汽车在非结构化道路中的偏离检测

I目录第1章绪论........................................................11.1研究意义...................................................11.2国内外发展现状.............................................11.3研究的关键技术.............................................21.3.1图像的获取...........................................21.3.2图像的处理...........................................21.3.3预警系统.............................................31.4主要研究内容...............................................31.4.1摄像头的相关参数.....................................31.4.2图像的处理...........................................31.4.2.1图像分割.......................................31.4.2.2滤波处理.......................................31.4.2.3边缘检测.......................................31.4.2.4膨胀与腐蚀处理................................31.4.2.5车道标志线识别与跟踪..........................31.4.3预警系统.............................................41.4.4建模与仿真...........................................4第2章系统介绍....................................................52.1设计思路...................................................52.2非结构化道路的理解.........................................5第3章图像收集与预处理............................................63.1图像的收集..................................................63.2图像的灰度化...............................................63.3图像的灰度值调整............................................63.4噪声消除...................................................73.4.1中值滤波.............................................83.4.2高斯滤波.............................................93.4.3两种滤波的比较.......................................11第4章图像处理...................................................124.1图像分割..................................................124.1.1图像分割的作用......................................12II4.1.2图像分割的定义......................................124.1.3图像分割的方法......................................124.1.3.1阀值分割法...................................134.1.3.2边缘检测.....................................134.1.3.3区域分割法...................................154.2形态学修正................................................154.2.1膨胀................................................154.2.2腐蚀................................................154.2.3开运算..............................................154.2.4闭运算..............................................164.3边缘检测..................................................164.3.1灰度梯度算子........................................164.3.2Roberts算子.........................................164.3.3Sobel算子...........................................174.3.4Laplace算子.........................................194.3.5几种算子的比较和选择................................204.4Hough变换.................................................21第5章判断是否偏离并预警..........................错误!未定义书签。5.1各种道路情况的讨论.........................错误!未定义书签。5.2判断是否发生偏移并预警.....................错误!未定义书签。5.3基于simulink的仿真.......................................225.4另一条道路的实验结果......................................22总结..............................................................24致谢..............................................................25参考文献..........................................................261第1章绪论1.1研究意义从1886年德国著名的戴姆勒－奔驰汽车公司的创始人：卡尔·弗里特立奇·本茨造出世界上第一辆汽车到现在，汽车在改变这个世界，改变我们的生活。汽车给我们带来了很大便利的同时也带来了很大的烦恼。空气污染，噪声污染，能源的紧缺等很多的问题，可是最烦恼的问题还是生命的问题，就是车祸的问题。根据有关报道：2012年末中国的民用汽车保有量已经达到12089万辆。中国是世界上第二大汽车保有量国家。越来越多的汽车走进普通人家的家庭。汽车已经是现代社会中人们工作、生活不可缺少的一部分。随着汽车的增多，车祸也越来越多。中国是世界上车祸死亡人数最多的国家，根据国家官方数字统计有：2011年全国共接报涉及人员伤亡的道路交通事故210812起，共造成62387人死亡。我国每年都超过10万人在车祸中伤亡。车祸给人们带来很大的伤亡和财产损失。在众多的交通事故中，因为汽车偏离车道而发生车祸的概率很大。根据相关的调查在发生有人员伤亡的车祸中将近有一半的车祸与汽车偏离车道有关。在平时开车时候受到侧风、爆胎等影响时候汽车可能会发生侧翻。而在侧翻车祸中车道偏离是最主要的原因。每年车祸中有很大一部分车祸是由于驾驶员疲劳驾驶和酒驾所造成的。驾驶员的疲劳驾驶和酒驾都很容易造成汽车无意识的车道偏离，是汽车安全行驶中最大的隐患。所以车道偏离系统的存在将减少很多车祸的发生，减少不必要的人员和财产损失。而且随着技术的发展和人们对于驾驶安全性和舒适性要求的不断提高。无人驾驶系统和辅助驾驶系统在汽车中应用越来越广泛。汽车的偏移检测也是汽车辅助系统的一个重要发展方向。车道偏离预警系统是一种通过报警的方式辅助驾驶员减少汽车因车道偏离而发生交通事故的系统。很多事故的发生是因为驾驶员疲劳后无意识偏移而发生事故，所以如果偏移检测系统在这时候向驾驶人员发出预警就可以大大降低事故的发生率。该系统是辅助驾驶系统，在减少驾驶人员因为疲劳驾驶而使汽车因车道偏离而发生交通事故的同时也可以降低驾驶员实时的关注汽车是否偏离的频率，还降低了驾驶员的驾驶疲劳。大大的提高了汽车的主动安全性。1.2国内外发展现状车辆辅助驾驶和无人驾驶系统不断的发展。无论是现在汽车中的ACC主动巡航系统还是自动刹车系统等辅助系统，处理的都是车辆行驶时纵向上的问题，而当车辆发生横向上的位移时，它们是无能为力的。不过目前汽车厂商和一些技术厂商已经研2发出可以部分解决横向位移的配置———车道偏移辅助系统。目前各大汽车厂商都在争相研发自己的车道偏离预警系统系统，名称也不尽相同，但是主体设计思想以及功能都十分接近。这种系统的作用就是在车辆偏离车道时，传感器检测到车头前方两侧的分道线发生了变化，就会迅速判断这个变化是否来自于驾驶者的真实意愿。如果驾驶者打开转向灯，正常进行变线行驶，那么系统不会做出任何提示。而如果驾驶者既没有打开转向灯，也没有主动减速、转动方向盘，那么系统就会使用视觉、听觉甚至振动方向盘来提醒驾驶者潜在的危险，但提醒不会直接影响到车辆的行驶状态，这显然和未来的自动驾驶有些差距。而现在汽车厂商在这方面又向未来的标准靠近了一步。在对车辆控制介入程度更高的系统当中，车道偏离预警系统就被称为车道保持辅助系统，它能够暂时接管并控制车辆主动驶回原车道。国外车道偏离预警系统有:1、AURORA系统；2、AutoVue系统；3、Mobileye_AWS系统；4、DriverSupportSystem系统。国内车道偏离预警系统有：1、Jluva-1系统；2、基于DSP技术的嵌入式车道偏离报警系统。车道偏移系统对于应用环境有着比较高的要求，比如行车速度、路面宽度以及分道线的清晰程度，所以在我国恐怕只有路况较好的高速公路上才有施展才能的机会，而对于山道省道或者路况较差的非结构化道路面来说，这套系统恐怕也鞭长莫及了。同时如果因为雨雪及大雾天气造成路面被覆盖或者辨识度不高时，该系统也无法进行正常工作。在由于非结构化道路的道路区域和非道路区域难以区分，所以针对非结构化道路的道路检测技术尚处于研究阶段。1.3研究的关键技术1.3.1图像的获取在现在的汽车辅助驾驶中，为了解决驾驶员的盲区所带来的危险，包括前置摄像头、后置摄像头及全景摄像头应用越来越多。例如车辆中的泊车系统和倒车系统都用到摄像头。在偏移检测中，摄像头是关键的部件之一。摄像头将汽车前方的实时道路通过拍照，然后向车载计算机系统。1.3.2图像的处理图像的处理是偏移检测的关键，由摄像头上传的图片要在车载计算机中进行一系列的处理。图像先后要经过分割，滤波处理，边缘检测，膨胀与腐蚀处理hough变换后才能得到道路的边缘线。