智能網(wǎng)聯(lián)汽車(chē)先進(jìn)駕駛輔助系統(tǒng)技術(shù)應(yīng)用（微課版）課件 第4章 車(chē)道保持輔助系統(tǒng)

任務(wù)4.1車(chē)道保持輔助系統(tǒng)技術(shù)任務(wù)導(dǎo)入任務(wù)導(dǎo)入在高速公路上長(zhǎng)途駕駛時(shí)，通常車(chē)速較快，在遇到復(fù)雜路況比如彎道時(shí)，需要駕駛員反應(yīng)迅速，同時(shí)在彎道的路況中駕駛員不能很好地了解彎道后的路況。。這樣既提高了安全性，也減輕了駕駛員的駕駛負(fù)擔(dān)。這樣的技術(shù)就是ADAS的車(chē)道保持輔助系統(tǒng)。。這時(shí)如果車(chē)輛可以自動(dòng)駕駛，使自車(chē)始終保持在當(dāng)前道路中間行駛，遇到彎路時(shí)可以自行調(diào)整行車(chē)方向。任務(wù)導(dǎo)入汽車(chē)在行駛過(guò)程中經(jīng)常會(huì)有因?yàn)轳{駛員注意力不集中、駕駛過(guò)程中接打電話或長(zhǎng)時(shí)間疲勞駕駛引起的車(chē)輛在行駛中偏離車(chē)道的狀況，高級(jí)駕駛輔助系統(tǒng)中的車(chē)道保持輔助系統(tǒng)能很好地解決車(chē)道偏離問(wèn)題，有效減少因車(chē)道偏離引起的交通事故，緩解駕駛員疲勞。車(chē)道保持輔助系統(tǒng)的基本概念車(chē)道保持輔助系統(tǒng)（Lanekeepingassist，LKA）是高級(jí)駕駛輔助系統(tǒng)中的一個(gè)功能，該系統(tǒng)能識(shí)別出自車(chē)偏離原本車(chē)道的趨勢(shì)并發(fā)出警報(bào)提醒駕駛員，執(zhí)行操作使自車(chē)保持在原車(chē)道行駛。車(chē)道保持輔助系統(tǒng)的組成自適應(yīng)巡航控制系統(tǒng)主要組成：信息采集單元控制單元執(zhí)行單元信息采集單元是車(chē)道保持輔助系統(tǒng)中獲得信息的部分，主要由環(huán)境感知傳感器構(gòu)成，其作用是獲取當(dāng)前自車(chē)行駛道路的車(chē)道線信息，并將這些信息傳遞給控制單元。目前LKA系統(tǒng)的環(huán)境感知傳感器一般是攝像頭，將攝像頭安裝在車(chē)輛前方?？刂茊卧擒?chē)道保持輔助系統(tǒng)的大腦中樞，對(duì)信息采集單元傳送的信息進(jìn)行處理，當(dāng)檢測(cè)到自車(chē)偏離原車(chē)道趨勢(shì)時(shí)控制單元會(huì)向執(zhí)行單元發(fā)出警告命令，當(dāng)檢測(cè)到自車(chē)行駛路線已經(jīng)偏離原車(chē)道時(shí)控制單元會(huì)向執(zhí)行單元發(fā)出介入干預(yù)的命令，將自車(chē)?yán)卦?chē)道行駛。執(zhí)行單元是車(chē)道保持輔助系統(tǒng)中最終采取措施的部分，執(zhí)行單元接收到控制單元發(fā)出的命令，當(dāng)接收到警告命令時(shí)，執(zhí)行單元通過(guò)發(fā)出蜂鳴聲、方向盤(pán)震動(dòng)、駕駛員座椅震動(dòng)等方式向駕駛員發(fā)出車(chē)道線偏離報(bào)警。當(dāng)接收到LKA系統(tǒng)介入干預(yù)車(chē)輛行駛的命令時(shí)，執(zhí)行單元通過(guò)轉(zhuǎn)向系統(tǒng)自動(dòng)糾正行駛方向，使車(chē)輛回歸原車(chē)道行駛。車(chē)道保持輔助系統(tǒng)的工作原理車(chē)道保持輔助系統(tǒng)是在車(chē)輛前方安裝攝像頭，通過(guò)攝像頭實(shí)時(shí)獲取車(chē)道信息，將獲取的車(chē)道信息和自車(chē)位置信息發(fā)送給控制單元?？刂茊卧ㄟ^(guò)獲取的信息確定自車(chē)位置，通過(guò)車(chē)道線識(shí)別技術(shù)和特定算法，分析出車(chē)輛行駛路線是否有發(fā)生偏離原道路的趨勢(shì)，或者已經(jīng)發(fā)生偏離并將命令發(fā)送給執(zhí)行單元。當(dāng)有偏離趨勢(shì)時(shí)，執(zhí)行單元收到命令發(fā)出警告，警示駕駛員。如駕駛員仍然沒(méi)有采取措施，自車(chē)已經(jīng)發(fā)生偏離，執(zhí)行單元會(huì)執(zhí)行回正操作，調(diào)整方向盤(pán)角度使車(chē)輛回歸原車(chē)道行駛；發(fā)生偏離時(shí)如駕駛員開(kāi)啟轉(zhuǎn)向燈則LKA系統(tǒng)不會(huì)介入干預(yù)，系統(tǒng)認(rèn)為是駕駛員正在轉(zhuǎn)向；如駕駛員沒(méi)有開(kāi)啟轉(zhuǎn)向燈，在LKA系統(tǒng)介入干預(yù)時(shí)駕駛員操作方向盤(pán)仍可以強(qiáng)行變道。

圖4.1車(chē)道保持輔助系統(tǒng)工作流程車(chē)道保持輔助系統(tǒng)的應(yīng)用實(shí)例

一汽大眾車(chē)道保持輔助系統(tǒng)工作需要滿足車(chē)速達(dá)到65km/h且車(chē)道線清晰的情況下方可開(kāi)啟。系統(tǒng)開(kāi)啟時(shí)可在多功能顯示屏設(shè)置中選擇此功能如圖4.4所示，此時(shí)儀表盤(pán)中顯示在車(chē)道標(biāo)識(shí)的指示燈轉(zhuǎn)為綠色、信息顯示欄中的車(chē)道線變亮。圖4.4一汽大眾汽車(chē)多功能顯示屏圖4.5

LKA系統(tǒng)關(guān)閉并報(bào)警感謝ThankYou任務(wù)4.2車(chē)道線檢測(cè)應(yīng)用實(shí)踐任務(wù)導(dǎo)入任務(wù)導(dǎo)入車(chē)道線檢測(cè)主要應(yīng)用于自動(dòng)駕駛，可以實(shí)現(xiàn)車(chē)輛橫向運(yùn)動(dòng)的主動(dòng)安全功能和控制功能。車(chē)道線檢測(cè)可以確定當(dāng)前車(chē)輛與車(chē)道的位置關(guān)系，在車(chē)輛偏離車(chē)道時(shí)，系統(tǒng)不僅可以通過(guò)聲音、觸覺(jué)等方式來(lái)提醒駕駛員，并且主動(dòng)控制方向盤(pán)，糾正車(chē)輛的橫向位置，將車(chē)輛糾偏回車(chē)道內(nèi)，從而避免橫向的碰撞或其他風(fēng)險(xiǎn)。本次實(shí)訓(xùn)將采用傳統(tǒng)的方法實(shí)現(xiàn)車(chē)道線檢測(cè)，重點(diǎn)介紹核心技術(shù)。車(chē)道線檢測(cè)技術(shù)的相關(guān)知識(shí)常見(jiàn)的車(chē)道線檢測(cè)的方法大致可以分為三類(lèi)：傳統(tǒng)方法利用傳統(tǒng)圖像處理技術(shù)從攝像機(jī)拍攝的圖像中提取車(chē)道線特征。傳統(tǒng)圖像處理與深度學(xué)習(xí)相結(jié)合的方法深度學(xué)習(xí)提取的特征信息不能直接使用，采用傳統(tǒng)圖像處理的方式對(duì)直線特征點(diǎn)進(jìn)行聚類(lèi)與擬合。端到端的深度學(xué)習(xí)的方法直接從輸入圖像中學(xué)習(xí)到車(chē)道線特征，無(wú)需復(fù)雜的預(yù)處理、手工特征提取和后處理，并結(jié)合車(chē)道線的各種幾何先驗(yàn)知識(shí)，設(shè)計(jì)損失函數(shù)監(jiān)督網(wǎng)絡(luò)訓(xùn)練，提高車(chē)道線檢測(cè)的魯棒性和準(zhǔn)確性。這節(jié)我們主要介紹如何用簡(jiǎn)單的傳統(tǒng)方法實(shí)現(xiàn)車(chē)道線檢測(cè)項(xiàng)目，詳細(xì)闡述了傳統(tǒng)車(chē)道線檢測(cè)的流程并對(duì)霍夫變換的思想及Canny邊緣檢測(cè)流程進(jìn)行了概述。車(chē)道線檢測(cè)的原理車(chē)道線檢測(cè)可以理解為邊緣檢測(cè)，傳統(tǒng)的邊緣檢測(cè)算法本質(zhì)上就是一種濾波算法。圖像濾波的作用就是在盡量保留圖像細(xì)節(jié)特征的條件下對(duì)目標(biāo)圖像的噪聲進(jìn)行抑制，其處理效果的好壞將直接影響到后續(xù)圖像處理和分析的有效性和可靠性。邊緣檢測(cè)主要應(yīng)用于一些數(shù)據(jù)信息的處理，提取想要的目標(biāo)，剔除一些不相關(guān)的干擾及無(wú)用信息，通過(guò)更少的數(shù)據(jù)信息量獲取更多關(guān)注的信息。Canny算子的認(rèn)知Canny邊緣檢測(cè)算法是JohnF.Canny于1986年開(kāi)發(fā)出來(lái)的一個(gè)多級(jí)邊緣檢測(cè)算法，此算法被很多人認(rèn)為是邊緣檢測(cè)的最優(yōu)算法，相對(duì)其他邊緣檢測(cè)算法來(lái)說(shuō)其識(shí)別圖像邊緣的準(zhǔn)確度要高很多，Canny算子具有以下特性：低錯(cuò)誤率：標(biāo)識(shí)出盡可能多的實(shí)際邊緣，同時(shí)盡可能的減少噪聲產(chǎn)生的誤報(bào)；高定位性：標(biāo)識(shí)出的邊緣要與圖像中的實(shí)際邊緣盡可能接近；最小響應(yīng)：圖像中的邊緣只能標(biāo)識(shí)一次。Canny檢測(cè)的步驟如下。1．對(duì)原始圖像進(jìn)行灰度化2．高斯濾波3．計(jì)算圖像梯度4．非極大值抑制5．使用上下閥值來(lái)檢測(cè)邊緣霍夫變換的認(rèn)知霍夫變換（Hough）是一種特征檢測(cè)，被廣泛應(yīng)用在圖像分析、計(jì)算機(jī)視覺(jué)以及數(shù)位影像處理。經(jīng)典的霍夫變換是檢測(cè)圖片中的直線，也能夠識(shí)別其他形狀，例如圓形、橢圓形。任務(wù)實(shí)施——搭建車(chē)道線檢測(cè)實(shí)訓(xùn)環(huán)境任務(wù)清單：完成Python+PyCharm環(huán)境配置方法。完成OpenCV庫(kù)和NumPy庫(kù)的安裝。在項(xiàng)目二中已經(jīng)講解在Windows系統(tǒng)下，Python+PyCharm環(huán)境配置方法以及OpenCV庫(kù)的安裝，在項(xiàng)目三中也講解了NumPy庫(kù)的安裝，這里不過(guò)多贅述。任務(wù)實(shí)施——車(chē)道線檢測(cè)任務(wù)清單：Canny邊緣檢測(cè)手動(dòng)分割路面區(qū)域霍夫變換得到車(chē)道線獲取車(chē)道線并疊加到原始圖像中4.2.6

Canny邊緣檢測(cè)首先思考一下邊緣是什么？邊緣就是灰度值變化較大的的像素點(diǎn)的集合。一道黑邊，一道白邊中間就是邊緣。我們需要做的就是把圖像灰度化處理后變化最大的保留下來(lái)，除去其他的，這樣可以剔除掉一大部分的點(diǎn)。4.2.6

Canny邊緣檢測(cè)4.2.6

Canny邊緣檢測(cè)Canny邊緣檢測(cè)部分代碼前后對(duì)比如圖4.8所示：4.2.7手動(dòng)分割路面區(qū)域以原始的圖片建立直角坐標(biāo)系，指定三角形的3個(gè)頂點(diǎn)，保留三角形區(qū)域中的邊緣線條，去除其他多余的線條。手動(dòng)分割路面區(qū)域部分代碼前后對(duì)比如圖4.9所示。4.2.8霍夫變換得到車(chē)道線霍夫變換的作用就是檢測(cè)圖片中的直線?；舴蜃儞Q處理部分代碼前后對(duì)比如圖4.10所示。4.2.9獲取車(chē)道線并疊加到原始圖像中這一步是將彩色圖像與我們上一步繪制的車(chē)道線圖像進(jìn)行比例的融合。