机器视觉辅助驾驶系统

2016-07-21新闻资讯

随着我国道路交通事业发展迅猛,汽车保有量已超过1.5亿辆,并且保持继续增长的趋势。道路交通运输的蓬勃发展为我国的运输事业提供了强有力的支撑,但同时也带来了巨大的交通安全隐患。道路交通事故已成为各种事故之首,是建立交通运输安全可持续发展的交通体系的重大阻碍。因此,通过技术手段建立道路交通安全保障系统以减少交通事故是当务之急。本文在剖析驾驶过程中驾驶员视觉功能的基础上,对基于车载机器视觉的各种汽车安全技术的研究现状进行介绍与分析,并展望该领域的发展趋势。

根据人行为的刺激—机体一反应经典模式,驾驶汽车的行为可分为三个阶段,如图1所示,即感知阶段、判断决策阶段和操作阶段。在感知阶段,驾驶员对实时的交通状态信息进行获取和初步理解,通过感觉器官感知汽车的运行环境条件;在判断决策阶段,驾驶员结合驾驶经验和技能,通过中枢神经系统分析判断,确定有利于汽车安全行驶的措施;在操作阶段,驾驶员依据判断决策,通过运动器官作出实际反应和行动。汽车行驶时,驾驶行为是这三个阶段所组成的一个不断往复进行的信息处理过程,也就是感知作用于判断决策从而影响到操作。感知阶段是保证安全驾驶的基础。如果没有感知到准确和及时的环境信息,极有可能导致判断决策和动作的失误,酿成交通事故。在感知阶段获取信息主要靠视觉、触觉、嗅觉和听觉,其中80%以上是通过驾驶员视觉获取信息的。驾驶视觉直接影响感知信息量的广度、深度和准确性,因此,驾驶员的视觉特性与行车安全有直接的联系。基于车载机器视觉的汽车安全辅助驾驶技术旨在提高驾驶员视觉效能,通过改善视觉和驾驶行为的关系,并辅助驾驶以减少因视觉原因带来不当操作,从而使人-车-路系统更加稳定可靠,提高车辆的主动安全性。

基于车载机器视觉的汽车安全技术从作用的范围划分:①车辆外部信息的机器视觉辅助驾驶技术,其实质是通过机器视觉系统弥补驾驶员视觉性能上的某些缺陷,并提高视觉感知理解能力或者矫正因驾驶员视觉失误带来的错误操作;②车辆内部信息的机器视觉辅助驾驶技术,通过监控驾驶员的视觉行为与机能,保障驾驶员通过视觉准确地获取交通信息。

一、车辆外部信息的机器视觉辅助驾驶技术

人眼的作用能力是有限的,获得通过一系列车辆外部信息的机器视觉辅助驾驶技术可以提高视觉适应性、增加视觉范围、增强视觉理解深度。从车辆操作过程来划分, 车辆外部信息的机器视觉辅助驾驶技术的研究包括:(1)驾驶环境的视觉增强与扩展;(2)驾驶环境的机器视觉识别。

1.1 驾驶环境的视觉增强与扩展及显示

1.1.1 视觉增强

视觉增强系统是智能交通系统中先进车辆控制技术之一,主要是利用人眼的视觉特性,采用CCD、红外传感器、车速传感器、GPS及毫米波雷达等传感器获取道路信息,进行信息处理和融合,提取低能见度、低照度下交通环境的有用信息并剔除噪声,并以图像的形式提供给驾驶员。

1.1.2视觉扩展

视觉扩展是对驾驶员视觉进行补偿,运用视觉等传感器扩展驾驶员视野范围,泊车辅助系统也是一种常见的视野扩展系统。在泊车辅助系统中传感器探测前方、侧方、后方的肓点环境信息,包括倒车时后方障碍信息,如相对位置、距离、大小等,以图像显示或声音提示的方式提供给驾驶员。

1.1.3显示技术

道路环境图像显示和道路环境报警设备是驾驶员和车辆间交互的接口,其设计应具有良好的人因特性。目前车载的信息显示设备主要有两种:低头显示器和抬头显示器。

1.2驾驶环境的机器视觉识别

驾驶环境的机器视觉识别是更高一级的汽车安全辅助驾驶技术,通过图像传感器识别道路环境参数并判别行车的安全性,主要包括:车道检测、车辆检测、行人检测、道路标志检测等。

1.2.1车道检测

目前车道检测多通过道路标线、道路边缘的检测实现,在车道检测中典型的驾驶安全辅助系统有车道偏离报警系统和转弯减速调节系统。 车道偏离报警系统由摄像机、速度传感器、信息处理系统、方向盘调节器、报警系统等组成。车辆一旦有偏离车道的倾向,便会通过指示灯及蜂鸣器向驾驶员报警。

1.2.2车辆检测

车辆检测是利用各种传感器探测前方、侧方、后方的车辆的信息,包括前后方车辆速度、位置以及障碍物的大小位置等。

1.2.3交通标志的探测

道路交通标志为重要的道路交通安全附属设施,可向驾驶员提供各种引导和约束信息。驾驶员实时地正确地获取交通标志信息,可保障行车更加安全。在汽车安全辅助驾驶系统中交通标志的探测是通过图像识别系统实现的。

1.2.4行人检测技术

车辆辅助驾驶系统中基于计算机视觉的行人检测是指利用安装在运动车辆上的摄像机获取车辆前面的视频信息,然后从视频序列中检测出行人的位置。

二、 车辆内部信息的机器视觉辅助驾驶技术

车辆内部信息的机器视觉辅助驾驶技术是通过车载的视像机判别驾驶员的状态、位置等信息,实施必要的安全保障措施,包括驾驶员视线调节以及驾驶疲劳检测等。

2.1视线调节

驾驶员的视线调节是使每位驾驶员的眼睛处于同样的相对高度上,保证提供一个对路面和周围车道的无阻碍视野和最好的视见度,从而保障驾驶安全。

2.2 疲劳与分神检测

由于疲劳驾驶是重大交通事故主要原因,国内外研究机构纷纷开展该领域的研究。疲劳的与清醒的驾驶相比,较有特异性的指标是:方向盘的微调,头部前倾,眼睑的眨动、甚至闭合。