直行车道模型中汽车偏离预警系统

摘要

　　车道偏离预警系统通过发出特定形式的警告信号提醒驾驶人员车辆已偏离车道行驶，从而避免驾驶过程中因注意力不集中或打瞌睡而引起的危险状况，最终达到降低车道偏离事故发生率的目的。目前，欧美国家已经将车道偏离预警技术应用于车辆主动安全产品中，我国也在此研究领域中积极探索，努力将车道偏离预警技术向产品化方向推进。

　　本文的研究是基于 VC++6.0 平台上，分析比较了各类图像处理算法，并根据直行车道模型中车道线图像具体特征，将图像划分多个兴趣区域，准确地实现了车道线的提取识别，得到了汽车直行情况下出现偏离时两侧车道线斜率差的阈值和两车道线交汇处与图像中心线横向距离阈值。最后采用基于 MFC 类库和开源图像处理库 OpenCV进行视频处理的可视化编程方法，通过构造 C++类，以 OpenCV 中相关函数为技术接口，建立了一个完整的视频程序处理系统，不仅可读取并处理视频文件信息，还可以连接摄像头对车道信息进行实时处理，能够实现车道偏离的实时预警。

　　关键词：图像处理，车道线识别提取，车道偏离预警系统，MFC，OpenCV

Abstract

　　Lane departure warning system reminds drivers that the vehicle has deviated from the lane by sending a particular form of warning signal, thus the dangerous situation caused by lack of concentration or dozing off can be avoided, and ultimately achieves the purpose of reducing lane-departure accident rate. At present, Lane departure warning technology has been applied to the vehicle active safety products in European and American countries,China is also actively exploring Lane departure warning technology in this field and tryingto apply it to the real products.

　　The dissertation carried on the analysis and comparison of a variety of image processing algorithms based on Visual C++6.0 platform, According to the specific characteristics of lane images in straight lane model, the image was divided into many regions of interest, from which the lane lines were recognized and extracted, and the slope difference’s threshold of lane line on the both sides and distance’s threshold between two lane line’s intersection point and the center line of the image were achieved. Finally, the visual programming method, which is based on the MFC class library and open image processing library OpenCV, is applied to process the image. After constructing a C++ class,a video processing system is built, which regards the functions of OpenCV as the technical interface. By this method, not only the information from video files can be read, but theinformation connecting from CCD camera can be read as well. Then the system will do real-time processing on the traffic lane information, so that the real-time warning of lane departure will be also realized.

　　Key words: image processing; the detection and extraction of traffic lane; lane departure warning system; MFC; OpenCV

　　直行车道模型中汽车偏离预警系统功能：

直行车道模型中车辆所处位置的示意图

摄像头的安装位置和安装倾角示意图

图 4.4 图像显示界面-4.5 图像处理算法可视化操作界面

采集到的图像处理效果

处理图像后获得的数据显示界面

车辆在车道内的位置与采集到的图像处理效果

处理图像后获得的数据显示界面

目 录

　　第一章 绪论
　　　　1.1 引言
　　　　1.2 本文的研究的学术背景
　　　　　　1.2.1 国外的研究状况
　　　　　　1.2.2 国内的研究状况
　　　　1.3 本文主要的研究工作及实际意义
　　　　　　1.3.1 本文的组织结构和主要内容
　　　　　　1.3.2 本文的主要贡献
　　　　　　1.3.3 本文研究的实际意义
　　第二章 车道线图像的预处理与算法分析
　　　　2.1 数字图像的采集
　　　　　　2.1.1 数字图像的定义
　　　　　　2.1.2 图像处理的硬件设备
　　　　　　2.1.3 图像压缩编码
　　　　2.2 图像灰度化
　　　　　　2.2.1 原理与算法
　　　　　　2.2.2 Visual C ++ 中的函数实现
　　　　　　2.2.3 功能与效果
　　　　2.3 线性变换
　　　　　　2.3.1 原理和算法
　　　　　　2.3.2 功能和效果
　　　　2.4 图像的二值化处理
　　　　　　2.4.1 二值化中阈值的选取
　　　　　　2.4.2 Visual C ++ 中的函数实现
　　　　　　2.4.3 功能与效果
　　　　2.5 图像增强
　　　　　　2.5.1 原理和算法
　　　　　　2.5.2 Visual C ++ 中的函数实现
　　　　　　2.5.3 功能与效果
　　　　2.6 边缘检测
　　　　　　2.6.1 边缘与图像
　　　　　　2.6.2 原理和算法
　　　　　　2.6.3 Visual C ++ 中的函数实现
　　　　　　2.6.4 功能与效果
　　　　2.7 种子填充
　　　　　　2.7.1 原理与算法
　　　　　　2.7.2 Visual C ++ 中的函数实现
　　　　　　2.7.3 功能与效果
　　　　2.8 本章小结
　　第三章 车道线的提取识别
　　　　3.1 基于特征的车道线的提取识别
　　　　　　3.1.1 图像兴趣区域的划分与设定
　　　　　　3.1.2 常用的提取识别算法
　　　　　　3.1.3 车道线提取策略选取
　　　　　　3.1.4 车道线提取效果
　　　　3.2 重心法获取车道线方程
　　　　　　3.2.1 算法原理
　　　　　　3.2.2 处理效果
　　　　3.3 本章小结
　　第四章 基于图像的直行车道线偏离判别与预警
　　　　4.1 汽车行驶过程中车道模型的选择
　　　　4.2 摄像机位置的安装位置
　　　　4.3 车道偏离的评判标准简介
　　　　　　4.3.1 CCP 标准
　　　　　　4.3.2 FOD 标准
　　　　　　4.3.3 TLC 标准
　　　　　　4.3.4 KBIRS 标准
　　　　4.4 车道偏离预警决策算法
　　　　　　4.4.1 车道偏离判定的决策标准
　　　　　　4.4.2 车道偏离警告触发准则
　　　　4.5 车道图像偏离实验设计
　　　　　　4.5.1 车道图像偏离实验界面设计
　　　　　　4.5.2 车道偏离阈值分析计算
　　　　4.6 本章小结
　　第五章 基于视频信息的车道偏离预警系统的设计与实现
　　　　5.1 OpenCV 介绍
　　　　　　5.1.1 OpenCV 的起源
　　　　　　5.1.2 OpenCV 库的特点及组成
　　　　5.2 视频处理方法
　　　　　　5.2.1 常见的视频格式
　　　　　　5.2.2 视频的采集
　　　　　　5.2.3 视频处理的两种方法
　　　　5.3 Visual C++环境中直线车道偏离预警系统的设计
　　　　　　5.3.1 车道偏离预警系统的基本功能
　　　　　　5.3.2 车道偏离预警系统的技术实现
　　　　5.4 基于动态兴趣区域的直行车道线跟踪识别技术
　　　　5.5 实验界面与效果
　　　　5.6 本章小结
　　第六章 总结与展望
　　参考文献
　　攻读学位期间取得的研究成果
　　致谢