智能網(wǎng)聯(lián)汽車先進駕駛輔助系統(tǒng)技術應用（微課版）課件 第4章 車道保持輔助系統(tǒng)

任務4.1車道保持輔助系統(tǒng)技術任務導入任務導入在高速公路上長途駕駛時，通常車速較快，在遇到復雜路況比如彎道時，需要駕駛員反應迅速，同時在彎道的路況中駕駛員不能很好地了解彎道后的路況。。這樣既提高了安全性，也減輕了駕駛員的駕駛負擔。這樣的技術就是ADAS的車道保持輔助系統(tǒng)。。這時如果車輛可以自動駕駛，使自車始終保持在當前道路中間行駛，遇到彎路時可以自行調整行車方向。任務導入汽車在行駛過程中經常會有因為駕駛員注意力不集中、駕駛過程中接打電話或長時間疲勞駕駛引起的車輛在行駛中偏離車道的狀況，高級駕駛輔助系統(tǒng)中的車道保持輔助系統(tǒng)能很好地解決車道偏離問題，有效減少因車道偏離引起的交通事故，緩解駕駛員疲勞。車道保持輔助系統(tǒng)的基本概念車道保持輔助系統(tǒng)（Lanekeepingassist，LKA）是高級駕駛輔助系統(tǒng)中的一個功能，該系統(tǒng)能識別出自車偏離原本車道的趨勢并發(fā)出警報提醒駕駛員，執(zhí)行操作使自車保持在原車道行駛。車道保持輔助系統(tǒng)的組成自適應巡航控制系統(tǒng)主要組成：信息采集單元控制單元執(zhí)行單元信息采集單元是車道保持輔助系統(tǒng)中獲得信息的部分，主要由環(huán)境感知傳感器構成，其作用是獲取當前自車行駛道路的車道線信息，并將這些信息傳遞給控制單元。目前LKA系統(tǒng)的環(huán)境感知傳感器一般是攝像頭，將攝像頭安裝在車輛前方?？刂茊卧擒嚨辣３州o助系統(tǒng)的大腦中樞，對信息采集單元傳送的信息進行處理，當檢測到自車偏離原車道趨勢時控制單元會向執(zhí)行單元發(fā)出警告命令，當檢測到自車行駛路線已經偏離原車道時控制單元會向執(zhí)行單元發(fā)出介入干預的命令，將自車拉回原車道行駛。執(zhí)行單元是車道保持輔助系統(tǒng)中最終采取措施的部分，執(zhí)行單元接收到控制單元發(fā)出的命令，當接收到警告命令時，執(zhí)行單元通過發(fā)出蜂鳴聲、方向盤震動、駕駛員座椅震動等方式向駕駛員發(fā)出車道線偏離報警。當接收到LKA系統(tǒng)介入干預車輛行駛的命令時，執(zhí)行單元通過轉向系統(tǒng)自動糾正行駛方向，使車輛回歸原車道行駛。車道保持輔助系統(tǒng)的工作原理車道保持輔助系統(tǒng)是在車輛前方安裝攝像頭，通過攝像頭實時獲取車道信息，將獲取的車道信息和自車位置信息發(fā)送給控制單元?？刂茊卧ㄟ^獲取的信息確定自車位置，通過車道線識別技術和特定算法，分析出車輛行駛路線是否有發(fā)生偏離原道路的趨勢，或者已經發(fā)生偏離并將命令發(fā)送給執(zhí)行單元。當有偏離趨勢時，執(zhí)行單元收到命令發(fā)出警告，警示駕駛員。如駕駛員仍然沒有采取措施，自車已經發(fā)生偏離，執(zhí)行單元會執(zhí)行回正操作，調整方向盤角度使車輛回歸原車道行駛；發(fā)生偏離時如駕駛員開啟轉向燈則LKA系統(tǒng)不會介入干預，系統(tǒng)認為是駕駛員正在轉向；如駕駛員沒有開啟轉向燈，在LKA系統(tǒng)介入干預時駕駛員操作方向盤仍可以強行變道。

圖4.1車道保持輔助系統(tǒng)工作流程車道保持輔助系統(tǒng)的應用實例

一汽大眾車道保持輔助系統(tǒng)工作需要滿足車速達到65km/h且車道線清晰的情況下方可開啟。系統(tǒng)開啟時可在多功能顯示屏設置中選擇此功能如圖4.4所示，此時儀表盤中顯示在車道標識的指示燈轉為綠色、信息顯示欄中的車道線變亮。圖4.4一汽大眾汽車多功能顯示屏圖4.5

LKA系統(tǒng)關閉并報警感謝ThankYou任務4.2車道線檢測應用實踐任務導入任務導入車道線檢測主要應用于自動駕駛，可以實現(xiàn)車輛橫向運動的主動安全功能和控制功能。車道線檢測可以確定當前車輛與車道的位置關系，在車輛偏離車道時，系統(tǒng)不僅可以通過聲音、觸覺等方式來提醒駕駛員，并且主動控制方向盤，糾正車輛的橫向位置，將車輛糾偏回車道內，從而避免橫向的碰撞或其他風險。本次實訓將采用傳統(tǒng)的方法實現(xiàn)車道線檢測，重點介紹核心技術。車道線檢測技術的相關知識常見的車道線檢測的方法大致可以分為三類：傳統(tǒng)方法利用傳統(tǒng)圖像處理技術從攝像機拍攝的圖像中提取車道線特征。傳統(tǒng)圖像處理與深度學習相結合的方法深度學習提取的特征信息不能直接使用，采用傳統(tǒng)圖像處理的方式對直線特征點進行聚類與擬合。端到端的深度學習的方法直接從輸入圖像中學習到車道線特征，無需復雜的預處理、手工特征提取和后處理，并結合車道線的各種幾何先驗知識，設計損失函數(shù)監(jiān)督網(wǎng)絡訓練，提高車道線檢測的魯棒性和準確性。這節(jié)我們主要介紹如何用簡單的傳統(tǒng)方法實現(xiàn)車道線檢測項目，詳細闡述了傳統(tǒng)車道線檢測的流程并對霍夫變換的思想及Canny邊緣檢測流程進行了概述。車道線檢測的原理車道線檢測可以理解為邊緣檢測，傳統(tǒng)的邊緣檢測算法本質上就是一種濾波算法。圖像濾波的作用就是在盡量保留圖像細節(jié)特征的條件下對目標圖像的噪聲進行抑制，其處理效果的好壞將直接影響到后續(xù)圖像處理和分析的有效性和可靠性。邊緣檢測主要應用于一些數(shù)據(jù)信息的處理，提取想要的目標，剔除一些不相關的干擾及無用信息，通過更少的數(shù)據(jù)信息量獲取更多關注的信息。Canny算子的認知Canny邊緣檢測算法是JohnF.Canny于1986年開發(fā)出來的一個多級邊緣檢測算法，此算法被很多人認為是邊緣檢測的最優(yōu)算法，相對其他邊緣檢測算法來說其識別圖像邊緣的準確度要高很多，Canny算子具有以下特性：低錯誤率：標識出盡可能多的實際邊緣，同時盡可能的減少噪聲產生的誤報；高定位性：標識出的邊緣要與圖像中的實際邊緣盡可能接近；最小響應：圖像中的邊緣只能標識一次。Canny檢測的步驟如下。1．對原始圖像進行灰度化2．高斯濾波3．計算圖像梯度4．非極大值抑制5．使用上下閥值來檢測邊緣霍夫變換的認知霍夫變換（Hough）是一種特征檢測，被廣泛應用在圖像分析、計算機視覺以及數(shù)位影像處理。經典的霍夫變換是檢測圖片中的直線，也能夠識別其他形狀，例如圓形、橢圓形。任務實施——搭建車道線檢測實訓環(huán)境任務清單：完成Python+PyCharm環(huán)境配置方法。完成OpenCV庫和NumPy庫的安裝。在項目二中已經講解在Windows系統(tǒng)下，Python+PyCharm環(huán)境配置方法以及OpenCV庫的安裝，在項目三中也講解了NumPy庫的安裝，這里不過多贅述。任務實施——車道線檢測任務清單：Canny邊緣檢測手動分割路面區(qū)域霍夫變換得到車道線獲取車道線并疊加到原始圖像中4.2.6

Canny邊緣檢測首先思考一下邊緣是什么？邊緣就是灰度值變化較大的的像素點的集合。一道黑邊，一道白邊中間就是邊緣。我們需要做的就是把圖像灰度化處理后變化最大的保留下來，除去其他的，這樣可以剔除掉一大部分的點。4.2.6

Canny邊緣檢測4.2.6

Canny邊緣檢測Canny邊緣檢測部分代碼前后對比如圖4.8所示：4.2.7手動分割路面區(qū)域以原始的圖片建立直角坐標系，指定三角形的3個頂點，保留三角形區(qū)域中的邊緣線條，去除其他多余的線條。手動分割路面區(qū)域部分代碼前后對比如圖4.9所示。4.2.8霍夫變換得到車道線霍夫變換的作用就是檢測圖片中的直線。霍夫變換處理部分代碼前后對比如圖4.10所示。4.2.9獲取車道線并疊加到原始圖像中這一步是將彩色圖像與我們上一步繪制的車道線圖像進行比例的融合。