基于模糊逻辑的前方车辆检测与安全距离控制研究

摘要

随着车辆保有量的增加与车辆性能的提升，交通道路的拥堵现象越来越重，且交通事故率也居高不下，人们对车辆的关注点逐渐从动力性能转到了安全性，智能交通系统也应运而生。智能交通系统是利用信息技术、传感器技术、自动控制理论、人工智能等，将交通、车辆和驾驶者这三个元素有效融合为一体，从而形成一种安全、高效、节能的综合运输系统，是未来车辆与交通发展的趋势。 我国对于车辆主动安全的研究起步较晚，与国外存在较大的差距。且由于酒驾、疲劳驾驶这些现象，使得车辆安全距离主动控制问题有待深入研究和解决。近年来受到国内外许多学者研究的模糊理论，在图像处理以及自动控制方面有着广泛应用。其中数据挖掘由于自身出色的鲁棒性与完备性使得它成为研究噪声识别、图像分割以及车辆识别的有效方法之一。 本文研究了基于视觉图像的前方车辆检测与视觉测距，并设计了根据前方车辆速度距离实现制动控制的主动安全系统，主要可分为以下几方面: (1)研究了基于模糊逻辑的图像预处理方法:通过数据挖掘方法进行噪声识别，并利用模糊加权均值滤波进行混合噪声滤波处理;对滤波后图像使用模糊集合灰度变换进行图像增强处理。 (2)研究了前方车辆特征提取与识别方法:利用基于数据挖掘的图像分割方法对预处理后的图像进行图像分割以便提取出目标区域;对目标区域提取不变矩、轮廓矩与以及矩形度特征，并利用基于数据挖掘的学习方法进行车辆的识别，再对车辆边缘特征参数，对称性参数以及纹理参数利用基于BP神经网络的学习方法进行车辆验证。 (3)研究了前方车辆定位与跟踪的方法:通过图像传感器标定确定其内部参数，确定图像像素纵坐标位置与实际距离的对应关系;利用车辆边缘信息对前方车辆的左右边缘以及上下边缘进行定位，采用目标跟踪方法对车辆边缘进行实时更新，并通过序列图像中车辆的底部边缘计算前方车辆与本车的相对速度。 (4)研究了基于安全距离的车辆主动制动控制方法:通过前车车速与车距建立了安全距离模型;在单轮车辆模型的基础上研究并比较了基于专家PID和模糊PID这两种车辆ABS制动控制策略，最终选择模糊PID方法进行ABS制动控制;在实时安全距离测量与制动控制基础上建立了安全车距控制系统。 本文以模糊理论为方法，对前方车辆识别定位以及基于安全距离的车辆制动控制进行了较为系统的研究，并通过仿真实验验证了系统在不同情况下的制动控制的有效性与实用性。

目录

声明

摘要

1．1引言

1．2国内外车辆检测与主动控制发展现状介绍

1．2．1国内外车辆检测识别技术发展现状介绍

1．2．2国内外智能车辆发展现状介绍

1．3车辆检测与纵向运动控制

1．3．1车辆检测的关键技术

1．3．2车辆纵向运动控制

1．4本文主要工作与创新之处

1．5文章的组织结构

第2章视觉采集图像预处理

2．1模糊逻辑与数据挖掘理论

2．1．1模糊理论基础

2．1．2数据挖掘理论基础

2．2 CCD图像滤波处理

2．2．1 CCD图像传感器的噪声分析与建模

2．2．2传统滤波方法

2．2．3基于小波的阈值滤波方法

2．2．4基于模糊理论的滤波方法

2．2．5基于数据挖掘的噪声识别滤波方法

2．3 CCD图像增强处理

2．3．1直方图均衡化处理

2．3．2基于模糊理论的图像灰度变换

2．4本章小结

第3章前方车辆特征提取与识别研究

3．1 CCD图像分割方法

3．1．1图像分割的阈值选择方法

3．1．2基于路面灰度信息的阈值分割方法

3．1．3基于模糊聚类的图像分割方法

3．1．4基于数据挖掘的图像分割方法

3．2前方车辆感兴趣区域的提取与标记

3．2．1 CCD图像的数学形态学处理与空穴填充

3．2．2区域的标记与感兴趣区域判断

3．3车辆特征参数的选择

3．3．1不变矩、轮廓矩以及矩形度的计算

3．3．2几个车辆特征参数的选择

3．4基于学习的车辆检测技术

3．4．1 BP神经网络学习方法

3．4．2基于数据挖掘技术的学习方法

3．4．3两种学习方法的对比

3．5车辆底部阴影干扰的判断与消除

3．5．1车辆底部阴影干扰的判断

3．5．2车辆底部阴影干扰的消除

3．6对疑似车辆目标进行判断确认

3．6．1前方车辆验证参数选择

3．6．2基于BP神经网络的前方车辆验证

3．7本章小结

第4章前方参数估计以及车辆跟踪研究

4．1基于单目视觉的前方车辆测距

4．1．1测距模型的建立

4．1．2 CCD图像传感器内部参数标定

4．2前方车辆跟踪

4．2．1目标跟踪算法研究现状

4．2．2基于前方车辆边缘信息的车辆定位

4．2．3车辆跟踪算法以及边缘更新

4．3基于序列图像的前方车辆速度估计

4．4本章小结

第5章基于图像的车辆纵向运动控制研究

5．1安全距离模型的建立与分析

5．1．1安全距离模型理论基础

5．1．2安全距离模型计算与分析

5．2车辆ABS防抱死制动控制

5．2．1单轮车辆模型建立

5．2．2基于专家PID的制动控制

5．2．3基于模糊PID的制动控制

5．3基于安全车距的制动控制系统

5．3．1系统设计

5．3．2基于Matlab／Simulink的车辆制动控制仿真实验

5．4本章小结

第6章总结与展望

6．1论文工作总结

6．2本文的不足之处与未来工作展望

参考文献

致谢

攻读硕士学位期间的科研成果及获奖情况