基于单目视觉的车前障碍物预警系统中关键技术的研究

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近年来,随着我国汽车保有量的稳步增长,道路交通事故已经成为一个重大的社会问题。针对这一问题,研究汽车安全驾驶辅助系统是一个缓解办法。在汽车安全行驶过程中,最重要的是防止与前方障碍物发生碰撞。根据障碍物测距方法不同,辅助驾驶系统可以分为超声波测距系统、微波雷达测距系统、激光测距系统、红外线测距系统和视觉测距系统。超声波、雷达和激光测距系统都属于主动型测距系统,容易造成同类设备相互间干扰;与之相比,视觉测距系统具有获取目标信息完整,有效检测范围全面,价格低廉等优势,并且不会造成同类设备之间的相互干扰。因此,视觉测距系统已逐渐成为智能车在安全驾驶辅助系统中的一个重要发展方向。   本文设计了一种单目视觉系统完成汽车前方障碍物的定位、跟踪和测距工作。该系统将摄像机水平放置在车辆前方,通过在高速公路、市内环路和市内公路等环境下拍摄车辆正前方一定距离内的道路信息,对可能与本车发生碰撞的如汽车、行人和非机动车等障碍物进行检测定位,并根据障碍物距离和本车车速信息给予驾驶员必要的提醒。   首先,障碍物检测与定位阶段时,采用霍夫变换提取路面上的车道线,计算出两条平行车道线的交点,该点即为摄像机水平放置时本车行驶方向的灭点。对灭点以下的图像,通过区域生长方法消除灰色路面部分;而灭点以上部分,采用帧间差分方法消除远方背景的干扰。根据灭点位置划出车辆前方需要检测的有效区域,在该区域内确定是否存在障碍物。当存在障碍物时,将距离本车最近的物体通过轮廓信息分割出来作为系统监测的目标。   然后,在目标跟踪阶段,提取监测目标所在区域的颜色特征矩阵,根据均值漂移方法进行迭代计算,获得下一帧图像中目标所在的区域。在确定下一帧图像中目标位置后,根据实际距离和图像中物体大小关系计算图像中跟踪框的缩放系数。根据该系数调整跟踪框大小,重新分割目标所在区域。   最后,系统中单目摄像机是水平放置进行测距的,根据小孔成像原理,推导出摄像机高度一定时,图像中像素坐标与实际距离的对应关系。根据目标所在区域的最低像素点计算出目标与本车的实际距离。   本文中基于单目视觉的车前障碍物报警系统是放置在高速移动汽车上,针对非特定障碍物测距并报警。本车行驶速度在40~120公里/小时范围内时,该系统可有效地处理车辆前方危险,每帧处理时间小于40ms,准确率大于80%。
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