專利名稱：一種基于圖像傳感器的輔助駕駛裝置及其工作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種基于圖像傳感器的輔助駕駛裝置及其工作方法，屬于汽車主動(dòng)安全領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
車道線檢測(cè)和障礙物檢測(cè)是實(shí)現(xiàn)智能車輛輔助駕駛和自主避障的前提，主要的傳 感手段有雷達(dá)，激光等主動(dòng)傳感器和基于視覺的被動(dòng)傳感器。雷達(dá)和激光檢測(cè)效果好，測(cè)距 準(zhǔn)確，但不能檢測(cè)車道線，并且由于價(jià)格等原因尚未實(shí)現(xiàn)推廣。而視覺是人類觀察和認(rèn)識(shí)世 界的重要方式，駕駛員在駕駛車輛過程中所需信息的90%來自視覺。視覺圖像傳感器具有 較高的性價(jià)比，在很多場(chǎng)合得到了應(yīng)用，如車道線識(shí)別，路標(biāo)識(shí)別等，并且作為被動(dòng)式傳感 器，對(duì)環(huán)境幾乎沒有不利的影響。目前研究車輛輔助駕駛系統(tǒng)的國內(nèi)外企業(yè)或者科研機(jī)構(gòu)很多，但功能單一，成本 高，不能同時(shí)實(shí)現(xiàn)車道線檢測(cè)與障礙物檢測(cè)，如寶馬公司的車道偏離報(bào)警系統(tǒng)；奔馳的夜視 系統(tǒng)；沃爾沃的輔助換道系統(tǒng)等，一般運(yùn)用了雷達(dá)，紅外等傳感器，系統(tǒng)成本比較高，難以實(shí) 現(xiàn)市場(chǎng)推廣。綜合市場(chǎng)上存在的輔助駕駛方法與裝置，利用圖像處理技術(shù)和嵌入式系統(tǒng)，設(shè)計(jì) 一種低成本的圖像處理與顯示系統(tǒng)，給予駕駛員有關(guān)車道線與障礙物的信息，從而實(shí)現(xiàn)輔 助駕駛以及智能導(dǎo)航的目的。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的就是在前人研究的輔助駕駛方法與裝置的基礎(chǔ)上，克服其成本高， 功能單一等缺點(diǎn)，設(shè)計(jì)一種具有良好的移動(dòng)性能、較強(qiáng)的車輛適應(yīng)性、效果可靠、重量較輕 的圖像輔助駕駛裝置及其工作方法。本發(fā)明的技術(shù)解決方案是這樣實(shí)現(xiàn)的—種基于圖像傳感器的輔助駕駛裝置，包括機(jī)箱和內(nèi)部裝置，所述內(nèi)部裝置包括 圖像傳感器、電源、液晶驅(qū)動(dòng)板及液晶屏、觸摸屏、觸摸屏驅(qū)動(dòng)板、嵌入式處理系統(tǒng)，其中電 源分別輸出電源至嵌入式處理系統(tǒng)、液晶驅(qū)動(dòng)板，圖像傳感器與嵌入式處理系統(tǒng)的輸入端 連接，嵌入式處理系統(tǒng)的第一輸出端依次連接液晶驅(qū)動(dòng)板、液晶屏，嵌入式處理系統(tǒng)的第二 輸出端依次連接觸摸屏驅(qū)動(dòng)板、觸摸屏。本發(fā)明的基于圖像傳感器的輔助駕駛裝置在所述機(jī)箱的一側(cè)設(shè)置有用于對(duì)所述 內(nèi)部裝置進(jìn)行散熱的風(fēng)扇，電源給風(fēng)扇供電。本發(fā)明的基于圖像傳感器的輔助駕駛裝置的內(nèi)部裝置還包括擴(kuò)展設(shè)備與嵌入式 處理系統(tǒng)相連接，擴(kuò)展設(shè)備為一塊PCB電路板，該P(yáng)CB電路板包括外部電源接入口、嵌入式 處理系統(tǒng)電源端口、顯示系統(tǒng)電源端口、冷卻風(fēng)扇電源端口、顯示系統(tǒng)轉(zhuǎn)接信號(hào)端口、顯示 系統(tǒng)控制信號(hào)端口、電路保護(hù)電容以及通訊端口。本發(fā)明的輔助駕駛裝置的工作方法，具體步驟為
Α、初始化程序，采用圖像傳感器進(jìn)行圖像采集；將采集到的圖像信息緩存在嵌入式處理系統(tǒng)的存儲(chǔ)器中；B、嵌入式處理系統(tǒng)讀取步驟A所述圖像信息的單幀圖片；C、嵌入式處理系統(tǒng)將步驟B所述圖像信息進(jìn)行灰度變換，將該圖像信息轉(zhuǎn)換成灰 度圖像；D、嵌入式處理系統(tǒng)進(jìn)行車道線檢測(cè)、障礙物檢測(cè)處理，提取出車道線與障礙物信 息；E、在步驟B中讀取的圖像上標(biāo)示出步驟D提取出的車道線及障礙物信息，一并在 液晶屏上顯示出來，給予駕駛員提示，然后讀取下一幀圖像并進(jìn)行處理。本發(fā)明的基于圖像傳感器的輔助駕駛裝置的工作方法的步驟D中所述車道線檢 測(cè)的方法具體為F、對(duì)步驟B所述轉(zhuǎn)換后灰度圖像進(jìn)行邊緣檢測(cè)；G、設(shè)計(jì)一套3*3的模板，根據(jù)線段的方向性分別對(duì)左車道及右車道的灰度圖像進(jìn) 行模板匹配；H、對(duì)G步驟匹配后的圖像進(jìn)行Hough變換、濾波操作，濾除部分短線段；I、進(jìn)行點(diǎn)的聚類處理，連接長線段，檢測(cè)出車道線信息，繼續(xù)進(jìn)行下一幀圖像的處理。本發(fā)明的基于圖像傳感器的輔助駕駛裝置的工作方法的步驟D中所述車輛障礙 物檢測(cè)的方法具體為J、對(duì)步驟B所述轉(zhuǎn)換后灰度圖像進(jìn)行邊緣檢測(cè)；K、根據(jù)圖像中的實(shí)際目標(biāo)位置選擇感興趣區(qū)域；L、根據(jù)道路背景與車底陰影在灰度圖象中的灰度區(qū)別，選擇合適的灰度閾值，在 感興趣區(qū)域內(nèi)進(jìn)行圖像分割；車底陰影部分形成連通域，與圖像的其余部分有明顯的邊界 差別，由此認(rèn)為該連通域即為檢測(cè)到的車底陰影，標(biāo)出水平線段；M、利用車輛尾部的圖像輪廓和灰度信息的垂直對(duì)稱性，在感興趣區(qū)域內(nèi)檢測(cè)車輛 的對(duì)稱軸，結(jié)合步驟L的結(jié)果，確定障礙物目標(biāo)的位置；N、讀入下一幀圖像信息，根據(jù)上一幀檢測(cè)到的目標(biāo)位置，利用均值平移算法進(jìn)行 目標(biāo)跟蹤；0、每隔一定的幀數(shù)以后，重新對(duì)當(dāng)前圖像中的障礙物進(jìn)行檢測(cè)，再進(jìn)行目標(biāo)跟蹤。 有益效果與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明提供的輔助駕駛裝置以性價(jià)比較高的圖像傳感器作為圖 像傳感器，安裝簡(jiǎn)單，對(duì)車體無破壞，并且可以實(shí)現(xiàn)觸摸屏的操控；內(nèi)置電源設(shè)計(jì)可以提高 系統(tǒng)的移動(dòng)性能；外置電源可以使用車載的電子點(diǎn)煙器。算法部分采用了傳統(tǒng)的灰度變換， 邊緣檢測(cè)，興趣區(qū)域提取，曲線擬合等，計(jì)算量小，實(shí)時(shí)性好。因此，安裝該系統(tǒng)的車輛能夠 在復(fù)雜的道路環(huán)境下給予駕駛員危險(xiǎn)提示，并可以給予無人駕駛系統(tǒng)環(huán)境信息。


圖1是本發(fā)明實(shí)施例的硬件結(jié)構(gòu)框架圖。圖2是圖1所示的安裝層次示意圖。
圖3是圖1所示的軟件系統(tǒng)示意圖。圖4是圖3所述的車道線檢測(cè)方法示意圖。圖5是圖3所述的障礙物檢測(cè)方法示意圖。圖中標(biāo)號(hào)名稱1.圖像傳感器，2.風(fēng)扇，3.電源系統(tǒng)，4.液晶驅(qū)動(dòng)板，5.液晶屏，6.觸摸屏，7.觸摸屏驅(qū)動(dòng)板，8.嵌入式處理系統(tǒng)，9.擴(kuò)展設(shè)備。
具體實(shí)施例方式結(jié)合圖1 圖3所示，本發(fā)明一種基于圖像傳感器的輔助駕駛裝置及其工作方法 硬件結(jié)構(gòu)如下—種基于圖像傳感器的輔助駕駛裝置，由圖像采集系統(tǒng)、圖像處理系統(tǒng)、圖像顯示 系統(tǒng)等組成，其中圖像傳感器通過吸盤固定在車輛內(nèi)部擋風(fēng)玻璃上，或者將圖像傳感器固 定在車內(nèi)頂部，采集前方道路信息，輔助駕駛系統(tǒng)機(jī)箱放置在駕駛員前方的儀表臺(tái)上，兩者 通過數(shù)據(jù)線連接。圖像傳感器通過一塊半剛性金屬角鐵與吸盤固定在一起，可以通過調(diào)節(jié) 角鐵的角度來改變圖像傳感器的俯仰角。嵌入式處理系統(tǒng)與電源系統(tǒng)固定在所述的機(jī)箱 內(nèi)，液晶驅(qū)動(dòng)板及液晶屏粘接在一起、整體通過螺栓連接在機(jī)箱上，所述的相關(guān)電源接口以 及通訊接口集成在PCB電路板上，電源開關(guān)固定在機(jī)箱上。上述的輔助駕駛裝置構(gòu)成為以機(jī)箱為載體，內(nèi)部電源與嵌入式處理系統(tǒng)固定在 機(jī)箱上，其上端連接電路板，電路板上端通過螺栓固定顯示系統(tǒng)，觸摸屏粘結(jié)在顯示屏上， 機(jī)箱預(yù)留下通訊接口，電源接口，開關(guān)接口，散熱風(fēng)扇口，以及一系列的散熱口。上述的電路板包括開關(guān)端口，輸入電源端口，以及嵌入式處理系統(tǒng)，顯示系統(tǒng)，散 熱系統(tǒng)的電源端口，以及與它們相對(duì)應(yīng)的電路保護(hù)電容，顯示系統(tǒng)需要的信號(hào)端口與顯示 控制端口，以及觸摸屏驅(qū)動(dòng)板用螺栓固定在該電路板上。相關(guān)的通訊端口固定在電路板上， 可以實(shí)現(xiàn)與外接設(shè)備的通訊。圖像傳感器采集到的圖像存儲(chǔ)在緩存空間，通過軟件讀取緩存空間的圖片幀，然 后通過車道線檢測(cè)和障礙物檢測(cè)，在原圖上標(biāo)記出來，顯示到液晶屏上。圖像傳感器通過吸盤固定在擋風(fēng)玻璃上，處理系統(tǒng)與顯示系統(tǒng)放置在儀表盤上， 圖像傳感器采集車輛前方的道路圖像，通過數(shù)據(jù)線傳輸?shù)酱鎯?chǔ)單元，用圖像軟件讀取緩存， 進(jìn)行圖像處理，處理結(jié)束后將結(jié)果顯示在液晶屏上，繼續(xù)讀取下一幀。電源系統(tǒng)有兩部分組成，內(nèi)置鋰電池和外置電源，外置電源可以接點(diǎn)煙器電源，通 過三相開關(guān)的切換，實(shí)現(xiàn)不同環(huán)境下的使用。系統(tǒng)自上而下分為4層，第一層為觸摸板和液晶屏部分，四線電阻式觸摸板粘貼 在液晶屏的表面，通過四點(diǎn)定位來對(duì)觸摸板進(jìn)行觸點(diǎn)校準(zhǔn)。第二層為液晶屏和觸摸板的驅(qū) 動(dòng)電路板，第三層為圖3所示的電路板，集成了相關(guān)電源端口與通訊端口，第四層為嵌入式 CPU系統(tǒng)以及電源系統(tǒng)，固定在盒子上，同時(shí)在盒子的左端有一個(gè)冷卻風(fēng)扇，從電路板供電， 給系統(tǒng)冷卻。工作原理如下A、初始化程序，采用圖像傳感器進(jìn)行圖像采集；將采集到的圖像信息緩存在嵌入 式處理系統(tǒng)的存儲(chǔ)器中；
B、嵌入式處理系統(tǒng)讀取步驟A所述圖像信息的單幀圖片；C、嵌入式處理系統(tǒng)步驟B所述圖像信息進(jìn)行灰度變換，將該圖像信息轉(zhuǎn)換成灰度圖像；D、嵌入式處理系統(tǒng)進(jìn)行車道線檢測(cè)、障礙物檢測(cè)處理，提取出車道線與障礙物信 息；E、在步驟B中讀取的圖像上標(biāo)示出步驟D提取出的車道線及障礙物信息，一起在 液晶屏上顯示出來，給予駕駛員提示，然后讀取下一幀圖像并進(jìn)行處理。步驟D中所述車道線檢測(cè)的方法具體為F、對(duì)步驟B所述轉(zhuǎn)換后灰度圖像進(jìn)行邊緣檢測(cè)；G、設(shè)計(jì)一套3*3的模板，根據(jù)線段的方向性分別對(duì)左車道及右車道的灰度圖像進(jìn) 行模板匹配；H、對(duì)G步驟匹配后的圖像進(jìn)行Hough變換、濾波操作，濾除部分短線段；I、進(jìn)行點(diǎn)的聚類處理，連接長線段，檢測(cè)出車道線信息，繼續(xù)進(jìn)行下一幀圖像的處理。步驟D中所述障礙物檢測(cè)的方法具體為J、對(duì)步驟B所述轉(zhuǎn)換后灰度圖像進(jìn)行邊緣檢測(cè)；K、根據(jù)圖像中的實(shí)際目標(biāo)位置選擇感興趣區(qū)域；L、根據(jù)道路背景與車底陰影在灰度圖象中的灰度區(qū)別，選擇合適的灰度閾值，在 感興趣區(qū)域內(nèi)進(jìn)行圖像分割；車底陰影部分形成連通域，與圖像的其余部分有明顯的邊界 差別，由此認(rèn)為該連通域即為檢測(cè)到的車底陰影，標(biāo)出水平線段；M、利用車輛尾部的圖像輪廓和灰度信息的垂直對(duì)稱性，在感興趣區(qū)域內(nèi)檢測(cè)到車 輛的對(duì)稱軸，結(jié)合步驟L的結(jié)果，確定障礙物目標(biāo)的位置；N、讀入下一幀圖像信息，根據(jù)上一幀檢測(cè)到的目標(biāo)位置，利用均值平移算法進(jìn)行 目標(biāo)跟蹤；0、每隔一定的幀數(shù)以后，重新對(duì)當(dāng)前圖像中的障礙物進(jìn)行檢測(cè)，再進(jìn)行目標(biāo)跟蹤。
權(quán)利要求
一種基于圖像傳感器的輔助駕駛裝置，包括機(jī)箱和內(nèi)部裝置，其特征在于所述內(nèi)部裝置包括圖像傳感器(1)、電源(3)、液晶驅(qū)動(dòng)板(4)及液晶屏(5)、觸摸屏(6)、觸摸屏驅(qū)動(dòng)板(7)、嵌入式處理系統(tǒng)(8)，其中電源(3)分別輸出電源至嵌入式處理系統(tǒng)(8)、液晶驅(qū)動(dòng)板(4)，圖像傳感器(1)與嵌入式處理系統(tǒng)(8)的輸入端連接，嵌入式處理系統(tǒng)(8)的第一輸出端依次連接液晶驅(qū)動(dòng)板(4)、液晶屏(5)，嵌入式處理系統(tǒng)(8)的第二輸出端依次連接觸摸屏驅(qū)動(dòng)板(7)、觸摸屏(6)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于圖像傳感器的輔助駕駛裝置，其特征在于在所述機(jī)箱 的一側(cè)設(shè)置有用于對(duì)所述內(nèi)部裝置進(jìn)行散熱的風(fēng)扇(2)，電源(3)給風(fēng)扇(2)供電。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于圖像傳感器的輔助駕駛裝置，其特征在于所述內(nèi)部裝 置還包括擴(kuò)展設(shè)備(9)與嵌入式處理系統(tǒng)(8)相連接，擴(kuò)展設(shè)備(9)為一塊PCB電路板，該 PCB電路板包括外部電源接入口、嵌入式處理系統(tǒng)電源端口、顯示系統(tǒng)電源端口、冷卻風(fēng)扇 電源端口、顯示系統(tǒng)轉(zhuǎn)接信號(hào)端口、顯示系統(tǒng)控制信號(hào)端口、電路保護(hù)電容以及通訊端口。
4.一種基于權(quán)利要求1所述的基于圖像傳感器的輔助駕駛裝置的工作方法，其特征在 于具體步驟為A、初始化程序，采用圖像傳感器(1)進(jìn)行圖像采集；將采集到的圖像信息緩存在嵌入 式處理系統(tǒng)(8)的存儲(chǔ)器中；B、嵌入式處理系統(tǒng)(8)讀取步驟A所述圖像信息的單幀圖片；C、嵌入式處理系統(tǒng)(8)將步驟B所述圖像信息進(jìn)行灰度變換，將該圖像信息轉(zhuǎn)換成灰 度圖像；D、嵌入式處理系統(tǒng)(8)進(jìn)行車道線檢測(cè)、障礙物檢測(cè)處理，提取出車道線與障礙物信息；E、在步驟B中讀取的圖像上標(biāo)示出步驟D提取出的車道線及障礙物信息，一并在液晶 屏上顯示出來，給予駕駛員提示，然后讀取下一幀圖像并進(jìn)行處理。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的基于圖像傳感器的輔助駕駛裝置的工作方法，其特征在于 步驟D中所述車道線檢測(cè)的方法具體為F、對(duì)步驟B所述轉(zhuǎn)換后灰度圖像進(jìn)行邊緣檢測(cè)；G、設(shè)計(jì)一套3*3的模板，根據(jù)線段的方向性分別對(duì)左車道及右車道的灰度圖像進(jìn)行模 板匹配；H、對(duì)G步驟匹配后的圖像進(jìn)行Hough變換、濾波操作，濾除部分短線段；I、進(jìn)行點(diǎn)的聚類處理，連接長線段，檢測(cè)出車道線信息，繼續(xù)進(jìn)行下一幀圖像的處理。
6.根據(jù)權(quán)利要求4所述的基于圖像傳感器的輔助駕駛裝置的工作方法，其特征在于 步驟D中所述車輛障礙物檢測(cè)的方法具體為J、對(duì)步驟B所述轉(zhuǎn)換后灰度圖像進(jìn)行邊緣檢測(cè)；K、根據(jù)圖像中的實(shí)際目標(biāo)位置選擇感興趣區(qū)域；L、根據(jù)道路背景與車底陰影在灰度圖象中的灰度區(qū)別，選擇合適的灰度閾值，在感興 趣區(qū)域內(nèi)進(jìn)行圖像分割；車底陰影部分形成連通域，與圖像的其余部分有明顯的邊界差別， 由此認(rèn)為該連通域即為檢測(cè)到的車底陰影，標(biāo)出水平線段；M、利用車輛尾部的圖像輪廓和灰度信息的垂直對(duì)稱性，在感興趣區(qū)域內(nèi)檢測(cè)車輛的對(duì) 稱軸，結(jié)合步驟L的結(jié)果，確定障礙物目標(biāo)的位置；N、讀入下一幀圖像信息，根據(jù)上一幀檢測(cè)到的目標(biāo)位置，利用均值平移算法進(jìn)行目標(biāo)足艮S宗；O、每隔一定的幀數(shù)以后，重新對(duì)當(dāng)前圖像中的障礙物進(jìn)行檢測(cè)，再進(jìn)行目標(biāo)跟蹤。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種基于圖像傳感器的輔助駕駛裝置以及工作方法，屬于汽車主動(dòng)安全領(lǐng)域。本發(fā)明由圖像傳感器(1)、風(fēng)扇(2)、電源(3)、液晶驅(qū)動(dòng)板(4)及液晶屏(5)、觸摸屏(6)及觸摸屏驅(qū)動(dòng)板(7)、嵌入式處理系統(tǒng)(8)、擴(kuò)展設(shè)備(9)組成；該輔助駕駛系統(tǒng)直接采用圖像傳感器作為信息感知部分，通過嵌入式系統(tǒng)的圖像處理算法，提取車道線和車輛障礙物信息，達(dá)到輔助駕駛的功能。該系統(tǒng)結(jié)構(gòu)緊湊、重量輕、能耗低、易于操作，具有良好的移動(dòng)性、并且檢測(cè)效果好、實(shí)時(shí)性好，性價(jià)比高，適用于車輛輔助駕駛以及智能車輛視覺導(dǎo)航領(lǐng)域。
文檔編號(hào)B60W30/095GK101804813SQ201019026038
公開日2010年8月18日 申請(qǐng)日期2010年2月4日 優(yōu)先權(quán)日2010年2月4日
發(fā)明者李舜酩, 沈峘, 繆小冬 申請(qǐng)人:南京航空航天大學(xué)