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)安全車距測量，對處于碰撞危險的汽車及時報警有利于減少交通事故，提高道路交通安全。由于理論計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程中認(rèn)可的安全車距有較大的出入，導(dǎo)致駕駛員對預(yù)警系統(tǒng)的不信任感，不利于系統(tǒng)的推廣使用。同時，作為安全輔助駕駛系統(tǒng)的處理平臺，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。
1 前方車距的測量
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。動態(tài)的世界坐標(biāo)系統(tǒng)隨車輛一起運(yùn)動，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。
通過圖像傳感器對前方車輛或障礙物的測量包括利用單幀圖像的測距和利用多幀圖像的測距。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)軸相對于X軸的夾角稱為掃視角β，攝像機(jī)光軸(z軸)相對于垂直方向(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)對車輛的識別，可知車輛底邊P點(diǎn)計算機(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)計算得出：
為檢驗(yàn)式(1)的計算精度，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)測距模型計算的距離進(jìn)行比較，結(jié)果如表1所示。表中，實(shí)測距離與計算距離的誤差包括測量誤差和模型誤差。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。
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