車載機(jī)器視覺(jué)技術(shù)保障您的行路安全

引言

　　隨著我國(guó)道路交通事業(yè)發(fā)展迅猛，汽車保有量已超過(guò)1.5億輛，并且保持繼續(xù)增長(zhǎng)的趨勢(shì)。道路交通運(yùn)輸?shù)呐畈l(fā)展為我國(guó)的運(yùn)輸事業(yè)提供了強(qiáng)有力的支撐，但同時(shí)也帶來(lái)了巨大的交通安全隱患。道路交通事故已成為各種事故之首，是建立交通運(yùn)輸安全可持續(xù)發(fā)展的交通體系的重大阻礙。因此，通過(guò)技術(shù)手段建立道路交通安全保障系統(tǒng)以減少交通事故是是當(dāng)務(wù)之急。本文在剖析駕駛過(guò)程中駕駛員視覺(jué)功能的基礎(chǔ)上，對(duì)基于車載機(jī)器視覺(jué)的各種汽車安全技術(shù)的研究現(xiàn)狀進(jìn)行介紹與分析，并展望該領(lǐng)域的發(fā)展趨勢(shì)。

　　1 駕駛過(guò)程描述

　　根據(jù)人行為的刺激—機(jī)體一反應(yīng)經(jīng)典模式，駕駛汽車的行為可分為三個(gè)階段，如圖1所示，即感知階段、判斷決策階段和操作階段。在感知階段，駕駛員對(duì)實(shí)時(shí)的交通狀態(tài)信息進(jìn)行獲取和初步理解，通過(guò)感覺(jué)器官感知汽車的運(yùn)行環(huán)境條件；在判斷決策階段，駕駛員結(jié)合駕駛經(jīng)驗(yàn)和技能，通過(guò)中樞神經(jīng)系統(tǒng)分析判斷，確定有利于汽車安全行駛的措施；在操作階段，駕駛員依據(jù)判斷決策，通過(guò)運(yùn)動(dòng)器官作出實(shí)際反應(yīng)和行動(dòng)。汽車行駛時(shí)，駕駛行為是這三個(gè)階段所組成的一個(gè)不斷往復(fù)進(jìn)行的信息處理過(guò)程，也就是感知作用于判斷決策從而影響到操作。感知階段是保證安全駕駛的基礎(chǔ)。如果沒(méi)有感知到準(zhǔn)確和及時(shí)的環(huán)境信息，極有可能導(dǎo)致判斷決策和動(dòng)作的失誤，釀成交通事故。在感知階段獲取信息主要靠視覺(jué)、觸覺(jué)、嗅覺(jué)和聽覺(jué)，其中80%以上是通過(guò)駕駛員視覺(jué)獲取信息的。駕駛視覺(jué)直接影響感知信息量的廣度、深度和準(zhǔn)確性，因此，駕駛員的視覺(jué)特性與行車安全有直接的聯(lián)系。基于車載機(jī)器視覺(jué)的汽車安全輔助駕駛技術(shù)旨在提高駕駛員視覺(jué)效能，通過(guò)改善視覺(jué)和駕駛行為的關(guān)系，并輔助駕駛以減少因視覺(jué)原因帶來(lái)不當(dāng)操作，從而使人-車-路系統(tǒng)更加穩(wěn)定可靠，提高車輛的主動(dòng)安全性。

　　2 車輛外部信息的機(jī)器視覺(jué)輔助駕駛技術(shù)

　　人眼的作用能力是有限的，獲得通過(guò)一系列車輛外部信息的機(jī)器視覺(jué)輔助駕駛技術(shù)可以提高視覺(jué)適應(yīng)性、增加視覺(jué)范圍、增強(qiáng)視覺(jué)理解深度。從車輛操作過(guò)程來(lái)劃分，車輛外部信息的機(jī)器視覺(jué)輔助駕駛技術(shù)的研究包括：駕駛環(huán)境的視覺(jué)增強(qiáng)與擴(kuò)展和駕駛環(huán)境的機(jī)器視覺(jué)識(shí)別。

　　2.1 駕駛環(huán)境的視覺(jué)增強(qiáng)與擴(kuò)展及顯示

　　2.1.1 視覺(jué)增強(qiáng)

　　視覺(jué)增強(qiáng)系統(tǒng)是智能交通系統(tǒng)中先進(jìn)車輛控制技術(shù)之一，能夠提供在不同氣候（霧天，雨天，沙塵）、一天中不同的時(shí)間的增強(qiáng)駕駛員視覺(jué)。一般有兩種增強(qiáng)方法：①通過(guò)傳感器感知系統(tǒng)來(lái)監(jiān)控道路交通環(huán)境，處理信息而得到實(shí)時(shí)道路交通狀況，并將相關(guān)的視覺(jué)信息提供給駕駛員，從而達(dá)到智能視覺(jué)增強(qiáng)的目的；②通過(guò)改善駕駛員的視覺(jué)環(huán)境，提高駕駛員視覺(jué)效果。主要是除去擋風(fēng)玻璃上的雨水和霜、提高汽車前照燈的智能化等，達(dá)到增強(qiáng)低能見度、低照度等不利條件下的駕駛員視覺(jué)目的。

　　利用人眼的視覺(jué)特性，采用CCD、紅外傳感器、車速傳感器、GPS及毫米波雷達(dá)等傳感器獲取道路信息，進(jìn)行信息處理和融合，提取低能見度、低照度下交通環(huán)境的有用信息并剔除噪聲，并以圖像的形式提供給駕駛員。低能見度視覺(jué)增強(qiáng)系統(tǒng)最早應(yīng)用在飛機(jī)著陸中，二十世紀(jì)80年代末期至90年代初期，人們提出了視景系統(tǒng)（VisionSystem）概念。采用不同手段和不同綜合方法構(gòu)成的視景系統(tǒng)分為：

　?。?）傳感器視景系統(tǒng)（SensorVS）

　　前視傳感器實(shí)時(shí)檢測(cè)到的駕駛艙外視見景象，可以由單傳感器生成或多傳感器綜合，其視景接近真實(shí)世界的自然景象。

　?。?）合成視景系統(tǒng)（SVS）

　　由地形數(shù)據(jù)庫(kù)存儲(chǔ)的地形模型構(gòu)建的虛擬視景稱為合成視景（SV）。

　?。?）增強(qiáng)視景系統(tǒng)（EVS）

　　傳感器視景和合成視景的疊合稱為增強(qiáng)視景（Enhancedvision）。既有實(shí)時(shí)探測(cè)到的自然視景，也有數(shù)據(jù)庫(kù)生成的虛擬視景，兩者匹配疊合，即利用虛擬視景的深刻輪廓線去增強(qiáng)模糊視景，包括了SensorVS和SVS兩個(gè)系統(tǒng)，它們?cè)趷毫拥臍庀髼l件下可以增強(qiáng)窗外視景的可見性[1]。