文档介绍：河北工业大学
硕士学位论文
基于视觉的车道偏离预警系统的研究
姓名:郭鹏
申请学位级别:硕士
专业:车辆工程
指导教师:陈弘
20081201
河北工业大学硕士学位论文

基于视觉的车道偏离预警系统的研究
摘要

本文针对基于视觉的汽车车道偏离预警系统进行了研究,该系统适用于高速公路上的
汽车辅助驾驶,其功能是在非正常状态下车辆一旦偏离车道行驶时对驾驶员产生预警,从
而减少由人为因素造成的交通事故。文中主要研究了预警系统中视觉处理单元的相关算
法,其基本立足点是利用计算机视觉技术来检测道路,形成必要的信息以便预警决策系统
进行决策。
本文首先介绍了车道偏离预警系统的国内外发展情况和其研究内容,其次,利用透视
投影针孔成像模型的相关原理和光学几何关系,通过逆透视投影变换方法将道路图像变换
到世界坐标系,推导出视觉系统成像特征和图像平面坐标系与道路平面坐标系之间的映射
关系;消除了车载摄像机所拍摄道路图像中的透视效果,使其能将道路的结构特征显现出
来。其次又通过给出的简化道路数学模型,推导出在结构化道路环境下,应用单目视觉系
统已能满足系统对于信息获取的需要;并给出了单目视觉摄像机所拍摄图像中目标的像素
值与摄像机安装高度和摄像机分辨率之间的关系。
其次,本文对道路图像预处理技术进行研究,其中包括图像平滑滤波,图像边缘增强,
图像阈值分割处理。通过对上述多种处理方法进行对比研究,本文采用了中值滤波、Sobel
边缘增强、最优阈值分割方法来共同实现图像预处理;文章中还提出了一种在结构化道路
中精确检测车道的两层算法,该算法同时利用白线的局部特性和全局特性,将感兴趣区域
分为近视野和远视野,按照“拟合—判断—拟合”的流程,用直线或直线与二次曲线的光
滑组合匹配白线。经过以上处理,系统的视觉处理单元能够快速准确的求解出车道轨迹线,
为道路偏离的预警决策奠定了基础。
文章的最后部分对驾驶员—汽车—道路闭环系统进行了研究,分析了驾驶员的行为如
何影响汽车的运动,以及汽车与道路之间的关系。并由这一分析得出,通过监测驾驶员与
道路之间关系的变化可以反推驾驶员状态变化;提出了汽车车道偏离预警的决策算法,并
从原理、实现算法、性能以及优缺点等方面详细分析和研究了目前应用广泛的 TLC 方法,
为最终实现车道偏离预警系统的准确决策提供了理论依据。

关键词:车道偏离预警,结构化道路模型,车道检测与识别,预警决策算法
i
基于视觉的车道偏离预警系统研究

RESEARCH ON VISION-BASED LANE DEPARTURE
WARNING SYSTEM

ABSTRACT

This thesis has focused on vision-based lane departure warning system. The system is
designed for vehicle intelligent assistant safe-driving on the highway, which can decrease
traffic accidents by warning drivers when there is a lane departure. The thesis has
discussed the work of vision processing system, concentrating on how to obtain the
information of road and obstacle puter vision technology for expert system to
make warning decision.
The thesis presents the development of the science and technique of Lane Departure
Warning System at first. And then, with correlative theories of perspective projection
pinhole imaging model and optical geometry, the features of vision field and the mapping
connections between image coordinates and road coordinates have been obtained, and road
images have b