蘇春莉，李 梅

車道偏離預(yù)警算法研究

蘇春莉，李 梅

（西安歐亞學(xué)院信息工程學(xué)院，陜西西安，710065）

本文主要對(duì)車道偏離預(yù)警算法進(jìn)行一定的研究。在介紹算法基本流程的基礎(chǔ)上，主要闡述了圖像預(yù)處理、車道識(shí)別、偏離預(yù)警三個(gè)實(shí)現(xiàn)步驟。實(shí)驗(yàn)表明，該方法能夠正確分析車道中的位置信息，當(dāng)車輛偏離車道時(shí)及時(shí)給予報(bào)警。

車道線識(shí)別；圖像預(yù)處理；偏離決策

車道偏離造成的人員財(cái)產(chǎn)損失約占整個(gè)交通事故中損失的三分之一之多，這些事故主要由于駕駛員注意力分散造成的。車道偏離預(yù)警系統(tǒng)(lane departure warning system，LDWS)的開(kāi)發(fā)應(yīng)用能夠提醒和輔助駕駛員及時(shí)修正無(wú)意識(shí)的車道線偏離，從而減少或避免交通事故的發(fā)生。

1 基本原理

車道偏離預(yù)警系統(tǒng)的基本原理是：系統(tǒng)通過(guò)攝像頭獲取道路信息，通過(guò)雷達(dá)等其它傳感器獲取車輛自身相關(guān)信息以及外界環(huán)境信息，同時(shí)獲取人機(jī)交互界面中由駕駛員所設(shè)置的參數(shù)信息，以這些信息作為基礎(chǔ)，進(jìn)行車道偏離預(yù)警算法的決策，當(dāng)發(fā)生偏離時(shí)，系統(tǒng)可通過(guò)聲音提示、LCD顯示器顯示警告信息等方式來(lái)警示駕駛員，使得駕駛員能夠及時(shí)調(diào)整車輛的行駛方向，避免交通事故的發(fā)生。其中車道線檢測(cè)是車道偏離預(yù)警系統(tǒng)中一個(gè)關(guān)鍵性問(wèn)題。

2 車道偏離預(yù)警算法基本流程

車道偏離預(yù)警算法的思想是：通過(guò)對(duì)車輛前方視覺(jué)傳感器所拍攝的道路圖像進(jìn)行中值濾波處理，以消除噪聲干擾，再對(duì)圖像進(jìn)行邊緣提取和二值化處理，將車道標(biāo)識(shí)線信息與道路背景信息相分離，然后對(duì)車道線進(jìn)行識(shí)別，求取它的代表點(diǎn)，得到代表點(diǎn)序列后再對(duì)其進(jìn)行修復(fù)，提取每個(gè)代表點(diǎn)序列的起始點(diǎn)、終止點(diǎn)，之后對(duì)間斷標(biāo)識(shí)線進(jìn)行擬合連接，將重構(gòu)后的車道線顯示到輸入圖像上，最后根據(jù)偏離預(yù)警決策算法來(lái)判斷車輛當(dāng)前是否發(fā)生偏離車道線的情況。該算法的基本流程圖如圖1所示：

圖1 車道偏離預(yù)警系統(tǒng)算法的基本流程

3 車道偏離預(yù)警算法處理過(guò)程

（1）道路圖像預(yù)處理

圖像預(yù)處理主要包括：中值濾波、邊緣提取以及二值化處理[2]。通過(guò)中值濾波處理使得由外部環(huán)境所引起的干擾噪聲得以消除或衰減；通過(guò)邊緣提取和二值化處理對(duì)車道標(biāo)識(shí)線進(jìn)行識(shí)別，將標(biāo)志線與路面信息相分離，以便于下一步的操作。

①道路圖像中值濾波

中值濾波是一種既能去除噪聲又能保護(hù)目標(biāo)邊界不被模糊的空域?yàn)V波法。其思想是：將每個(gè)像素點(diǎn)的灰度值用它鄰域移動(dòng)窗口內(nèi)的所有像素點(diǎn)的灰度值的中值來(lái)替代，可表示為：

②道路圖像二值化

灰度圖像其灰度級(jí)變化范圍為[0,255]，本文選取與圖像平均灰度相關(guān)的值作為邊緣提取的分割閾值，對(duì)圖像進(jìn)行二值化處理。設(shè)表示處像素點(diǎn)的灰度值，T表示臨界灰度值，則二值化處理可表示為式(b)，這里選取作為臨界灰度值T。

（2）道路標(biāo)志線的提取及擬合

道路圖像經(jīng)預(yù)處理之后，得到道路標(biāo)識(shí)線的二值化圖像。接下來(lái)任務(wù)是對(duì)二值化處理之后的圖像進(jìn)行識(shí)別，提取每行圖像中車道線的代表點(diǎn)序列，對(duì)每個(gè)代表點(diǎn)序列的起始點(diǎn)和終止點(diǎn)進(jìn)行搜尋記錄，根據(jù)記錄信息進(jìn)行車道線的擬合，再將擬合之后的車道線反標(biāo)回原輸入圖像中。

①代表點(diǎn)的選取

根據(jù)車道標(biāo)識(shí)線在橫向上具有一定的寬度、在豎向上具有一定的長(zhǎng)度這兩大形態(tài)特征，可以判定：經(jīng)過(guò)預(yù)處理之后車道線不會(huì)為零零散散的孤立點(diǎn)。所以，該算法對(duì)每行圖像進(jìn)行掃描，選出每行中連續(xù)點(diǎn)數(shù)大于2的像素點(diǎn)組成連續(xù)點(diǎn)組，對(duì)每一個(gè)符合條件的連續(xù)點(diǎn)組求取它的中間點(diǎn)將其作為該組的代表點(diǎn)。

②車道線起始點(diǎn)和終止點(diǎn)提取

道路標(biāo)識(shí)線在縱向延伸表現(xiàn)為三種情況：豎直、右傾斜、左傾斜。故經(jīng)過(guò)代表點(diǎn)選取后，連續(xù)兩行中的同一標(biāo)識(shí)線也符合上述三種情況。因而，在進(jìn)行終止點(diǎn)提取時(shí)，可運(yùn)用這一規(guī)律進(jìn)行代表點(diǎn)鏈碼的追蹤。

在搜索追蹤的過(guò)程中，凡是滿足條件的像素點(diǎn)，在被搜索之后，改變其灰度值，便于后續(xù)搜索過(guò)程中不會(huì)將它重復(fù)搜索；如果任何一方向均不滿足，則認(rèn)為該點(diǎn)為終止點(diǎn)。當(dāng)搜索到一條標(biāo)識(shí)線的起始和終止點(diǎn)坐標(biāo)后，便可以計(jì)算出這兩點(diǎn)間直線的斜率k。將每次搜索所得到的車道標(biāo)識(shí)線鏈碼的起始點(diǎn)坐標(biāo)(start_ i,start_j)、終止點(diǎn)坐標(biāo)(end_i,end_j)、斜率k，以及本次搜索得到的標(biāo)識(shí)線序號(hào)，存入對(duì)應(yīng)的數(shù)組寄存器中。

③車道線的擬合

在汽車安全輔助駕駛中，車道標(biāo)識(shí)線的擬合是一個(gè)至關(guān)重要的環(huán)節(jié)。目前，對(duì)于車道線的擬合方法有很多，本文采用遞歸二分折線擬合法對(duì)車道標(biāo)識(shí)線進(jìn)行擬合。由于道路圖像在縱向上的延伸形狀不定，這就使得標(biāo)識(shí)線的曲線形狀也難以確定。為了能夠兼容各種車道標(biāo)識(shí)線，在遞歸二分折線擬合法中，用平行于道路圖像橫向坐標(biāo)的直線將圖像進(jìn)行劃分，這樣便可得到多個(gè)劃分區(qū)域，在每個(gè)小區(qū)域內(nèi)的曲線可以近似的用直線來(lái)替代。如此以來(lái)，一條曲線標(biāo)識(shí)線便可以用一組折線來(lái)擬合出來(lái)。

對(duì)于劃分后子區(qū)域內(nèi)的直線擬合，這里選取最小二乘曲線擬合算法來(lái)進(jìn)行直線的擬合。其實(shí)現(xiàn)過(guò)程如下：

否則轉(zhuǎn)到下一步。

經(jīng)過(guò)上述步驟得到標(biāo)識(shí)線的擬合曲線，由于車道標(biāo)識(shí)線存在虛線，或者是車道線檢測(cè)的時(shí)候本屬于同一標(biāo)志線的縱向延伸的曲線因各種原因致使檢測(cè)結(jié)果為幾條縱向離散的線段，為了得到道路標(biāo)識(shí)線的完整擬合，必須將這些本屬于同一條標(biāo)識(shí)線的離散虛線段進(jìn)行連接擬合。

對(duì)于虛線段的連接，主要從三個(gè)方面判斷它們是否歸屬于同一條標(biāo)識(shí)線，第一點(diǎn)考慮兩條線段的斜率差，第二點(diǎn)看待合并的兩條直線之間的橫向距離，第三點(diǎn)考慮兩條直線的縱向間距。

④原圖上顯示擬合后的車道線

經(jīng)車道標(biāo)識(shí)線擬合之后，將擬合出來(lái)的曲線顯示在原視頻圖像上，給駕駛員直觀的視覺(jué)感受。具體實(shí)現(xiàn)方法就是根據(jù)每條擬合直線方程，在圖像上對(duì)應(yīng)的行列上用醒目的顏色繪制出擬合之后的標(biāo)識(shí)線。

圖2 虛線段的連接示意圖

以上各步驟的處理結(jié)果如圖2所示，圖2 (a)是對(duì)車道線進(jìn)行直線擬合后的效果圖，但還未進(jìn)行虛線段的連接，圖2 (b)為擬合之后的車道線在輸入圖像上的重構(gòu)。

（3）偏離預(yù)警

車道偏離預(yù)警采用CCP模型 (Car’s Current Position，車輛在車道中的當(dāng)前位置)，該模型根據(jù)車輛在車道中的位置進(jìn)行車道偏離判決。假設(shè)車輛的中心位置與車道的中心之間的距離為，車輛自身的寬度為，車道的寬度為，且車輛與車道的方向大致平行，則此時(shí)車輛的前車輪相對(duì)于車道左右邊界的位置可表示為式(d)：

在實(shí)際應(yīng)用中，對(duì)于車輛在當(dāng)前車道中的具體位置以及道路的寬度是依據(jù)CCD攝像頭自身的參數(shù)，及其安裝的位置、高度、方向等參數(shù)，再結(jié)合道路的具體參數(shù)信息進(jìn)行獲取。

4 結(jié)束語(yǔ)

本文先介紹了車道偏離預(yù)警算法的基本流程，然后分步驟闡述了圖像預(yù)處理過(guò)程及仿真情況，道路標(biāo)志線識(shí)別的處理過(guò)程及仿真結(jié)果，最后根據(jù)CPP模型進(jìn)行車道偏離的預(yù)警。實(shí)驗(yàn)表明，該方法能夠正確分析車道中的位置信息，當(dāng)車輛偏離車道時(shí)及時(shí)給予報(bào)警。

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蘇春莉，女，生于1977年，陜西省蒲城縣人，漢族，講師，碩士。研究方向：嵌入式開(kāi)發(fā)、數(shù)字圖像處理。

由此可知，端口網(wǎng)絡(luò)等效電阻消耗的功率一般不等于端口網(wǎng)絡(luò)內(nèi)部消耗的功率，因此當(dāng)負(fù)載獲取最大功率時(shí)，電路的傳輸效率并不一定等于50%，一般小于50%。

5 結(jié)論

最大功率傳輸原理是電路理論中的重要定理，在教學(xué)設(shè)計(jì)過(guò)程中，注重教學(xué)方式方法更利于學(xué)生的學(xué)習(xí)掌握；在應(yīng)用最大功率傳輸原理時(shí)，必須注意其使用的前提條件，否則可能得出錯(cuò)誤結(jié)論。根據(jù)具體的電路求解最大功率的方法不盡相同。

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Research on Lane Departure Warning Algorithm

Suchunli,Limei
(Information Engineering Institute,Xi’an Eurasia University,Xi’an，710065,China)

This paper mainly do some research on the lane departure warning algorithm.Based on the basic flow algorithm,it mainly describes the image preprocessing,lane recognition and departure warning three steps.Experiments show that,this method can correctly analyze the lane in the position information,when thevehicle lane departure timely alarm.

Lane recognition;Image preprocessing;Deviation decision

陜西省科技廳自然科學(xué)基礎(chǔ)研究基金資助項(xiàng)目（No. 2012JM8027）