摘要：以嵌入式系統(tǒng)為平臺對車輛駛離車道的預(yù)警進(jìn)行研究。在采用改進(jìn)的Hough變換對道路圖像標(biāo)識線識別的基礎(chǔ)上，利用透視投影原理，完成車輛位置信息的重建，確定車輛在車道中的橫向距離和橫向偏轉(zhuǎn)角，建立基于橫向距離和橫向速度的車輛偏離預(yù)警算法。車輛行駛實驗表明，該算法能夠?qū)?a class="contentlabel" href="http://www.biyoush.com/news/listbylabel/label/偏離">偏離車道的車輛給以準(zhǔn)確的報警，并且充分考慮車輛的速度以及偏轉(zhuǎn)角度對車輛偏離車道過程的影響。
關(guān)鍵詞：車輛偏離預(yù)警；車輛位置；嵌入式系統(tǒng)；道路標(biāo)識線

研究表明，大約15％的道路交通事故是由車輛駛離公路造成的，車道偏離預(yù)警系統(tǒng)能夠有效減少道路交通事故的發(fā)生。目前車道偏離預(yù)警系統(tǒng)采用的方法大致分為3種：1)基于車輛將到達(dá)車道邊界時間(Time to Lane Crossing，TLC)的預(yù)警算法；2)基于預(yù)測軌跡曲線偏離量不同的預(yù)警算法；3)基于平面圖像道路標(biāo)線夾角的預(yù)警算法。這幾種算法能夠?qū)崿F(xiàn)車道預(yù)警，但車輛出現(xiàn)偏離一般是由于駕駛員注意力分散或
處于疲憊狀態(tài)時對車輛的控制疏忽所致，上述所做的各種假設(shè)與實際行駛過程均有偏差，如沒有考慮車輛的橫向偏轉(zhuǎn)角及駕駛員轉(zhuǎn)動方向盤轉(zhuǎn)角在某個行駛過程中對車道偏離的影響。鑒于此，提出基于車輛橫向距離與橫向分速度進(jìn)行車輛偏離預(yù)警的方法。作為車道偏離預(yù)警系統(tǒng)的處理平臺，PC機(jī)的體積、成本及功能的冗余性是其應(yīng)用在車載系統(tǒng)中難以克服的瓶頸，采用嵌入式方法對車道偏離預(yù)警系統(tǒng)的設(shè)計，充分利用了嵌入式系統(tǒng)處理的實時性與體積小巧等特點。

1 道路圖像的處理
使用Sobel算子邊緣檢測和最大類間方差圖像分割法將道路灰度圖像轉(zhuǎn)化為二值圖像，作為下一步處理的基礎(chǔ)。直線的矢量基元表示方法是按照某種準(zhǔn)則將矢量基元(ELS)合并連接來表示直線。如行基元、列基元和45°基元。行基元是道路圖像中同一行上的連續(xù)邊緣點的集合；列基元是道路圖像中同一列上的連續(xù)邊緣點的集合；45°基元是道路圖像中在傾角為45°?；?35°的掃描線上連續(xù)邊緣點的集合。其優(yōu)
點是計算耗費(fèi)的時間與變量存儲需要的空間較少。
Hough變換是利用投票機(jī)制參照圖像全局特性對目標(biāo)直線輪廓進(jìn)行直接檢測。其優(yōu)點是對直線斷裂、局部遮擋等缺陷不敏感，對隨機(jī)噪聲具有魯棒性，特別適用于直線道路的識別。利用直線的矢量基元減少Hough變換中參數(shù)的量化范圍，能夠節(jié)省Hough變換的時間和空間消耗，同時彌補(bǔ)矢量基元表示直線的局部性和噪聲敏感性等不足，較好識別道路標(biāo)識線。

2 行駛車輛位置的確定
2．1 道路關(guān)鍵信息的重建
圖像傳感器固定在車輛前端頂部，攝像頭距地面高度為h。建立空間坐標(biāo)系如下：世界坐標(biāo)系XYZ與攝像機(jī)坐標(biāo)系xyz。動態(tài)的世界坐標(biāo)系隨車輛一起運(yùn)動，以攝像機(jī)鏡頭中心在地面的垂直投影點為原點，地面的垂直線向上為Z軸正向，車身縱軸線方向為X軸，正向為汽車前進(jìn)的反方向；攝像機(jī)坐標(biāo)系統(tǒng)以光軸為z軸，鏡頭中心為坐標(biāo)原點，攝像機(jī)坐標(biāo)xy平面與像平面平行；表征圖像內(nèi)部各點位置的像平面坐標(biāo)系統(tǒng)的u軸、v軸與x軸、y軸平行，原點位于圖像中心既攝像機(jī)光軸與圖像的交點。所有坐標(biāo)系滿足右手規(guī)則。
平面圖像上某點(u，v)經(jīng)過逆透視投影變換后獲取其在空間點(X，Y，Z)的位置信息，由此重建道路關(guān)鍵信息

式中，f為攝像機(jī)的有效焦距，γ表示攝像機(jī)x坐標(biāo)軸相對于X軸的夾角稱為掃視角，α表示攝像機(jī)光軸(z軸)相對于垂直方向(Z軸)的夾角稱為傾斜角。
2．2 車輛在當(dāng)前道路中橫向距離及橫向偏轉(zhuǎn)角的確定
利用改進(jìn)的Hough變換識別道路標(biāo)識線后，通過圖像平面的道路標(biāo)線直線方程和式(1)，得到左、右道路標(biāo)識線在世界坐標(biāo)系內(nèi)的直線方程