專利名稱：一種客運(yùn)車輛車道偏離預(yù)警裝置及其判斷方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及客運(yùn)車輛駕駛安全領(lǐng)域，特別涉及一種客運(yùn)車輛車道偏離預(yù)警裝置及其判斷方法。
背景技術(shù)：
近年來，在我國公路運(yùn)輸業(yè)快速發(fā)展的同時(shí)，道路交通事故也居高不下，給社會(huì)造成了大量的人身傷亡和財(cái)產(chǎn)損失，公路客運(yùn)交通事故造成的社會(huì)影響尤為嚴(yán)重。客車駕駛員的駕駛行為是保障客運(yùn)車輛行駛安全的充要條件。而大多數(shù)公路客運(yùn)交通事故的主要直接原因是駕駛員的違章操作、疏忽大意或疲勞駕駛，這些行為不經(jīng)意間就會(huì)導(dǎo)致車輛偏離車道，從而引發(fā)交通事故。目前，客運(yùn)車輛針對車道偏離預(yù)警技術(shù)，僅僅是使用汽車行駛記錄儀，但是它的缺點(diǎn)是第一它采用非圖像的技術(shù)，精確度低；第二，它一般要與GPS監(jiān)管平臺(tái)結(jié)合使用，使用成本高，第三，它沒有駕駛員違規(guī)圖像存儲(chǔ)功能，當(dāng)交通事故發(fā)生時(shí)，不能很好的為交管部門提供判決依據(jù)。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于，在于提供一套適合客運(yùn)車輛的車道偏離預(yù)警裝置及其判斷方法，該車道偏離預(yù)警裝置采用圖像技術(shù)、控制精確度高、使用成本低、適合規(guī)?；茝V，還具有駕駛員違規(guī)圖像存儲(chǔ)功能，為交管部門提供判決依據(jù)。該裝置可以有效管理和規(guī)范公路客運(yùn)車輛駕駛?cè)说鸟{駛操作行為，切實(shí)提高公路客運(yùn)安全管理的科技含量與能力，進(jìn)而達(dá)到有效改善我國公路客運(yùn)安全性和提高公路客運(yùn)的營運(yùn)效益及保持行業(yè)可持續(xù)發(fā)展的目的。本發(fā)明的基本原理是通過使用CXD圖像傳感器在短時(shí)間內(nèi)拍攝前方環(huán)境的瞬時(shí)圖像，然后經(jīng)過圖像解碼芯片把圖像信號傳輸?shù)礁咚傩盘枖?shù)字處理器中，高速信號數(shù)字處理器通過程序判斷車輛是否已經(jīng)偏離車道，如果在轉(zhuǎn)向燈未開啟的情況下偏離車道，系統(tǒng)裝置將會(huì)通過使用發(fā)光二級管和蜂鳴器向駕駛?cè)诉M(jìn)行提示，為客運(yùn)車輛在道路上的安全行駛提供輔助幫助；此外，系統(tǒng)裝置還會(huì)把此時(shí)的駕駛?cè)笋{駛違規(guī)圖像傳輸?shù)酱鎯?chǔ)硬盤中，當(dāng)發(fā)生交通事故時(shí)，可以為交管部門提供判決依據(jù)。為了實(shí)現(xiàn)上述任務(wù)，本發(fā)明采取如下的技術(shù)解決方案一種客運(yùn)車輛車道偏離預(yù)警裝置，其特征在于，包括圖像采集模塊，主要由CXD傳感器和圖像解碼器組成，其中，C⑶傳感器安裝在車輛前部擋風(fēng)玻璃的內(nèi)側(cè)，斜指向前方的車道；轉(zhuǎn)向信號采集模塊，該轉(zhuǎn)向信號采集模塊采用單片機(jī)，用于從客運(yùn)車輛儀表盤下方的總線中讀取客運(yùn)車輛CAN總線里的轉(zhuǎn)向通斷信號；液晶顯示器，通過USB接口與高速數(shù)字信號處理器連接；存儲(chǔ)硬盤，用來存儲(chǔ)駕駛?cè)说倪`規(guī)圖像；
報(bào)警模塊，由發(fā)光二極管和蜂鳴器組成；高速數(shù)字信號處理器分別通過USB接口電連接圖像采集模塊和液晶顯示器的視頻線，通過I/O 口電連接轉(zhuǎn)向信號采集模塊、存儲(chǔ)硬盤以及報(bào)警模塊。上述客運(yùn)車輛車道偏離預(yù)警裝置用于客運(yùn)車輛車道偏離判斷方法，其特征在于， 包括以下步驟(I)CCD傳感器標(biāo)定首先制作標(biāo)定板，標(biāo)定板上設(shè)置標(biāo)定圖像，CCD傳感器拍攝標(biāo)定板，采集圖像進(jìn)行標(biāo)定，然后得到CCD傳感器的內(nèi)部參數(shù)以及外部參數(shù)；( 圖像采集CXD傳感器采集車道圖像，并將采集到的道路圖像通過圖像解碼器傳輸至高速數(shù)字信號處理器中；(3)圖像預(yù)處理將采集到的道路圖像進(jìn)行濾波，濾除部分隨機(jī)噪聲；(4)車道線提取利用閥值法對預(yù)處理后的圖像進(jìn)行分割，利用Sobel算子檢測車道邊緣，再利用 Hough變換算法實(shí)現(xiàn)車道線的提取；(5)車道偏離判斷依據(jù)車輛在當(dāng)前道路中的橫向位置和方向參數(shù)來判斷車輛是否偏離車道行駛，通過發(fā)光二極管和蜂鳴器提醒客運(yùn)車輛偏離車道行駛，并把違規(guī)駕駛圖像保存到存儲(chǔ)硬盤中。本發(fā)明的客運(yùn)車輛道路偏離預(yù)警裝置，體積小、操作簡單、產(chǎn)品制造成本價(jià)低，具有較大的市場競爭力?；谏鲜隹瓦\(yùn)車輛道路偏離預(yù)警裝置的車輛車道偏離判斷方法， 其道路圖像的處理及車道偏離的預(yù)警都是由高速數(shù)字信號處理器完成，可靠性以及智能性高，還可以把駕駛?cè)说鸟{駛違規(guī)圖像傳輸?shù)酱鎯?chǔ)硬盤中，當(dāng)發(fā)生交通事故時(shí)，可以為交管部門提供判決依據(jù)。


圖1為本發(fā)明的CXD傳感器安裝示意圖。圖2為本發(fā)明的硬件結(jié)構(gòu)示意圖。圖3為本發(fā)明建立的車輛在道路中坐標(biāo)系示意圖。圖中的標(biāo)記分別表示1、圖像采集模塊，2、金屬殼體，3、高速數(shù)字信號處理器，4、 單片機(jī)，5、液晶顯示器，6、報(bào)警模塊，7、存儲(chǔ)硬盤。以下結(jié)合附圖和實(shí)施例對本發(fā)明作進(jìn)一步的詳細(xì)說明。
具體實(shí)施例方式參照圖1，在客運(yùn)車輛車道偏離預(yù)警裝置中，本實(shí)施例的圖像采集模塊包括CXD傳感器和圖像解碼器，CCD傳感器與圖像解碼器相連接。其中，CCD傳感器依靠支架固定在車輛前部擋風(fēng)玻璃的內(nèi)側(cè)，CCD傳感器的安裝高度h為1.66米，傾斜角α為15. 4°，鏡頭朝向前方偏下(圖1中的標(biāo)記Z')。
高速數(shù)字信號處理器3、單片機(jī)4、液晶顯示器5、報(bào)警模塊6、存儲(chǔ)硬盤7分別通過螺栓固定在一個(gè)金屬殼體2內(nèi)，其中，報(bào)警模塊6由發(fā)光二極管和蜂鳴器組成，金屬殼體2 通過支架以及螺栓固定在客運(yùn)車輛儀表盤的上方。本實(shí)施例CXD傳感器采用1/4 “ SONY機(jī)器視覺專用的WAT-231S2工業(yè)攝像機(jī)，有效像素600萬，圖像解碼芯片的型號為TVP5145。圖像解碼器的輸出信號通過USB2. 0數(shù)據(jù)線與高速數(shù)字信號處理器3的VPl 口連接。參照圖2，本實(shí)施例中，高速數(shù)字信號圖像處理器的型號為TMS320DM642。液晶顯示器的型號為TVG-800。預(yù)警模塊6中的發(fā)光二極管的型號為SMD0805，蜂鳴器的型號為 CY-12055。存儲(chǔ)硬盤的型號為希捷ST500DM0027200。裝置的高速數(shù)字信號處理器3的VPO 口電連接液晶顯示器5的視頻線，高速數(shù)字信號處理器3有多個(gè)引腳，其中的GP0
腳電連接采集轉(zhuǎn)向信號的單片機(jī)4的PADO腳，高速數(shù)字信號處理器3的GPO [15]腳電連接報(bào)警模塊6的發(fā)光二級管，高速數(shù)字信號處理器3 的GPO [1 腳電連接報(bào)警模塊6的蜂鳴器，高速數(shù)字信號處理器3擴(kuò)展資源的標(biāo)準(zhǔn)IDE硬盤接口電連接存儲(chǔ)硬盤7。轉(zhuǎn)向通斷信號是從客運(yùn)車輛儀表盤下方的總線中讀取，經(jīng)過信號處理電路的濾波、放大后傳給MC9S12DGU8單片機(jī)，再通過RS232串行端口把采集到的轉(zhuǎn)向通斷信號發(fā)送到高速信號數(shù)字處理器5(TMS320DM642)中。本實(shí)施例中使用CCD圖像傳感器在短時(shí)間內(nèi)拍攝前方環(huán)境的瞬時(shí)圖像，然后經(jīng)過圖像解碼器把圖像信號傳輸?shù)礁咚傩盘枖?shù)字處理器5(TMS320DM642)中，高速信號數(shù)字處理器5通過程序判斷車輛是否已經(jīng)偏離車道，如果在轉(zhuǎn)向燈未開啟的情況下偏離車道，裝置將會(huì)通過使用發(fā)光二級管和蜂鳴器向駕駛?cè)诉M(jìn)行提示，為客運(yùn)車輛在道路上的安全行駛提供輔助幫助；此外，裝置還會(huì)把此時(shí)的駕駛?cè)笋{駛違規(guī)圖像傳輸?shù)酱鎯?chǔ)硬盤中，當(dāng)發(fā)生交通事故時(shí)，可以為交管部門提供判決依據(jù)。采用上述裝置實(shí)現(xiàn)客運(yùn)車輛車道偏離判斷方法，具體步驟如下(I)CCD傳感器標(biāo)定首先制作標(biāo)定板，標(biāo)定板上有標(biāo)定圖形，變換標(biāo)定位置，利用CCD傳感器采集的這些圖像進(jìn)行標(biāo)定，標(biāo)定圖形選用黑白相間的正方形方框，正方形的邊長為10cm，每個(gè)方向上共有5個(gè)方框，在CCD傳感器的可視范圍內(nèi)變換標(biāo)定板的位置，在不同位置采集標(biāo)定板圖像，然后將這些圖像導(dǎo)入到Math Works公司的數(shù)學(xué)處理軟件MATLAB2009b中進(jìn)行標(biāo)定，得到CCD傳感器的內(nèi)部參數(shù)和外部參數(shù)。CXD傳感器標(biāo)定得到的內(nèi)部參數(shù)主要有有效焦距f，扭曲系數(shù)fc及畸變系數(shù)kc， 這些參數(shù)反應(yīng)了攝像機(jī)本身所帶來的圖像畸變。攝像機(jī)標(biāo)定得到的外部參數(shù)有攝像機(jī)距地面高度h，與車側(cè)距離d，自轉(zhuǎn)角Y，俯仰角α。(2)圖像采集裝置開始工作后，CXD傳感器1采集車道圖像，并將采集到的車道圖像通過圖像解碼器和USB2. 0數(shù)據(jù)線實(shí)時(shí)傳輸?shù)礁咚贁?shù)字信號處理器5中，供高速數(shù)字信號處理器5進(jìn)行下一步的處理。(3)圖像預(yù)處理去除道路圖像中的無用點(diǎn)及干擾點(diǎn)。在實(shí)際的圖像獲取過程中，由于路面情況比較復(fù)雜，可能存在污跡、雜物干擾，將采集到的道路圖像進(jìn)行濾波，濾除部分隨機(jī)噪聲，因此需要用維納濾波法進(jìn)行圖像的噪聲處理，維納濾波可實(shí)現(xiàn)自適應(yīng)去噪。由于C⑶傳感器獲取的道路圖像對比度有時(shí)候會(huì)比較低，所以可以采用直方圖灰度變換來改善圖像的對比度，Matlab的圖像處理工具箱中有一個(gè)madjust灰度變換函數(shù)， 它可將圖像的灰度值重新進(jìn)行映射，使之填滿整個(gè)灰度值所允許的范圍(0，255)。(4)車道線提取對經(jīng)過圖像預(yù)處理的車道圖像進(jìn)行二值化處理，利用閥值分割法對預(yù)處理后的圖像進(jìn)行分割，用一個(gè)或幾個(gè)閥值將圖像的灰度直方圖分類，把灰度值在同一個(gè)范圍內(nèi)的像素歸為同一個(gè)物體。利用Sobel算子檢測車道邊緣，Sobel算子是一種將方向差分運(yùn)算與局部平均相結(jié)合的方法，具有一定的噪聲抑制能力，可以達(dá)到快速檢測車道線的目的，對于左右兩側(cè)的車道，采用Sobel算子分別對左右車道的水平進(jìn)行檢測，取定的Sobel算子如下
“1 0-Γ"-ι ο Γ
Sl =2 0-2Sr =-2 0 2-1 0-1-1 0 1再利用Hough變換算法實(shí)現(xiàn)車道線的提取，Hough變換將原始圖像中給定的曲線或直線變換成參數(shù)空間的一個(gè)點(diǎn)，把原始圖像中曲線或直線的檢測問題，變換成尋找參數(shù)空間中峰點(diǎn)的問題，直線的極坐標(biāo)方程如下ρ = xcos θ +ysin θ利用Hough變換將直線上的點(diǎn)(X，y)轉(zhuǎn)換成二維空間參數(shù)(P，θ )上的一個(gè)點(diǎn)， 接著將ρ-θ空間離散為許多個(gè)小格，落入小格的最多的點(diǎn)所在的小格對應(yīng)于參數(shù)空間 (P，Θ)的共同點(diǎn)，(P，Θ)是圖像空間的直線擬合參數(shù)，將獲得的直線擬合參數(shù)經(jīng)適當(dāng)?shù)淖儞Q到圖像坐標(biāo)系中以后，即是相對于圖像坐標(biāo)的直線方程，也就是在圖像坐標(biāo)系中的左右車道線的方程。(5)車道偏離判斷參照圖3，本實(shí)施例主要是依據(jù)車輛在當(dāng)前道路中的橫向位置和方向參數(shù)來判斷車輛是否偏離車道行駛，如圖3所示，建立實(shí)際的道路坐標(biāo)系，y軸是與左右車道標(biāo)識線平行且與左右車道標(biāo)識線距離相等的直線，車輛頭部所對應(yīng)的方向?yàn)檎较颍州S為過車輛前輪輪軸中點(diǎn)P并且與y軸垂直的直線。原點(diǎn)0為χ軸與y軸的交點(diǎn)。車輛在車道中的橫向位置參數(shù)&是指車輛前輪輪軸中心點(diǎn)P點(diǎn)的X坐標(biāo)值，P點(diǎn)在y軸右側(cè)時(shí)，X0為正；P點(diǎn)在y軸左側(cè)時(shí)，X0為負(fù)。車輛在車道中的方向參數(shù)是指y軸與車輛縱向中軸線的方向夾角為θ，當(dāng)車頭右偏時(shí)θ為正值，車頭左偏時(shí)θ為負(fù)值。參數(shù)&和θ可由提出的車道標(biāo)識線參數(shù)結(jié)合車載C⑶傳感器的一些參數(shù)信息經(jīng)過一些變換得到。根據(jù)車輛在當(dāng)前車道中的位置參數(shù)和方向參數(shù)后，可以得到如下的偏離車道預(yù)警模型當(dāng)滿足公式(1)時(shí)，觸發(fā)發(fā)光二極管和蜂鳴器報(bào)警，提醒客運(yùn)車輛偏離車道行駛， 偏離方向向右偏，并把此時(shí)的違規(guī)駕駛圖像存儲(chǔ)到硬盤中。
權(quán)利要求
1.一種客運(yùn)車輛車道偏離預(yù)警裝置，其特征在于，包括圖像采集模塊，主要由CCD傳感器和圖像解碼器組成，其中，CCD傳感器安裝在車輛前部擋風(fēng)玻璃的內(nèi)側(cè)，斜指向前方的車道；轉(zhuǎn)向信號采集模塊，該轉(zhuǎn)向信號采集模塊采用單片機(jī)，用于從客運(yùn)車輛儀表盤下方的總線中讀取客運(yùn)車輛CAN總線里的轉(zhuǎn)向通斷信號進(jìn)行處理；液晶顯示器，通過USB接口與高速數(shù)字信號處理器連接；存儲(chǔ)硬盤，用來存儲(chǔ)駕駛?cè)说倪`規(guī)圖像；報(bào)警模塊，由發(fā)光二極管和蜂鳴器組成；裝置的高速數(shù)字信號處理器3的VPO 口電連接液晶顯示器5的視頻線，高速數(shù)字信號處理器3的GPO
腳電連接采集轉(zhuǎn)向信號的單片機(jī)4的PADO腳，高速數(shù)字信號處理器3 的GP0[15]腳電連接報(bào)警模塊6的發(fā)光二級管，高速數(shù)字信號處理器3的GPO[13]腳電連接報(bào)警模塊6的蜂鳴器，高速數(shù)字信號處理器3擴(kuò)展資源的標(biāo)準(zhǔn)IDE硬盤接口電連接存儲(chǔ)硬盤7。
2.如權(quán)利要求1所述的客運(yùn)車輛車道偏離預(yù)警裝置，其特征在于，所述的CCD傳感器選擇WAT-231S2工業(yè)攝像機(jī)，所述的圖像解碼芯片的型號為TVP5145。
3.如權(quán)利要求1所述的客運(yùn)車輛車道偏離預(yù)警裝置，其特征在于，所述的轉(zhuǎn)向信號采集模塊的單片機(jī)型號為MC9S12DG128。
4.如權(quán)利要求1所述的客運(yùn)車輛車道偏離預(yù)警裝置，其特征在于，所述的高速數(shù)字信號圖像處理器的型號為TMS320DM642。
5.如權(quán)利要求1所述的客運(yùn)車輛車道偏離預(yù)警裝置，其特征在于，所述的液晶顯示器的型號為TVG-800。
6.如權(quán)利要求1所述的客運(yùn)車輛車道偏離預(yù)警裝置，其特征在于，所述的存儲(chǔ)硬盤的型號為希捷ST500DM002 7200。
7.如權(quán)利要求1所述的客運(yùn)車輛車道偏離預(yù)警裝置，其特征在于，所述的預(yù)警模塊中的發(fā)光二極管的型號為SMD0805，蜂鳴器的型號為CY-12055。
8.權(quán)利要求1所述客運(yùn)車輛車道偏離預(yù)警裝置用于客運(yùn)車輛車道偏離判斷方法，其特征在于，包括以下步驟(1)CCD傳感器標(biāo)定首先制作標(biāo)定板，標(biāo)定板上設(shè)置標(biāo)定圖像，CCD傳感器拍攝標(biāo)定板，采集圖像進(jìn)行標(biāo)定， 然后得到CCD傳感器的內(nèi)部參數(shù)以及外部參數(shù)；(2)圖像采集CCD傳感器采集車道圖像，并將采集到的道路圖像通過圖像解碼器傳輸至高速數(shù)字信號處理器中；(3)圖像預(yù)處理將采集到的道路圖像進(jìn)行濾波，濾除部分隨機(jī)噪聲；(4)車道線提取利用閥值法對預(yù)處理后的圖像進(jìn)行分割，利用Sobel算子檢測車道邊緣，再利用Hough 變換算法實(shí)現(xiàn)車道線的提??；(5)車道偏離判斷依據(jù)車輛在當(dāng)前道路中的橫向位置和方向參數(shù)來判斷車輛是否偏離車道行駛，通過發(fā)光二極管和蜂鳴器提醒客運(yùn)車輛偏離車道行駛，并把違規(guī)駕駛圖像保存到存儲(chǔ)硬盤中。
9.如權(quán)利要求8所述的方法，其特征在于，所述的車道偏離判斷是基于車輛在道路中的橫向位置和方向參數(shù)的模型。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種客運(yùn)車輛車道偏離預(yù)警裝置及其判斷方法。該客運(yùn)車輛車道偏離預(yù)警裝置，包括圖像采集模塊、轉(zhuǎn)向信號采集模塊、液晶顯示器、報(bào)警模塊、存儲(chǔ)硬盤以及高速數(shù)字信號處理器。高速數(shù)字信號處理器分別通過USB接口電連接圖像采集模塊中的CCD傳感器和液晶顯示器的視頻線，高速數(shù)字信號處理器通過I/O口電連接采集轉(zhuǎn)向信號的單片機(jī)、存儲(chǔ)硬盤以及報(bào)警模塊，其判斷方法是通過CCD圖像傳感器采集車道圖像，判斷車輛是否已經(jīng)偏離車道，如果在轉(zhuǎn)向燈未開啟的情況下偏離車道，系統(tǒng)裝置將會(huì)報(bào)警，同時(shí)會(huì)把此時(shí)的駕駛?cè)笋{駛違規(guī)圖像傳輸?shù)酱鎯?chǔ)硬盤中。
文檔編號B60W30/12GK102556066SQ201210057758
公開日2012年7月11日 申請日期2012年3月7日 優(yōu)先權(quán)日2012年3月7日
發(fā)明者喬潔, 劉永濤, 吳冰清, 楊煒, 楊猛, 蒲榮軍, 趙博博, 魏朗, 齊備 申請人:長安大學(xué)