[发明专利]基于单目摄像头的车道偏离预警系统及方法

说明书

技术领域

    本发明属于汽车安全辅助驾驶领域，主要涉及一种基于单目摄像头的车道偏离预警系统及方法。具体是提出一种快速车道检测算法来实现对当前车道线进行检测，根据连续几帧检测到的车道线参数判断出当前车辆运动状态，当判断到车辆偏离车道时，向驾驶员发出警告并提示车辆偏离信息。 

背景技术

    近年来，随着汽车数量的增加和路网建设规模的扩大，污染、噪声以及交通事故等问题日益突出。汽车驾驶的安全性、舒适性以及对环境的适应性成为人们日益关注的话题。广义上讲，安全是作为任何交通方式的最重要的因素，而现有的道路运输系统已不能满足需要。各国政府和研究机构将大量精力投入到智能交通系统(Intelligent Transportation System, ITS)的研究。

    车道偏离预警系统简称LDWS(Lane Departure Warning System)，是基于基本交通规则的安全系统。其主要功能是在高速公路上或者类似的公路中，辅助过度疲惫或者长时间单调驾驶的驾驶员保持车辆在车道内行驶。当由于驾驶员由于疏忽可能造成车道偏离时，警告驾驶员。基于视觉的车道线跟踪预警装置由于其成本低、运用范围广、实现方便等优点成为了车道偏离预警产品的主流技术路线，主要是基于图像处理和分析的方式来获取车辆周围的信息。现在国外已经有不少基于视觉的车道偏离预警产品，如美国Iteris公司的AutoAue型车道偏离预警系统，荷兰的Mobileye公司的Mobileye_AWS系统。国内也有不少的相关专利和论文。专利号为CN101794367A的一种车道偏离预警装置及预警方法，需要加载横摆角加速度传感器，增加了系统的成本和复杂性。专利号为CN201633623U的一种可用于车道偏离预警系统的报警器，具体研究了报警输出终端的设计方法而没有给出车道偏离系统的控制策略。专利号为CN201712600U的基于霍夫变换的车道偏离预警装置采用Hough变换算法提取直线模型，该算法在感兴趣区域内全局搜索车道线，具有较大的运算量，不利于高速车辆的实时运算，而且仅仅依靠Hough变换算法的信息提取车道线，容易受道路两侧栏杆等直线状噪声的干扰。

    总的来说，从现有的技术水平来看，图像处理的实时性和图像识别的鲁棒性是影响基于视觉的车道偏离预警系统性能的主要因素。 

    此外，现有车道偏离预警系统只是起到一种提醒驾驶员正处于没有打转向灯的情况下偏离当前车道的状态，而并不能阻止驾驶员继续偏离车道的功能。因此，会存在驾驶员故意违规的现象。在交通事故发生时，不能很好的为交通管理部门提供判决依据。

发明内容

    本发明的目的是针对现有技术缺陷，提供一种精度较高，实时性和鲁棒性较好的基于单目摄像头的车道偏离预警方法及系统。此系统还能在因驾驶员违规操作而导致车道偏离的时候记录下当时的图像，以便在事故发生时，为交通管理部门提供事故判决依据。

    为了达到上述目的，本发明采用如下的技术解决方案：

    一种确定车道偏离的方法，所述方法的步骤包括：

    （1）、图像预处理步骤：首先，对CMOS图像传感器获取的道路图像进行边缘检测，获得图像中每个像素点的梯度值。其次，根据获得的梯度值对边缘进行二值化。最后，对获得的二值化图像进行横向腐蚀，以获得细化的边缘及减少车辆、障碍物等在横向上的噪声。

    （2）、车道线提取步骤：首先统计图像预处理步骤后获得的边缘点数，并记录每个边缘点的坐标。其次，对这些边缘点的坐标进行Hough变换，分别在图像左半平面和右半平面获得25条左候选车道线和25条右候选车道线。然后采用本发明中设计的一种快速车道线筛选算法对候选车道线进行筛选，获得n条二次左候选车道线和m条二次右候选车道线（其中                                                ，）。最后，采用本发明中设计的一种车道参数计分方法，从对二次候选车道线中选出分数最大的一对作为检测到的左右车道线。

    （3）、车道线偏离决策步骤：首先根据上述步骤检测到的左右车道线参数，算出这两直线的内角夹角平分线。其次，算出夹角平分线与车辆中轴线的夹角，称为系统偏航角。最后，本发明设定在出现以下两种情况的任何一种时报警：

        a）、设定一个角度阈值为大偏航角的分界，如果连续两帧图片的检测结果显示车辆位置处于大偏航角状态，则立即报警。如果显示此时的，报警当前车辆行驶状态为左偏，反之，如果此时，则报警当前车辆行驶状态为右偏。