汽車離道報(bào)警完整結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)解析

安全輔助駕駛（Safety Driving Assist，簡(jiǎn)稱SDA）是當(dāng)前國(guó)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(duì)于困擾運(yùn)輸領(lǐng)域的交通堵塞及環(huán)境污染兩個(gè)問題也有緩解作用?；诖耍澜缟虾芏鄧?guó)家都在加強(qiáng)車輛安全輔助駕駛技術(shù)領(lǐng)域的研究。關(guān)于安全輔助駕駛技術(shù)的研究主要集中在車道偏離預(yù)警，前方障礙物探測(cè)，以及駕駛員狀態(tài)監(jiān)測(cè)等方面。近20年來，車道偏離預(yù)警系統(tǒng)作為安全輔助駕駛研究領(lǐng)域的一個(gè)組成部分，已經(jīng)受到越來越多的關(guān)注，很多國(guó)家都投入大量的人力、物力和財(cái)力進(jìn)行系統(tǒng)研發(fā)。
　　車道偏離預(yù)警系統(tǒng)研究背景：
　　車道偏離報(bào)警系統(tǒng)（ Lane Departure Warning System， 簡(jiǎn)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(shí)， 利用報(bào)警方式提醒駕駛員修正車輛方向的汽車主動(dòng)安全裝置。車道偏離報(bào)警系統(tǒng)將會(huì)是繼安全帶、安全氣囊后，在汽車內(nèi)安裝的又一項(xiàng)安全裝置。在美國(guó)，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(gè)百分點(diǎn)。車道偏離報(bào)警系統(tǒng)在車輛偏離車道線時(shí)， 可以向駕駛員發(fā)出警示信號(hào)， 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(bào)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(guó)家已經(jīng)成功研制出一些各具特色的車道偏離報(bào)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(guó)，車道偏離報(bào)警方面的研究起步較晚，還沒有相關(guān)的產(chǎn)品問世， 只有吉林大學(xué)的汽車動(dòng)態(tài)模擬國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室、東南大學(xué)儀器科學(xué)與工程學(xué)院進(jìn)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(bào)警系統(tǒng)是一種切實(shí)可行的方案。
　　MicroBlaze嵌入式軟核是一個(gè)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(yùn)行速度快、占用資源少、可配置性強(qiáng)等優(yōu)點(diǎn)，廣泛應(yīng)用于通信、軍事、高端消費(fèi)市場(chǎng)等領(lǐng)域。Xilinx公司的MicroBlaze 32位軟處理器核是支持CoreConnect總線的標(biāo)準(zhǔn)外設(shè)集合。MicroBlaze處理器運(yùn)行在150MHz時(shí)鐘下，可提供125 D-MIPS的性能，非常適合設(shè)計(jì)針對(duì)網(wǎng)絡(luò)、電信、數(shù)據(jù)通信和消費(fèi)市場(chǎng)的復(fù)雜嵌入式系統(tǒng)。
　　設(shè)計(jì)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(shè)一起，針對(duì)于行駛在高速公路或者城市道路上的司機(jī)，設(shè)計(jì)出了汽車離道報(bào)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(shè)備組成。圖像采集子系統(tǒng)能實(shí)時(shí)地采集路面實(shí)況數(shù)據(jù)，數(shù)據(jù)進(jìn)入系統(tǒng)后，它被實(shí)時(shí)地變換成可處理的格式，在處理器內(nèi)部，首先進(jìn)行預(yù)處理，過濾掉圖像捕獲期間混入的噪聲，然后探測(cè)車輛相對(duì)于車行道標(biāo)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(biāo)志線。這些邊緣事實(shí)上形成了車輛向前行駛應(yīng)保持的邊界。處理器則要時(shí)刻跟蹤這些標(biāo)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(gè)信號(hào)驅(qū)動(dòng)報(bào)警電路，讓駕駛員立即糾正行車路線。報(bào)警電路采用蜂鳴器放出警告聲音。
　　第二部分：設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)
　　1.系統(tǒng)框圖介紹
　　不管是哪一種車道偏離報(bào)警系統(tǒng)，都可以劃分成三個(gè)基本模塊：道路和車輛狀態(tài)感知模塊、車道偏離評(píng)價(jià)算法模塊和信號(hào)報(bào)警電路，如圖1所示系統(tǒng)運(yùn)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(dòng)態(tài)參數(shù)，然后由車道偏離評(píng)價(jià)算法對(duì)車道偏離的可能性進(jìn)行評(píng)價(jià)，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(gè)信號(hào)驅(qū)動(dòng)報(bào)警電路，讓駕駛員立即糾正行車路線。報(bào)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(dòng)座椅來提醒駕駛員。
　　
　　圖1 系統(tǒng)設(shè)計(jì)框圖
　　車道偏離報(bào)警系統(tǒng)具體在硬件上則是通過裝在車上的攝像頭進(jìn)行視頻圖像的采樣，然后對(duì)表現(xiàn)為模擬信號(hào)的視頻圖像進(jìn)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(jìn)行計(jì)算，得出車輛偏離車道的實(shí)時(shí)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(bào)警電路對(duì)駕駛員進(jìn)行提示報(bào)警，防止意外發(fā)生。