基于图像识别的车辆自动行驶控制系统

摘要

本发明提供一种基于图像识别的车辆自动行驶控制系统，包括车体和设置在车体上的控制系统，控制系统包括具有二值化功能的摄像头、用于监控车体速度的速度传感器、用于控制车体转向的转向舵机、用于驱动车体的电机、用于控制转向舵机和电机的控制器，所述摄像头、速度传感器、转向舵机和电机分别与控制器连接；所述车体还上设有安装支架，安装支架上设有向车体两侧延伸的横梁部；所述摄像头设有两个以上，摄像头分别设置在横梁部上；所述速度传感器设有一个以上，速度传感器设置在安装支架的横梁部上；本发明可实现无人车辆可稳定行驶在车道中间位置的，防止无人车辆在行驶过程中偏移车道。

说明书

技术领域

本发明涉及无人车自动驾驶领域，具体涉及一种基于图像识别的车辆自动行驶控制系统。

背景技术

随着社会的进步，我国居民生活水平不断提高，汽车已成为我们不能缺少的重要交通工具。但由于车辆不断增多，伴随而来的城市拥堵成为了生活中的一大问题，并对我们的出行造成极大的不方便。同时，伴随着智能时代的到来，物联网得到了迅猛发展，交通系统也趋于智能化。而自动驾驶系统将极大的减少城市拥堵问题，自动驾驶汽车对社会、驾驶员和行人均有益处。自动驾驶汽车将能有效减少人为驾驶失误，交通事故发生率几乎可以下降至零，节约交通拥堵成本。

在中国专利申请号为201611214453.X，公告日为2017.05.31的专利文献中公开了一种基于道路识别的自动驾驶系统及方法，所述系统包括摄像头、GPS定位模块、汽车方向盘自动控制装置和微控制单元，所述摄像头、GPS定位模块和汽车方向盘自动控制装置分别与微控制单元相连；所述摄像头有多个，多个摄像头放置在汽车车身各处，用于全方位采集汽车周围环境信息；所述GPS定位模块安装在汽车车身内部，用于采集位置信息；所述微控制单元，用于根据摄像头采集的图像信息，识别出汽车是否偏离正确路线压线行驶，并根据GPS定位模块采集的位置信息，通过方向盘自动控制装置对汽车进行控制，使汽车回到正确的路线上行驶。该发明可以实现无人车的自动驾驶，无需人工干预在特定的公路上行使，以及实现自动驾驶和手动驾驶的切换模式。

但是，该发明的驾驶系统识别汽车是否偏离正确路线时需要通过设置在汽车车身各处的摄像头对汽车周围环境的信息进行采集分析，通过多个摄像头来实现识别，采集的图像信息过多而复杂，因此容易造成信息的混乱而导致识别不准确，且设置多个摄像头使得成本也更高。

发明内容

本发明提供一种基于图像识别的车辆自动行驶控制系统，利用本发明的方案，通过摄像头识别车道走左边线和右边线得出车道中心线来实现无人车辆可稳定行驶在车道中间位置的，防止无人车辆在行驶过程中偏移车道。

为达到上述目的，本发明的技术方案是：一种基于图像识别的车辆自动行驶控制系统，包括车体和设置在车体上的控制系统，控制系统包括具有二值化功能的摄像头、用于监控车体速度的速度传感器、用于控制车体转向的转向舵机、用于驱动车体的电机、用于控制转向舵机和电机的控制器，所述摄像头、速度传感器、转向舵机和电机分别与控制器连接；控制器接通过摄像头获取并二值化处理后的图像，控制器根据图像的灰度识别出车道左边缘和右边缘，取左、右边线之间的中间位置为车道中心线；控制器根据速度传感器反馈的信息调节电机的输出功率；所述车体还上设有安装支架，安装支架的顶端上设有向车体两侧延伸的横梁部；摄像头设置在横梁部上；所述速度传感器设有一个以上，速度传感器设置在安装支架的横梁部上。

以上设置，在车体行进过程中，通过摄像头获取并二值化处理后的图像输送到控制器，控制器根据二值化后的图像识别出车道的左边线和右边线，根据二值化后的图像，识别图像中车道左边缘和右边缘，将左边缘和右边缘确定为车道的左边线和右边线，进而根据左边线和右边线之间的中间位置确定车道中心线，计算车体目前行驶的位置与车道中心线的偏差值，控制器根据偏差值匹配预设的偏差值区间，控制器根据所述偏差值区间控制转向舵机输出偏向指令，根据车体目前行驶的位置，与车道中心线之间的相对位置，若车体目前行为的位置位于车道中心线的左侧，且与车道中心线的偏差值为X，则控制器控制转向电机输出偏向指令向右打角值X；若车体目前行为的位置位于车道中心线的右侧，且与车道中心线的偏差值为X，则控制器控制转向电机输出偏向指令向左打角值X；使得车体向车道中心线靠近，这样，通过该系统可控制车体始终行驶在车道中心线附近，防止车体偏移驶出车道；另外，将摄像头设置在安装支架顶端的横梁部上，因此，设置在高处便于获取图像；同时，将速度传感器设置在安装支架向车体两侧的横梁部上，速度传感器检测车体的速度更加准确。

进一步地，所述控制系统还包括实时操控显示面板，实时操控显示面板设置在车体上，以上设置，实时操控显示面板便于实时获取控制系统的信息。

进一步地，所述速度传感器为增量式速度传感器，这样，便于检测车体行驶速度。

进一步地，所述速度传感器设有两个以上，设置在横梁部的两端，这样，速度传感器分别设置在车体两侧的横梁部上，检测车体速度更加准确，同时，可根据两侧的速度传感器获得的速度值取平均速度，使得速度传感器检测到的车体的速度更加准确。

进一步地，所述安装支架设置在车体的前侧，这样，摄像头获取的车道图像信息更加准确。

进一步地，所述车体的前侧还设有避障单元，避障单元与控制器连接，以上设置，若摄像头获取的二值化图像中的车道内存在障碍物，避障单元检测到车道内的障碍物后输送信号到控制器，控制器控制电机带动车体减速，再根据左边线到障碍物或右边线到障碍物的距离，确定距离较大的一侧，重新规划路线，根据边线到障碍物的距离重新确定车道中心线，控制器控制转向舵机和电机带动车体沿新的中心线行驶，避开车道内的障碍物；车体经过障碍物后，控制器根据摄像头获取的二值化图像重新确认车道中心线。

进一步地，所述避障单元包括超声波传感器和红外传感器，以上设置，由于超声波传感器的有效检测距离较短，可能会导致超声波传感器检测到障碍物时来不及刹车；同时，红外传感器在太阳光照强度大的情况下会变得不灵敏；这样，超声波传感器和红外传感器协同作用，避障灵敏度高，防止车体距离障碍物过近才检测到障碍物，来不及刹车。

进一步地，所述摄像头为野火鹰眼OV7725。

附图说明

图1为本发明的侧视结构示意图。

图2为本发明的主视结构示意图。

图3为本发明中的控制系统的结构框图。

图4为本发明的控制系统的工作流程框图。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施方式对本发明做进一步详细说明。

如图1-图3所示，一种基于图像识别的车辆自动行驶控制系统，包括车体10和设置在车体10上的控制系统，所述车体10设有车轮102，控制系统包括具有二值化功能的摄像头1、用于监控车体速度的速度传感器2、用于控制车体转向的转向舵机3、用于驱动车体10的电机4、用于控制转向舵机3和电机4的控制器5，所述摄像头1、速度传感器2、转向舵机3和电机4分别与控制器5连接；控制器5接通过摄像头1获取并二值化处理后的图像，控制器5根据图像的灰度识别出车道左边缘和右边缘，取左、右边线之间的中间位置为车道中心线；控制器5根据速度传感器2反馈的信息调节电机4的输出功率；所述车体10还上设有安装支架101，安装支架101的顶端上设有向车体1两侧延伸的横梁部1011；所述摄像头1设有两个以上，摄像头1分别设置在横梁部1011的两端；所述速度传感器2设有一个以上，速度传感器2设置在安装支架101的横梁部1011上；在本实施例中，安装支架101为竖直设置在车体10上的柱体，横梁部1011垂直连接在安装支架101的上端。

以上设置，在车体10行进过程中，通过摄像头1获取并二值化处理后的图像输送到控制器5，控制器5根据二值化后的图像识别出车道的左边线和右边线，根据二值化后的图像，识别图像中车道左边缘和右边缘，将左边缘和右边缘确定为车道的左边线和右边线，进而根据左边线和右边线之间的中间位置确定车道中心线，计算车体10目前行驶的位置与车道中心线的偏差值，控制器5根据偏差值匹配预设的偏差值区间，控制器5根据所述偏差值区间控制转向舵机4输出偏向指令，根据车体目前行驶的位置，与车道中心线之间的相对位置，若车体目前行为的位置位于车道中心线的左侧，且与车道中心线的偏差值为X，则控制器控制转向电机输出偏向指令向右打角值X；若车体目前行为的位置位于车道中心线的右侧，且与车道中心线的偏差值为X，则控制器控制转向电机输出偏向指令向左打角值X；使得车体10向车道中心线靠近，这样，通过该系统可控制车体10始终行驶在车道中心线附近，防止车体10偏移驶出车道；另外，将摄像头1设置在安装支架101顶端的横梁部1011上，因此，设置在高处便于获取图像；同时，将速度传感器2设置在安装支架101向车体10两侧的横梁部1011上，速度传感器2检测车体10的速度更加准确。

在本实施例中，设定舵机对中时值为480，舵机最左时舵机值为400，舵机最右时舵机值为560，控制器根据偏差值向舵机输出相反方向的打角指令；如车体目前行驶的位置位于车道中心线的左侧，且与车道中心线的偏差值为50，则控制器控制转向电机输出偏向指令向右打角值50，即舵机值为530。

所述控制系统还包括实时操控显示面板6，实时操控显示面板6设置在车体10上，以上设置，实时操控显示面板便于实时获取控制系统的信息。

所述速度传感器2为增量式速度传感器，这样，便于检测车体10行驶速度。

所述速度传感器2设有两个以上，设置在横梁部101的两端，这样，速度传感器2分别设置在车体10两侧的横梁部101上，检测车体10速度更加准确，同时，可根据两侧的速度传感器2获得的速度值取平均速度，使得速度传感器2检测到的车体的速度更加准确。

所述安装支架101设置在车体1的前侧，这样，摄像头1获取的车道图像信息更加准确。

所述车体1的前侧还设有避障单元7，避障单元7与控制器5连接，以上设置，若摄像头1获取的二值化图像中的车道内存在障碍物，避障单元7检测到车道内的障碍物后输送信号到控制器5，控制器5控制电机4带动车体10减速，再根据左边线到障碍物或右边线到障碍物的距离，确定距离较大的一侧，重新规划路线，根据边线到障碍物的距离重新确定车道中心线，控制器5控制转向舵机3和电机4带动车体10沿新的中心线行驶，避开车道内的障碍物；车体10经过障碍物后，控制器5根据摄像头1获取的二值化图像重新确认车道中心线。

所述避障单元7包括超声波传感器和红外传感器，以上设置，由于超声波传感器的有效检测距离较短，可能会导致超声波传感器检测到障碍物时来不及刹车；同时，红外传感器在太阳光照强度大的情况下会变得不灵敏；这样，超声波传感器和红外传感器协同作用，避障灵敏度高，防止车体距离障碍物过近才检测到障碍物，来不及刹车。

所述摄像头为野火鹰眼OV7725，以上设置，该型号的摄像头具有硬件二值化功能，且二值化效果比较理想，图像处理效果较佳，图像数据采集速度较快，可达150帧每秒；采集输出图像是从左到右输出，没有奇偶长之分，去噪点能力较强，稳定性和微光灵敏度较高，可用于高速行驶过程中对于图像的采集，保证采集图像数据具备一定的清晰度。

如图4所示，本发明的控制系统的工作方法包括以下步骤：

（1）摄像头获取图像，并对图像进行二值化处理。

（2）控制器对二值化后的图像进行识别，识别出二值化后的图像中车道的左边线和右边线，根据车道的左边线和右边线确认车道中心线。

（3）控制器驱动电机，带动车体沿车道中心线行驶，达到预设速度。

（3.1）避障单元检测车道内是否存在障碍物，若检测到车道内存在障碍物，则进入步骤（3.2）；若车道内不存在障碍物则进入步骤（4）。

（3.2）控制器控制电机带动车体减速。

（3.3）根据左边线到障碍物或右边线到障碍物的距离，确定距离较大的一侧，重新规划路线，根据边线到障碍物的距离重新确定车道中心线。

（3.4）控制器控制转向舵机和电机带动车体沿新的中心线行驶，避开车道内的障碍物，经过障碍物后，进入步骤（2）。

（4）速度传感器获取增量，测出车辆的速度，控制器对速度差值进行调整，调节电机，使车辆达到预期的运行速度。

（5）控制器判断车辆是否行驶在图像中的车道中心线上，是则进入步骤（6），否则进入步骤（10）。

（6）计算车辆当前位置与车道中心线的偏差。

（7）控制器驱动转向舵机，根据车辆行驶路线与车道中心线的偏差值，控制转向舵机转动的角度，向车道中心线靠近。

（8）控制器根据速度传感器获取的增量来检测车辆速度，监控车辆在回到车道中心线过程中车辆的速度是否符合预设车速；若车辆速度不符合预设速度，则进入步骤（9）；若车体速度符合预设速度，则进入步骤（10）。

（9）控制器控制电机，将车速调节至预设速度。

（10）转向舵机保持在中位，车辆保持在车道中心线直线行驶，进入步骤（1）。

以上方法，在车体行进过程中，通过摄像头获取并二值化处理后的图像输送到控制器，控制器根据二值化后的图像识别出车道的左边线和右边线，根据左边线和右边线得出车道中心线，计算车体目前行驶的位置与车道中心线的偏差值，控制器根据偏差值匹配预设的偏差值区间，控制器根据所述偏差值区间控制转向舵机输出偏向指令，使得车体向车道中心线靠近，这样，通过该系统可控制车体始终行驶在车道中心线附近，防止车体偏移驶出车道；另外，通过避障单元检测车道内是否存在障碍物，若检测到障碍物，将障碍物与较远一侧边线的视为车道，重新规划车道中心线，从而自动避开车道内的障碍物，实现自动避障的目的；将摄像头设置在安装支架上，便于获取图像；同时，将速度传感器设置在安装支架向车体两侧的横梁部上，速度传感器检测车体的速度更加准确。