基于視覺影像的行車輔助盲點探測系統設計與研究

陳安柱 張峰 王淘玉

1、鹽城工業職業技術學院汽車與交通學院 2、江蘇世紀龍科技有限公司

1 系統研究背景

汽車行駛過程中存在諸多的視覺盲點，其中有側面障礙物相對車輛高度較低，駕駛員不易發現，易造成汽車輪胎刮傷，輕則影響輪胎壽命，重則造成輪轂變形或爆胎，影響車主人身財產安全。目前很多車輛在側面裝有雷達，但功能一般局限于側邊有無車輛與行人以及其他較高的障礙物探測，無法探測到高度低于底盤的較低障礙物。因此需要這樣一種系統可以輔助駕車人探測汽車側面的不易察覺的障礙，達到安全駕車的目的。本項目研究的基于視覺的智能行車輔助避障盲點探測系統，利用先進的圖像識別處理與機器視覺技術，可以探測車輛側后方的翼子板下方較低區域內的障礙物，對輪胎潛在的剮蹭危險進行預警。

2 國外研究現狀

自20世紀80年代中期開始，美、英、以色列以及日本相繼在車載安防領域如防盜、定位、導航、防刮、監控方面開展了積極的研究開發工作，并設計了幾種技術方案，推出了相應的產品。

日本是當今在車載安防和智能交通系統方面技術領先的國家之一，其研究計劃于1971年的綜合車輛交通控制系統(Comper hensive Automobile Traffic Control System，CATCS)正式實施。本田、日產、豐田等車企基于高級安全汽車項目聯合開發了數個安全子系統，主要包括全球定位系統，障礙警示系統，車頭控制系統，嗜睡預警系統，自動剎車系統及夜間行人警報系統，且實現了這些系統的集成。在日本的上述系統之上，美國的駕駛輔助系統中融入了更多的車輛運行策略，包括模人工神經網絡、糊控制理論以及兩者相結合的神經模糊技術。隨著GPS（全球定位系統）、GPRS（無線網絡通信）、語音引導等新技術的研發與應用，各式各樣的車載安防產品被推向市場。其中，美國的車輛安防服務尤具特色，結合了緊急救援服務輔助導航系統，如通用汽車的安吉星（OnStar）輔助導航系統，該系統建設有專門的服務監控中心，監控中心一般配備完善且信息處理功能強大的計算機管理系統并配有全球地圖信息和通信設備，可以為每一輛裝有GPS導航設備的車輛提供報警服務受理、救助服務受理、定位跟蹤管理、緊急救援、在線語音導航等服務。

3 國內研究現狀

我國在輔助駕駛方面研究起步較遲。20世紀90年代中期清華大學自動化系對通過圖像識別技術實現車輛智能導航進行了研究；國防科技大學對基于圖像視覺技術的車輛導航進行了研究；近年來北京理工大學對GPS與數字地圖導航的智能車輛進行了研究。吉林大學開發了能夠實現無線通信、快速識別跟蹤路徑、自動報警、自動避障等功能的視覺導航系統；長安大學開發了能夠實現自主識別引導線，并快速穩定地尋線行駛等功能的智能尋跡模型車。系列研究促進了汽車安防技術的高度智能化和功能多樣化，車輛剮蹭、被盜等現象已經得到了有效控制。從目前掌握的技術來講，汽車盲區探測系統可以用超聲波、紅外、可見光和微波雷達技術實現，但是他們測試距離較遠，價格昂貴。由于視覺聲控盲區探測指向性強，能量消耗緩慢，遇到障礙物后反射效率高，結構簡單，價格低廉，體積小，易于集成和安裝，因此具有很好的使用潛力。

4 系統研究意義

目前，汽車安防市場可謂魚龍混雜，各種類型車載電子產品品種繁多，令人眼花繚亂。對于車底障礙物可給出警示語音和影像信息，實現智能控制。進一步可將具有不同功能的眾多傳感器集成到同一個系統中，在任何環境工況下都可對盲區內安全情況進行監測，逐步解決單一類型傳感器可能在較為惡劣的天氣或物理環境下失效而導致探測結果不準的問題，將極大地提升盲區內的車輛安全性能和智能化水平。

5 研究目標及主要內容

5.1 研究目標

視覺影像的行車輔助盲點探測系統通過探測器件從橫、縱兩個方向探測相對車身較低位置的障礙物，探測到障礙物后通過影像給出車輛與該障礙物的空間關系，分析兩者的相對運動趨勢，并及時給出警示語音和影像信息，輔助駕駛人員探測汽車側面不易察覺的障礙，削除了后輪較低盲區導致的安全隱患，提高了駕車安全性能。

5.2 主要內容

該系統給出了能探測側邊較低障礙物且測量車輛與障礙物的空間位置關系并發出警示信息的方法，可以實現智能行車避障。系統主要包括縱向距離探測元件、橫向距離探測元件、高清相機、補光燈、警示系統以及中央控制單元等元件；縱向距離探測元件、橫向距離探測元件、相機、補光燈、警示系統都和中央控制單元通過線束連接。在車輛的后視鏡的下方設有一個水平的鏤空槽，在鏤空槽內按照水平直線方向陣列布置至少兩個縱向距離探測元件，縱向距離探測元件用于探測正下方或者斜下方的障礙物；在后視鏡遠離車身的一端安裝有高清相機，該相機的拍照方向向下，在高清相機側邊安裝有補光燈，可以在能見度較低環境下為相機拍照補光；在汽車底盤的兩個側邊安裝有橫向距離探測元件，兩側邊縱向陣列布置有至少兩個橫向距離探測元件，用于探測水平方向或者斜下方的障礙物；在車內儀表臺安裝警示系統，該系統為外接設備或者是車輛自帶音響系統。

智能行車輔助避障系統具體工作步驟如下：中央控制單元檢測車輛工作狀態，當車輛處于啟動或行駛工況時，向縱向距離探測元件與橫向距離探測元件發出指令，提供工作電壓，使其開始工作。每個縱向距離探測元件測量其發射點至地面的距離，定時將測量結果反饋給中央控制單元，中央控制單元對同一時刻檢測到的距離值進行分析；后視鏡上的所有縱向距離探測元件將同一時刻測量到的距離值形成一個數組序列反饋給中央控制單元，中央控制單元將同一時刻的數組序列進行橫向及縱向對比，計算當前地面的波動特性。當中央控制單元分析到所采集的地面波動值超出閾值范圍，系統啟動相機拍攝圖像，并基于圖像識別側面障礙物的情況，將診斷結果傳送給警示系統，警示系統適時發出報警或給出提示音和駕駛操作建議；若能見度低甚至黑夜的環境下，中央控制單元在相機拍攝圖像時同時控制補光燈對底部補充光強；若攝像頭被遮擋，中央控制單元基于實時采集的底盤同一側的橫向距離探測元件測得的距離值組成的數組序列進行數值分析，得到車身與側面障礙物的位置關系曲線以及相對運動趨勢，同時向警示系統發送結果，警示系統發出警報或給出提示音和駕駛員操作建議。

6 項目創新特色概述

（1）由以往依賴個人主觀意識來判別側方盲區的危情，變成自動提供視野輔助與危險預警；

（2）由傳統的監測技術轉化為車輛視覺系統，更能滿足人類的認知習慣。同時還兼具高科技技術所沒有的成本優勢、探測范圍寬、目標信息完整等優點；

（3）當前汽車大部分使用雷達探測儀作為測距裝置，其可探測距離最小僅為30cm，相對車輪上方距離較大，所以采用智能輔助行車避障系統測量結果更精確，可實現小距離的障礙物位置確認。通過建立閉環反饋控制系統并實施，將汽車底部及車輪周圍實景化，實現駕駛員視覺盲區的障礙物探測，做到盲點不盲，保障車主人身財產安全。

（4）通過與車輛的安全監控系統（倒車影像）相連接，實現汽車底盤部及輪胎周圍盲區的全視角監控，極大地縮減駕駛員的視覺盲區，有效減低由于客觀因素造成的車輛事故。

7 結語

系統設計研究提供的智能行車輔助避障盲點探測系統主要研究對車輛側方位較低處盲點的監控和圖像收集，由傳統的監測技術轉化為車輛視覺探測系統，更能滿足人類的認知習慣，由以往依賴個人主觀意識來判別側方盲區的危情，變成自動提供視野輔助與危險預警，極大地減少了駕駛員的視線盲區，進而降低了事故發生的客觀因素。