專利名稱：用于車道偏移警告系統(tǒng)的道路模擬方法
技術領域：
本發(fā)明涉及一種用于車道偏移警告系統(tǒng)的道路模擬方法，更具體地說，涉及一種用于車道偏移警告系統(tǒng)的方法，其中在驅動車輛的同時能精確模擬道路，即使由道路圖象信號數(shù)據(jù)中的噪聲引起誤差的產生也是如此。
一種常規(guī)車道偏移警告系統(tǒng)，參照

圖1，包括一個攝象機，如用來收集車道標記線和輸出相應圖象信號的串級盤式(CCD)攝象機；一個電子控制單元(ECU)，用來接收從攝象機輸出的圖象信號，使用預安裝的程序處理圖象信號以確定車輛是否偏離所在的車道，及如果確定車輛偏移出車道則輸出報警信號；及一個報警單元，如果從ECU輸出報警信號，則用來輸出警報以提醒司機注意。
在這樣一種常規(guī)車道偏移系統(tǒng)中，使用圖象信號和預安裝在ECU中的程序進行道路模擬，以確定車輛是否偏移出車道。參照圖2a，通過抽取和選擇確定為道路車道標記線的可能指示的多個點、然后用直線連接諸點，進行道路模擬。
然而，如果作為各種外部力(如無線電波干擾、給系統(tǒng)的物理沖擊、不良零件及系統(tǒng)的操作)的結果在圖象信號數(shù)據(jù)中產生噪聲，則可能出現(xiàn)道路模擬誤差，從而如圖2b中所示那樣失真車道標記線模擬。因而，可能導致兩種嚴重后果當車輛偏離車道時不警告司機，及當車輛沒有偏移出車道時錯誤地輸出警報。
而且，需要復雜的硬件以抽取如上述那樣確定為道路車道標記線的可能指示的點。最后，抽取這樣的點的過程本來很慢，使得實時操作困難。這能導致以不合時的方式警告司機。
已經形成的本發(fā)明努力解決以上問題。
本發(fā)明的一個目的在于提供一種用于車道偏移警告系統(tǒng)的道路模擬方法，其中在抽取車道標記線的一個邊緣之后，精確地進行道路模擬，即使作為抽取車道標記線數(shù)據(jù)中的噪聲的結果產生誤差時也是如此。
為了實現(xiàn)以上目的，本發(fā)明提供一種用于車道偏移警告系統(tǒng)的道路模擬方法。該方法包括步驟通過一個收集車道標記線的圖象和輸出相應圖象信號的攝象機、從車道標記線圖象信號中除去噪聲、及把圖象信號劃分成多種分辨率，抽取其中車輛正在行駛的車道的車道標記線的一個邊緣；通過輸入車道邊緣的最小數(shù)量的可能標記點、和通過對諸點使用最小平方法抽取兩條最靠近地定義車道的直線，進行道路模擬，然后確定道路模擬是否完成；如果完成道路模擬，則通過根據(jù)攝象機的定位計算攝象機參數(shù)、及通過確定在圖象坐標的象素之間的距離，計算車道寬度；及使用車道寬度的信息確定車輛是否偏離車道，并且如果確定車輛偏離車道則輸出警報。
根據(jù)本發(fā)明的一個特征，進行道路模擬的步驟進一步包括步驟輸入抽取的車道邊緣的最小數(shù)量的可能標記點；得到一個具有與車道邊緣的可能標記點具有最小偏差的線性函數(shù)；及使用該線性函數(shù)得到限定車道的車道標記線。
并入和構成說明書一部分的附圖表明本發(fā)明的一個實施例，并且與描述一起用來解釋本發(fā)明的原理圖1是用于車輛的常規(guī)車道偏移警告系統(tǒng)的方塊圖；圖2a是用來表明在圖1的常規(guī)車道偏移警告系統(tǒng)中車道標記線模擬的圖；圖2b是用來表明在圖1的常規(guī)車道偏移警告系統(tǒng)中車道標記線模擬的圖，其中在圖象信號數(shù)據(jù)中產生噪聲；圖3是根據(jù)本發(fā)明的一個最佳實施例用于車道偏移警告系統(tǒng)的道路模擬方法的流程圖；圖4是流程圖，用來詳細描述根據(jù)本發(fā)明一個最佳實施例的道路模擬方法；及圖5是曲線圖，用來表明根據(jù)本發(fā)明一個最佳實施例的使用最小平方法的道路模擬。
現(xiàn)在參照附圖將詳細地描述本發(fā)明的最佳實施例。
圖3是根據(jù)本發(fā)明的一個最佳實施例用于車道偏移警告系統(tǒng)的道路模擬方法的流程圖。
首先，在步驟S20，攝象機收集其中車輛正在行駛的車道的車道標記線的圖象，然后把圖象轉換成圖象信號并且輸出。其次，在步驟S21從車道標記線圖象除去噪聲，此后在步驟S22把圖象劃分成多分辨率。以后，在保持多種分辨率的同時，在步驟S23迅速抽取車道標記線邊緣。在步驟S23迅速抽取車道標記線邊緣之后，在步驟S24進行道路模擬。就是說，輸入車道邊緣的最小數(shù)量的可能標記，然后通過使用最小平方法(即“最小平方擬合”)抽取最緊密跟隨標記的直線。
其次，在步驟S25確定是否完成道路模擬過程。如果在步驟S25沒有完成道路模擬，則過程返回步驟S23。然而，如果在步驟S25完成道路模擬，則在步驟S26計算根據(jù)攝象機的定位的攝象機參數(shù)，并且確定根據(jù)圖象坐標的象素之間的距離的車道寬度。在該步驟之后，在步驟S27確定車輛是否偏離車道。如果在步驟S27車輛不偏離車道，則過程返回步驟S23。然而，如果在步驟S27車輛偏移出車道，則在步驟S28輸出警報以提醒司機注意。
圖4是流程圖，用來詳細描述根據(jù)本發(fā)明一個最佳實施例的道路模擬方法。首先，在步驟S40輸入抽取車道邊緣的最小數(shù)量的可能標記。其次，在步驟S41通過使用最小平方法由車道邊緣的可能標記得到一個具有最小偏差的線性函數(shù)。接著該步驟，在步驟S42使用線性函數(shù)得到限定車道標記的直線，由此完成道路模擬過程。
圖5是曲線圖，用來表明根據(jù)本發(fā)明一個最佳實施例的使用最小平方法的道路模擬。如圖中所示，使用最小平方法、或“最小平方擬合”得到直線標記數(shù)據(jù)的一種折衷擬合。就是說，在得到用于車道標記線的多個可能點之后，使用最小平方法找到跟隨諸點流線的折衷直線。
參照車道偏移警告系統(tǒng)的元件，下文將描述本發(fā)明以上方法的操作。
一個CCD攝象機安裝在車輛上的預定位置處，并且該攝象機連接到一個電子控制單元(ECU)上，ECU帶有安裝在其中的預定程序。當操作車輛時，攝象機收集車道標記線的圖象，并且把相應圖象信號輸出到ECU，由此進行其中把圖象信號輸入到ECU的步驟S20。
其次，執(zhí)行其中使用中間濾波器從圖象信號除去噪聲的步驟S21。在該操作之后，執(zhí)行其中把圖象信號劃分成多種分辨率的步驟S22，由此能夠迅速處理圖象信號。就是說，在ECU中減小輸入到其中的圖象信號的象素數(shù)量，并且把象素劃分成具有不同的分辨率。
接著上面，ECU執(zhí)行步驟S23，并且從劃分成具有不同分辨率的車道標記圖象信號抽取車道標記邊緣。其次，ECU進行其中執(zhí)行道路模擬的步驟S24。更詳細地，參照圖4，在步驟S40輸入抽取車道邊緣的最小數(shù)量的可能標記。其次，執(zhí)行步驟S41，通過使用最小平方法由車道邊緣的可能標記得到具有最小偏差的線性函數(shù)。最后，在步驟S42，使用在步驟S41中的線性函數(shù)得到限定車道標記的直線，由此完成道路模擬過程。下面概述執(zhí)行該操作的公式推導。
y(x)＝a+bx a、b未知量…(1)為了得到公式(1)中每個點的偏差(ri)，ri＝y(tǒng)i-y(x)＝y(tǒng)i-(a+bx)，i＝1，2，3，…iL測量坐標的總數(shù)量…(2)偏差平方之和(R)R＝∑(ri)2＝∑(yi-a-bxi)2…(3)得到使R的值最小的值把R相對于a和b的差分設置到0。
差分(R/a)＝-2∑(yi-a-bxi)＝0差分(R/b)＝-2∑(xi-a-bxi)＝0…(4)
如果把公式(4)寫成矩陣形式(A(1，1)A(1，2)，A(2，1)A(2，2))(a，b)＝(Z1，Z2)…(5)用A(1，1)＝LA(1，1)＝∑xiZ1＝∑yiA(1，1)＝∑xiA(1，1)＝∑(xi)2Z1＝∑xi yia和b是a＝[A(2，2)Z1-A(1，2)Z2]/db＝[A(1，1)A(2，2)-A(1，2)A(2，1)]/d…(6)d＝A(1，1)A(1，2)-A(1，2)A(2，1)確定的測量車道標記點的輪廓如下表1
如由表1中的測量值所示，也顯示在圖5中，即使可能車道標記(i)2和3是由噪聲產生的明顯誤差，跟隨可能車道標記(i)1、4、5和6的流線形成的直線也補償這些誤差。
在ECU如上所述執(zhí)行步驟S24的道路模擬過程之后，ECU執(zhí)行步驟S25，并且確定是否完成道路模擬。如果確定沒有完成道路模擬，則過程返回步驟S23。然而，如果完成道路模擬，則ECU執(zhí)行步驟S26，其中得到用來把攝象機固定在初始位置和計算車道實際寬度的攝象機參數(shù)，以便相對于從CCD攝象機輸入的圖象信號從兩維圖象坐標抽取車道的實際寬度。在得到攝象機參數(shù)之后，根據(jù)在圖象坐標的象素之間的距離計算在以上模擬的道路中的車道實際寬度。
接著上面，ECU執(zhí)行步驟S27，其中確定車輛是否偏出在步驟S26計算的車道寬度。這時，如果在步驟S27由ECU確定車輛沒有偏離車道，則過程返回步驟S23。然而，如果在步驟S27車輛偏移出車道，則ECU執(zhí)行步驟S28，并且把警報信號輸出到一個警告單元，該警告單元又輸出警報以提醒司機注意。
在用于上述本發(fā)明的車道偏移警告系統(tǒng)的道路模擬方法中，車輛正在行駛中的車道的精確道路模擬是可能的，即使由道路圖象信號數(shù)據(jù)中的噪聲引起誤差產生也是如此。
盡管上文已經詳細地描述了本發(fā)明的最佳實施例，但應該清楚地理解，這里講授的基本發(fā)明概念的多種變更和/或改進，對熟悉本專業(yè)的技術人員可能是顯然的，將仍在如附屬權利要求書中所定義的本發(fā)明的精神和范圍內。
權利要求
1.一種用于車道偏移警告系統(tǒng)的道路模擬方法，包括步驟通過一個收集車道標記線的圖象和輸出相應圖象信號的攝象機、從車道標記線圖象信號中除去噪聲、及把圖象信號劃分成多種分辨率，抽取其中車輛正在行駛的車道的車道標記線的一個邊緣；通過輸入車道邊緣的最小數(shù)量的可能標記點、和通過對諸點使用最小平方法抽取兩條最靠近地定義車道的直線，進行道路模擬，然后確定道路模擬是否完成；如果完成道路模擬，則通過根據(jù)攝象機的定位計算攝象機參數(shù)、及通過確定在圖象坐標的象素之間的距離，計算車道寬度；及使用車道寬度的信息確定車輛是否偏離車道，并且如果確定車輛偏離車道則輸出警報。
2.根據(jù)本權利要求1所述的道路模擬方法，其中進行道路模擬的步驟進一步包括步驟輸入抽取的車道邊緣的最小數(shù)量的可能標記點；得到一個具有與車道邊緣的可能標記點具有最小偏差的線性函數(shù)；及使用該線性函數(shù)得到限定車道的車道標記線。
全文摘要
一種用于車道偏移警告系統(tǒng)的道路模擬方法。該方法包括步驟:抽取其中車輛正在行駛的車道的車道標記線的一個邊緣;通過輸入車道邊緣的最小數(shù)量的可能標記點、和通過對諸點使用最小平方法抽取兩條最靠近地定義車道的直線,進行道路模擬,然后確定道路模擬是否完成;如果完成道路模擬,則計算車道寬度;及使用車道寬度的信息確定車輛是否偏離車道,并且如果確定車輛偏離車道則輸出警報。
文檔編號G06T5/00GK1267039SQ9912618
公開日2000年9月20日 申請日期1999年12月17日 優(yōu)先權日1999年3月12日
發(fā)明者金兵洙 申請人:現(xiàn)代自動車株式會社