基于机器视觉的车道保持辅助系统研究

赵文明+张海文

摘要：针对长时间驾驶疲劳、注意力涣散、行车偏移等问题，提出了一种基于机器视觉的车道保持辅助系统。利用透视变换将道路区域转换为俯瞰模式，通过颜色特征和通道分离技术提取出大致车道线区域，使用线性拟合确定车道线的准确信息，并计算出车辆在车道线间的位置和车道线曲率，为安全行驶提供一定参考作用。

关键词：车道保持；仿射变换；线性拟合

中圖分类号：TP391.4 文献标识码：A 文章编号：1007-9416（2017）11-0063-02

据交通部统计，约有50%的汽车交通事故是由偏离正常行驶车道造成的。主要原因有驾驶疲劳、情绪波动和注意力不集中等。另据统计，23%的汽车驾驶者有在方向盘上睡着的情况；66%的驾驶者在驾驶过程中会有打瞌睡的经历。因此，车道保持辅助系统的研究具有重要的现实意义[1]。

本文提出了基于机器视觉的车道保持辅助系统，使用单摄像头采集行驶道路图像，然后将特定区域图像转化为俯瞰模式[2]，通过颜色特征和颜色通道分离提取车道线，使用线性拟合确定其准确位置，并计算出车辆在车道线间的位置和车道线曲率，当车辆偏离车道一定距离时便发出预警，以提醒司机安全驾驶。

1 系统设计

1.1 实验平台搭建

在系统中，摄像头安放到汽车前窗正中间，沿水平方向向下偏10度。系统的硬件开发环境为：主机一台，CPU为CoreTM i5、主频2.60GHz、内存8.00GB；USB摄像头， 最大分辨率为1920*1080。软件开发环境为：Windows操作系统；VS2013编程平台；C++编程语言；OpenCV 图像处理库。

1.2 算法流程

车道保持辅助系统算法流程主要利用透视变换技术将特定区域图像转化为俯瞰图，提取图片颜色特征并进行颜色通道分离提取车道线，然后使用非线性拟合技术将车道线位置参数化，并计算车道线偏移距离和偏移角度，通过与阈值作对比，当车道偏移超过阈值便启动预警。

2 数据处理

2.1 图像序列的预处理

通过高斯滤波对图像做平滑处理以抑制噪声对图像的影响，然后对摄像头进行标定，计算相机校准矩阵和畸变系数，移除因摄像头造成的图像畸变。并以图像左上角为坐标原点，轴垂直向下，轴水平向右建立坐标系。

3 实验结果

实验采用C++编程实现，检测效果用人工判定的方法。车道线检测效果图如图1所示。

从图中可以看出，在直线、实线和虚线车道线下检测效果很好，并且在高亮、阴影等复杂环境下也取得了良好的检测效果。可以说本方法相较于传统检测方法，检测准确率有所提高，鲁棒性和复杂环境适应性有很大的增强。

4 结语

针对长时间驾驶疲劳、注意力涣散等原因导致的行车偏移问题，本文采用图像处理算法，实现了行车过程中的车道线自动检测。实验结果表明，通过将行车图像转化为俯瞰模式，然后通过颜色特征和通道分离技术可以有效的检测出车道线，通过非线性拟合的方法将车道线参数化可以准确的求解出车道线偏移距离和曲率。本文提出的车道线检测系统在复杂环境下能取得良好的效果，说明该系统方法较为可靠，可以为汽车的车道偏移预警、行车安全等提供一定的参考作用。

参考文献

[1]张三林.基于机器视觉的嵌入式车道偏离预警系统的研究[D].湖南大学，2015.

[2]杨丽.基于机器视觉的车道安全预警算法的研究与实现[D].东北大学，2012.

[3]刘紫燕，祁佳，冯亮.数据融合方法在实时图像边缘检测中的应用[J].仪表技术与传感器，2014（7）：88-89.

[4]李佳奇，赵文忠.几种边缘检测算子在铁路图像中的应用[J].河西学院学报，2012，28（2）：68-72.

[5]张吉稳.虚拟环境下基于驾驶行为分析的汽车驾驶安全预警研究[D].广东工业大学，2010.

Abstract：Aiming at the problems of driving fatigue， lack of attention and driving deviation， a lane maintenance assistant system based on machine vision is proposed. The warp transformation is used to convert the road area into the overlooking mode， the color feature and channel separation technology are used to extract the general lane line area， The linear fitting is used to determine the exact information of the lane line， the vehicle position between lane line and line curvature are calculated ， and a reference role is provided for safe driving.

Key Words：Lane keeping；Affine transformation；Linear fittingendprint