基于视觉影像的行车辅助盲点探测系统设计与研究

陈安柱 张峰 王淘玉

1、盐城工业职业技术学院汽车与交通学院 2、江苏世纪龙科技有限公司

1 系统研究背景

汽车行驶过程中存在诸多的视觉盲点，其中有侧面障碍物相对车辆高度较低，驾驶员不易发现，易造成汽车轮胎刮伤，轻则影响轮胎寿命，重则造成轮毂变形或爆胎，影响车主人身财产安全。目前很多车辆在侧面装有雷达，但功能一般局限于侧边有无车辆与行人以及其他较高的障碍物探测，无法探测到高度低于底盘的较低障碍物。因此需要这样一种系统可以辅助驾车人探测汽车侧面的不易察觉的障碍，达到安全驾车的目的。本项目研究的基于视觉的智能行车辅助避障盲点探测系统，利用先进的图像识别处理与机器视觉技术，可以探测车辆侧后方的翼子板下方较低区域内的障碍物，对轮胎潜在的剐蹭危险进行预警。

2 国外研究现状

自20世纪80年代中期开始，美、英、以色列以及日本相继在车载安防领域如防盗、定位、导航、防刮、监控方面开展了积极的研究开发工作，并设计了几种技术方案，推出了相应的产品。

日本是当今在车载安防和智能交通系统方面技术领先的国家之一，其研究计划于1971年的综合车辆交通控制系统(Comper hensive Automobile Traffic Control System，CATCS)正式实施。本田、日产、丰田等车企基于高级安全汽车项目联合开发了数个安全子系统，主要包括全球定位系统，障碍警示系统，车头控制系统，嗜睡预警系统，自动刹车系统及夜间行人警报系统，且实现了这些系统的集成。在日本的上述系统之上，美国的驾驶辅助系统中融入了更多的车辆运行策略，包括模人工神经网络、糊控制理论以及两者相结合的神经模糊技术。随着GPS（全球定位系统）、GPRS（无线网络通信）、语音引导等新技术的研发与应用，各式各样的车载安防产品被推向市场。其中，美国的车辆安防服务尤具特色，结合了紧急救援服务辅助导航系统，如通用汽车的安吉星（OnStar）辅助导航系统，该系统建设有专门的服务监控中心，监控中心一般配备完善且信息处理功能强大的计算机管理系统并配有全球地图信息和通信设备，可以为每一辆装有GPS导航设备的车辆提供报警服务受理、救助服务受理、定位跟踪管理、紧急救援、在线语音导航等服务。

3 国内研究现状

我国在辅助驾驶方面研究起步较迟。20世纪90年代中期清华大学自动化系对通过图像识别技术实现车辆智能导航进行了研究；国防科技大学对基于图像视觉技术的车辆导航进行了研究；近年来北京理工大学对GPS与数字地图导航的智能车辆进行了研究。吉林大学开发了能够实现无线通信、快速识别跟踪路径、自动报警、自动避障等功能的视觉导航系统；长安大学开发了能够实现自主识别引导线，并快速稳定地寻线行驶等功能的智能寻迹模型车。系列研究促进了汽车安防技术的高度智能化和功能多样化，车辆剐蹭、被盗等现象已经得到了有效控制。从目前掌握的技术来讲，汽车盲区探测系统可以用超声波、红外、可见光和微波雷达技术实现，但是他们测试距离较远，价格昂贵。由于视觉声控盲区探测指向性强，能量消耗缓慢，遇到障碍物后反射效率高，结构简单，价格低廉，体积小，易于集成和安装，因此具有很好的使用潜力。

4 系统研究意义

目前，汽车安防市场可谓鱼龙混杂，各种类型车载电子产品品种繁多，令人眼花缭乱。对于车底障碍物可给出警示语音和影像信息，实现智能控制。进一步可将具有不同功能的众多传感器集成到同一个系统中，在任何环境工况下都可对盲区内安全情况进行监测，逐步解决单一类型传感器可能在较为恶劣的天气或物理环境下失效而导致探测结果不准的问题，将极大地提升盲区内的车辆安全性能和智能化水平。

5 研究目标及主要内容

5.1 研究目标

视觉影像的行车辅助盲点探测系统通过探测器件从横、纵两个方向探测相对车身较低位置的障碍物，探测到障碍物后通过影像给出车辆与该障碍物的空间关系，分析两者的相对运动趋势，并及时给出警示语音和影像信息，辅助驾驶人员探测汽车侧面不易察觉的障碍，削除了后轮较低盲区导致的安全隐患，提高了驾车安全性能。

5.2 主要内容

该系统给出了能探测侧边较低障碍物且测量车辆与障碍物的空间位置关系并发出警示信息的方法，可以实现智能行车避障。系统主要包括纵向距离探测元件、横向距离探测元件、高清相机、补光灯、警示系统以及中央控制单元等元件；纵向距离探测元件、横向距离探测元件、相机、补光灯、警示系统都和中央控制单元通过线束连接。在车辆的后视镜的下方设有一个水平的镂空槽，在镂空槽内按照水平直线方向阵列布置至少两个纵向距离探测元件，纵向距离探测元件用于探测正下方或者斜下方的障碍物；在后视镜远离车身的一端安装有高清相机，该相机的拍照方向向下，在高清相机侧边安装有补光灯，可以在能见度较低环境下为相机拍照补光；在汽车底盘的两个侧边安装有横向距离探测元件，两侧边纵向阵列布置有至少两个横向距离探测元件，用于探测水平方向或者斜下方的障碍物；在车内仪表台安装警示系统，该系统为外接设备或者是车辆自带音响系统。

智能行车辅助避障系统具体工作步骤如下：中央控制单元检测车辆工作状态，当车辆处于启动或行驶工况时，向纵向距离探测元件与横向距离探测元件发出指令，提供工作电压，使其开始工作。每个纵向距离探测元件测量其发射点至地面的距离，定时将测量结果反馈给中央控制单元，中央控制单元对同一时刻检测到的距离值进行分析；后视镜上的所有纵向距离探测元件将同一时刻测量到的距离值形成一个数组序列反馈给中央控制单元，中央控制单元将同一时刻的数组序列进行横向及纵向对比，计算当前地面的波动特性。当中央控制单元分析到所采集的地面波动值超出阈值范围，系统启动相机拍摄图像，并基于图像识别侧面障碍物的情况，将诊断结果传送给警示系统，警示系统适时发出报警或给出提示音和驾驶操作建议；若能见度低甚至黑夜的环境下，中央控制单元在相机拍摄图像时同时控制补光灯对底部补充光强；若摄像头被遮挡，中央控制单元基于实时采集的底盘同一侧的横向距离探测元件测得的距离值组成的数组序列进行数值分析，得到车身与侧面障碍物的位置关系曲线以及相对运动趋势，同时向警示系统发送结果，警示系统发出警报或给出提示音和驾驶员操作建议。

6 项目创新特色概述

（1）由以往依赖个人主观意识来判别侧方盲区的危情，变成自动提供视野辅助与危险预警；

（2）由传统的监测技术转化为车辆视觉系统，更能满足人类的认知习惯。同时还兼具高科技技术所没有的成本优势、探测范围宽、目标信息完整等优点；

（3）当前汽车大部分使用雷达探测仪作为测距装置，其可探测距离最小仅为30cm，相对车轮上方距离较大，所以采用智能辅助行车避障系统测量结果更精确，可实现小距离的障碍物位置确认。通过建立闭环反馈控制系统并实施，将汽车底部及车轮周围实景化，实现驾驶员视觉盲区的障碍物探测，做到盲点不盲，保障车主人身财产安全。

（4）通过与车辆的安全监控系统（倒车影像）相连接，实现汽车底盘部及轮胎周围盲区的全视角监控，极大地缩减驾驶员的视觉盲区，有效减低由于客观因素造成的车辆事故。

7 结语

系统设计研究提供的智能行车辅助避障盲点探测系统主要研究对车辆侧方位较低处盲点的监控和图像收集，由传统的监测技术转化为车辆视觉探测系统，更能满足人类的认知习惯，由以往依赖个人主观意识来判别侧方盲区的危情，变成自动提供视野辅助与危险预警，极大地减少了驾驶员的视线盲区，进而降低了事故发生的客观因素。