基于图像处理的汽车防碰撞系统的研究

西安交通大学硕士学位论文论文题目：基于图像处理的汽车防碰撞系统的研究专业：系统工程硕士生：尚立指导老师：韩崇昭

摘要 该课题着重探讨和研究了一种新的墓于计算机视觉、应用多传感器的汽车防碰撞系统．汽车正前方的目标距离和速度的探测采用毫米波雷达系统，道路边界和形状信息、目标形状信息使用安装在汽车上的两个ＣＣＤ摄像机来获取，右侧车道的车辆位Ｉ信息使用安装在汽车右前灯侧边的ＣＣＤ摄像机获取。控制模块采用信息融合技术将多传感器所获取的信息按一定的规则处理，通过汽车一环境特征模型对汽车的不同环境状况进行不同的控制。当汽车行驶过程中出现紧急状态时先进行报带，并在驾驶者未能及时采取措施时对执行机构发出自动操作的指令，以避免碰撞的发生。本文所做的具体工作是对旁边车道的车辆使用图像处理技术中的Ｓｏｂｅｌ边缘检测算法和Ｈｏｕｇｈ变换，检测出旁边车道车辆的车轮形状信息，通过坐标变换和投影变换公式进一步计算出旁边车道车辆的位里信息。

Ｉ关键词Ｉ防碰撞，边缘检测，模型，多传感器，图像处理。信息融合，环境特征

１论文类型１应用研究西安交通大学硕士学位论文Ｔｉｔｌｅ：　Ｔｈｅ　Ｓｔｕｄｙ　ｏｆ　Ｖｅｈｉｃｌｅ　Ｃｏｌｌｉｓｉｏｎ　Ａｖｏｉｄａｎｃｅ　Ｂａｓｅｄ－ｏｎＩｍａｇｅ　ＰｒｏｃｅｓｓｉｎｇＭａｊｏｒ：　Ｓｙｓｔｅｍ　ＥｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇＭａｓｔｅｒ：　Ｓｈａｎｇ　ＬｉＡｄｖｉｓｏｒ：　Ｈａｎ　Ｃｈｏｎｇｚｈａｏ

Ａｂｓｔｒａｃｔ Ｔｈｉｓ　ｐａｐｅｒ　ｉｓ　ｆｏｃｕｓ　ｏｎ　ｓｔｕｄｙｉｎｇ　ａ　ｎｅｗ　ｍｅｔｈｏｄ　ｏｆ　ｖｅｈｉｃｌｅ　ｃｏｌｌｉｓｉｏｎａｖｏｉｄａｎｃｅ　ｂａｓｅｄ　ｏｎ　ｃｏｍｐｕｔｅｒ　ｖｉｓｉｏｎ　ｔｅｃｈｎｉｑｕｅｓ　ａｎｄ　ｕｓｉｎｇ　ｍｕｌｔｉｓｅｎｓｏｒｓＴｈｅ　ｓｐｅｅｄ　ａｎｄ　ｌｏｃａｔｉｏｎ　ｏｆ　ｔｈｅ　ｖｅｈｉｃｌｅ　ｏｒ　ｏｂｓｔａｃｌｅ　ｉｎ　ｔｈｅ　ｆｒｏｎｔ　ｖｉｅｗ　ａｒｅｕｓｉｎｇ　ＭＭＷ　ｌａｄａｒ　ｓｙｓｔｅｍ．　Ｌａｎｅ　ｂｏｕｎｄａｒｙ　ａｎｄ　ｓｈａｐｅ　ｉｎｆｏｒｍａｔｉｏｎ　ａｎｄｏｂｓｔａｃｌｅ　ｓｈａｐｅ　ｉｎｆｏｒｍａｔｉｏｎ　ａｒｅ　ｃａｐｔｕｒｅｄ勿ｕｓｉｎｇ　ｔｗｏ　ＣＣＤ　ｓｅｎｓｏｒｓ　ｓｅｔｕｐｏｎ　ｔｈｅ　ｆｒｏｎｔ　ｏｆ　ｔｈｅ　ｖｅｈｉｃｌｅ．　Ｔｈｅ　ｉｎｆｏｒｍａｔｉｏｎ　ｏｆ　ｔｈｅ　ｌａｔｅｒａｌ　ｖｅｈｉｃｌｅ　ｉｓｃａｐｔｕｒｅｄ　ｗｉｔｈ　ａ　ＣＣＤ　ｃａｍｅｒａ　ｏｎ奴ｒｉｇｈｔ　ｓｉｄｅ　ｏｆ　ｔｈｅ　ｆｒｏｎｔ　ｂｕｍｐｅｒ　ｏｆ　ｔｈｅｖｅｈｉｃｌｅ．　Ｔｈｅ　ｃｏｎｔｒｏｌ　ｓｙｓｔｅｍ　ｔｏ　ｄｅａｌ　ｗｉｔｈ　ｉｎｆｏｒｍａｔｉｏｎ　ｗｈｉｃｈ　ｃａｐｔｕｒｅｄ　ｂｙｍｕｌｔｉｓｅｎｓｏｒｓ　ｂｙ　ｃｅｒｔａｉｎ　ｒｕｌｅｓ　ｗｉｔｈ　ｉｎｆｏｒｍａｔｉｏｎ　ｆｕｓｉｏｎ　ｔｅｃｈｎｉｑｕｅｓ　，ａｎｄ　ｔｏｃｏｎｔｒｏｌ　ｖｅｈｉｃｌｅ妙ｄｉｆｅｒｅｎｔ　ｃｉｒｃｕｍｓｔａｎｃｅ　ｂａｓｅｄ　ｏｎ　ｅｎｖｉｒｏｎｍｅｎｔ　ｆｅａｔｕｒｅｍｏｄｅｌ．　Ｗｈｅｎ　ｅｍｅｒｇｅｎｃｅ　ｃｏｍｉｎｇ　ｉｎ　ｄｒｉｖｉｎｇ，　ｉｔ　ａｌａｒｍｓ　ａｎｄ　ｔｈｅｎ　ｄｅｌｉｖｅｒｓａｎ　ｏｐｅｒａｔｅｄ　ｃｏｍｍａｎｄ　ｔｏ　ｏｐｅｒａｔｅ　ｓｙｓｔｅｍ　ｔｏ　ａｖｏｉｄ　ｃｏｌｌｉｓｉｏｎ　ｗｈｅｎ　ｔｈｅｄｒｉｖｅｒ　ｃａｎ＇ｔ　ｏｐｅｒａｔｅ　ｉｎ　ｔｉｍｅ玩ｔｈｉｓ　ｐａｐｅｒ，　ｔｈｅ　ｔａｓｋ　ｉｓ　ｔｏ　ｄｅｔｅｃｔ　ｔｈｅ　ｗｈｅｅｌｓｈａｐｅ　ｉｎｆｏｒｍａｔｉｏｎ　ｏｆ　ｔｈｅ　ｌａｔｅｒａｌ　ｖｅｈｉｃｌｅ　ｗｉｔｈ　Ｓｏｂｅｌ　ａｌｇｏｒｉｔｈｍ　ａｎｄ　Ｈｏｕｇｈｔｒａｎｓｆｏｒｍ，ａｎｄ　ｔｈｅｎ　ｔｏ　ｅｓｔｉｍａｔｅ　ｔｈｅ　ｌｏｃａｔｉｏｎ　ｏｆ　ｔｈｅ　ｌａｔｅｒａｌ　ｖｅｈｉｃｌｅ　ｂｙｃｏｏｒｄｉｎａｔｅ　ａｎｄ　ｐｒｏｊｅｃｔ　ｔｒａｎｓｆｏｒｍ　ｅｑｕａｔｉｏｎｓ．

［Ｋｅｙｗｏｒｄｓ］ Ｃｏｌｌｉｓｉｏｎ　ａｖｏｉｄａｎｃｅ，　Ｅｄｇｅ　ｄｅｔｅｃｔｉｏｎ，　Ｈｏｕｇｈｔｒａｎｓｆｏｒｍ，　Ｉｎｆｏｒｍａｔｉｏｎ　ｆｕｓｉｏｎ，　Ｅｎｖｉｒｏｎｍｅｎｔ　ｆｅａｔｕｒｅ　ｍｏｄｅｌ，Ｍｕｌｔｉｓｅｎｓｏｒｓ，　Ｉｍａｇｅ　Ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ．

［Ｔｈｅｓｉｓ

Ｔｙｐｅ］　Ｓｔｕｄｙ　Ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎ

２西安交通大学硕士学位论文第一章总述

本文探讨的是一种墓于图像处理的汽车防碰撞主动安全技术，在此对撰写本篇论文的目的和意义进行简单介绍，并对该课题研究的实际可行性和实际应用价值进行简单分析。

１．１汽车防碰撞系统的研究 随着汽车保有量和产里的急剧增加，以及汽车行驶速度的提高和驾驶者平均年龄的上升，汽车交通事故日益严重，汽车的安全性也越来越受到汽车设计者、制造者和使用者的普遍高度重视。世界上各先进发达的汽车工业国都在大力发展车辆安全技术，以减少车辆交通事故或避免车辆交通事故的发生。 在汽车行驶中，任何紧急事态的发生都是瞬息出现的，高速行驶的汽车对异常情况的突发，常常是驾驶人员难于预料和防范的。如行人突然穿越公路，在前方路口突然驶出违章车辆，前方行驶着的车辆突然紧急制动等，如果汽车驾驶人员处理不好，或者是驾驶人员根本来不及做出反应，便可能酿成大祸，甚至车毁人亡。 当汽车在长途行驶或在高速公路上行驶时，驾驶者往往由于疲劳或所见目标单调而产生注意力不集中、甚至打磕睡的现象，以至于驾驶者在驾驶过程中遇到危险行驶情况时未能及时做出准确的反应，导致汽车偏离路线、甚至发生交通事故。有资料表明，高速公路上发生的交通事故中ｓｏ％以上是由于上述原因造成的。 因此，在汽车防碰撞系统的研究中，人们采用传感器探测技术、计算机控制技术，对车辆行驶过程中的各种情况进行监测，并对各种危险的情况做出相应的判断，以帮助驾驶者处理行驶过程中所遇到的各种复杂问题。当系统判定出车辆有潜在的碰撞时，则立即向驾驶者发出苦报，提醒驾驶者需降低车速或采取制动及转向措施来进免碰摘危险，并在驾驶者未能做出操作反应或来不及做出操作反应时，辅助驾驶者采取必要的制动、转向等相应的措施，自动地对车辆进行控制，以避免车辆发生碰摘事故。 更先进的汽车智能驾驶系统阅在车上装载了大ｔ的传感器、控制器甚至监视器，系统能实现车间行驶距离的自动控制、危险车辆接近报普、疲劳驾西安交通大学硕士学位论文驶替告等功能。并且能识别道路的形状及标志，通过ＤＧＰＳ和ＧＩｓ系统的导引，在一些路段还能实现自动驾驶。 世界各国的各大公司所研制的汽车防撞系统虽然各不相同，但它们都具有防撞和预苦这两大功能。在车上装有各种传感器和探测装里来不断监测车况和路况，所采集的信号再经过计算机的分析处理做出防绝判定，最后发出视觉或听觉的替报信号，并向相应的系统发出动作指令，以实现辅助驾驶和车辆控制，达到预防碰撞事故发生的目的。

１．２汽车防碰撞系统的发展与现状仲！ 汽车主动安全技术又称为事故预防技术，是在事故发生的前几秒内做出相应的操作反应以消除事故隐患的瞬间安全技术，它不仅可以向驾驶者发出普报信号，而且还要求汽车本身能做出预防动作。该项研究课题一直都是国际ＥＳＶ　（Ｅｘｐｒｉｍｅｎｔ　Ｓａｆｅｔｙ　Ｖｅｈｉｃｌｅ）和ＲＳＶ（Ｒｅｓｅａｔｃｈ　Ｓａｆｅｔｙ　Ｖｅｈｉｃｌｅ）、以及日本的ＡＳＶ（Ａｄｖａｎｃｅｄ　Ｓａｆｅｔｙ　Ｖｅｈｉｃｌｅ）计划的主要项目之一。在此背景下，美、英、法、德、日等各国又进行了高水平的汽车综合性安全系统的研究和开发工作１１０１． 为了解决日益增长的交通拥挤问厄，世界上一些发达国家特别是美国正在进行智能车辆交通系统（ＩＶＨＳ　）的开发工作，其中先进的车辆控制系统（ＡＶＣＳ）是最复杂的一部分，它主要采用的是防撞预带技术。防撞预苦技术的一个成功例子是车载雷达（ＶＯＲＡＤ）探测和预带系统。该系统采用的是自动奄米波雷达，这是将军事上的防御雷达技术转化为商业应用的典型事例。而成本却较低，该雷达一次可跟踪加个目标［１１）． 由ＩＶＨＳ技术公司的子公司—圣地亚哥安全系统公司所研制的ＶＯＲＡＤ防撞系统是一种以将微波信号与电路和算法相结合的航空技术为蓦础而研制的高频雷达系统，它具有多种探测和记录功能．该系统已在１５００辆公共汽车上得到应用，预计可降低事故率２５％，其应用前景相当可观””。 德国大众汽车公司研制成功了一种名为“自动智能巡航控制”（ＡＩＣＣ　）的系统，它可以防止车辆发生追尾碰摘，也可以防止车辆在急转奄时和在大雾中行驶时发生碰摘事故。该系统是通过红外线探侧技术和徽光探测技术来不断地扫描车辆前方的车辆和障碍物。当系统判定出车辆有碰撞危险时，ＡＩＣＣ会采取相应的措施来实现车辆控制，使车辆自动降低速度或停车；在交通堵塞时，ＡＩＣＣ会自动让汽车停下；在转夸时，系统也能实现自动刹车。西安交通大学硕士学位论文 本田公司有个项目叫ＡＶＳ先进安全车辆系统Ｉ＇］，　ＨＩＤＳ　＂驾驶员智能支持系统”是从ＡＶＳ中演变出的技术项目，这个系统可以检测出前方有无车辆并相应控制ＨＤＩＳ车辆的速度，它可以识别车道上的标志，并在车辆偏离车道时做出调整。经日本运输省批准，本田公司作为首家获准在公路上实验的公司在高速公路上实验了ＨＤＩＳ车，结果表明在减轻驾驶者的劳动强度方面效果显著。 它有以下４个功能：口控制车速及与前车的距离 当ＨＤＩＳ单独在高速公路上行驶时，可以设定车速以等速作巡航，这个技术在很多高级轿车上都有。当前方有车时，ＨＤＩＳ系统会依靠车上的激光雷达测出前车的车速及与前车的距离，并与本车原先的车速相比较。若前车车速降低，则它会通过操作油门及制动机构降低本车速度，同时不断检测本车车速及横摆情况调整本车的运动方向及车速，若前车突然减速而使两车车距过小时，系统会发出普报声使驾驶员采取紧急措施，当前车拐弯或离开本车道时，ＨＤＩＳ会自动将车加速至原来设定的巡航速度。口控制ＨＤＩＳ车在车道中的位置 ＨＤＩＳ车上装有本田公司专门开发的成像处理系统，它由一台ＣＣＤ摄象机和电脑芯片组成．由摄象机摄下道路圈像，ＥＣＵ芯片自动识别黄线、虚线、双虚线等，并将无用的图像滤除掉。通过对本车在车道中的位里及车道宽度、长度及标线连续性的对比计算，可以计算出本车是否在车道中心以及前方适当距离有无车道的拐弯及中断等情况，假如发现偏差，ＥＣＵ芯片会将修正指令发送给电动助力转向的控制机构，改变物入助力转向电机中的电流值就可以改变转向力矩的大小，从而使车辆复位。口偏移带告 假如由于某种突发性情况而使本车突然驶离车道，这时由于情况紧急来不及由电脑做出补偿，则必须由普报系统提醒驾驶员采取紧急措施。口人机界面 驾驶员可随时通过装在车速表内的显示，知道系统的工作情况及汽车周围的情况（前方及车道情况），当然，驾驶员若长期注视这个显然不能减轻驾驶强度，它会用报替声或闪光来提示注惫。