汽車離道報警完整結構設計解析

安全輔助駕駛（Safety Driving Assist，簡稱SDA）是當前國際智能交通系統(tǒng)研究的重要內(nèi)容，它主要解決交通安全的問題，對于困擾運輸領域的交通堵塞及環(huán)境污染兩個問題也有緩解作用。基于此，世界上很多國家都在加強車輛安全輔助駕駛技術領域的研究。關于安全輔助駕駛技術的研究主要集中在車道偏離預警，前方障礙物探測，以及駕駛員狀態(tài)監(jiān)測等方面。近20年來，車道偏離預警系統(tǒng)作為安全輔助駕駛研究領域的一個組成部分，已經(jīng)受到越來越多的關注，很多國家都投入大量的人力、物力和財力進行系統(tǒng)研發(fā)。
　　車道偏離預警系統(tǒng)研究背景：
　　車道偏離報警系統(tǒng)（ Lane Departure Warning System， 簡稱LDWS）是指汽車在高速行駛的過程中，在駕駛員沒有示意車輛變道的情況下，車輛偏離了正常行駛的車道時， 利用報警方式提醒駕駛員修正車輛方向的汽車主動安全裝置。車道偏離報警系統(tǒng)將會是繼安全帶、安全氣囊后，在汽車內(nèi)安裝的又一項安全裝置。在美國，1994 年由于車道偏離引起的傷亡事故占所有車輛傷亡事故的37.0%， 2000 年為42.0%， 2001 年則上升到43.0%， 平均每年上升0.75 個百分點。車道偏離報警系統(tǒng)在車輛偏離車道線時， 可以向駕駛員發(fā)出警示信號， 提示駕駛員修正車輛的方向， 提醒駕駛員集中注意力。有研究表明，車道偏離報警系統(tǒng)可以減少至少24%的車道偏離傷亡事故。世界上一些國家已經(jīng)成功研制出一些各具特色的車道偏離報警系統(tǒng)， 如Auto Vue 系統(tǒng)、AWSTM系統(tǒng)、DSS 系統(tǒng)、SCARF 系統(tǒng)和ALVINN 系統(tǒng)等。在我國，車道偏離報警方面的研究起步較晚，還沒有相關的產(chǎn)品問世， 只有吉林大學的汽車動態(tài)模擬國家重點實驗室、東南大學儀器科學與工程學院進行了一些探索性的研究。經(jīng)過探索性的研究表明， 基于視覺的車道偏離報警系統(tǒng)是一種切實可行的方案。
　　MicroBlaze嵌入式軟核是一個被Xilinx公司優(yōu)化過的可以嵌入在FPGA中的RISC處理器軟核，具有運行速度快、占用資源少、可配置性強等優(yōu)點，廣泛應用于通信、軍事、高端消費市場等領域。Xilinx公司的MicroBlaze 32位軟處理器核是支持CoreConnect總線的標準外設集合。MicroBlaze處理器運行在150MHz時鐘下，可提供125 D-MIPS的性能，非常適合設計針對網(wǎng)絡、電信、數(shù)據(jù)通信和消費市場的復雜嵌入式系統(tǒng)。
　　設計摘要：
　　本課題是以Xilinx公司FPGA開發(fā)板上的MicroBlaze微處理器IP核為核心，和其它外設一起，針對于行駛在高速公路或者城市道路上的司機，設計出了汽車離道報警系統(tǒng)。該系統(tǒng)圖像采集子系統(tǒng)、FPGA開發(fā)板和其他設備組成。圖像采集子系統(tǒng)能實時地采集路面實況數(shù)據(jù)，數(shù)據(jù)進入系統(tǒng)后，它被實時地變換成可處理的格式，在處理器內(nèi)部，首先進行預處理，過濾掉圖像捕獲期間混入的噪聲，然后探測車輛相對于車行道標志線的位置。道路圖像的輸入信息流被變換為一系列畫出道路表面輪廓的線條。在數(shù)據(jù)字段內(nèi)尋找邊緣就能發(fā)現(xiàn)車道標志線。這些邊緣事實上形成了車輛向前行駛應保持的邊界。處理器則要時刻跟蹤這些標志線，以確定行車路線是否正常。一旦發(fā)現(xiàn)車輛無意間偏離車行道，處理器作出判斷后輸出一個信號驅(qū)動報警電路，讓駕駛員立即糾正行車路線。報警電路采用蜂鳴器放出警告聲音。
　　第二部分：設計結構
　　1.系統(tǒng)框圖介紹
　　不管是哪一種車道偏離報警系統(tǒng)，都可以劃分成三個基本模塊：道路和車輛狀態(tài)感知模塊、車道偏離評價算法模塊和信號報警電路，如圖1所示系統(tǒng)運行的基本過程是：狀態(tài)感知模塊感知道路幾何特征和車輛的動態(tài)參數(shù)，然后由車道偏離評價算法對車道偏離的可能性進行評價，一旦發(fā)現(xiàn)車輛無意間偏離車行道，處理器作出判斷后輸出一個信號驅(qū)動報警電路，讓駕駛員立即糾正行車路線。報警形式可以是蜂鳴器或者喇叭，也可以用語言提示，還可以用振動座椅來提醒駕駛員。
　　
　　圖1 系統(tǒng)設計框圖
　　車道偏離報警系統(tǒng)具體在硬件上則是通過裝在車上的攝像頭進行視頻圖像的采樣，然后對表現(xiàn)為模擬信號的視頻圖像進行數(shù)字轉(zhuǎn)換，將數(shù)字的視頻信息傳輸給處理器單元，處理器單元根據(jù)算法要求進行計算，得出車輛偏離車道的實時狀態(tài)，如果出現(xiàn)車道偏離或者將要出現(xiàn)車道偏離，系統(tǒng)將通過報警電路對駕駛員進行提示報警，防止意外發(fā)生。