張文霞，王鶴鵬（長春汽車工業(yè)高等?？茖W(xué)校，吉林 長春 130000）

圖像識(shí)別技術(shù)在汽車安全輔助駕駛系統(tǒng)中的應(yīng)用

張文霞，王鶴鵬
（長春汽車工業(yè)高等?？茖W(xué)校，吉林 長春 130000）

圖像識(shí)別技術(shù)作為汽車安全領(lǐng)域必要的技術(shù)手段，對(duì)駕駛輔助系統(tǒng)的推廣具有一定的積極作用。當(dāng)前駕駛輔助系統(tǒng)眾多，文章主要綜述了圖像識(shí)別技術(shù)在駕駛員疲勞駕駛預(yù)警、追尾防撞預(yù)警、車道偏移預(yù)警、換道預(yù)警等領(lǐng)域的應(yīng)用，著重介紹了圖像識(shí)別技術(shù)在上述領(lǐng)域目前的研究現(xiàn)狀，并對(duì)其以后的發(fā)展趨勢(shì)作了相應(yīng)預(yù)測(cè)，為圖像識(shí)別技術(shù)的推廣提供發(fā)展思路。

圖像識(shí)別；綜述；駕駛輔助系統(tǒng)

10.16638/j.cnki.1671-7988.2015.12.043

CLC NO.: U463.6Document Code: BArticle ID: 1671-7988(2015)12-120-03

引言

隨著汽車工業(yè)的迅猛發(fā)展，車輛安全備受車企以及研發(fā)機(jī)構(gòu)的重視，從而出現(xiàn)了眾多的駕駛輔助系統(tǒng)，比較典型的有ACC自適應(yīng)巡航控制系統(tǒng)[1]、BSI側(cè)面碰撞修正系統(tǒng)、VSC車身穩(wěn)定性控制系統(tǒng)、ITS智能交通運(yùn)輸系統(tǒng)、VE視覺增強(qiáng)系統(tǒng)、DCW駕駛狀態(tài)監(jiān)控系統(tǒng)[2]等，這些系統(tǒng)已普遍運(yùn)用在車企所開發(fā)的車型上。不少研發(fā)機(jī)構(gòu)和汽車企業(yè)都致力于開發(fā)低成本、高可靠性、適用范圍廣的駕駛輔助系統(tǒng)。本文針對(duì)各個(gè)輔助系統(tǒng)的特性，綜述識(shí)別技術(shù)在各個(gè)駕駛輔助系統(tǒng)的關(guān)鍵技術(shù)，主要綜述了圖像識(shí)別技術(shù)在駕駛員疲勞駕駛預(yù)警、追尾防撞預(yù)警、車道偏移預(yù)警、換道預(yù)警等領(lǐng)域的應(yīng)用，并對(duì)以后發(fā)展趨勢(shì)作了相應(yīng)預(yù)測(cè)，為圖像識(shí)別技術(shù)的推廣提供發(fā)展思路。

1、圖像識(shí)別技術(shù)概述

隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)與信息技術(shù)的快速發(fā)展，圖像識(shí)別技術(shù)得到了越來越廣泛的應(yīng)用。圖像識(shí)別技術(shù)的涵義很廣，主要是指通過計(jì)算機(jī)，采用數(shù)學(xué)技術(shù)方法，對(duì)一個(gè)系統(tǒng)前端獲取的圖像按照特定的目的進(jìn)行相應(yīng)的處理。圖像識(shí)別技術(shù)就是人類視覺認(rèn)知的延伸，是人工智能的一個(gè)重要領(lǐng)域。

2、圖像識(shí)別技術(shù)在汽車安全駕駛輔助駕駛系統(tǒng)中的應(yīng)用

2.1圖像識(shí)別技術(shù)在疲勞駕駛預(yù)警系統(tǒng)中的應(yīng)用

全球范圍內(nèi)，駕駛員過度疲勞已成為導(dǎo)致交通安全事故的重要原因之一。運(yùn)用計(jì)算機(jī)視覺實(shí)時(shí)獲取并監(jiān)視駕駛行為信息，利用這些信息判斷車輛行駛的安全性，并進(jìn)一步采用相應(yīng)報(bào)警和防護(hù)措施，減少疲勞駕駛引起的道路交通事故。

疲勞駕駛預(yù)警系統(tǒng)的工作流程即：首先通過車載信息系統(tǒng)中的 CCD紅外攝像頭進(jìn)行圖像采集并進(jìn)行壓縮，然后經(jīng)過服務(wù)平臺(tái)中搭建的通信網(wǎng)絡(luò)上傳至服務(wù)中心，服務(wù)中心將接收到的圖像進(jìn)行解壓，對(duì)圖像進(jìn)行預(yù)處理并進(jìn)行識(shí)別，判斷出駕駛員此刻是否處于疲勞狀態(tài)，如果處于疲勞狀態(tài)則向車載終端下發(fā)命令并控制車內(nèi)的預(yù)警設(shè)備對(duì)駕駛員進(jìn)行預(yù)警[3]。

疲勞駕駛檢測(cè)的整個(gè)過程可以由圖1來進(jìn)行描述，首先在本地采集駕駛員的面部圖像；然后將采集到的圖像序列傳輸至遠(yuǎn)程服務(wù)中心；服務(wù)中心的客戶端對(duì)收到的圖像序列通過疲勞駕駛檢測(cè)算法進(jìn)行是否疲勞的判斷，并將檢測(cè)結(jié)果發(fā)送回本地；本地的車載網(wǎng)關(guān)收到檢測(cè)結(jié)果后，如果需要預(yù)警則啟動(dòng)報(bào)警執(zhí)行機(jī)構(gòu)，對(duì)駕駛員進(jìn)行聲音以及光學(xué)兩方面的報(bào)警，從而避免因疲勞而導(dǎo)致的危險(xiǎn)。

2.2圖像識(shí)別技術(shù)在汽車追尾防撞預(yù)警系統(tǒng)中的應(yīng)用

汽車追尾防撞預(yù)警系統(tǒng)是對(duì)高速公路上的車輛視頻圖像進(jìn)行采集后進(jìn)行處理，對(duì)本車前方高速視頻進(jìn)行采集識(shí)別，判斷本車輛前方一定距離內(nèi)是否有車輛，如果視頻圖像中有車輛，那么我們就給出控制信號(hào)，啟動(dòng)汽車防追尾系統(tǒng)的測(cè)距預(yù)警模塊。前方車輛視頻圖像檢測(cè)的整個(gè)過程可以由圖 2來進(jìn)行描述。

基于圖像識(shí)別的汽車追尾防撞預(yù)警系統(tǒng)，當(dāng)確認(rèn)前方有車后，再由激光雷達(dá)測(cè)距儀測(cè)得距離前方車的間距。由此，一路信號(hào)送到3位LED數(shù)碼顯示器，直接將實(shí)際的距離顯示出來，駕駛者可由此看到較準(zhǔn)確的距離顯示，有助于其做出判斷，并采取有效的措施；另一路將采集到的信號(hào)送給ARM微處理機(jī)進(jìn)行分析處理。根據(jù)車間距離和安全車間距離的比較發(fā)出信號(hào)使報(bào)警燈閃爍，同時(shí)給單片機(jī)信號(hào)進(jìn)行語音報(bào)警，提示駕駛者注意。形成汽車在動(dòng)態(tài)運(yùn)動(dòng)的過程中自動(dòng)進(jìn)行實(shí)時(shí)處理的高度自動(dòng)化的系統(tǒng)，達(dá)到汽車防尾追的目的。

2.3圖像識(shí)別技術(shù)在車道偏移預(yù)警系統(tǒng)中的應(yīng)用

車道偏移預(yù)警系統(tǒng)(LDWS)可以對(duì)行駛路線偏移車道標(biāo)志線的駕駛員進(jìn)行警告，以預(yù)防事故的發(fā)生。車道偏移的檢測(cè)通過基于灰度閾值分割的梯度邊緣檢測(cè)技術(shù)，在對(duì)路面圖像進(jìn)行邊緣檢測(cè)的同時(shí)，配合以路面的灰度信息，準(zhǔn)確地分離出車道標(biāo)志線的邊緣，再依此定義車道的跟蹤區(qū)域—感興趣區(qū)域(ROI)，利用車道邊緣信息定義邊緣分布函數(shù) EDF，通過對(duì)跟蹤區(qū)域中車道線梯度方向的分析，獲取兩條車道標(biāo)志線在道路圖像中的方向，以此作為車道偏移判斷與預(yù)警的主要根據(jù)[5]。

車道偏移系統(tǒng)流程圖件圖 3，車道的視頻圖像由安置在車輛前方的攝像頭采集；車道的檢測(cè)以基于灰度閾值分割和基于圖像邊緣的檢測(cè)技術(shù)為主；平面中任意一條直線可以用兩個(gè)參數(shù)ρ和θ完全確定下來，其中ρ指明了該直線到原點(diǎn)（對(duì)于左右兩條車道標(biāo)志線，以圖像左下角為原點(diǎn)）的距離，θ確定了該直線的方向，即用ρ與θ進(jìn)行車道線的擬合（確定車道線直線方程）；利用邊緣分布函數(shù)及每當(dāng)車輛行駛經(jīng)過時(shí)間 t之后對(duì) ROI區(qū)域進(jìn)行及時(shí)修正，這保證的對(duì)車道線的追蹤；定義危險(xiǎn)車道偏移區(qū)域, 當(dāng)車行駛到這區(qū)域則需對(duì)駕駛員進(jìn)行報(bào)警。

2.4圖像識(shí)別技術(shù)在換道預(yù)警系統(tǒng)中的應(yīng)用

當(dāng)前應(yīng)用的換道輔助系統(tǒng)多以轉(zhuǎn)向燈信號(hào)作為識(shí)別駕駛?cè)藫Q道意圖的主要依據(jù)，由于實(shí)際駕駛過程中轉(zhuǎn)向燈開啟率低及開啟時(shí)間提前量不夠，使系統(tǒng)存在漏報(bào)及錯(cuò)誤報(bào)警。如果能在換道開始前提前識(shí)別出駕駛?cè)说牟僮饕鈭D，不再單獨(dú)依靠轉(zhuǎn)向燈信號(hào)作為識(shí)別依據(jù)，則可預(yù)先對(duì)駕駛?cè)怂幁h(huán)境進(jìn)行安全性評(píng)估，在危險(xiǎn)的醞釀期向駕駛?cè)祟A(yù)警，從而規(guī)避交通事故的發(fā)生，并降低不安全駕駛行為對(duì)交通流的擾動(dòng)。

換道意圖識(shí)別的整個(gè)過程可以由圖4來進(jìn)行描述，首先利用攝像頭采集駕駛員頭部的視頻圖像；然后將采集到的圖像序列傳輸?shù)街醒胩幚碓O(shè)備；在對(duì)圖像序列進(jìn)行頭部運(yùn)動(dòng)特征提??；在進(jìn)行是否有換道意圖的判斷及汽車環(huán)境的安全性評(píng)估；根據(jù)判斷結(jié)果確定是否采用換道預(yù)警系統(tǒng)進(jìn)行干預(yù)；如果需要換道預(yù)警系統(tǒng)干預(yù)，對(duì)駕駛員進(jìn)行聲音以及光學(xué)兩方面的報(bào)警，從而避免因駕駛員對(duì)道路安全性的錯(cuò)誤評(píng)估而導(dǎo)致的危險(xiǎn)。

3、總結(jié)

開發(fā)的汽車安全輔助系統(tǒng)，不僅能夠有效降低交通事故發(fā)生頻率，而且對(duì)較少交通延誤具有一定的積極作用。圖像識(shí)別技術(shù)的進(jìn)一步發(fā)展不僅可以改善現(xiàn)有車載輔助系統(tǒng)高成本、低可靠性的狀況，且為車輛多元化智能化發(fā)展提供必要的理論支撐。但是圖像處理算法需要更優(yōu)化，處理速度更快，實(shí)現(xiàn)圖像的智能生成、處理、識(shí)別；同時(shí)攝像頭采集的圖片質(zhì)量受很多因素的影響，這些都是圖像識(shí)別技術(shù)需要解決的問題。因此，如果能夠找到一些相關(guān)的算法，并能滿足應(yīng)用過程中實(shí)時(shí)性，將為成功構(gòu)造出具有實(shí)際應(yīng)用價(jià)值的汽車安全輔助系統(tǒng)提供保證。

[1] 管欣,王景武,高振海.基于最優(yōu)預(yù)瞄加速度決策的汽車自適應(yīng)巡航控制系統(tǒng)[J].吉林大學(xué)學(xué)報(bào)(工學(xué)版),2004,34(02).

[2] 楊秀民,萬劍,嚴(yán)新平等.基于車載機(jī)器視覺的汽車安全技術(shù)[J].中國安全科學(xué)學(xué)報(bào),2008,18(05).

[3] 基于可信汽車服務(wù)平臺(tái)的疲勞駕駛預(yù)警系統(tǒng)研究[D].吉林大學(xué)碩士學(xué)位論文,2011.

Application of image recognition technology in vehicle safety driver assistance systems

Zhang Wenxia, Wang Hepeng
( Changchun Automobile Industry Insititute, Jilin Changchun 130000 )

Image recognition technology as car security domain the necessary technical means, to drive the promotion of auxiliary system has certain positive role. The current driving auxiliary system is numerous, this paper summarized the image recognition technology in driver fatigue driving warning, tailgating collision avoidance warning, lane migration early warning, lane changing early warning, and emphatically introduces the image recognition technology in the field of the research of present situation, and for future development trend for the corresponding forecast, for image recognition technology to provide the promotion of development train of thought.

image recognition; review; driving auxiliary system

U463.6

B

1671-7988（2015）12-120-03

張文霞，就職于長春汽車工業(yè)高等?？茖W(xué)校。