單目視覺車道偏離報警系統*

摘要： 本文介紹了采用非標定相機測量車道的左右方向角而實現的車輛車道偏離報警系統。介紹了直線模型車道的邊緣檢測算法和車輛的車道左右方向角估算方法，以及模型車輛的實驗結果。

關鍵詞： 車道偏離報警系統；Sobel算法；Hough變換；車道方向角

引言

在世界范圍內，公路交通事故導致驚人的人員傷亡和經濟損失。據統計，約有44%的汽車事故與車輛偏離正常車道行駛有關，其主要原因是駕駛員注意力不集中或者疲勞駕駛，造成車輛的無意識偏離。車道偏離報警系統(簡稱LDWS或RDWS)正是基于基本交通規則的車輛安全系統，其主要功能是輔助過度疲憊或者長時間單調駕駛的駕駛員保持車輛在車道內行駛。由于LDWS具有顯著提高車輛行駛主動安全性的潛力，得到了國內外研究人員越來越多的重視。因此該系統具有廣泛的市場潛力與應用價值。
　　
系統總體設計

車道偏離報警系統的系統總體設計如圖1 所示，主要包括軟件設計即人機界面設計和硬件設計兩大部分。人機界面為PC端上的圖形化控制臺，用于模擬汽車的制動信號和轉向信號以及車速信號等，通過串口將信號傳送給DSP，同時顯示由DSP送來的車輛偏離數據和實時道路場景。硬件部分由DSP構成，負責實時車道檢測與識別，車道偏離量的計算。

圖1  系統設計

系統通過圖像傳感器獲取車道幾何結構，通過車輛運動參數傳感器獲取決策算法所必需的車輛運動參數如車速、車輛轉向狀態等，綜合分析判斷車輛偏離車道的程度。如果車輛偏離量超過設定閾值，控制臺界面上的報警燈將會閃亮，同時發出蜂鳴報警聲。
  
人機界面設計

在人機界面設計上采用Visual C++ 6.0開發環境和NI公司的Measurement Studio編程工具共同開發，用VC完成程序的主要功能，用Measurement Studio的精美控件完成程序的界面編程。在系統與DSP通信上我們采用微軟公司的MSSCOM控件進行編程，減小工作量，降低開發難度。軟件系統分為三個模塊：顯示模塊、控制模塊、通信模塊。顯示模塊負責將DSP發來的報警信號，車道偏移信號進行圖形化顯示，控制模塊主要向DSP發送控制命令，通信模塊負責PC與DSP間信號的交互。人機界面各模塊間的關系如圖2所示。

圖2  人機界面設計

硬件設計

系統硬件主要是以DSP為核心的實時處理平臺，主要完成圖像采集、車道檢測與識別、車道偏移量計算等功能，并將計算結果傳送給控制臺界面作動態顯示。

DSP硬件系統包括視頻A/D模塊、實時圖像處理模塊、視頻D/A模塊、UART通信模塊、外部儲存器模塊。視頻A/D模塊采用ADV7183視頻解碼芯片，圖像處理芯片采用ADI公司的Blackfin-533多媒體數字信號處理器，ADM3202 RS-232通用異步收發器。DSP系統框圖如圖1左方虛線框所示。

在開發中我們采用ADI公司的BF-533 EZ-Kit Lite評估板，該平臺具有良好的可操作性和豐富的外設接口，為我們降低了系統開發難度，節約了時間。

在DSP端，圖像經CMOS攝像頭轉換成視頻信號送入ADV7183視頻編碼器，我們從解碼視頻流中的亮度分量獲得灰度圖像序列，首先進行圖像預處理，由3