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专利号: 2024113642749
申请人: 山东科技大学
专利类型:发明专利
专利状态:已下证
更新日期:2025-10-27
缴费截止日期: 暂无
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摘要:

权利要求书:

1.基于照明灯曲线对车道线补偿的车辆姿态调整方法,其特征在于,包括如下步骤:步骤1. 获取车辆前方包含照明灯和车道线的图像;

步骤2. 对获取到的图像进行预处理,并进行车道线特征检测和车道线曲线拟合;

步骤3. 根据车道线特征检测以及车道线曲线拟合情况判断车道线是否缺失;如果车道线缺失,则执行步骤4至步骤6;否则,如果车道线无缺失,直接转至步骤7;

步骤4. 基于步骤1所得图像中包含的多个照明灯光源,利用椭圆拟合原理拟合照明灯光源轮廓,并确定出各个照明灯光源的中心点位置坐标;

步骤5. 运用最小二乘法对步骤4所得的多个照明灯光源的中心点进行曲线拟合,得到照明灯光源拟合曲线;

步骤6. 利用步骤5得到的照明灯光源拟合曲线对步骤2车道线曲线拟合得到的车道线曲线进行补偿,得到补偿后的车道线,转到步骤7;

步骤7. 计算车辆轴线与车道线夹角,即车辆正常行驶需要调整的夹角。

2.根据权利要求1所述的基于照明灯曲线对车道线补偿的车辆姿态调整方法,其特征在于,所述步骤2具体为:步骤2.1. 灰度化处理;

对图像的每一个像素点,按照公式(1)计算其灰度值,得到灰度化图像;

        (1)

其中, 是计算得到的灰度值, 是像素的坐标, 、 、 分别是该像素点的红、绿、蓝三个通道的亮度值;

步骤2.2. 二值化处理;

利用graythresh函数确定图像的灰度阈值;

遍历图像的每个像素点,将其灰度值与灰度阈值进行比较;若灰度值大于灰度阈值,将灰度值设置为白色;若灰度值小于灰度阈值,设置为黑色,得到二值化图像;

步骤2.3. 利用Canny 边缘检测算法进行边缘提取,然后进行车道线特征点筛选,并利用最小二乘法进行车道线曲线进行拟合,得到车道线曲线。

3.根据权利要求1所述的基于照明灯曲线对车道线补偿的车辆姿态调整方法,其特征在于,所述步骤3中,判断车道线缺失的条件具体如下:当符合下述条件I至II中的任意一条即认为车道线缺失:I.车道线残缺,导致检测出的车道线不完整;

II.车道线被前车遮挡,导致检测出的车道线不完整。

4.根据权利要求1所述的基于照明灯曲线对车道线补偿的车辆姿态调整方法,其特征在于,所述步骤4具体为:步骤4.1. 设第i个照明灯轮廓的椭圆方程式,如式(2)所示:        (2)

其中,Ai、Bi、Ci、Di、Ei、Fi分别表示椭圆拟合系数;

设 为第i个照明灯轮廓上的像素点;其中j=1,2,…,N,N为第i个照明灯轮廓像素点个数,N>5;依据最小二乘原理,建立如下目标函数 :   (3)

将 简化为f,欲使目标函数f最小,需使:  (4)

步骤4.2. 根据式(3)和(4)求解椭圆拟合系数Ai、Bi、Ci、Di、Ei、Fi,将各个椭圆拟合系数代入公式(2),获得第i个照明灯轮廓的椭圆方程式;

步骤4.3. 根据椭圆定义,按照式(5)计算第i个照明灯光源的中心点位置坐标;

   (5)

其中, 表示第i个照明灯光源的中心点位置坐标;

步骤4.4. 按照步骤4.1至步骤4.3依次获得各个照明灯的光源中心点位置坐标。

5.根据权利要求1所述的基于照明灯曲线对车道线补偿的车辆姿态调整方法,其特征在于,所述步骤5具体为:步骤5.1. 设照明灯光源拟合曲线的方程式的表达式,如式(6)所示:  (6)

其中, 、 、 表示最小二乘法的拟合系数;

将步骤4获得的照明灯光源的中心点位置坐标 代入方程(6),得到式(7): (7)

其中,i=1,2,…,M,M为光源中心点个数,M>3;

步骤5.2. 为简化运算,进行如下定义:,T= ,X= ;

利用最小二乘法将式(7)进行行列式变换,得到式(8),求得 、 、 ;

 (8)

将参数 、 、 代入公式(6)中的拟合曲线方程,得到照明灯光源拟合曲线。

6.根据权利要求1所述的基于照明灯曲线对车道线补偿的车辆姿态调整方法,其特征在于,所述步骤6具体为:步骤6.1. 假设照明灯光源拟合曲线为 ,车道线曲线片段为 ,在照明灯光源拟合曲线 和车道线曲线 上均匀取点;

设 上取得 个点,坐标为 、 、 、 ,设 上取得 个点,坐标为、 、、 ,因车道线缺失,此处 小于 ;

步骤6.2. 利用照明灯光源曲线对缺失的车道线曲线片段进行补偿,过程如下:首先将车道线曲线片段与照明灯光源曲线的不同位置进行比对,找到车道线曲线片段与照明灯光源曲线的曲线特征一致的位置,利用曲线上相邻两点的矢量差作为比对对象;

将照明灯光源拟合曲线 上的相邻点作差,设获得的矢量为:, ,, ;

将车道线曲线片段 上的相邻点作差,设获得的矢量为:,  ,, ;

步骤6.3. 将步骤6.2获得的矢量( )与矢量( )的不同位置进行比对,利用作差法获得不同位置的相似度,计算公式如下:,其中, ;求 的最小值点,

最小值点处表示车道线曲线片段与照明灯拟合曲线在此位置处最相似;

步骤6.4. 在车道线曲线片段与照明灯光源曲线最相似的位置处,共有m个点对齐;

将照明灯光源曲线中剩余n‑m个点按所在位置添加到车道线片段的前或后,将 个车道线曲线点扩充到 个车道线曲线点。

7.根据权利要求1所述的基于照明灯曲线对车道线补偿的车辆姿态调整方法,其特征在于,所述步骤7具体为:求解车头方向与车道线曲线切线之间的夹角,即为车辆行驶方向与车道线之间的夹角,从而实现车辆航向控制;根据式(9)得到 值;

(9)

其中 为车头方向单位向量, 为车道线曲线的切线方向矢量, 为车头与车道线切线的夹角,也即车辆进行车道保持所需要调整的夹角。

8.根据权利要求1所述的基于照明灯曲线对车道线补偿的车辆姿态调整方法,其特征在于,所述步骤1中,获取车辆前方包含照明灯和车道线的图像来自于车载摄像头;

其中,车载摄像头固定于车辆前方,位于车辆对称轴线上。

9.基于照明灯曲线对车道线补偿的车辆姿态调整系统,其特征在于,包括如下模块:图像获取模块,用于获取车辆前方包含照明灯和车道线的图像;

车道线特征检测和曲线拟合模块,用于对获取到的图像进行预处理,并进行车道线特征检测和车道线曲线拟合,得到车道线曲线;

车道线缺失判断模块,用于根据车道线特征检测以及曲线拟合情况判断车道线是否缺失;

光源拟合模块,用于基于所得图像中包含的多个照明灯光源,利用椭圆拟合原理拟合照明灯光源轮廓,并确定出各个照明灯光源的中心点位置坐标;

照明灯光源拟合模块,用于利用最小二乘法对所得的多个照明灯光源的中心点进行曲线拟合,得到照明灯光源拟合曲线;

车道线补偿模块,用于利用照明灯光源拟合曲线对车道线曲线进行补偿;

以及姿态调整模块,用于计算车辆轴线与车道线夹角,即车辆正常行驶需要调整的夹角。