專利名稱：基于光電導航的無人駕駛道路識別系統(tǒng)的制作方法
技術領域：
本發(fā)明涉及無人駕駛車輛的道路識別系統(tǒng)技術，更具體地，涉及一種基于光電導航的無人駕駛道路識別系統(tǒng)。
背景技術：
無人駕駛車輛是未來智能汽車的發(fā)展方向，尤其適合從事旅游、應急救援、長途高速客貨運輸、軍事用途等，具有可靠、安全、便利及高校的性能優(yōu)勢，能夠減少事故，彌補有人駕駛汽車的不足。發(fā)達國家從20世紀80年代就開始進行對無人駕駛技術的研究，國內在無人駕駛汽車的開發(fā)方面比國外稍晚。無人駕駛車開發(fā)的技術關鍵主要有兩方面:車輛定位和車輛控制。這兩方面相輔相成共同構成無人駕駛汽車的基礎。目前常用的定位技術包括磁導航和視覺導航等，而磁導航方法往往需要在道路埋設一定的導航設備(如磁釘、電線)，系統(tǒng)實施過程繁瑣且不易維護，路線固定且基礎設施要求高。然而，視覺導航是模擬駕駛員視覺，對道路環(huán)境進行計算分析并作出決策，自動調節(jié)車輛行駛狀態(tài)，因而被公認為是最有前景的定位方法。車輛控制技術是無人駕駛汽車的核心，主要包括速度控制和方向控制等幾個部分。無人駕駛其實就是用電子技術控制汽車進行的仿人駕駛。通過對駕駛員的駕駛行為進行分析可知，車輛的控制是一個典型的預瞄控制行為，駕駛員找到當前道路環(huán)境下的預瞄點，根據(jù)預瞄點控制車輛的行為。無人駕駛汽車的研究，可以歸納為三個方面:高速公路環(huán)境、城市環(huán)境和特殊環(huán)境下的無人駕駛系統(tǒng)。而無論何種無人駕駛測試環(huán)境，識別當前道路環(huán)境，計算出預瞄點組成模擬目標軌跡尤為關鍵
發(fā)明內容
為了實現(xiàn)在高速公路環(huán)境、城市環(huán)境和特殊環(huán)境下的無人駕駛，本發(fā)明提出來一種基于光電導航的無人駕駛道路識別系統(tǒng)，實現(xiàn)了循跡不斷的變化道路，并且能通過識別不同顏色標識的色塊實現(xiàn)指定的速度及轉向功能，可適用于多種特定環(huán)境。為了實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明的技術方案為:一種基于光電導航的無人駕駛道路識別系統(tǒng)，包括主控制模塊、視覺模塊、圖像處理模塊、道路識別模塊、速度控制模塊和轉向控制模塊；所述視覺模塊用于將實時采集的圖像傳輸至圖像處理模塊；所述圖像處理模塊用于從采集的圖像中提取出道路邊界及色塊標志物，并將其傳輸至道路識別模塊；所述道路識別模塊用于提取出道路邊界線，模擬出軌道中央目標軌跡并識別色塊顏色，并將其傳輸至速度控制模塊和轉向控制模塊；所述速度控制模塊與轉向控制模塊分別用于控制車速、車向及軌跡。優(yōu)選地，所述道路識別模塊根據(jù)道路邊界線及色塊顏色計算出車與目標軌跡的橫向偏差量和方向偏角，作為速度控制模塊和轉向控制模塊的輸入量。具體為:視覺模塊采集路面實時圖像，將其傳輸至圖像處理模塊，圖像處理模塊對實時圖像進行處理，獲取道路邊界及色塊標志物，并將其傳輸至道路識別模塊，道路識別模塊從中提取出道路邊界線，并根據(jù)邊界線模擬出中央目標軌跡，并根據(jù)色塊標志物識別出色塊顏色，在系統(tǒng)中存儲有各中色塊顏色代表的功能，再根據(jù)道路邊界線及色塊顏色計算出車與目標軌跡的橫向偏差量和方向偏角，將車與目標軌跡的橫向偏差量和方向偏角輸入至速度控制模塊和轉向控制模塊，速度控制模塊和轉向控制模塊根據(jù)其來控制車速及車向。優(yōu)選地，所述主控制模塊采用μ C/0S嵌入式系統(tǒng)及高性能的ARMCorteX-M3內核STM32的控制芯片。使用μ C/0S嵌入式系統(tǒng)及高性能的ARMCortex-M3內核的STM32處理，高處理效率滿足攝像頭圖像分析處理與存儲。優(yōu)選地，所述視覺模塊采用包括攝像頭和顯示器，所述攝像頭上加設有偏光片，攝像頭置于車中央；顯示器實時顯示經(jīng)過處理后的道路圖像以及模擬出的目標軌跡。優(yōu)選地，所述攝像頭CM0S320*240分辨率的攝像頭，顯示器為TFT顯示器。攝像頭加偏光片是對路面進行實時拍攝獲取路面信息，攝像頭置于車中央，使車的位置始終處于視覺圖像中點； 顯示器實時顯示經(jīng)過處理后的道路圖像以及模擬出的目標軌跡。優(yōu)選地，所述圖像處理模塊將獲取到的路面RGB圖像進行像素提取，通過優(yōu)化的RGB平均值算法提取出道路邊界及識別色塊標志物，再對圖像進行濾波除噪處理出目標道路邊界并通過識別色塊顏色確定目標速度及轉向。優(yōu)選地，所述道路識別模塊用于根據(jù)圖像處理模塊處理出的目標道路邊界圖建立坐標軸，運用最小二乘法模擬出道路中央目標軌跡，計算中央目標軌跡坐標(x，y)和軌跡斜率I。優(yōu)選地，所述轉向模塊采用改進的多元PID算法，使小車實時調整舵機方向，平穩(wěn)地行駛于模擬道路目標軌跡之上，實現(xiàn)方式如下:
權利要求
1.一種基于光電導航的無人駕駛道路識別系統(tǒng)，其特征在于，包括主控制模塊、視覺模塊、圖像處理模塊、道路識別模塊、速度控制模塊和轉向控制模塊； 所述視覺模塊用于將實時采集的圖像傳輸至圖像處理模塊； 所述圖像處理模塊用于從采集的圖像中提取出道路邊界及色塊標志物，并將其傳輸至道路識別模塊； 所述道路識別模塊用于提取出道路邊界線，模擬出軌道中央目標軌跡并識別色塊顏色，并將其傳輸至速度控制模塊和轉向控制模塊； 所述速度控制模塊與轉向控制模塊分別用于控制車速、車向及軌跡。
2.根據(jù)權利要求1所述的基于光電導航的無人駕駛道路識別系統(tǒng)，其特征在于，所述道路識別模塊根據(jù)道路邊界線及色塊顏色計算出車與目標軌跡的橫向偏差量和方向偏角，作為速度控制模塊和轉向控制模塊的輸入量。
3.根據(jù)權利要求1所述的基于光電導航的無人駕駛道路識別系統(tǒng)，其特征在于，所述主控制模塊采用μ C/OS嵌入式系統(tǒng)及高性能的ARM Cortex-M3內核STM32的控制芯片。
4.根據(jù)權利要求1所述的基于光電導航的無人駕駛道路識別系統(tǒng)，其特征在于，所述視覺模塊采用包括攝像頭和顯示器，所述攝像頭上加設有偏光片，攝像頭置于車中央；顯示器實時顯示經(jīng)過處理后的道路圖像以及模擬出的目標軌跡。
5.根據(jù)權利要求4所述的基于光電導航的無人駕駛道路識別系統(tǒng)，其特征在于，所述攝像頭CM0S320*240分辨率的攝像頭，顯示器為TFT顯示器。
6.根據(jù)權利要求1所述的基于光電導航的無人駕駛道路識別系統(tǒng)，其特征在于，所述圖像處理模塊將獲取到的路面RGB圖像進行像素提取，通過優(yōu)化的RGB平均值算法提取出道路邊界及識別色塊標志 物，再對圖像進行濾波除噪處理出目標道路邊界并通過識別色塊顏色確定目標速度及轉向。
7.根據(jù)權利要求6所述的基于光電導航的無人駕駛道路識別系統(tǒng)，其特征在于，所述道路識別模塊用于根據(jù)圖像處理模塊處理出的目標道路邊界圖建立坐標軸，運用最小二乘法模擬出道路中央目標軌跡，計算中央目標軌跡坐標(x，y)和軌跡斜率I。
8.根據(jù)權利要求1所述的基于光電導航的無人駕駛道路識別系統(tǒng)，其特征在于，所述轉向模塊采用改進的多元PID算法，使小車實時調整舵機方向，平穩(wěn)地行駛于模擬道路目標軌跡之上，實現(xiàn)方式如下:u - ke + L.f edt + k.— + k9 p d dt 其中，u為控制器輸出量，Ivkpkt^P k分別為比例系數(shù)、積分系數(shù)、微分系數(shù)和偏角系數(shù)； 根據(jù)以下兩式計算出車與目標軌跡的橫向偏差量e和方向偏角Θ ；e = ——: Θ = ΛΓ-arctan/ ； 2 式中: 為視覺圖像中點坐標，X為目標軌跡橫坐標；1為目標軌跡斜率。
9.根據(jù)權利要求1所述的基于光電導航的無人駕駛道路識別系統(tǒng)，其特征在于，所述速度控制模塊在小車識別出色塊標志物，獲取色塊預設代表速度值，計算目前速度與預設速度的偏差量作為速度控制器的輸入量，小車將快速調整自身速度達到色塊代表的預設速 度值。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種基于光電導航的無人駕駛道路識別系統(tǒng)，包括視覺模塊、圖像處理模塊、道路識別模塊、速度控制模塊和轉向控制模塊，主要通過處理出道路邊界、模擬出軌道中央目標軌跡、識別轉彎標志實現(xiàn)十字路口轉彎、多元PID轉向控制模塊及速度控制模塊，實現(xiàn)車快速循跡不斷變化的目標軌跡并能通過識別不同顏色標識的色塊實現(xiàn)指定的速度及轉向功能。本智能優(yōu)化控制系統(tǒng)不同于傳統(tǒng)的循跡車，該光電導航車通過識別現(xiàn)實中的道路邊界(如綠化帶、柵欄等)及轉彎標志，不需要外設支持就能實現(xiàn)無人駕駛，具有現(xiàn)實意義。
文檔編號G05D1/02GK103226354SQ201310062879
公開日2013年7月31日 申請日期2013年2月27日 優(yōu)先權日2013年2月27日
發(fā)明者柯宗澤, 蘇成悅, 李欣怡, 劉柏芳, 鄒志明 申請人:廣東工業(yè)大學