一种基于双目摄像头的车道偏离检测系统及方法与流程

本发明涉及汽车交通安全防护领域，特别涉及一种基于双目摄像头的车道偏离检测系统与方法。

背景技术：

随着汽车工业的日益发展，汽车越来越成为社会生产与日常生活中的重要组成部分。与此同时，汽车的安全问题也逐渐成为人们关注的焦点，各种汽车安全新技术层出不穷，车道偏离预警系统便应运而生。在汽车高速行驶时，车道偏离系统能有效地减少交通事故发生的机率，是一项值得大力研究和推广的汽车安全技术。基于视觉系统的车道偏离预警系统由于其成本低、运用范围广、实现方便等诸多优点优先得到了最为广泛的应用。现有的技术成果中，存在各种形式的设计，但也都存在各自的不足。

例如，中国专利申请号为20071013321.9的技术方案，它主要通过CCD摄像机得到模拟信号，然后经过模数转化芯片得到数字信号，采用了DSP作为其核心处理器。在该方案中，采用DSP作为处理芯片，DSP虽然在处理数字信号的能力上有一定的增强，但是DSP基于哈佛串行计算结构的本质并没有改变，运算的时间随着数据量的增大而成指数增长，难以满足在实时性要求较高的场合使用；而且，模拟信号到数字信号的转换也需要额外的时间。

再比如，中国专利申请号为201010033968.6的技术方案，是一种基于并行处理的快速车道线检测装置，其通过构造并行的处理单元(PE)阵列和两个专用的精简指令集(RISC)微处理器系统来实现快速的车道线检测。这个装置的好处是效率很高，但是缺乏通用性，算法的实现受制于硬件的结构，没有办法对图像处理算法进行更新。

再比如，专利号CN101794367A的一种车道偏离预警装置及预警方法，需要加装车辆横摆角加速度传感器。这个装置额外增加了车道线检测控制的复杂度。

并且，目前国内基于机器视觉的车道偏离预警系统的设计中，多数采用单目摄像头进行检测，此设计方案难以满足在可靠性、稳定性要求较高的的场合使用。

技术实现要素：

本发明目的在于提供一种实时性好、稳定性高的基于双目摄像头的车道偏离检测系统及方法。

为实现上述目的，采用了以下技术方案：本发明所述系统主要包括双目摄像头、图像处理器、微控制器、报警提示器、电源模块、存储器模块，所述双目摄像头包括第一摄像头A和第二摄像头B，第一摄像头用于获取道路的第一图像信息，第二摄像头用于获取道路的第二图像信息；所述图像处理器包括第一图像处理器a和第二图像处理器b，第一图像处理器a与第一摄像头A连接用于对第一图像信息进行处理并获得第一道路特征信息，第二图像处理器b与第二摄像头B连接用于对第二图像信息进行处理并获得第二道路特征信息；第一图像处理器a和第二图像处理器b分别与微控制器的信号输入端连接；微控制器的信号输出端与报警提示器连接；存储器模块与微控制器连接用于存储第一道路特征信息和第二道路特征信息；电源模块与微控制器连接为系统提供电能。

其中，所述第一摄像头A和第二摄像头B位于同一水平线上。

本发明所述检测方法包括以下步骤：

步骤1，利用第一摄像头A和第二摄像头B获取道路的第一图像信息和第二图像信息；

步骤2，利用第一图像处理器a和第二图像处理器b分别对第一图像信息和第二图像信息进行特征提取，获取第一道路特征信息和第二道路特征信息；

步骤3，通过串行通信协议发送、接收道路特征信息，将第一道路特征信息和第二道路特征信息发送至微控制器；

步骤4，微控制器计算第一道路特征信息和第二道路特征信息的差异度，将差异度与预先设定的阀值进行比较，判断获取的道路特征信息是否正确；

若差异度小于或等于预先设定的阀值，则第一道路特征信息和第二道路特征信息为正确信息，进而判断车辆是否发生了车道偏离；

若差异度大于预先设定的阀值，则第一道路特征信息和第二道路特征信息为错误信息，不能检测车辆是否发生了车道偏离；

步骤5，在第一道路特征信息和第二道路特征信息为正确信息的情况下，依据左右两侧车道标志线角度之和的变化来判断车辆是否发生偏离；若发送偏离，则报警提示器发出声光报警信号。

进一步的，步骤2中，对第一图像信息和第二图像信息进行特征提取，首先对第一图像信息和第二图像信息进行预处理；然后对预处理后的第一图像信息和第二图像信息进行边缘检测；最后对边缘检测后的第一图像信息和第二图像信息进行特征提取，获取第一道路特征信息和第二道路特征信息。

进一步的，串行通信协议包括帧头、载荷帧、帧尾；

所述帧头包括：开始帧、目的地址、源地址；

所述载荷帧包括：帧长度、数据/响应、待传输信息；

所述帧尾包括两部分：校验帧、结束帧。

与现有技术相比，本发明具有如下优点：本发明设置了两个摄像头，设定了数据包中数据的格式，添加了帧头、帧尾，提高了通信数据传输的速度，增强了通信数据传输的稳定性和安全性，能够更准确的检测出车道线、更实时的判断车辆是否发生了车道偏离。

附图说明

图1是本发明系统的架构图。

图2是本发明方法的流程图。

图3本发明方法的图像差异度比较流程图。

图4是本发明方法的串行通信的数据包格式。

图5是本发明方法具体实施方案的串行通信的数据包格式。

具体实施方式

下面结合附图对本发明做进一步说明：

如图1所示，本发明所述系统主要包括双目摄像头、图像处理器、微控制器、报警提示器、电源模块、存储器模块，所述双目摄像头包括第一摄像头A和第二摄像头B，第一摄像头用于获取道路的第一图像信息，第二摄像头用于获取道路的第二图像信息；所述图像处理器包括第一图像处理器a和第二图像处理器b，可以为FPGA(Field－Programmable Gate Array，现场可编程门阵列)等，第一图像处理器a与第一摄像头A连接，并对第一图像信息进行图像滤波、边缘检测、特征提取得到第一道路特征信息；第二图像处理器b与第二摄像头B连接，并对第二图像信息进行图像滤波、边缘检测、特征提取得到第二道路特征信息；第一图像处理器a和第二图像处理器b分别与微控制器的信号输入端连接，微控制器可以是ARM等；微控制器的信号输出端与报警提示器连接；存储器模块与微控制器连接用于存储第一道路特征信息和第二道路特征信息；电源模块与微控制器连接为系统提供电能。

其中，所述第一摄像头A和第二摄像头B位于同一水平线上，间距为0.1米和0.4米之间。

如图2所示，本发明所述检测方法包括以下步骤：

步骤1，利用第一摄像头A和第二摄像头B获取道路的第一图像信息和第二图像信息；

步骤2，图像处理器a接收道路的第一图像信息，对获取的图像进行图像灰度值滤波、中值滤波、对比度增强等预处理；图像处理器b接收道路的第二图像信息，对获取的图像进行图像灰度值滤波、中值滤波、对比度增强等预处理；对预处理后图像信息，运用优化的的sobel算法进行边缘检测及相关处理；对预处理后得到的图像信息，运用优化的Hough算法，利用第一图像处理器a和第二图像处理器b分别对第一图像信息和第二图像信息进行特征提取，获取第一道路特征信息和第二道路特征信息；

步骤3，通过串行通信协议发送、接收道路特征信息，将第一道路特征信息和第二道路特征信息发送至微控制器；

步骤4，微控制器对图像处理器a和b发送回来的道路特征信息进行计算对比，如图3所示，得出道路特征信息的差异值Y,并将差异值Y与预先设置的阀值X进行比较；若差异值Y小于或等于预先设置的阀值X，则当前两幅图像的道路特征信息具有真实性、准确性，并取其中一幅道路特征信息进行车道偏离检测，并给出相应的声音、灯光等警示信息，完成判断；若差异值Y大于预先设置的阀值X，表明两幅图像的道路信息相近，判断为识别不准确，结束判断。

步骤5，在第一道路特征信息和第二道路特征信息为正确信息的情况下，依据左右两侧车道标志线角度之和的变化来判断车辆是否发生偏离；若发送偏离，则报警提示器发出声光报警信号。

本发明中，微控制器通过特定的串行通信协议接收两个图像处理器发送回来的道路特征信息，特定的通信协议主要指用于发送或接收的数据包，如图4所示，其包括帧头、载荷帧、帧尾：

所述帧头包括三部分：开始帧、目的地址、源地址，所述开始帧为1字节连续高电平“1”，用于表示数据包传输的开始；所述目的地址为1字节表示数据包的接收方；所述源地址为1字节表示数据包的发送方；

所述载荷帧包括三部分：帧长度、数据/响应、待传输信息，所述帧长度为1字节表示载荷帧的长度；所述数据/响应为1字节表示传输的具体数据/响应；所述待传输信息，用于表示数据/响应对应要传输的信息内容，其长度根据数据/响应类型不同而变化；

所述帧尾包括两部分：校验帧、结束帧，所述校验帧为1字节的CRC8校验码，用于进行数据包传输的校验以判断数据包传输是否正确；所述结束帧为1字节连续高低电平“10”，用于表示数据包传输的结束。

本发明中，图像处理器发送数据包给微控制器包含以下步骤：

步骤一：图像处理器获取图像信息并进行图像滤波、边缘检测、特征提取等操作后，获得图像的道路特征信息，将其寄存在存储器中；

步骤二：按照数据包的传输格式，为图像的道路特征信息，即载荷帧加上帧头和帧尾，所述载荷帧加上帧头即在载荷帧前加上1字节连续的高电平“1”开始帧、1字节目的地址、1字节源地址；所述载荷帧加上帧尾即在载荷帧后面加上1字节的CRC8校验码、1字节连续高低电平“10”结束帧。最后，将数据包发送至串行通信接口。

本发明中，微控制器接收图像处理器发送的数据包包含以下步骤：

步骤一：微控制器通过串行通信接口连续检测到1字节高电平“1”表示成功检测到开始帧，接着进行接收目的地址，判断目的地址是否符合本地地址，若符合，进一步接收剩余的数据包，当成功连续检测到1字节的高低电平“10”时，表示成功接收完数据包；若不符合，停止接收该数据，并进行等待下一次数据包的判断接收。

步骤二：微控制器对接收到的数据包进行CRC8校验，若CRC8校验错误，则发送响应信号通知图像处理器CRC8校验错误，并且丢弃所读取的数据包，图像处理器接收到该错误响应信号之后，需要重新发送该数据包；若CRC8校验正确，则发送响应信号通知图像处理器CRC8校验正确，并且对所读取的数据包进行相关处理操作，图像处理器接收到正确响应之后，可以继续发送新的数据包。

为了更加通俗的理解上述通信步骤，下面结合实际例子进行说明：

假设帧长度为4字节(0000_0100),命令为0000_0010,目的地址为0000_1010,源地址为1010_0101待传输的信号为0001_0001、0010_0010。图像处理器得到传输信号后0001_0001、0010_0010，首先开始添加开始帧1111_1111、目的地址0000_1010、源地址为1010_0101，然后计算并添加CRC8校验码0110_0111，最后添加结束帧1010_1010,最后的数据包格式如图5所示。

同样，微控制器发送给图像处理器的数据包的格式和图5相同，在此不在赘述。

以上所述的实施例仅仅是对本发明的优选实施方式进行描述，并非对本发明的范围进行限定，在不脱离本发明设计精神的前提下，本领域普通技术人员对本发明的技术方案做出的各种变形和改进，均应落入本发明权利要求书确定的保护范围内。