一种基于机器视觉的车道偏离警告系统及方法
【专利摘要】一种基于机器视觉的车道偏离警告系统，包括接口处理单元、前视摄像头、数字信号处理单元和电源模块，前视摄像头安装在汽车前挡风玻璃中上部不遮挡司机视线且雨刮可清洁到的位置，采集汽车前方图像，并将图像传输给数字信号处理单元，数字信号处理单元智能决策车辆是否将要偏离车道，经数字信号处理单元处理后的图像信息传输给接口处理单元，接口处理单元控制报警装置工作，电源模块给其他模块供电。其采用先进的视觉模式识别算法，结合高速数字信号处理器对安装在车上的摄像头行车路况分析，可以在预测到车辆将要偏离车道，但司机实际并无意识这样做的情况下向驾驶员发出视觉、听觉或触觉方面的警告，以提示司机注意安全行驶，有效减少事故发生。
【专利说明】一种基于机器视觉的车道偏离警告系统及方法
【技术领域】
[0001]本发明公开一种车辆警告系统，特别是一种基于机器视觉的车道偏离警告系统及方法。
【背景技术】
[0002]随着汽车产业的逐渐发展，汽车保有量日益增加，汽车给人们生活带来的方便与快捷不言而喻，汽车行业的蓬勃发展给经济带来很大的贡献，但同时也产生一系列社会问题，其中交通事故是最严重的问题。据统计，2011年中国共发生210812起，死亡人数:62387人。其中绝大部分事故的起因是司机鲁莽驾驶，不遵守交通规则所致，此中很大一部分是司机在驾驶过程中跨越两个车道造成的，虽然公路上设有车道警示线，然而在驾驶过程中，车辆是否压线，完全凭借司机的驾驶经验判断，极为不准确。
【发明内容】
[0003]针对上述提到的现有技术中的汽车驾驶过程中容易压线，造成交通事故的缺点，本发明提供一种新的基于机器视觉的车道偏离警告系统及方法，其采用先进的计算机视觉模式识别算法，结合高速数字信号处理器对安装在车上的摄像头行车路况实时分析，可以在预测到车辆将要偏离车道，但司机实际并无意识这样做的情况下向驾驶员发出视觉、听觉或触觉方面的警告，以提示司机注意安全行驶，有效减少事故发生。
[0004]本发明解决其技术问题采用的技术方案是:一种基于机器视觉的车道偏离警告系统，系统包括接口处理单元、前视摄像头、数字信号处理单元和电源模块，所述的前视摄像头安装在汽车前挡风玻璃中上部不遮挡司机视线且雨刮可清洁到的位置，采集汽车前方图像，并将图像传输给数字信号处理单元，数字信号处理单元智能决策车辆是否将要偏离车道，经数字信号处理单元处理后的图像信息传输给接口处理单元，接口处理单元控制报警装置工作，电源模块给其他模块供电。
[0005]一种采用上述的系统实现基于机器视觉的盲点车辆检测及警告方法，该方法包括下述步骤:
[0006]A、点火:系统上电；
[0007]B、在汽车未行走前或速度过低系统进入空闲模式，此时并不会启动车道偏离警告功能；
[0008]C、脱离空闲状态后，系统检测示宽灯开关状态，若示宽灯没开，摄像头进入日间模式；
[0009]D、若示宽灯开启，则进入夜视模式；
[0010]E、系统开启摄像头对路况实时采集并根据光线强弱进行AGC，并对失真的图像进行矫正，把采集到的信息以25帧每秒或30帧每秒传送到数字信号处理单元；
[0011]F、数字信号处理单元把收到的视频信号转化为RGB格式的彩色图片；
[0012]G、YUV编码:把RGB格式的图像经过矩阵变换电路转化为YUV格式:得到亮度信号Y和两个色差信号R-Y，即U、B-Y,即V，把亮度信号Y和色度信号U、V分离；
[0013]H、图像分解为上下两份，处理的时候仅保留下半部分作为计算使用；
[0014]1、模式分析:确认天气状况；
[0015]J、若雨刮器系统或雾灯系统开启，系统将分析为雨、雾、雪天气，此时采用数字滤波器进行图像降噪；若雨刮器系统或雾灯系统无开启，直接进入K流程；
[0016]K、车道识别分析:采用Hough变换算法，对车道进行边缘检测识别:若检测到有车道则进入车道偏离识别流程L ;否则若没有车道，系统进入空闲状态；
[0017]L、车道偏离识别:
[0018]对识别出来的车道进行分析，以I像素为单位，当Xl > α且Θ I大于β度时，车道偏离左车道；
[0019]当Χ2小于α ’，且Θ 2大于β ’时车道偏离右车道；
[0020]其中α，β，α ’，和β ’的值根据不同车型，不同安装位置校正时设定；
[0021]若车辆没偏离车道，这返回空闲状态重新检测；
[0022]若检测到车道偏离，进入到步骤M ；
[0023]Μ、当车道即将偏离时，检测转向灯开关状态:
[0024]若相应方位的转向灯开启，则认为是司机主动切换线路，则返回空闲状态；
[0025]反之，若无开启相应方位转向灯，则认为司机无意识切线；
[0026]N、方向盘倾角检测:辅助分析车辆是否有转向行为；
[0027]O、若系统分析结果为无意识切线，则根据不同的危险等级发出声音、图像或震动
警告信号。
[0028]本发明解决其技术问题采用的技术方案进一步还包括:
[0029]本发明的有益效果是:本发明采用先进的计算机视觉模式识别算法，结合高速数字信号处理器对安装在车上的摄像头行车路况实时分析，可以在预测到车辆将要偏离车道，但司机实际并无意识这样做的情况下向驾驶员发出视觉，听觉或触觉方面的警告，以提示司机注意安全行驶，有效减少事故发生。
[0030]下面将结合附图和【具体实施方式】对本发明做进一步说明。
【专利附图】
【附图说明】
[0031]图1为本发明系统方框图。
[0032]图2为本发明安装结构示意图。
[0033]图3为本发明计算方法示意图。
[0034]图4为本发明系统流程图。
[0035]图中，1-车体，2-前视摄像头，3-警告面板，4-道路，5-Hough变换后的道路路线标
O
【具体实施方式】
[0036]本实施例为本发明优选实施方式，其他凡其原理和基本结构与本实施例相同或近似的，均在本发明保护范围之内。
[0037]请参看附图1和附图2，本发明中的基于机器视觉的车道偏离警告系统，包括接口处理单元、前视摄像头2、数字信号处理单元和电源模块，前视摄像头2安装在汽车车体I前挡风玻璃中上部不遮挡司机视线且雨刮可清洁到的位置，采集汽车前方图像，并将图像传输给数字信号处理单元，数字信号处理单元智能决策车辆是否将要偏离车道，经数字信号处理单元处理后的图像信息传输给接口处理单元，接口处理单元控制报警装置工作，电源模块给其他模块供电，本实施例中，电源模块为电源接口，电源接口与汽车电源连接，通过汽车电源(即汽车电池，12V或24V)给系统供电。本实施例中，单片机接口处理单元通过I/O 口或CAN bus总线与汽车内的传感器连接，获取车辆信息，本实施例中，需要获取的信号包括:(1)转向灯开关:用于分析是否为司机主动转向；(2)车速信号:用于决策系统的激活或睡眠模式；(3)方向盘角度:辅助分析车辆是否转向；(4)示宽灯信号:用于识别日/夜模式切换；(5)雾灯信号:用于识别雾天气模式；(6)雨刮信号:用于识别雨天气并切换模式；(7)点火信号:用于识别车辆启动是否点火。本实施例中，数字信号处理单元采用DSP高速数字信号处理器，DSP高速数字信号处理器通过安装在汽车车体I前挡风玻璃中上部不遮挡司机视线且雨刮可清洁到的位置的前视摄像头2获取行车中的路况影像，结合车速信息进行复杂的机器视觉识别，智能决策车辆是否将要偏离车道。DSP高速数字信号处理器会根据车辆偏移情况使单片机接口处理单元通过CAN bus总线发送不同等级的警告信息给警告面板3，独立的警告面板3在收到警告信息后将在面板上向驾驶员显示不同的警告信肩、O
[0038]本发明通过线束和连接器连接到电源和警告面板3。用户只需插上连接器即可，SP插即用无需进行复杂设置，方便快捷。
[0039]请参看附图4，本发明的基于机器视觉的车道偏离警告的方法包括下述步骤:
[0040]A、点火:系统上电；
[0041]B、上电后由于车子未动，或速度过低无需启动车道偏离警告功能，从而系统进入空闲状态；当速度高于10KPH(即10千米每小时，本发明中将其定义为车子动与不动的分界线)时系统脱离空闲状态；
[0042]C、脱离空闲状态后，系统检测示宽灯开关状态，若示宽灯没开，则摄像头进入日间模式；
[0043]D、若示宽灯开启，则摄像头进入夜视模式；
[0044]E、系统开启摄像头对路况实时采集并根据光线强弱进行AGC(即制动增益控制)，并对失真的图像进行矫正(本实施例中，AGC和图像矫正由摄像头模块自动完成)，并把采集到的信息以25帧每秒(PAL制式)或30帧每秒(NTSC制式)传送到DSP处理器；
[0045]F、DSP处理器把收到的视频信号转化为RGB格式的彩色图片；
[0046]G、YUV编码:把RGB格式的图像经过矩阵变换电路转化为YUV格式:得到亮度信号Y和两个色差信号R-Y (即U)、B-Y (即V)，把亮度信号Y和色度信号U、V分离，如果只有Y信号分量而没有U、V信号分量，那么则表示的图像就是黑白灰度图像；
[0047]H、图像分解为两份:由于摄像头采集到的图片有用信息为:车道在图像下半部分，为减少运算器的计算量，降低上半部分数据产生的车道分析(即步骤K)误判干扰，本实施例中，把图片分为上下两部分，处理的时候仅保留下半部分作为计算使用；
[0048]1、模式分析:确认天气状况:晴、雨、雾、雪、等；
[0049]J、若雨刮器系统或雾灯系统开启，系统将分析为雨、雾、雪天气，此时由于雨雾雪阻挡视线，导致图面不清晰，需要采用数字滤波器进行图像降噪，若无开启，这直接进入K流程；
[0050]K、车道识别分析:采用Hough变换算法，对车道进行边缘检测识别，若检测到有车道则进入车道偏离识别流程L ;否则若没有车道，系统进入空闲状态；
[0051]L、车道偏离识别:
[0052]请参看附图3，本发明中对识别出来的车道进行分析，以I像素为单位，当Xl > α且Θ I大于β度时，则说明车道偏离左车道，
[0053]当Χ2小于α ’，且Θ 2大于β ’时车道偏离右车道；
[0054]本实施例中，Xl是左车道的延长线与图像底线的交点到图像左侧边缘的距离，Χ2是右车道延长线与图像底线的交点到图像左侧边缘的距离，Θ I是左车道的延长线与图像底线的夹角，Θ 2是右车道延长线与图像底线的夹角，α为车辆正常行驶时，左车道的延长线与图像底线的交点到图像左侧边缘的距离的最大极限值，β是车辆正常行驶时，左车道的延长线与图像底线的夹角的最大值，α ’为车辆正常行驶时，右车道的延长线与图像底线的交点到图像左侧边缘的距离的最小极限值和β ’是车辆正常行驶时，右车道的延长线与图像底线的夹角的最大值，α、β、α ’和β ’的值需根据实际安装校正时设定(根据不同车型，不同安装位置，其数字有所不同)；
[0055]若车辆没偏离车道，则返回空闲状态重新检测；
[0056]若检测到车道偏离，则进入到步骤M ；
[0057]Μ、当车道即将偏离时，检测转向灯开关状态:
[0058]若相应方位的转向灯开启，则认为是司机主动切换线路，则返回空闲状态；
[0059]反之，若无开启相应方位转向灯，则认为司机无意识切线；
[0060]N、方向盘倾角检测:辅助分析车辆是否有转向行为；
[0061]O、若系统分析结果为无意识切线，则根据不同的危险等级发出声音、图像、震动等警告信号，或三种信号同时发出。
[0062]本发明采用先进的计算机视觉模式识别算法，结合高速数字信号处理器对安装在车上的摄像头行车路况实时分析，可以在预测到车辆将要偏离车道，但司机实际并无意识这样做的情况下向驾驶员发出视觉，听觉或触觉方面的警告，以提示司机注意安全行驶，有效减少事故发生。
【权利要求】
1.一种基于机器视觉的车道偏离警告系统，其特征是:所述的系统包括接口处理单元、前视摄像头、数字信号处理单元和电源模块，所述的前视摄像头安装在汽车前挡风玻璃中上部不遮挡司机视线且雨刮可清洁到的位置，采集汽车前方图像，并将图像传输给数字信号处理单元，数字信号处理单元智能决策车辆是否将要偏离车道，经数字信号处理单元处理后的图像信息传输给接口处理单元，接口处理单元控制报警装置工作，电源模块给其他模块供电。
2.根据权利要求1所述的基于机器视觉的车道偏离警告系统，其特征是:所述的接口处理单元通过I/O 口或CAN bus总线与汽车内的传感器连接。
3.根据权利要求1所述的基于机器视觉的车道偏离警告系统，其特征是:所述的电源模块为电源接口，电源接口与汽车电源连接，通过汽车电源给系统供电。
4.一种采用如权利要求1或2或3所述的系统实现基于机器视觉的盲点车辆检测及警告方法，其特征是:所述的方法包括下述步骤: A、点火:系统上电； B、在汽车未行走前或速度过低系统进入空闲模式，此时并不会启动车道偏离警告功倉泛; C、脱离空闲状态后，系统检测示宽灯开关状态，若示宽灯没开，摄像头进入日间模式； D、若示宽灯开启，则进入夜视模式； E、系统开启摄像头对路况实时采集并根据光线强弱进行AGC，并对失真的图像进行矫正，把采集到的信息以25帧每秒或30帧每秒传送到数字信号处理单元； F、数字信号处理单元把收到的视频信号转化为RGB格式的彩色图片； G、YUV编码:把RGB格式的图像经过矩阵变换电路转化为YUV格式:得到亮度信号Y和两个色差信号R-Y，即U、B-Y,即V，把亮度信号Y和色度信号U、V分离； H、图像分解为上下两份，处理的时候仅保留下半部分作为计算使用； I、模式分析:确认天气状况； J、若雨刮器系统或雾灯系统开启，系统将分析为雨、雾、雪天气，此时采用数字滤波器进行图像降噪；若雨刮器系统或雾灯系统无开启，直接进入K流程； K、车道识别分析:采用Hough变换算法，对车道进行边缘检测识别:若检测到有车道则进入车道偏离识别流程L ;否则若没有车道，系统进入空闲状态； L、车道偏离识别: 对识别出来的车道进行分析，以I像素为单位，当Xl > α且Θ I大于β度时，车道偏离左车道； 当Χ2小于α ’，且Θ 2大于β ’时车道偏离右车道； 其中α，β，α ’，和β ’的值根据不同车型，不同安装位置校正时设定； 若车辆没偏离车道，这返回空闲状态重新检测； 若检测到车道偏离，进入到步骤M ; Μ、当车道即将偏离时，检测转向灯开关状态: 若相应方位的转向灯开启，则认为是可机主动切换线路，则返回空闲状态； 反之，若无开启相应方位转向灯，则认为司机无意识切线； N、方向盘倾角检测:辅助分析车辆是否有转向行为；O、若系统分析结果为无意识切线，则根据不同的危险等级发出声音、图像或震动警告信号。
5.根据权利要求4所述的方法，其特征是:所述的汽车未行走前为汽车时速小于IOKPH。
【文档编号】B60Q9/00GK103832357SQ201210486538
【公开日】2014年6月4日 申请日期:2012年11月23日 优先权日:2012年11月23日
【发明者】余曦 申请人:深圳华一汽车科技有限公司