/s)，将两者进行比对，如果当前车速大于设定的阈值，则会开启车道偏离预警系统，进行正常的预警；反之，则会关闭车道偏离预警系统。

本实施例中，所述语音和图形预警模块，根据用户可视化交互界面模块中的设置，如果选择醒目图形，则会打开语音和图形预警模块中的图形预警模块，在预警时全屏幕显示一张红底白字的图片，选择红色因为红色对人眼睛的警示效果最好；如果选择蜂鸣器，则会打开语音和图形预警模块中的语音预警模块，在预警时从设置于智能后视镜模块背面(以镜面为正面)的蜂鸣器发出语音警报声。

本发明所述的视频处理模块、用户可视化交互界面模块、语音和图形预警模块集成为一个具有可视化用户界面的软件，安装并运行在集成化智能后视镜的安卓系统环境中。

本发明所述的集成化智能后视镜的安装位置没有硬性要求，无需对摄像头进行标定操作，所述车道偏离预警系统即可正常运行。

以上对本发明的具体实施例进行了描述。需要理解的是，本发明并不局限于上述特定实施方式，本领域技术人员可以在权利要求的范围内做出各种变形或修改，这并不影响本发明的实质内容。