本發(fā)明屬于智能駕駛領(lǐng)域，具體涉及一種基于圖像處理的車輛變道輔助裝置及其工作方法。

背景技術(shù)：

車輛換道時(shí)，駕駛?cè)瞬粌H要時(shí)刻關(guān)注前方路況，還要時(shí)刻通過反光鏡觀察車輛后方路況。這就增加了車輛操作的難度同時(shí)駕駛?cè)穗y以對(duì)后方車輛給以足夠的注意力。而且駕駛?cè)藫Q道時(shí)主要通過反光鏡觀察后方車輛的運(yùn)動(dòng)狀況，這就難以對(duì)后方車輛的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)有一個(gè)準(zhǔn)確的判斷。

能否對(duì)自車前后車輛駕駛?cè)瞬僮饕鈭D進(jìn)行準(zhǔn)確判斷對(duì)于交通安全和智能駕駛十分重要。如果能夠通過某種方法對(duì)于自車周圍車輛的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)進(jìn)行收集，并通過判斷是否保證安全駕駛的前提下，對(duì)自車駕駛員進(jìn)行換道提醒，若具備換道條件，則能讓汽車更順利的通過道路。另外，如果能夠通過某種方法對(duì)自車駕駛員的換道意圖進(jìn)行判斷，并通過電路控制對(duì)轉(zhuǎn)向燈的開閉進(jìn)行控制，則能減少駕駛員的操作，讓汽車駕駛更加智能。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的在于克服上述不足，提供一種基于圖像處理的車輛變道輔助裝置及其工作方法，對(duì)安全換道和減少駕駛員操作有良好的效果。

為了達(dá)到上述目的，一種基于圖像處理的車輛變道輔助裝置，包括固定在車輛前部和后部的激光掃描雷達(dá)，以及固定在車輛前部的攝像頭，激光掃描雷達(dá)連接中央處理芯片，攝像頭通過圖像處理芯片連接中央處理芯片，中央處理芯片連接有速度傳感器，中央處理芯片還連接有顯示裝置和轉(zhuǎn)向燈；

所述激光掃描雷達(dá)用于識(shí)別車輛四周的障礙物與車輛的相對(duì)速度；

所述攝像頭用于實(shí)時(shí)采集車輛前方的圖像；

所述圖像處理芯片用于將攝像頭采集的圖像進(jìn)行處理，并識(shí)別車道線；

所述速度傳感器用于采集當(dāng)前車輛速度；

所述中央處理芯片用于根據(jù)激光掃描雷達(dá)、圖像處理芯片和速度傳感器所發(fā)送來的信息，輸出車輛前后方道路形狀的表征曲線發(fā)送至顯示裝置中，并且根據(jù)圖像處理芯片所發(fā)來的信息計(jì)算車道線夾角，根據(jù)車道線夾角和車輛速度預(yù)估車輛越線時(shí)間，并控制轉(zhuǎn)向燈的開啟和關(guān)閉。

所述顯示裝置固定在車輛儀表盤上，車輛儀表盤上固定有開關(guān)。

所述中央處理芯片通過I/O接口與速度傳感器連接。

所述中央處理芯片通過SPI接口與顯示裝置連接。

所述中央處理芯片通過電磁開關(guān)與轉(zhuǎn)向燈連接。

所述激光掃描雷達(dá)采用LUX激光掃描雷達(dá)，激光掃描雷達(dá)采用CAN總線接口與中央處理芯片連接。

一種基于圖像處理的車輛變道輔助裝置的工作方法，包括以下步驟：

步驟一，激光掃描雷達(dá)采集車輛前方和后方的信息，發(fā)送至中央處理芯片中，速度傳感器采集當(dāng)前速度信息，發(fā)送至中央處理芯片中，中央處理芯片將激光掃描雷達(dá)和速度傳感器的信息相結(jié)合，判斷是否具備換道條件，若具備變道條件，進(jìn)入步驟二，若不具備變道條件，進(jìn)入步驟四；

步驟二，顯示裝置顯示為綠色車道，同時(shí)攝像頭采集前方圖像，并發(fā)送至圖像處理芯片中，圖像處理芯片識(shí)別車道線后發(fā)送至中央處理芯片中，并結(jié)合當(dāng)前車速預(yù)估車輛越線時(shí)間；

步驟三，將預(yù)估車輛越線時(shí)間與閾值進(jìn)行對(duì)比，若預(yù)估車輛越線時(shí)間小于閾值，則自動(dòng)打開轉(zhuǎn)向燈，若預(yù)估車輛越線時(shí)間大于閾值，則進(jìn)步步驟四；

步驟四，中央處理芯片控制顯示裝置變?yōu)榧t色車道，并重新采集激光掃描雷達(dá)和速度傳感器的信息。

所述步驟一中，激光掃描雷達(dá)采集車輛前方和后方的信息的具體方法如下：對(duì)于路側(cè)的靜止物體，激光掃描雷達(dá)測(cè)量得到的相對(duì)速度與自身車輛的行駛速度大小相同，所有的路側(cè)靜止點(diǎn)用兩條曲線表示，從而得到表示前后方道路形狀的曲線；若某測(cè)量點(diǎn)的相對(duì)速度小于車輛當(dāng)前的行駛速度，則該測(cè)量點(diǎn)可以確定為前后方其他行駛的車輛，對(duì)激光掃描雷達(dá)所有的數(shù)據(jù)點(diǎn)進(jìn)行分析，確定前后方區(qū)域中所存在的車輛。

所述步驟二中，預(yù)估車輛越線時(shí)間的具體方法如下：中央處理芯片從圖像處理芯片傳送來的圖像中識(shí)別車道線，獲取車輛坐標(biāo)系X軸方向上車輛與車道線的距離S、車道線與車載前置攝像頭成像中軸線的夾角θ、以及車輛與車道線最近橫向距離D_R，車輛坐標(biāo)系的X軸平行于地面沿車輛中軸線指向前方，車載前置攝像頭的光軸方向與車輛坐標(biāo)系x軸方向重合；從速度傳感器中提取車輛速度V，并設(shè)置車輛在車輛坐標(biāo)系X軸方向的速度v_x＝V；確定車輛越過車道線的時(shí)間

與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明在當(dāng)車輛行駛在道路上時(shí)，開啟激光掃描雷達(dá)，并掃描車輛行駛車道、鄰近左車道和鄰近右車道上的行駛車輛，當(dāng)發(fā)現(xiàn)相應(yīng)車道上有行駛車輛時(shí)，將掃描得到的結(jié)果發(fā)送至中央處理芯片中，速度傳感器采集車輛的運(yùn)行速度，中央處理芯片對(duì)所采集得到的雷達(dá)數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，根據(jù)路側(cè)靜止障礙物特征識(shí)別分析道路的幾何形狀，確定道路形狀表征曲線，同時(shí)根據(jù)自車的運(yùn)動(dòng)速度、自車與前后方其他車輛之間的相對(duì)速度、相對(duì)距離，識(shí)別得到前后方的其他車輛之后，根據(jù)自車與其他車輛的相對(duì)距離、相對(duì)角度，預(yù)估車輛越線時(shí)間，得到這些數(shù)據(jù)之后，然后將這些信息顯示在與之相連顯示裝置上，同時(shí)，判斷左右鄰近車道是否具有換道條件，并顯示在顯示裝置上，本裝置結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，能耗低，設(shè)計(jì)簡(jiǎn)單全面智能，可靠程度高；該工作方法智能化程度高，工作可靠，對(duì)安全換道和減少駕駛員操作有良好的效果。

附圖說明

圖1為本發(fā)明的原理框圖；

圖2為本發(fā)明的工作流程圖；

其中，1、激光掃描雷達(dá)；2、攝像頭；3、圖像處理芯片；4、中央處理芯片；5、速度傳感器；6、顯示裝置；7、轉(zhuǎn)向燈。

具體實(shí)施方式

下面結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明做進(jìn)一步說明。

參見圖1，一種基于圖像處理的車輛變道輔助裝置包括固定在車輛前部和后部的激光掃描雷達(dá)，以及固定在車輛前部的攝像頭，激光掃描雷達(dá)連接中央處理芯片，攝像頭通過圖像處理芯片連接中央處理芯片，中央處理芯片連接有速度傳感器，中央處理芯片還連接有顯示裝置和轉(zhuǎn)向燈；顯示裝置固定在車輛儀表盤上，車輛儀表盤上固定有開關(guān)，中央處理芯片通過I/O接口與速度傳感器連接，中央處理芯片通過SPI接口與顯示裝置連接，中央處理芯片通過電磁開關(guān)與轉(zhuǎn)向燈連接，激光掃描雷達(dá)采用LUX激光掃描雷達(dá)，激光掃描雷達(dá)采用CAN總線接口與中央處理芯片連接；

激光掃描雷達(dá)用于識(shí)別車輛四周的障礙物與車輛的相對(duì)速度；攝像頭用于實(shí)時(shí)采集車輛前方的圖像；圖像處理芯片用于將攝像頭采集的圖像進(jìn)行處理，并識(shí)別車道線；速度傳感器用于采集當(dāng)前車輛速度；

中央處理芯片用于根據(jù)激光掃描雷達(dá)、圖像處理芯片和速度傳感器所發(fā)送來的信息，輸出車輛前后方道路形狀的表征曲線發(fā)送至顯示裝置中，并且根據(jù)圖像處理芯片所發(fā)來的信息計(jì)算車道線夾角，根據(jù)車道線夾角和車輛速度預(yù)估車輛越線時(shí)間，并控制轉(zhuǎn)向燈的開啟和關(guān)閉。

參見圖2，本發(fā)明的工作方法包括：

一、識(shí)別判斷前后方道路形狀、前后方其他車輛：

路側(cè)的護(hù)欄、綠化帶或者臺(tái)階，這類物體在路側(cè)保持靜止，同時(shí)這類物體組成的形狀與道路線形保持一致。對(duì)于路側(cè)的靜止物體，激光雷達(dá)測(cè)量得到的相對(duì)速度與自身車輛的行駛速度大小基本相同。因此，如果某一個(gè)測(cè)量返回點(diǎn)的相對(duì)速度與自車行駛速度之間差值的絕對(duì)值小于5km/h時(shí)，可以判定該數(shù)據(jù)點(diǎn)屬于路側(cè)靜止物體。通過對(duì)所有測(cè)量點(diǎn)進(jìn)行分析，識(shí)別所有的路側(cè)靜止點(diǎn)并將所有點(diǎn)用兩條曲線表示，從而得到表示前后方道路形狀的曲線。激光雷達(dá)測(cè)量返回的數(shù)據(jù)中除了道路兩側(cè)靜止物體之外還包括道路上行駛的其他車輛。根據(jù)自身車輛與前后方其他車輛的運(yùn)動(dòng)關(guān)系，如果某測(cè)量點(diǎn)的相對(duì)速度與自車的行駛速度之間差值的絕對(duì)值大于5km/h，則該測(cè)量點(diǎn)可以確定為前后方其他行駛的車輛。對(duì)激光雷達(dá)所有的數(shù)據(jù)點(diǎn)進(jìn)行分析，確定前后方區(qū)域中所存在的車輛。

二、計(jì)算前后方其他車輛的位置及行駛速度：

前后方其他車輛的位置由激光雷達(dá)所測(cè)量得到的相對(duì)角度、相對(duì)距離數(shù)據(jù)確定前后方其他車輛的位置，在LCD液晶顯示器中顯示前后方其他車輛時(shí)，根據(jù)相對(duì)角度和相對(duì)距離數(shù)據(jù)確定前后方車輛在屏幕中的位置；根據(jù)自車行駛速度與激光雷達(dá)所測(cè)量得到的自車與前后方其他車輛的相對(duì)速度，計(jì)算前后方其他車輛的行駛速度，計(jì)算方法為自車行駛速度加上相對(duì)速度，當(dāng)自車速度高于前后方其他車輛時(shí)設(shè)定相對(duì)速度為負(fù)，自車速度低于前后方其他車輛速度時(shí)設(shè)定相對(duì)速度為正，通過以上方法計(jì)算確定前后方其他車輛的運(yùn)行速度。

三、顯示道路形狀，并提醒換道：

中央處理芯片通過對(duì)自車車速、激光雷達(dá)采集數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，計(jì)算得到自身車輛前后方道路形狀的表征曲線。設(shè)定車速超過40km/h時(shí)，如果自車與前后方其他車輛的距離小于50米時(shí)，微處理器控制LCD將顯示器中相應(yīng)車道用紅顏色進(jìn)行標(biāo)記，反之將相應(yīng)車道標(biāo)記為綠色并提示駕駛員進(jìn)行換道。

四、轉(zhuǎn)向燈控制：

車載前置攝像頭實(shí)時(shí)采集車輛前方圖像，并將采集的圖像傳送給圖像處理芯片。圖像處理芯片對(duì)圖像進(jìn)行處理，在圖像中選取有效區(qū)域，中央處理芯片從圖像處理芯片傳送來的圖像中識(shí)別車道線，獲取車輛坐標(biāo)系x軸方向上車輛與車道線的距離S、車道線與車載前置攝像頭成像中軸線的夾角θ、以及車輛與車道線最近橫向距離D_R，車輛坐標(biāo)系的x軸平行于地面沿車輛中軸線指向前方，車載前置攝像頭的光軸方向與車輛坐標(biāo)系x軸方向重合；從車速儀表盤的CAN總線中提取車輛速度v，并設(shè)置車輛在車輛坐標(biāo)系x軸方向的速度vx＝v；確定車輛越過車道線的時(shí)間當(dāng)t小于所設(shè)定的臨界閾值時(shí)，開啟轉(zhuǎn)向燈電磁開關(guān)，開啟相應(yīng)的轉(zhuǎn)向燈。

五、轉(zhuǎn)向燈智能控制：

由于存在駕駛員在換道的過程中會(huì)中途放棄的情況，所以對(duì)于轉(zhuǎn)向燈的控制是實(shí)時(shí)的。即在系統(tǒng)自動(dòng)開啟轉(zhuǎn)向燈后，當(dāng)監(jiān)測(cè)到車輛越過車道線的時(shí)間t大于所設(shè)定的臨界閾值時(shí)，關(guān)閉轉(zhuǎn)向燈電磁開關(guān)，關(guān)閉相應(yīng)的轉(zhuǎn)向燈。

上述技術(shù)方案的特點(diǎn)在于：通過安裝在車輛前后方的激光掃描雷達(dá)對(duì)道路和自車與前后方其他車輛之間的相對(duì)速度、相對(duì)距離進(jìn)行掃描，并通過中央處理芯片對(duì)這些數(shù)據(jù)進(jìn)行處理。然后綜合判斷是否左右鄰近車道是否具有換道條件，并在LCD顯示裝置上對(duì)具備換道條件的車道標(biāo)為綠色提示換道，對(duì)不具備換道條件的車道標(biāo)為紅色不建議換道。另外，通過安裝在車輛前保險(xiǎn)杠中央的車載攝像頭實(shí)時(shí)采集車輛前方圖像，經(jīng)過圖像處理芯片處理識(shí)別車道，然后經(jīng)過中央處理芯片的計(jì)算得出車輛越過車道線的時(shí)間t，若小于臨界閾值，則通過電磁開關(guān)開啟相應(yīng)的轉(zhuǎn)向燈。由于存在駕駛員在換道的過程中會(huì)中途放棄的情況，所以對(duì)于車輛越過車道線的時(shí)間的計(jì)算是實(shí)時(shí)的，若在開啟轉(zhuǎn)向燈后的某一刻車輛越過車道線的時(shí)間大于臨界閾值，則認(rèn)為駕駛員放棄換道，并關(guān)閉相應(yīng)的轉(zhuǎn)向燈。