CN110539750A - 一种基于驾驶状态与路况信息的车道偏离预警***及方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种基于驾驶状态与路况信息的车道偏离预警***，该***包括：前挡摄像头、左侧后视镜摄像头、右侧后视镜摄像头、疲劳监测摄像头、车道偏离预警***控制器、声音报警器、小型震动马达、车辆转向CAN总线以及显示屏。本发明还公开了一种基于驾驶状态与路况信息的车道偏离预警***的预警方法。本发明通过疲劳监控摄像头实时监控驾驶员的疲劳状态，能更准确的判断车辆偏离车道是否由于驾驶员疲劳引起；通过左右侧后视镜摄像头获取车辆偏离车道时的侧后方路况信息，防止车辆偏离后发生侧方碰撞；根据驾驶员驾驶状态和路况信息综合确定车辆行驶的危险程度做出声音报警或座椅震动报警，更能引起驾驶员对车道偏离的警惕，保证行车安全。

Description

一种基于驾驶状态与路况信息的车道偏离预警***及方法
技术领域
本发明涉及车辆高级辅助驾驶技术领域，尤其是基于驾驶状态与路况信息的车道偏离预警***及方法。
背景技术
随着汽车技术与人工智能的快速发展，消费者对汽车的安全性和智能化的要求越来越高，一系列的高级辅助驾驶技术被应用于现代汽车上，车道偏离预警***便是其中之一。但现有的车道偏离预警***一般采用一个前向摄像头和一个蜂鸣器的技术方案，只根据车辆前方的车道线与车辆的位置信息向驾驶员提供声音报警信息。不能对驾驶员的驾驶状态以及驾驶意图做出准确判断，造成许多不需发出警告的情况却发出报警，过多的错误警告信号可能干扰驾驶员的正常驾驶。另一方面，由于车辆行驶过程中噪声较多，只通过声音发出警告可能无法引起驾驶员的警惕。
发明内容
本发明的首要目的在于提供一种通过前挡摄像头、左右侧后视镜摄像头获得路况信息，通过疲劳监测摄像头、转向灯开闭状态以及方向盘转角获取驾驶员驾驶状态信息，并根据驾驶员活跃度计算车辆与车道线的横向距离阈值，最后综合驾驶员驾驶状态与路况信息对车辆行驶状态进行判断，针对不同的危险情况对驾驶员进行声音警告或座椅震动警告的基于驾驶状态与路况信息的车道偏离预警***。
为实现上述目的，本发明采用了以下技术方案：一种基于驾驶状态与路况信息的车道偏离预警***，该***包括：前挡摄像头、左侧后视镜摄像头、右侧后视镜摄像头、疲劳监测摄像头、车道偏离预警***控制器、声音报警器、小型震动马达、车辆转向CAN总线以及显示屏，其中：
所述前挡摄像头安装于前挡风玻璃内部靠上的正中间位置，用于获取车辆前方车辆与车道线相对位置信息；
所述左侧后视镜摄像头、右侧后视镜摄像头分别安装于左侧后视镜、右侧后视镜的下方，向车辆后方安装，用于获取车辆左侧、右侧的路况信息；
所述疲劳监测摄像头安装在仪表盘上且正对驾驶员脸部，用于实时监测驾驶员的眼部、脸部等状态；
所述车道偏离预警***控制器安装于手套箱内部，用于对传感器获取的数据进行分析与处理，并对声音报警器、小型震动马达进行控制；
所述声音报警器安装于方向盘下方的中控台上，用于向驾驶员发出声音报警信息；
所述小型震动马达安装于驾驶员座椅内部，用于向驾驶员发出震动报警信息；
所述车辆转向CAN总线用于获取车辆的转向灯开启状态以及方向盘角度信息；
所述显示屏安装于车辆中控台中部，用于显示车道偏离预警***工作状态。
所述前挡摄像头、左侧后视镜摄像头、右侧后视镜摄像头、疲劳监测摄像头均通过USB 3.0接口与车道偏离预警***控制器双向连接；所述车辆转向CAN总线通过CAN接口与车道偏离预警***控制器连接；所述声音报警器通过3.5mm音频接口与车道偏离预警***控制器连接；所述小型震动马达通过USB2.0接口与车道偏离预警***控制器连接；所述显示屏通过HDMI接口与车道偏离预警***控制器连接。
本发明的另一目的在于提供一种基于驾驶状态与路况信息的车道偏离预警***的预警方法，该方法包括下列顺序的步骤：
(1)通过前挡摄像头获取车辆前方车道线与车辆相对位置信息；
(2)通过疲劳监测摄像头获取驾驶员疲劳状态，驾驶员疲劳状态分为疲劳状态和正常状态；
(3)从车辆转向CAN总线获取方向盘转角信息和转向灯开启状态；
(4)通过方向盘转角信息判断车辆的偏离方向，确定哪一侧的后视镜摄像头开启；
(5)对后视镜摄像头获取的图像进行处理，通过图像识别判断侧后方是否有来车；
(6)根据驾驶员活跃度计算车辆距车道线的横向距离阈值；
(7)通过以上信息综合得出驾驶员驾驶状态与路况信息，判断当前车辆行驶状态，判定危险程度，危险程度分为0、1、2、3级；
(8)根据不同的危险程度，分别采取声音报警或座椅震动报警。
所述步骤(1)包括以下步骤：
(1a)通过前挡摄像头获取车辆前方的图像；
(1b)对所获取的车辆前方的图像进行图像处理，获取车辆前方车道线与车辆相对位置信息。
所述步骤(2)包括以下步骤：
(2a)通过疲劳监测摄像头获取驾驶员眼部、脸部状态图像；
(2b)对所获取图像进行图像处理，由驾驶员眼部、脸部特征通过驾驶员疲劳检测算法判断驾驶员的疲劳状态。
所述步骤(4)具体是指：当方向盘向左转向角度大于20度时，开启左侧后视镜摄像头；反之，当方向盘向右转向角度大于20度时，开启右侧后视镜摄像头。
所述步骤(6)中的横向距离阈值根据驾驶员活跃度进行更新，所述驾驶员活跃度的计算公式如下：
其中，IDA(k)表示第k步的驾驶员活跃度，λ为驾驶员活跃度更新的遗忘因子，取λ＝0.6，是第k步的转向盘角速度，是预先设定的转向盘角速度阈值，取 sigmoid(·)为logistic函数，其输出范围为(0，1)；
所述横向距离阈值的计算公式如下：
D(k)＝D(v)+0.3*(1-IDA(k)) (2)
其中，D(k)表示第k步的横向距离阈值，单位为m；D(v)表示一个随车速V变化的函数，取值范围为[0，0.1]，单位为m；车速V的单位为km/h；
所述步骤(7)中的驾驶员驾驶状态包括无意识操作、疲劳驾驶、有意识变道和不当操作，驾驶员驾驶状态通过以下方式确定：
当步骤(2)中判定驾驶员疲劳状态为疲劳，且转向灯为关闭、方向盘角度大于10°时，判定驾驶员驾驶状态为无意识操作；
当步骤(2)中判定驾驶员疲劳状态为疲劳，且转向灯为开启、方向盘角度大于20°时，判定驾驶员驾驶状态为疲劳驾驶；
当步骤(2)中判定驾驶员疲劳状态为正常，且转向灯为关闭、方向盘角度大于20°时，判定驾驶员驾驶状态为不当操作；
当步骤(2)中判定驾驶员疲劳状态为正常，且转向灯为开启、方向盘角度大于20°时，判定驾驶员驾驶状态为有意识变道；
所述步骤(7)中的危险程度通过以下方式确定：
当驾驶员驾驶状态为无意识操作，车辆距离一侧车道线小于横向距离阈值时，判定危险程度为3；
当驾驶员驾驶状态为疲劳驾驶时，无论路况信息如何，判定危险程度为2；
当驾驶员驾驶状态为不当操作，且车辆距离一侧车道线小于横向距离阈值时，判定危险程度为1；
当驾驶员驾驶状态为有意识变道，且后视镜摄像头检测到侧后方有来车时，判定危险程度为1；
当驾驶员驾驶状态为有意识变道，且后视镜摄像头检测到侧后方无来车时，判定危险程度为0。
所述步骤(8)中，当危险程度分别为0、1、2、3时分别采用不报警、声音报警、座椅震动报警、声音报警和座椅震动同时报警。
由上述技术方案可知，本发明的优点在于：第一，通过疲劳监控摄像头实时监控驾驶员的疲劳状态，能更准确的判断车辆偏离车道是否由于驾驶员疲劳引起；第二，通过左右侧后视镜摄像头获取车辆偏离车道时的侧后方路况信息，防止车辆偏离后发生侧方碰撞；第三，根据驾驶员驾驶状态和路况信息综合确定车辆行驶的危险程度做出声音报警或座椅震动报警，更能引起驾驶员对车道偏离的警惕，保证行车安全。
附图说明
图1为本发明的***组成结构框图；
图2为本发明的方法流程图。
具体实施方式
如图1所示，一种基于驾驶状态与路况信息的车道偏离预警***，该***包括：前挡摄像头、左侧后视镜摄像头、右侧后视镜摄像头、疲劳监测摄像头、车道偏离预警***控制器、声音报警器、小型震动马达、车辆转向CAN总线以及显示屏，其中：
所述前挡摄像头安装于前挡风玻璃内部靠上的正中间位置，用于获取车辆前方车辆与车道线相对位置信息；
所述左侧后视镜摄像头、右侧后视镜摄像头分别安装于左侧后视镜、右侧后视镜的下方，向车辆后方安装，用于获取车辆左侧、右侧的路况信息；
所述疲劳监测摄像头安装在仪表盘上且正对驾驶员脸部，用于实时监测驾驶员的眼部、脸部等状态；
所述车道偏离预警***控制器安装于手套箱内部，用于对传感器获取的数据进行分析与处理，并对声音报警器、小型震动马达进行控制；
所述声音报警器安装于方向盘下方的中控台上，用于向驾驶员发出声音报警信息；
所述小型震动马达安装于驾驶员座椅内部，用于向驾驶员发出震动报警信息；
所述车辆转向CAN总线用于获取车辆的转向灯开启状态以及方向盘角度信息；
所述显示屏安装于车辆中控台中部，用于显示车道偏离预警***工作状态。
所述前挡摄像头、左侧后视镜摄像头、右侧后视镜摄像头、疲劳监测摄像头均通过USB 3.0接口与车道偏离预警***控制器双向连接；所述车辆转向CAN总线通过CAN接口与车道偏离预警***控制器连接；所述声音报警器通过3.5mm音频接口与车道偏离预警***控制器连接；所述小型震动马达通过USB2.0接口与车道偏离预警***控制器连接；所述显示屏通过HDMI接口与车道偏离预警***控制器连接。
如图2所示，本方法包括下列顺序的步骤：
(1)通过前挡摄像头获取车辆前方车道线与车辆相对位置信息；
(2)通过疲劳监测摄像头获取驾驶员疲劳状态，驾驶员疲劳状态分为疲劳状态和正常状态；
(3)从车辆转向CAN总线获取方向盘转角信息和转向灯开启状态；
(4)通过方向盘转角信息判断车辆的偏离方向，确定哪一侧的后视镜摄像头开启；
(5)对后视镜摄像头获取的图像进行处理，通过图像识别判断侧后方是否有来车；
(6)根据驾驶员活跃度计算车辆距车道线的横向距离阈值；
(7)通过以上信息综合得出驾驶员驾驶状态与路况信息，判断当前车辆行驶状态，判定危险程度，危险程度分为0、1、2、3级；
(8)根据不同的危险程度，分别采取声音报警或座椅震动报警。
所述步骤(1)包括以下步骤：
(1a)通过前挡摄像头获取车辆前方的图像；
(1b)对所获取的车辆前方的图像进行图像处理，获取车辆前方车道线与车辆相对位置信息。
所述步骤(2)包括以下步骤：
(2a)通过疲劳监测摄像头获取驾驶员眼部、脸部状态图像；
(2b)对所获取图像进行图像处理，由驾驶员眼部、脸部特征通过驾驶员疲劳检测算法判断驾驶员的疲劳状态。
所述步骤(4)具体是指：当方向盘向左转向角度大于20度时，开启左侧后视镜摄像头；反之，当方向盘向右转向角度大于20度时，开启右侧后视镜摄像头。
所述步骤(6)中的横向距离阈值根据驾驶员活跃度进行更新，所述驾驶员活跃度的计算公式如下：
其中，IDA(k)表示第k步的驾驶员活跃度，λ为驾驶员活跃度更新的遗忘因子，取λ＝0.6，是第k步的转向盘角速度，是预先设定的转向盘角速度阈值，取 sigmoid(·)为logistic函数，其输出范围为(0，1)；
所述横向距离阈值的计算公式如下：
D(k)＝D(v)+0.3*(1-IDA(k)) (2)
其中，D(k)表示第k步的横向距离阈值，单位为m；D(v)表示一个随车速V变化的函数，取值范围为[0，0.1]，单位为m；车速V的单位为km/h；
所述步骤(7)中的驾驶员驾驶状态包括无意识操作、疲劳驾驶、有意识变道和不当操作，驾驶员驾驶状态通过以下方式确定：
当步骤(2)中判定驾驶员疲劳状态为疲劳，且转向灯为关闭、方向盘角度大于10°时，判定驾驶员驾驶状态为无意识操作；
当步骤(2)中判定驾驶员疲劳状态为疲劳，且转向灯为开启、方向盘角度大于20°时，判定驾驶员驾驶状态为疲劳驾驶；
当步骤(2)中判定驾驶员疲劳状态为正常，且转向灯为关闭、方向盘角度大于20°时，判定驾驶员驾驶状态为不当操作；
当步骤(2)中判定驾驶员疲劳状态为正常，且转向灯为开启、方向盘角度大于20°时，判定驾驶员驾驶状态为有意识变道。
所述步骤(7)中的危险程度通过以下方式确定：
当驾驶员驾驶状态为无意识操作，车辆距离一侧车道线小于横向距离阈值时，判定危险程度为3；
当驾驶员驾驶状态为疲劳驾驶时，无论路况信息如何，判定危险程度为2；
当驾驶员驾驶状态为不当操作，且车辆距离一侧车道线小于横向距离阈值时，判定危险程度为1；
当驾驶员驾驶状态为有意识变道，且后视镜摄像头检测到侧后方有来车时，判定危险程度为1；
当驾驶员驾驶状态为有意识变道，且后视镜摄像头检测到侧后方无来车时，判定危险程度为0。
所述步骤(8)中，当危险程度分别为0、1、2、3时分别采用不报警、声音报警、座椅震动报警、声音报警和座椅震动同时报警。
综上所述，本发明通过疲劳监控摄像头实时监控驾驶员的疲劳状态，能更准确的判断车辆偏离车道是否由于驾驶员疲劳引起；本发明通过左右侧后视镜摄像头获取车辆偏离车道时的侧后方路况信息，防止车辆偏离后发生侧方碰撞；本发明根据驾驶员驾驶状态和路况信息综合确定车辆行驶的危险程度做出声音报警或座椅震动报警，更能引起驾驶员对车道偏离的警惕，保证行车安全。

Claims (9)

1.一种基于驾驶状态与路况信息的车道偏离预警***，其特征在于：该***包括：前挡摄像头、左侧后视镜摄像头、右侧后视镜摄像头、疲劳监测摄像头、车道偏离预警***控制器、声音报警器、小型震动马达、车辆转向CAN总线以及显示屏，其中：
所述前挡摄像头安装于前挡风玻璃内部靠上的正中间位置，用于获取车辆前方车辆与车道线相对位置信息；
所述左侧后视镜摄像头、右侧后视镜摄像头分别安装于左侧后视镜、右侧后视镜的下方，向车辆后方安装，用于获取车辆左侧、右侧的路况信息；
所述疲劳监测摄像头安装在仪表盘上且正对驾驶员脸部，用于实时监测驾驶员的眼部、脸部等状态；
所述车道偏离预警***控制器安装于手套箱内部，用于对传感器获取的数据进行分析与处理，并对声音报警器、小型震动马达进行控制；
所述声音报警器安装于方向盘下方的中控台上，用于向驾驶员发出声音报警信息；
所述小型震动马达安装于驾驶员座椅内部，用于向驾驶员发出震动报警信息；
所述车辆转向CAN总线用于获取车辆的转向灯开启状态以及方向盘角度信息；
所述显示屏安装于车辆中控台中部，用于显示车道偏离预警***工作状态。
2.根据权利要求1所述的基于驾驶状态与路况信息的车道偏离预警***，其特征在于：所述前挡摄像头、左侧后视镜摄像头、右侧后视镜摄像头、疲劳监测摄像头均通过USB 3.0接口与车道偏离预警***控制器双向连接；所述车辆转向CAN总线通过CAN接口与车道偏离预警***控制器连接；所述声音报警器通过3.5mm音频接口与车道偏离预警***控制器连接；所述小型震动马达通过USB2.0接口与车道偏离预警***控制器连接；所述显示屏通过HDMI接口与车道偏离预警***控制器连接。
3.根据权利要求1至2中任一项所述的基于驾驶状态与路况信息的车道偏离预警***的预警方法，其特征在于：该方法包括下列顺序的步骤：
(1)通过前挡摄像头获取车辆前方车道线与车辆相对位置信息；
(2)通过疲劳监测摄像头获取驾驶员疲劳状态，驾驶员疲劳状态分为疲劳状态和正常状态；
(3)从车辆转向CAN总线获取方向盘转角信息和转向灯开启状态；
(4)通过方向盘转角信息判断车辆的偏离方向，确定哪一侧的后视镜摄像头开启；
(5)对后视镜摄像头获取的图像进行处理，通过图像识别判断侧后方是否有来车；
(6)根据驾驶员活跃度计算车辆距车道线的横向距离阈值；
(7)通过以上信息综合得出驾驶员驾驶状态与路况信息，判断当前车辆行驶状态，判定危险程度，危险程度分为0、1、2、3级；
(8)根据不同的危险程度，分别采取声音报警或座椅震动报警。
4.根据权利要求3所述的预警方法，其特征在于：所述步骤(1)包括以下步骤：
(1a)通过前挡摄像头获取车辆前方的图像；
(1b)对所获取的车辆前方的图像进行图像处理，获取车辆前方车道线与车辆相对位置信息。
5.根据权利要求3所述的预警方法，其特征在于：所述步骤(2)包括以下步骤：
(2a)通过疲劳监测摄像头获取驾驶员眼部、脸部状态图像；
(2b)对所获取图像进行图像处理，由驾驶员眼部、脸部特征通过驾驶员疲劳检测算法判断驾驶员的疲劳状态。
6.根据权利要求3所述的预警方法，其特征在于：所述步骤(4)具体是指：当方向盘向左转向角度大于20度时，开启左侧后视镜摄像头；反之，当方向盘向右转向角度大于20度时，开启右侧后视镜摄像头。
7.根据权利要求3所述的预警方法，其特征在于：所述步骤(6)中的横向距离阈值根据驾驶员活跃度进行更新，所述驾驶员活跃度的计算公式如下：
其中，IDA(k)表示第k步的驾驶员活跃度，λ为驾驶员活跃度更新的遗忘因子，取λ＝0.6，是第k步的转向盘角速度，是预先设定的转向盘角速度阈值，取sigmoid(·)为logistic函数，其输出范围为(0，1)；
所述横向距离阈值的计算公式如下：
D(k)＝D(v)+0.3*(1-IDA(k)) (2)
其中，D(k)表示第k步的横向距离阈值，单位为m；D(v)表示一个随车速V变化的函数，取值范围为[0，0.1]，单位为m；车速V的单位为km/h；
8.根据权利要求3所述的预警方法，其特征在于：所述步骤(7)中的驾驶员驾驶状态包括无意识操作、疲劳驾驶、有意识变道和不当操作，驾驶员驾驶状态通过以下方式确定：
当步骤(2)中判定驾驶员疲劳状态为疲劳，且转向灯为关闭、方向盘角度大于10°时，判定驾驶员驾驶状态为无意识操作；
当步骤(2)中判定驾驶员疲劳状态为疲劳，且转向灯为开启、方向盘角度大于20°时，判定驾驶员驾驶状态为疲劳驾驶；
当步骤(2)中判定驾驶员疲劳状态为正常，且转向灯为关闭、方向盘角度大于20°时，判定驾驶员驾驶状态为不当操作；
当步骤(2)中判定驾驶员疲劳状态为正常，且转向灯为开启、方向盘角度大于20°时，判定驾驶员驾驶状态为有意识变道；
所述步骤(7)中的危险程度通过以下方式确定：
当驾驶员驾驶状态为无意识操作，车辆距离一侧车道线小于横向距离阈值时，判定危险程度为3；
当驾驶员驾驶状态为疲劳驾驶时，无论路况信息如何，判定危险程度为2；
当驾驶员驾驶状态为不当操作，且车辆距离一侧车道线小于横向距离阈值时，判定危险程度为1；
当驾驶员驾驶状态为有意识变道，且后视镜摄像头检测到侧后方有来车时，判定危险程度为1；
当驾驶员驾驶状态为有意识变道，且后视镜摄像头检测到侧后方无来车时，判定危险程度为0。
9.根据权利要求3所述的预警方法，其特征在于：所述步骤(8)中，当危险程度分别为0、1、2、3时分别采用不报警、声音报警、座椅震动报警、声音报警和座椅震动同时报警。
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