專利名稱：一種車輛車道變換輔助裝置及其輔助判斷方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及機(jī)動(dòng)車輛駕駛安全領(lǐng)域，特別涉及一種車輛車道變換輔助裝置及其輔 助判斷方法。
背景技術(shù)：
汽車駕駛員的車道變換行為與道路交通安全密切相關(guān)，統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)表明，由于不正 確的車道變換行為導(dǎo)致了大量的交通事故，給人民的生命財(cái)產(chǎn)安全帶來(lái)了巨大損失。駕駛 員在進(jìn)行車道變換時(shí)，通常使用左、右后視鏡以及車內(nèi)后視鏡觀察其側(cè)后車輛，判斷側(cè)后車 輛與自身車輛之間的橫向相對(duì)距離、縱向相對(duì)距離、縱向相對(duì)速度等參數(shù)。與前方車輛相 比，駕駛員通過(guò)后視鏡判斷側(cè)后車輛的縱向相對(duì)距離、縱向相對(duì)速度時(shí)要困難得多，主要原 因在于后視鏡的鏡面在成像時(shí)將大范圍內(nèi)物體成像在很小的鏡面上，側(cè)后車輛及道路周圍 場(chǎng)景都會(huì)發(fā)生一定的形變，導(dǎo)致駕駛員從后視鏡中不容易判斷出與側(cè)后車輛的縱向相對(duì)距 離、縱向相對(duì)速度等信息，從而在換道過(guò)程中對(duì)于換道的安全性把握不夠，容易出現(xiàn)在不安 全的情況下進(jìn)行換道操作，引發(fā)交通事故。目前，針對(duì)車輛的車道變換技術(shù)通常采用擴(kuò)大后視鏡觀察范圍的方法，如在后視 鏡外側(cè)安裝圓形凸面鏡，或者是在發(fā)動(dòng)機(jī)蓋上安裝小后視鏡。采用上述方法能夠增加駕駛 員在車道變換過(guò)程中對(duì)側(cè)后車輛的觀察范圍，但是沒(méi)有解決通過(guò)后視鏡觀察側(cè)后車輛時(shí)不 容易判斷縱向相對(duì)距離、縱向相對(duì)速度的問(wèn)題。目前，在高檔轎車上有采用在車輛后保險(xiǎn)杠安裝雷達(dá)來(lái)監(jiān)測(cè)側(cè)后車輛的方法，這 種方法能夠?qū)︸{駛員的車道變換過(guò)程提供輔助幫助，但是雷達(dá)傳感器的價(jià)格昂貴，通常在5 萬(wàn)人民幣以上，不適合進(jìn)行大規(guī)模推廣使用。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于提供一種車輛車道變換輔助裝置及其輔助判斷方法，該車輛車 道變換輔助裝置投資費(fèi)用少、適合規(guī)?；茝V，其輔助判斷方法，智能化、自動(dòng)化，無(wú)需操 作，且可靠性高。本發(fā)明的基本原理是通過(guò)使用兩個(gè)攝像頭來(lái)采集駕駛員開啟轉(zhuǎn)向燈情況下自身 車輛左后方或者自身車輛右后方的道路圖像，然后將自身車輛左后方或者自身車輛右后方 的道路圖像傳輸至圖像處理器。圖像處理器中利用圖像處理程序，通過(guò)圖像識(shí)別得到側(cè)后 車輛在道路圖像中的準(zhǔn)確位置，由于攝像頭相對(duì)于自身車輛的位置不變，因此，圖像識(shí)別得 到的不同時(shí)刻的側(cè)后車輛的圖像位置，經(jīng)過(guò)幾何計(jì)算就能夠得到側(cè)后車輛相對(duì)自身車輛的 縱向相對(duì)距離、縱向相對(duì)速度以及橫向相對(duì)距離，同時(shí)結(jié)合自身車輛的行駛速度對(duì)車道變 換的安全性進(jìn)行評(píng)估，評(píng)估結(jié)果為安全和不安全兩種，通過(guò)使用不同顏色的信號(hào)燈將評(píng)估 結(jié)果向駕駛員進(jìn)行提示，為駕駛員的車道變換過(guò)程提供輔助幫助。為了達(dá)到上述技術(shù)目的，本發(fā)明采用以下技術(shù)方案予以實(shí)現(xiàn)。1、一種車輛車道變換輔助裝置，其特征在于，包括兩個(gè)攝像頭，分別固定在車輛的左后視鏡和右后視鏡上，采集自身車輛左側(cè)后方和右 側(cè)后方的道路圖像；
一個(gè)指示安全的綠色信號(hào)燈和一個(gè)指示不安全的紅色信號(hào)燈，分別固定在車輛儀表盤
上；
一個(gè)圖像處理器，分別通過(guò)USB接口電連接兩個(gè)攝像頭的視頻線，分別通過(guò)I/O接口電 連接綠色信號(hào)燈、紅色信號(hào)燈以及自身車輛的速度信號(hào)線、左轉(zhuǎn)向燈開啟信號(hào)線、右轉(zhuǎn)向燈 開啟信號(hào)線。上述技術(shù)方案的進(jìn)一步改進(jìn)和特點(diǎn)在于 所述攝像頭采用中星YjS-Ol USB2.0攝像頭。所述圖像處理器為ARM9處理器，具體型號(hào)為S3C2410。所述綠色信號(hào)燈為綠色LED燈，紅色信號(hào)燈為紅色LED燈。2、一種車輛車道變換輔助判斷方法，基于上述車輛車道變換輔助裝置，其特征在 于，包括以下步驟
(1)左側(cè)攝像頭標(biāo)定在自身車輛的左側(cè)后方豎立標(biāo)桿，通過(guò)左側(cè)攝像頭采集標(biāo)桿圖 像，識(shí)別出標(biāo)桿圖像中的標(biāo)桿位置，對(duì)標(biāo)桿圖像中的標(biāo)桿位置與標(biāo)桿實(shí)際位置進(jìn)行標(biāo)定，換 算自身車輛和標(biāo)桿的縱向相對(duì)距離和橫向相對(duì)距離；
(2)右側(cè)攝像頭標(biāo)定，其方法同左側(cè)攝像頭標(biāo)定；
(3)圖像采集自身車輛在運(yùn)動(dòng)過(guò)程中，圖像處理器實(shí)時(shí)監(jiān)控自身車輛的行駛速度，當(dāng) 自身車輛的行駛速度高于10km/h時(shí)，圖像處理器對(duì)左轉(zhuǎn)向燈開啟信號(hào)、右轉(zhuǎn)向燈開啟信號(hào) 進(jìn)行監(jiān)控；當(dāng)駕駛員開啟某一側(cè)轉(zhuǎn)向燈時(shí)，圖像處理器接通該側(cè)攝像頭，采集該側(cè)攝像頭的 道路圖像；
(4)圖像預(yù)處理去除道路圖像中的無(wú)用點(diǎn)及干擾點(diǎn)；
(5)側(cè)后車輛輪廓提取對(duì)經(jīng)過(guò)圖像預(yù)處理的道路圖像進(jìn)行二值化處理，提取道路圖像 中側(cè)后車輛的形狀，得到側(cè)后車輛的輪廓圖像；
(6)提取側(cè)后車輛位置的特征點(diǎn)，選取側(cè)后車輛的特征點(diǎn)，提取該特征點(diǎn)在道路圖像中 的位置；
(7)縱向相對(duì)距離、縱向相對(duì)速度以及橫向距離計(jì)算得到側(cè)后車輛特征點(diǎn)在道路圖像 中的位置之后，換算自身車輛和側(cè)后車輛的縱向相對(duì)距離和橫向相對(duì)距離；通過(guò)對(duì)連續(xù)兩 次換算得到的縱向相對(duì)距離，實(shí)時(shí)計(jì)算得到自身車輛和側(cè)后車輛的縱向相對(duì)速度；
(8)換道安全性評(píng)估根據(jù)實(shí)時(shí)計(jì)算得到的自身車輛和側(cè)后車輛的縱向相對(duì)距離、縱向 相對(duì)速度以及橫向距離，分析進(jìn)行換道導(dǎo)致與側(cè)后車輛發(fā)生碰撞的可能性，通過(guò)紅色信號(hào) 燈發(fā)出不適合進(jìn)行換道警示或通過(guò)綠色信號(hào)燈發(fā)出可以進(jìn)行換道的提示。上述技術(shù)方案的特點(diǎn)在于所述選取側(cè)后車輛的特征點(diǎn)為其外形輪廓下邊緣線的 中占。
I ； WN O本發(fā)明的車輛車道變換輔助裝置，主要部件采用攝像頭和ARM9處理器，投資費(fèi)用 少、設(shè)計(jì)簡(jiǎn)單、可靠性高，而且不需要對(duì)車輛進(jìn)行過(guò)多改裝。本發(fā)明的車輛車道變換輔助判 斷方法，基于上述車輛車道變換輔助裝置，其道路圖像的處理以及車道變換安全性的分析 計(jì)算由ARM9處理器直接完成，智能化高，對(duì)駕駛員車道變換輔助提示的結(jié)果直觀、可靠。


圖1為攝像頭的安裝及對(duì)車輛左后方和右后方的拍攝示意圖； 圖2為ARM9圖像處理器的信號(hào)輸入輸出示意圖中1、ARM9處理器；2、左側(cè)攝像頭；3、右側(cè)攝像頭；4、LED燈；5、左側(cè)后車輛；6、右 側(cè)后車輛；7、USB接口一 ；8、USB接口二 ；9、左轉(zhuǎn)向燈信號(hào)I/O接口 ； 10、右轉(zhuǎn)向燈信號(hào)I/O 接口 ；11、車速信號(hào)I/O接口 ；12、綠色信號(hào)燈I/O接口 ；13、紅色信號(hào)燈I/O接口。
具體實(shí)施例方式參照?qǐng)D1、圖2，在車輛車道變換的輔助裝置中，ARM9處理器1安裝在車內(nèi)儀表盤 下方。圖像采集裝置中，本實(shí)施例采用左側(cè)攝像頭2和右側(cè)攝像頭3。左側(cè)攝像頭2采用 螺栓固定在自身車輛的左側(cè)后視鏡上，鏡頭 朝向左側(cè)后車輛5所在區(qū)域安裝。右側(cè)攝像頭 3采用螺栓固定在自身車輛的右側(cè)后視鏡上，鏡頭朝向右側(cè)后車輛6所在區(qū)域安裝。紅、綠 兩個(gè)LED燈4安裝在儀表盤左側(cè)駕駛員容易注意到的區(qū)域。左側(cè)后車輛5和右側(cè)后車輛6 在攝像頭所采集圖像中的形狀為近似矩形。ARM9處理器1通過(guò)車速信號(hào)接口 11采集自身車輛固有的車速傳感器的速度信號(hào)， 用于識(shí)別自身車輛的行駛速度，在車速高于10km/h時(shí)ARM9處理器1將啟動(dòng)車輛車道變換 輔助系統(tǒng)。ARM9處理器1通過(guò)左、右轉(zhuǎn)向燈信號(hào)I/O接口 9、10采集車輛左轉(zhuǎn)向燈的開啟信 號(hào)和右轉(zhuǎn)向燈的開啟信號(hào)，用于判斷駕駛員是否意圖進(jìn)行車道變換以及意圖進(jìn)行車道變換 的方向。本實(shí)施例攝像頭采用中星YJS-Ol USB2. 0攝像頭，有效像素600萬(wàn)，將左側(cè)攝像頭 2通過(guò)USB數(shù)據(jù)線連接到ARM9處理器的USB接口一 7，將右側(cè)攝像頭3通過(guò)USB數(shù)據(jù)線連 接到ARM9處理器的USB接口二 8。ARM9處理器1接收自身車輛左后方的道路圖像或者右 后方的道路圖像，通過(guò)圖像識(shí)別得到不同時(shí)刻道路圖像中的側(cè)后車輛位置，通過(guò)幾何計(jì)算 得到自身車輛與側(cè)后車輛之間的縱向距離、縱向相對(duì)速度以及橫向距離，結(jié)合車輛行駛速 度對(duì)車道變換的安全性進(jìn)行分析，通過(guò)綠色信號(hào)燈I/O接口 12控制綠色信號(hào)燈向駕駛員提 示安全，或者通過(guò)紅色信號(hào)燈I/O接口 13控制紅色信號(hào)燈向駕駛員提示不安全。在對(duì)駕駛員進(jìn)行車道變換輔助判斷時(shí)，由于車道變換本身持續(xù)的時(shí)間比較短，因 此，攝像頭的采樣頻率和ARM9處理器1的處理速率必須滿足車道變換輔助裝置的快速性要 求。本實(shí)施例中采用的攝像頭采集頻率為25Hz，即攝像頭每秒對(duì)車輛左后方或者右后方采 集25幀圖片。ARM9處理器1對(duì)圖像的處理速率設(shè)定為10Hz，即車道變換輔助系統(tǒng)每秒鐘 能進(jìn)行10次車道變換安全性評(píng)估，符合車道變換輔助速率需求。由于攝像頭的采樣頻率高 于ARM9的處理頻率，因此系統(tǒng)能夠正常工作，不會(huì)出現(xiàn)圖像滯后的現(xiàn)象。為了實(shí)現(xiàn)本發(fā)明的車輛車道變換輔助判斷方法，結(jié)合上述車輛車道變換輔助裝置 為基礎(chǔ)，具體步驟如下
(1)攝像頭、ARM9處理器以及信號(hào)燈安裝
首先安裝攝像頭，共使用兩個(gè)相同的攝像頭，分別安裝在左側(cè)后視鏡上和右側(cè)后視鏡 上。攝像頭采用細(xì)螺栓安裝在后視鏡上邊緣，水平安裝，鏡頭朝向車輛后方。由于攝像頭的 安裝沒(méi)有遮擋左后視鏡或者右后視鏡，因此攝像頭正常工作時(shí)不會(huì)對(duì)駕駛員通過(guò)后視鏡觀 察車輛后方信息帶來(lái)干擾。使用USB連接線分別將左側(cè)攝像頭和右側(cè)攝像頭與ARM9處理器的USB接口一、二連接 攝像頭安裝完成之后安裝ARM9處理器。ARM9處理器封裝在金屬盒中，通過(guò)導(dǎo)線與 外界進(jìn)行信號(hào)傳輸，其安裝位置位于車輛儀表盤內(nèi)部空間中。使用導(dǎo)線將車輛的左轉(zhuǎn)向燈 信號(hào)線、右轉(zhuǎn)向燈信號(hào)線、以及自身車輛速度信號(hào)線分別與ARM9處理器的I/O接口連接。將紅色信號(hào)燈和綠色信號(hào)燈固定在一個(gè)底座上，利用雙面膠將底座粘貼在駕駛員 前方的儀表盤上，其中底座的位置需要在駕駛員容易注意到的地方，但不能偏離駕駛員正 常視線太多，否則駕駛員會(huì)感覺(jué)需要特別注意才能觀察信號(hào)燈的狀態(tài)，影響到正常的駕駛 行為。(2)攝像頭標(biāo)定
以左側(cè)攝像頭標(biāo)定為例在自身車輛的左側(cè)后方豎立標(biāo)桿，通過(guò)左側(cè)攝像頭采集標(biāo)桿 圖像，識(shí)別出標(biāo)桿圖像中的標(biāo)桿位置，對(duì)標(biāo)桿圖像中的標(biāo)桿位置與標(biāo)桿實(shí)際位置進(jìn)行標(biāo)定， 換算自身車輛和標(biāo)桿的縱向相對(duì)距離和橫向相對(duì)距離。具體為將車輛停在空闊地帶，以車輛后保險(xiǎn)杠位置為起點(diǎn)向后方進(jìn)行距離標(biāo)記， 作出地面標(biāo)識(shí)，在地面標(biāo)識(shí)位置豎立標(biāo)桿。然后控制左側(cè)攝像頭采集左后方的標(biāo)桿圖像。 對(duì)采集到的標(biāo)桿圖像進(jìn)行分析處理，識(shí)別出標(biāo)桿圖像中的標(biāo)桿位置。由于標(biāo)桿實(shí)際距離已 知，通過(guò)攝像頭標(biāo)定即可得到自身車輛和標(biāo)桿的縱向相對(duì)距離和橫向相對(duì)距離的數(shù)學(xué)計(jì)算 公式。右側(cè)攝像頭標(biāo)定，其方法同左側(cè)攝像頭標(biāo)定。(3)圖像采集與傳輸
系統(tǒng)啟動(dòng)后，ARM9處理器啟動(dòng)對(duì)車輛行駛速度和車輛轉(zhuǎn)向燈狀態(tài)的監(jiān)控。首先監(jiān)控 的條件是車速，由于道路環(huán)境信息比較復(fù)雜，在低速情況下車輛與周圍側(cè)后車輛之間的距 離通常較小，且在低速情況下駕駛員對(duì)周圍環(huán)境的觀察能力相對(duì)較強(qiáng)，通常不會(huì)出現(xiàn)由于 駕駛員觀察能力不夠而引發(fā)的交通事故。因此，ARM9處理器中的車速條件設(shè)置為10km/h， 即只有在自身車速大于10km/h的情況下，ARM9處理器才進(jìn)行后續(xù)操作，否則將停止工作。 當(dāng)自身車速大于10km/h時(shí)，ARM9處理器開始監(jiān)控自身車輛的轉(zhuǎn)向燈狀態(tài)，具體包括左轉(zhuǎn)向 燈和右轉(zhuǎn)向燈。當(dāng)ARM9處理器監(jiān)控到駕駛員開啟轉(zhuǎn)向燈時(shí)，首先判斷駕駛員開啟的是那一 側(cè)轉(zhuǎn)向燈，然后通過(guò)USB接口采集該側(cè)攝像頭的道路圖像。例如，駕駛員開啟左轉(zhuǎn)向燈后， ARM9處理器判斷出駕駛員準(zhǔn)備向左變換車道，此時(shí)ARM9處理器將通過(guò)USB接口采集左側(cè)攝 像頭的道路圖像，對(duì)于右側(cè)攝像頭的道路圖像則不采集。ARM9處理器根據(jù)車速信號(hào)和轉(zhuǎn)向燈開啟信號(hào)控制左側(cè)攝像頭和右側(cè)攝像頭的道 路圖像采集，圖像采集過(guò)程從駕駛員開啟轉(zhuǎn)向燈到轉(zhuǎn)向燈關(guān)閉為止，但最短的圖像采集時(shí) 間設(shè)置為10秒鐘，這是由于現(xiàn)代汽車通常安裝了轉(zhuǎn)向燈自動(dòng)關(guān)閉系統(tǒng)，有時(shí)會(huì)出現(xiàn)駕駛員 還沒(méi)有完成車道變換的時(shí)候轉(zhuǎn)向燈已經(jīng)關(guān)閉的情況，為了保證在后續(xù)過(guò)程中繼續(xù)對(duì)駕駛員 進(jìn)行車道變換提供輔助，ARM9處理器將持續(xù)工作，持續(xù)時(shí)間為10秒鐘。(4)圖像預(yù)處理去除道路圖像中的無(wú)用點(diǎn)及干擾點(diǎn)。圖像預(yù)處理的目的是去除左側(cè)攝像頭或者右側(cè)攝像頭所采集道路圖像中的干擾 信息。由于車輛行駛的環(huán)境存在差異性，攝像頭所采集到的道路圖像中經(jīng)常會(huì)出現(xiàn)與目標(biāo) 車輛無(wú)關(guān)的信息，這些信息對(duì)于后續(xù)距離計(jì)算會(huì)產(chǎn)生干擾，因此在圖像處理過(guò)程中首先對(duì) 道路圖像進(jìn)行濾波，具體采用中值濾波算法進(jìn)行。對(duì)于圖像中的某一個(gè)像素點(diǎn)，計(jì)算該點(diǎn)周圍3X3范圍內(nèi)像素點(diǎn)灰度值的平均值，用該平均值作為該點(diǎn)的灰度值。通過(guò)使用3X3的 中值濾波算法能基本消除攝像頭所采集圖像中所存在的干擾信息。(5)側(cè)后車輛輪廓提取對(duì)經(jīng)過(guò)圖像預(yù)處理的道路圖像進(jìn)行二值化處理，提取道路 圖像中側(cè)后車輛的形狀，得到側(cè)后車輛的輪廓圖像。對(duì)經(jīng)過(guò)圖像預(yù)處理的道路圖像進(jìn)行二值化處理，提取道路圖像中側(cè)后車輛的前視 形狀。對(duì)于左側(cè)攝像頭和右側(cè)攝像頭，都是從側(cè)后車輛前方對(duì)側(cè)后車輛進(jìn)行圖像采集，因此 在所采集到的道路圖像中側(cè)后車輛的形狀為前視形狀。圖像處理程序中采用二值化方法對(duì) 圖像進(jìn)行輪廓提取，具體過(guò)程為設(shè)定一個(gè)灰度閾值，對(duì)于圖像中的某一個(gè)點(diǎn)，如果該點(diǎn)的灰 度值大于等于閾值，則認(rèn)為該點(diǎn)屬于側(cè)后車輛所在范圍，將該點(diǎn)的灰度值改為0，反之如果 該點(diǎn)的灰度值小于閾值則認(rèn)為該點(diǎn)不屬于側(cè)后車輛區(qū)域，將該點(diǎn)的灰度值改為1。對(duì)一幀圖 像按照此方法運(yùn)算完成之后，道路圖像中的灰度值0部分所組成的形狀即為側(cè)后車輛的形 狀。(6)提取側(cè)后車輛的特征點(diǎn)
選取側(cè)后車輛前視輪廓中下邊緣的中點(diǎn)作為特征點(diǎn)。提取側(cè)后車輛的輪廓后得到側(cè)后 車輛在道路圖像中的前視輪廓。由于車輛的前視輪廓具有完整性，即提取得到的側(cè)后車輛 輪廓應(yīng)該為一封閉的近似矩形形狀，其中矩形的下邊緣實(shí)際代表了側(cè)后車輛的前端，進(jìn)行 車道變換安全性計(jì)算時(shí)所采用的距離為自身車輛后保險(xiǎn)杠到側(cè)后車輛前保險(xiǎn)杠的距離。圖 像處理程序中采用車輛前視輪廓中下邊緣的中點(diǎn)作為特征點(diǎn)，具體的提取過(guò)程是圖像處 理程序?qū)μ崛?cè)后車輛輪廓的結(jié)果進(jìn)行分析，按照類似封閉矩形的識(shí)別規(guī)則識(shí)別出道路圖 像中的側(cè)后車輛，然后從類似矩形的封閉圖像中選取下邊緣的中點(diǎn)，得到下邊緣中點(diǎn)的縱 向圖像位置和橫向圖像位置。(7)縱向相對(duì)距離、縱向相對(duì)速度以及橫向距離計(jì)算得到側(cè)后車輛特征點(diǎn)在道路 圖像中的位置之后，換算自身車輛和側(cè)后車輛的縱向相對(duì)距離和橫向相對(duì)距離；通過(guò)對(duì)連 續(xù)兩次換算得到的縱向相對(duì)距離，實(shí)時(shí)計(jì)算得到自身車輛和側(cè)后車輛的縱向相對(duì)速度。得到側(cè)后車輛特征點(diǎn)的圖像位置之后，利用攝像頭標(biāo)定所得到的縱向圖像位置與 實(shí)際縱向距離、橫向圖像位置與實(shí)際橫向距離之間的數(shù)學(xué)關(guān)系計(jì)算出側(cè)后車輛與自身車輛 之間的實(shí)際距離，具體包括實(shí)際縱向距離和實(shí)際橫向距離。其具體的過(guò)程為對(duì)于得到的橫 向圖像位置Xl和縱向圖像位置值yl，利用攝像頭標(biāo)定所得到的橫向圖像位置與實(shí)際橫向 距離之間的數(shù)學(xué)關(guān)系f (χ)和縱向圖像位置與實(shí)際縱向距離之間的數(shù)學(xué)關(guān)系g(y)，將Xl和 yl分別代入到函數(shù)f(x)和g(y)中，計(jì)算得到實(shí)際橫向距離值和實(shí)際縱向距離值。通過(guò)對(duì)連續(xù)兩次換算得到的縱向相對(duì)距離，用后一次計(jì)算處理得到的實(shí)際縱向距 離值減去前一次計(jì)算得到的實(shí)際縱向距離值，得到兩次計(jì)算之間的縱向距離差，用縱向距 離差除以兩次計(jì)算之間的時(shí)間差得到縱向相對(duì)速度。當(dāng)縱向相對(duì)速度< 0時(shí)表示自身車 輛速度要比側(cè)后車輛速度低，而縱向相對(duì)速度> 0時(shí)表示自身車輛速度要比側(cè)后車輛速度 高。縱向相對(duì)速度用于反應(yīng)側(cè)后車輛的接近速度，從而可以進(jìn)行車道變換安全性評(píng)估。例 如在側(cè)后車輛高速接近時(shí)進(jìn)行車道變換是不安全的，需要對(duì)駕駛員進(jìn)行提示 (8)換道安全性評(píng)估根據(jù)實(shí)時(shí)計(jì)算得到的自身車輛和側(cè)后車輛的縱向相對(duì)距離、 縱向相對(duì)速度以及橫向距離，分析進(jìn)行換道導(dǎo)致與側(cè)后車輛發(fā)生碰撞的可能性，通過(guò)紅色 信號(hào)燈發(fā)出不適合進(jìn)行換道警示或通過(guò)綠色信號(hào)燈發(fā)出可以進(jìn)行換道的提示。
得到自身車輛與側(cè)后車輛的縱向距離、橫向距離以及縱向相對(duì)速度值之后，圖像 處理程序進(jìn)行換道安全性評(píng)估，評(píng)估結(jié)果分為兩種情況安全和不安全。如果評(píng)估結(jié)果為安 全，則ARM9處理器將控制綠色信號(hào)燈發(fā)光，提示駕駛員可以進(jìn)行換道操作，如果評(píng)估結(jié)果 為不安全，則ARM9處理器將控制紅色信號(hào)燈發(fā)光，提示駕駛員此時(shí)不適合進(jìn)行車道變換操 作。具體的評(píng)估流程如下
1.判斷橫向距離的大小，車道變換的過(guò)程是橫向方向發(fā)生位移變化，且通常理解的車 道變換過(guò)程是從一個(gè)車道變換到相鄰車道中，因此如果在車道變化過(guò)程中側(cè)后車輛不是位 于相鄰車道中，而是位于更遠(yuǎn)的車道中，這種情況下的車道變換是安全的，因此首先判斷橫 向距離。我國(guó)高速公路車道標(biāo)準(zhǔn)寬度為3. 75m，通常其他道路的車道寬度不會(huì)大于3. 75m, 考慮一定的彈性系數(shù)，判斷橫向距離的安全性時(shí)采用4. 5m作為判斷值。當(dāng)計(jì)算得到的橫向 距離大于4. 5m時(shí)，表明進(jìn)行車道變換不會(huì)給后方側(cè)后車輛的正常行駛帶來(lái)干擾，安全評(píng)估 結(jié)果為安全，因此ARM9處理器將控制綠色信號(hào)燈發(fā)光，提示駕駛員可以進(jìn)行車道變換。如 果計(jì)算得到的橫向距離值小于等于4. 5m時(shí)，此時(shí)需要進(jìn)行下一步的安全性判斷。
2.設(shè)定參數(shù)k，k=縱向距離/自身車輛速度，其中自身車輛速度單位為km/h，縱向 距離單位為m，參數(shù)k反應(yīng)的是側(cè)后車輛的跟車時(shí)間。當(dāng)側(cè)后車輛跟車距離很近時(shí)進(jìn)行換道 將導(dǎo)致自身車輛出現(xiàn)在側(cè)后車輛的正前方，而且兩車之間的距離很近，這會(huì)引起后車駕駛 員的緊張從而采取剎車操作，會(huì)干擾到周圍車輛的正常運(yùn)行，加大追尾事故發(fā)生的風(fēng)險(xiǎn)性。 計(jì)算參數(shù)k的大小，采用k=0. 5作為閾值，當(dāng)參數(shù)k < 0. 5時(shí)安全評(píng)估結(jié)果為不安全，此時(shí) ARM9處理器將控制紅色信號(hào)燈發(fā)光，提醒駕駛員此時(shí)不能進(jìn)行換道操作。當(dāng)參數(shù)k > 0. 5 時(shí)將進(jìn)行下一步車道變換安全性評(píng)估。3.判斷縱向相對(duì)速度的正負(fù)。當(dāng)縱向相對(duì)速度> 0時(shí)，自身車輛的速度要高于或 者等于側(cè)后車輛速度，因此此時(shí)進(jìn)行換道是安全的，ARM9處理器將控制綠色信號(hào)燈發(fā)光。當(dāng) 縱向相對(duì)速度< 0時(shí)，將進(jìn)行下一步車道變換安全性評(píng)估。4.設(shè)定參數(shù)η，η=縱向距離/縱向相對(duì)速度絕對(duì)值，其中縱向距離絕對(duì)值的單位 為m，縱向相對(duì)速度的單位為m/s，參數(shù)η反應(yīng)的是車道變換過(guò)程中與后方相鄰車道緊隨車 輛發(fā)生碰撞事故的可能性。參數(shù)η值很小時(shí)表明側(cè)后車輛正以高速接近自身車輛，此時(shí)如 果進(jìn)行車道變換則可能導(dǎo)致車道變換過(guò)程中與高速接近的車輛發(fā)生碰撞事故。計(jì)算參數(shù)η 的大小，采用η=3作為閾值，當(dāng)參數(shù)η < 3時(shí)安全評(píng)估結(jié)果為不安全，此時(shí)ARM9處理器將控 制紅色信號(hào)燈發(fā)光，提醒駕駛員此時(shí)不能進(jìn)行換道操作。當(dāng)參數(shù)η>3時(shí)，安全評(píng)估結(jié)果為安 全，因此ARM9處理器將控制綠色信號(hào)燈發(fā)光，提示駕駛員可以進(jìn)行車道變換。通過(guò)上述4步車道變換安全性評(píng)估，得到車道變換的安全性，當(dāng)評(píng)估結(jié)果為安全 時(shí)，ARM9處理器控制綠色信號(hào)燈發(fā)光，向駕駛員提示此時(shí)可以進(jìn)行車道變換，當(dāng)評(píng)估結(jié)果為 不安全時(shí)，ARM9處理器控制紅色信號(hào)燈發(fā)光，向駕駛員提示此時(shí)不適合進(jìn)行車道變換，實(shí)現(xiàn) 對(duì)駕駛員車道變換的輔助提示功能，從而保證車輛的安全運(yùn)行。
權(quán)利要求
一種車輛車道變換輔助裝置，其特征在于，包括兩個(gè)攝像頭，分別固定在車輛的左后視鏡和右后視鏡上，采集自身車輛左側(cè)后方和右側(cè)后方的道路圖像；一個(gè)指示安全的綠色信號(hào)燈和一個(gè)指示不安全的紅色信號(hào)燈，分別固定在車輛儀表盤上；一個(gè)圖像處理器，分別通過(guò)USB接口電連接兩個(gè)攝像頭的視頻線，分別通過(guò)I/O接口電連接綠色信號(hào)燈、紅色信號(hào)燈以及自身車輛的速度信號(hào)線、左轉(zhuǎn)向燈開啟信號(hào)線、右轉(zhuǎn)向燈開啟信號(hào)線。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的車輛車道變換輔助裝置，其特征在于，所述攝像頭采用中星 YJS-Ol USB2. 0 攝像頭。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的車輛車道變換輔助裝置，其特征在于，所述圖像處理器為 ARM9處理器，具體型號(hào)為S3C2410。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的車輛車道變換輔助裝置，其特征在于，所述綠色信號(hào)燈為綠 色LED燈，紅色信號(hào)燈為紅色LED燈。
5.一種車輛車道變換輔助判斷方法，基于權(quán)利要求1所述的車輛車道變換輔助裝置， 其特征在于，包括以下步驟(1)左側(cè)攝像頭標(biāo)定在自身車輛的左側(cè)后方豎立標(biāo)桿，通過(guò)左側(cè)攝像頭采集標(biāo)桿圖 像，識(shí)別出標(biāo)桿圖像中的標(biāo)桿位置，對(duì)標(biāo)桿圖像中的標(biāo)桿位置與標(biāo)桿實(shí)際位置進(jìn)行標(biāo)定，換 算自身車輛和標(biāo)桿的縱向相對(duì)距離和橫向相對(duì)距離；(2)右側(cè)攝像頭標(biāo)定，其方法同左側(cè)攝像頭標(biāo)定；(3)圖像采集自身車輛在運(yùn)動(dòng)過(guò)程中，圖像處理器實(shí)時(shí)監(jiān)控自身車輛的行駛速度，當(dāng) 自身車輛的行駛速度高于10km/h時(shí)，圖像處理器對(duì)左轉(zhuǎn)向燈開啟信號(hào)、右轉(zhuǎn)向燈開啟信號(hào) 進(jìn)行監(jiān)控；當(dāng)駕駛員開啟某一側(cè)轉(zhuǎn)向燈時(shí)，圖像處理器接通該側(cè)攝像頭，采集該側(cè)攝像頭的 道路圖像；(4)圖像預(yù)處理去除道路圖像中的無(wú)用點(diǎn)及干擾點(diǎn)；(5)側(cè)后車輛輪廓提取對(duì)經(jīng)過(guò)圖像預(yù)處理的道路圖像進(jìn)行二值化處理，提取道路圖像 中側(cè)后車輛的形狀，得到側(cè)后車輛的輪廓圖像；(6)提取側(cè)后車輛位置的特征點(diǎn)，選取側(cè)后車輛的特征點(diǎn)，提取該特征點(diǎn)在道路圖像中 的位置；(7)縱向相對(duì)距離、縱向相對(duì)速度以及橫向距離計(jì)算得到側(cè)后車輛特征點(diǎn)在道路圖像 中的位置之后，換算自身車輛和側(cè)后車輛的縱向相對(duì)距離和橫向相對(duì)距離；通過(guò)對(duì)連續(xù)兩 次換算得到的縱向相對(duì)距離，實(shí)時(shí)計(jì)算得到自身車輛和側(cè)后車輛的縱向相對(duì)速度；(8)換道安全性評(píng)估根據(jù)實(shí)時(shí)計(jì)算得到的自身車輛和側(cè)后車輛的縱向相對(duì)距離、縱向 相對(duì)速度以及橫向距離，分析進(jìn)行換道導(dǎo)致與側(cè)后車輛發(fā)生碰撞的可能性，通過(guò)紅色信號(hào) 燈發(fā)出不適合進(jìn)行換道警示或通過(guò)綠色信號(hào)燈發(fā)出可以進(jìn)行換道的提示。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的車輛車道變換輔助判斷方法，其特點(diǎn)在于，所述選取側(cè)后車 輛的特征點(diǎn)為其外形輪廓下邊緣線的中點(diǎn)。
全文摘要
本發(fā)明涉及機(jī)動(dòng)車輛駕駛安全領(lǐng)域，公開了一種車輛車道變換輔助裝置及其輔助判斷方法。該車輛車道變換輔助裝置，包括兩個(gè)攝像頭，一個(gè)指示安全的綠色信號(hào)燈和一個(gè)指示不安全的紅色信號(hào)燈，一個(gè)圖像處理器；圖像處理器分別通過(guò)USB接口電連接兩個(gè)攝像頭的視頻線，分別通過(guò)I/O接口電連接綠色信號(hào)燈、紅色信號(hào)燈以及自身車輛的速度信號(hào)線、左轉(zhuǎn)向燈開啟信號(hào)線、右轉(zhuǎn)向燈開啟信號(hào)線；其輔助判斷方法，通過(guò)攝像頭采集道路圖像，計(jì)算自身車輛和側(cè)后車輛的縱向相對(duì)距離、縱向相對(duì)速度以及橫向距離，綜合判斷車輛的換道安全性。
文檔編號(hào)G06T7/00GK101941399SQ201010284238
公開日2011年1月12日 申請(qǐng)日期2010年9月17日 優(yōu)先權(quán)日2010年9月17日
發(fā)明者付銳, 張瓊, 彭金栓, 李山虎, 王暢, 袁偉, 詹盛, 郭應(yīng)時(shí) 申請(qǐng)人:長(zhǎng)安大學(xué)