基于图像处理的汽车防碰撞系统的研究

信息融合，环境特征
西安交通大学硕士学位论文
Ｔ ｉ ｔ ｌ ｅ ： Ｔ ｈ ｅ Ｓ ｔ ｕ ｄ ｙ ｏ ｆ Ｖ ｅ ｈ ｉ ｃ ｌ ｅ Ｃ ｏ ｌ ｌ ｉ ｓ ｉ ｏ ｎ Ａ ｖ ｏ ｉ ｄ ａ ｎ ｃ ｅ Ｂ ａ ｓ ｅ ｄ － ｏ ｎ Ｉ ｍ ａ ｇ ｅ Ｐ ｒ ｏ ｃ ｅ ｓ ｓ ｉ ｎ ｇ Ｍａ ｊ ｏ ｒ ： Ｓ ｙ ｓ ｔ ｅ ｍ Ｅ ｎ ｇ ｉ ｎ ｅ ｅ ｒ ｉ ｎ ｇ Ｍａ ｓ ｔ ｅ ｒ ： Ｓ ｈ ａ ｎ ｇ Ｌ ｉ Ａ ｄ ｖ ｉ ｓ ｏ ｒ ： Ｈ ａ ｎ Ｃ ｈ ｏ ｎ ｇ ｚ ｈ ａ ｏ
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Ｅ Ｓ Ｖ （ Ｅ ｘ ｐ ｉ ｒ ｍ ｅ ｎ ｔ Ｓ ａ ｆ ｅ ｔ ｙ Ｖ ｅ ｈ ｉ ｃ ｌ ｅ ） 和Ｒ Ｓ Ｖ （ Ｒ ｅ ｓ ｅ ａ ｔ ｃ ｈ Ｓ ａ ｆ ｅ ｔ ｙ Ｖ ｅ ｈ ｉ ｃ ｌ ｅ ） 、以 及日 本的Ａ Ｓ Ｖ （ Ａ ｄ ｖ ａ ｎ ｃ ｅ ｄ Ｓ ａ ｆ ｅ ｔ ｙ Ｖ ｅ ｈ ｉ ｃ ｌ ｅ ） 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
是 对旁 边车道的 车Βιβλιοθήκη Baidu辆使用图 像处 理 技术中的Ｓ ｏ ｂ ｅ ｌ 边缘 检测 算法 和Ｈ ｏ ｕ ｇ ｈ 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。 １ 论文类型１ 应用研究
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
ｍ ｏ ｄ ｅ ｌ ． Ｗｈ ｅ ｎ ｅ ｍ ｅ ｒ ｇ ｅ ｎ ｅ ｃ ｃ ｏ ｍ ｉ ｎ ｇ ｉ ｎ ｄ ｒ ｉ ｖ ｉ ｎ ｇ ， ｉ ｔ ａ ｌ ａ ｒ ｍ ｓ ａ ｎ ｄ ｔ ｈ ｅ ｎ ｄ ｅ ｌ ｉ ｖ ｅ ｒ ｓ ａ ｎ ｏ ｐ ｅ ｒ ａ ｔ ｅ ｄ ｃ ｏ ｍ ｍ ａ ｎ ｄ ｔ ｏ ｏ ｐ ｅ ｒ ａ ｔ ｅ ｓ ｙ ｓ ｔ ｅ ｍ ｔ ｏ ａ ｖ ｏ ｉ ｄ ｃ ｏ ｌ ｌ ｉ ｓ ｉ ｏ ｎ ｗ ｈ ｅ ｎ ｔ ｈ ｅ ｄ ｒ ｉ ｖ ｅ ｒ ｃ ａ ｎ ＇ ｔ ｏ ｐ ｅ ｒ ａ ｔ ｅ ｉ ｎ ｔ ｉ ｍ ｅ玩ｔ ｈ ｉ ｓ ｐ ａ ｐ ｅ ｒ ， ｔ ｈ ｅ ｔ ａ ｓ ｋ ｉ ｓ ｔ ｏ ｄ ｅ ｔ ｅ ｃ ｔ ｔ ｈ ｅ ｗ ｈ ｅ ｅ ｌ ｓ ｈ ａ ｐ ｅ ｉ ｎ ｆ ｏ ｒ ｍ ａ ｔ ｉ ｏ ｎ ｏ ｆ ｔ ｈ ｅ ｌ ａ ｔ ｅ ｒ ａ ｌ ｖ ｅ ｈ ｉ ｃ ｌ ｅ ｗ ｉ ｔ ｈ Ｓ ｏ ｂ ｅ ｌ ａ ｌ ｇ ｏ ｒ ｉ ｔ ｈ ｍ ａ ｎ ｄ Ｈ ｏ ｕ ｇ ｈ
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 Ｃ Ｃ Ｄ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 Ｃ Ｃ Ｄ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
［ Ｋ ｅ ｙ ｗ ｏ ｒ ｄ ｓ ］ Ｃ ｏ ｌ ｌ ｉ ｓ ｉ ｏ ｎ ａ ｖ ｏ ｉ ｄ ａ ｎ ｃ ｅ ， Ｅ ｄ ｇ ｅ ｄ ｅ ｔ ｅ ｃ ｔ ｉ ｏ ｎ ， Ｈ ｏ ｕ ｇ ｈ ｔ ｒ ａ ｎ ｓ ｆ ｏ ｒ ｍ ， Ｉ ｎ ｆ ｏ ｒ ｍ ａ ｔ ｉ ｏ ｎ ｆ ｕ ｓ ｉ ｏ ｎ ， Ｅ ｎ ｖ ｉ ｒ ｏ ｎ ｍ ｅ ｎ ｔ ｆ ｅ ａ ｔ ｕ ｒ ｅ ｍ ｏ ｄ ｅ ｌ ， Ｍｕ ｌ ｔ ｉ ｓ ｅ ｎ ｓ ｏ ｒ ｓ ， Ｉ ｍ ａ ｇ ｅ Ｐ ｒ ｏ ｃ ｅ ｓ ｓ ｉ ｎ ｇ ．
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驶替告等功能。并且能识别道路的形状及标志， 通过 Ｄ Ｇ Ｐ Ｓ 和Ｇ Ｉ ｓ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
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 ｓ ｏ ％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
ｅ ｓ ｉ ｓＴ ［ Ｔ ｈ ｙ ｐ ｅ ］ Ｓ ｔ ｕ ｄ ｙ Ａ ｐ ｐ ｌ ｉ ｃ ａ ｔ ｉ ｏ ｎ
２
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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
ｍ ｕ ｌ ｔ ｉ ｓ ｅ ｎ ｓ ｏ ｒ ｓ ｂ ｙ ｃ ｅ ｒ ｔ ａ ｉ ｎ ｒ ｕ ｌ ｅ ｓ ｗ ｉ ｔ ｈ ｉ ｎ ｆ ｏ ｒ ｍ ａ ｔ ｉ ｏ ｎ ｆ ｕ ｓ ｉ ｏ ｎ ｔ ｅ ｃ ｈ ｎ ｉ ｑ ｕ ｅ ｓ ， ａ ｎ ｄ ｔ ｏ ｃ ｏ ｎ ｔ ｒ ｏ ｌ ｖ ｅ ｈ ｉ ｃ ｌ ｅ 妙ｄ ｉ ｆ ｅ ｒ ｅ ｎ ｔ ｃ ｉ ｒ ｃ ｕ ｍ ｓ ｔ ａ ｎ ｃ ｅ ｂ ａ ｓ ｅ ｄ ｏ ｎ ｅ ｎ ｖ ｉ ｒ ｏ ｎ ｍ ｅ ｎ ｔ ｆ ｅ ａ ｔ ｕ ｒ ｅ
工 作 １ １ ０ １ ．
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 （ Ｉ Ｖ Ｈ Ｓ ）的开发工作，其中先进的车辆控制系统
（ Ａ Ｖ Ｃ Ｓ ）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 （ Ｖ Ｏ Ｒ Ａ Ｄ ） 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［ １ １ ） ． 由Ｉ Ｖ Ｈ Ｓ 技术公司的子公司 — 圣地亚哥安全系统公司 所研制的Ｖ Ｏ Ｒ Ａ Ｄ 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 １ ５ ０ ０辆公共汽 车上得到应用， 预计可降低事故率２ ５ ％ ， 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”（ Ａ Ｉ Ｃ Ｃ ） 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， Ａ Ｉ Ｃ Ｃ
ｔ ｒ ａ ｎ ｓ ｆ ｏ ｒ ｍ， ａ ｎ ｄ ｔ ｈ ｅ ｎ ｔ ｏ ｅ ｓ ｔ ｉ ｍ ａ ｔ ｅ ｔ ｈ ｅ ｌ ｏ ｃ ａ ｔ ｉ ｏ ｎ ｏ ｆ ｔ ｈ ｅ ｌ ａ ｔ ｅ ｒ ａ ｌ ｖ ｅ ｈ ｉ ｃ ｌ ｅ ｂ ｙ ｃ ｏ ｏ ｒ ｄ ｉ ｎ ａ ｔ ｅ ａ ｎ ｄ ｐ ｒ ｏ ｊ ｅ ｃ ｔ ｔ ｒ ａ ｎ ｓ ｆ ｏ ｒ ｍ ｅ ｑ ｕ ａ ｔ ｉ ｏ ｎ ｓ ．
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