基于單目視覺(jué)的汽車追尾預(yù)警系統(tǒng)研究

在陰影圖像中由下至上逐行搜索，尋找連續(xù)陰影點(diǎn)超過(guò)一定閾值的線段，并以此線段為底邊劃出一個(gè)矩形區(qū)域作為疑似車輛區(qū)域。為保證疑似區(qū)域包含車輛整體，矩形的寬度比線段稍寬，高度由寬度按比例給出。為避免重復(fù)搜索，將已搜索到的疑似區(qū)域內(nèi)陰影完全抹去。由于同一車輛的各個(gè)部分可能分別被檢測(cè)為疑似目標(biāo)，因此還需要對(duì)各個(gè)相交的疑似區(qū)域進(jìn)行合并。由于前方車輛的遮擋，可能會(huì)將多個(gè)目標(biāo)認(rèn)定為一個(gè)目標(biāo)，但是對(duì)本車的安全無(wú)影響。
2．2．2 篩選驗(yàn)證
如果單純采用陰影特征進(jìn)行車輛檢測(cè)，在保證較低“漏警”率的同時(shí)，也造成了較高的“虛警”率，因此還需要對(duì)疑似區(qū)域進(jìn)行篩選和驗(yàn)證。
對(duì)于結(jié)構(gòu)化道路，車輛寬度與車道寬度的比值應(yīng)該是大致固定的，那么當(dāng)攝像機(jī)的焦距、俯仰角等參數(shù)固定后，圖像上車道寬度(像素?cái)?shù))與車輛寬度(像素?cái)?shù))也滿足這個(gè)比例。根據(jù)之前檢測(cè)的車道方程，就可以計(jì)算出感興趣區(qū)域內(nèi)任意縱坐標(biāo)上車輛圖像寬度的范圍，并剔除寬度不在此范圍內(nèi)的疑似區(qū)域。
在以往的車輛驗(yàn)證方法中，最常用的是對(duì)稱性測(cè)度驗(yàn)證。這種算法的計(jì)算量較大，且對(duì)于背景復(fù)雜，對(duì)稱度差圖像的驗(yàn)證效果不盡人意。為了解決這個(gè)問(wèn)題，該系統(tǒng)采用了一種基于邊緣二值化圖像，通過(guò)搜索車輛左右邊緣進(jìn)行驗(yàn)證的算法。
假設(shè)疑似區(qū)域的寬度為W，區(qū)域左邊緣的坐標(biāo)為(X1，Y1)，右邊緣的水平坐標(biāo)為(X2，Y2)。定義函數(shù)：

式中：f(x，y)為(x，y)點(diǎn)的灰度值。在區(qū)間(X1-W／4，X1+W／4)內(nèi)搜索g(u)的最大值點(diǎn)，該點(diǎn)對(duì)應(yīng)的水平坐標(biāo)X1’就是車輛的左邊緣坐標(biāo)。同理也可以搜索到車輛的右邊緣X2’。如果左右邊緣的g(u)值均大于某閾值，那么就可以認(rèn)定該車輛確實(shí)存在。實(shí)驗(yàn)證明，該算法能排除掉大量的“虛警”區(qū)域并得到真實(shí)車輛的兩側(cè)邊緣。
2．3 車輛跟蹤
現(xiàn)關(guān)心的是前方車輛與本車相對(duì)的二維位置和速度，因此只需要使用卡爾曼濾波器預(yù)測(cè)橫坐標(biāo)x、橫向速度Vx、縱坐標(biāo)y、縱向坐標(biāo)Vy這四個(gè)狀態(tài)向量。此外由于x方向和y方向的狀態(tài)向量沒(méi)有直接聯(lián)系，所以可以將其分為兩組分別處理。
在車輛行駛過(guò)程中，由于顛簸或遮擋等原因，系統(tǒng)可能會(huì)將路牌、灌木叢等物體誤認(rèn)為是車輛檢測(cè)出來(lái)，產(chǎn)生虛警。而這些虛警物體往往只能在連續(xù)數(shù)幀圖像中存在。如果不采取措施，系統(tǒng)就會(huì)時(shí)常產(chǎn)生短促的報(bào)警。
當(dāng)圖像采樣間隔足夠短時(shí)，相鄰幀內(nèi)同一車輛的位置會(huì)具有很大的相關(guān)性。
系統(tǒng)采用檢測(cè)與跟蹤相結(jié)合的方法，根據(jù)第n幀圖像獲得的信息，預(yù)測(cè)車輛在第n+1幀圖像中的位置等信息，并與n+1幀圖像中實(shí)際檢測(cè)到的結(jié)果進(jìn)行比對(duì)。如果二者匹配度最大且超出一定值，則認(rèn)定為同一車輛，繼續(xù)進(jìn)行跟蹤、報(bào)警，否則認(rèn)為此車已被遮擋或消失，暫時(shí)不做處理，數(shù)幀后被剔除出去。
2．4 測(cè)距報(bào)警
車間測(cè)距通常采用幾何投影模型，采用了一種簡(jiǎn)化的車距模型公式L×W=C，其中L為兩車間距，單位為m；W為圖像上目標(biāo)車輛處車道寬度，單位為pixel；C為常數(shù)，可通過(guò)事先的標(biāo)定獲得。然而兩車間安全車距S采用文獻(xiàn)推導(dǎo)的臨界安全車距公式動(dòng)態(tài)得到。

式中：Vr為相對(duì)車速，由對(duì)測(cè)出車距求導(dǎo)得到相對(duì)車速后進(jìn)行卡爾曼濾波得到；Vb為本車車速，由GPS得到。
如果告警頻率過(guò)高，容易使駕駛員麻痹大意，過(guò)低可能使駕駛員來(lái)不及做出反應(yīng)，因此該系統(tǒng)采用由遠(yuǎn)至近的三段報(bào)警。
若車距d≥1．5S，判定為3級(jí)威脅，發(fā)出長(zhǎng)而緩的報(bào)警聲，提醒駕駛員前方有障礙物，但暫無(wú)危險(xiǎn)；若車距S≤d≤1．5S，判定為2級(jí)威脅，發(fā)出較急促的報(bào)警聲，提醒駕駛員減速；若車距d≤S，判定為1級(jí)威脅，發(fā)出短而急的報(bào)警聲，提醒駕駛員制動(dòng)；3種狀態(tài)下的告警聲差異很大，駕駛員可以很容易地根據(jù)報(bào)警聲判斷威脅等級(jí)。