嵌入式汽車縱向碰撞預(yù)警系統(tǒng)研究
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利用圖像傳感器感知前方道路交通環(huán)境與障礙物位置，實(shí)現(xiàn)安全車距測(cè)量，對(duì)處于碰撞危險(xiǎn)的汽車及時(shí)報(bào)警有利于減少交通事故，提高道路交通安全。由于理論計(jì)算的安全車距首先要以保障安全為前提，經(jīng)常與駕駛員在行駛過(guò)程中認(rèn)可的安全車距有較大的出入，導(dǎo)致駕駛員對(duì)預(yù)警系統(tǒng)的不信任感，不利于系統(tǒng)的推廣使用。同時(shí)，作為安全輔助駕駛系統(tǒng)的處理平臺(tái)，PC機(jī)的體積、成本及功能的冗余性是應(yīng)用在車載系統(tǒng)中難以克服的瓶頸。
本文以圖像方式測(cè)量本車與前車的車距為基礎(chǔ)，建立汽車縱向碰撞預(yù)警模型，解決理論計(jì)算的安全距離與駕駛員認(rèn)可的習(xí)慣距離不相一致的矛盾；考慮嵌入式系統(tǒng)處理的實(shí)時(shí)性與體積小巧性等特點(diǎn)，采用嵌入式方法完成汽車縱向碰撞預(yù)警系統(tǒng)的設(shè)計(jì)。
1 前方車距的測(cè)量
圖像傳感器固定在車輛前端頂部，攝像頭距地面高度為h。建立空間坐標(biāo)系如下：
世界坐標(biāo)系XYZ與攝像機(jī)坐標(biāo)系xyz。動(dòng)態(tài)的世界坐標(biāo)系統(tǒng)隨車輛一起運(yùn)動(dòng)，以攝像機(jī)鏡頭中心在地面的垂直投影點(diǎn)為原點(diǎn)，地面的垂直線向上為Z軸正向，車身縱軸線方向?yàn)閄軸，正向?yàn)槠嚽斑M(jìn)的反方向；攝像機(jī)坐標(biāo)系統(tǒng)以光軸為z軸，鏡頭中心為坐標(biāo)原點(diǎn)，攝像機(jī)坐標(biāo)xy平面與像平面平行；表征圖像內(nèi)部各點(diǎn)位置的像平面坐標(biāo)系統(tǒng)的u軸、v軸與x軸、y軸平行，原點(diǎn)位于圖像中心，既攝像機(jī)光軸與圖像的交點(diǎn)。所有坐標(biāo)系滿足右手規(guī)則。
通過(guò)圖像傳感器對(duì)前方車輛或障礙物的測(cè)量包括利用單幀圖像的測(cè)距和利用多幀圖像的測(cè)距。研究中考慮攝像機(jī)的安裝位置參數(shù)，攝像機(jī)z坐標(biāo)軸相對(duì)于X軸的夾角稱為掃視角β，攝像機(jī)光軸(z軸)相對(duì)于垂直方向(Z軸)的夾角稱為傾斜角α，如圖1所示。圖中，攝像機(jī)外參數(shù)α，β，h和內(nèi)參數(shù)攝像機(jī)焦距f由嚴(yán)格的攝像機(jī)標(biāo)定獲得，利用車輛的圖像特征和Kalmam濾波原理實(shí)現(xiàn)對(duì)車輛的識(shí)別，可知車輛底邊P點(diǎn)計(jì)算機(jī)圖像坐標(biāo)。點(diǎn)(u0，v0)是像平面坐標(biāo)原點(diǎn)(O，0)；點(diǎn)(u，v)可由P點(diǎn)計(jì)算機(jī)圖像坐標(biāo)(m，n)按照內(nèi)參數(shù)模型公式
獲得。其中，kx，ky，是數(shù)字圖像在x軸與y軸方向的放大系數(shù)；Om，On是圖像平面原點(diǎn)的計(jì)算機(jī)圖像坐標(biāo)。根據(jù)透視投影和三角幾何關(guān)系，兩車間距由式(1)計(jì)算得出：
為檢驗(yàn)式(1)的計(jì)算精度，在完成攝像機(jī)標(biāo)定后，拍攝道路的人行橫道線，測(cè)量每一條人行橫道線與攝像機(jī)鏡頭中心的水平距離，與依據(jù)測(cè)距模型計(jì)算的距離進(jìn)行比較，結(jié)果如表1所示。表中，實(shí)測(cè)距離與計(jì)算距離的誤差包括測(cè)量誤差和模型誤差。由表可以看出，誤差在許可范圍內(nèi)，能夠滿足下一步的處理要求。
評(píng)論