一種基於雙目視覺的無人駕駛汽車霧天主動避險的方法與流程
2023-08-04 19:20:11
本發明屬於無人駕駛車輛主動安全領域，尤其涉及一種基於雙目視覺的無人駕駛汽車霧天主動避險的方法。
背景技術：
近年來，我國汽車產業一直高歌猛進，發展勢頭迅猛。汽車智能化，汽車信息化，無人駕駛等汽車行業先進領域發展快速，利用雙目視覺系統，模仿人的眼睛，對汽車行進過程中前方物體進行三維重建的技術也越來越多的應用到無人駕駛汽車當中。對物體進行三維重建的目的主要是用來實現無人駕駛汽車的主動避險。
雙目視覺系統屬於仿真生物視覺系統，屬於計算機視覺領域，傳統的雙目視覺技術是首先對攝像機標定，用來模仿人的雙眼，然後用標定好的攝像機獲取兩張雙目圖像，然後提取兩張圖片上的特徵信息進行立體匹配，最後計算匹配好的同名特徵點或者特徵區域的視差信息，進而反算求出深度信息，最後利用所計算出來的信息進行物體的三維模型重建。
傳統的雙目視覺系統，雖然可以實現但是需要的時間比較長，無法應用於無人駕駛汽車上，為了解決這一問題，採用gpu加速處理圖片以及利用深度學習的方法快速識別物體的技術應運而生，深度學習的算法，主要是選擇和組織合適的神經網絡結構，通過監督學習的方法，控制整個神經網絡，來加快處理一對圖片所需要的時間，然而，這種算法有仍然有比較大的缺陷，在光線較弱的霧天或者反光路面算法容易失效，並且由於物體特徵比較模糊，無法對物體進行識別以及三維重建。進而導致車輛在霧天行駛時，無法有效地避免危險。
技術實現要素：
本發明的目的在於提供一種基於雙目視覺的無人駕駛汽車霧天主動避險的方法，以克服現有技術的不足。
為達到上述目的，本發明採用如下技術方案：
一種基於雙目視覺的無人駕駛汽車霧天主動避險的方法，具體包括以下步驟：
1)、首先通過雙目視覺系統對前方進行拍攝，獲得雙目視覺圖；
2)、對所得雙目視覺圖進行平滑、光順、去噪預處理；
3)、從預處理後的雙目視覺圖中尋找相對清晰的特徵區域，並在gpu並行架構下，計算得到濃密的視差圖；
4)、將得到的視差圖信息反映到灰度空間0～255；
5)、初始灰度值設為h0＝0，並搜索第一幀圖像的灰度的最大值記為h1；
6)、判斷h1是否大於h0；如果否，說明h1＝h0＝0，前方無物體；如果為是，說明前方有物體，並將h1的灰度值賦給h0；
7)、將賦值後的h0與根據汽車行駛速度和制動減速度得到的安全灰度閾值t作比較，如果h0>＝t，說明無人駕駛車輛與物體之間的距離小於安全距離，汽車主動緊急制動避險，如果h0＝t，說明無人駕駛車輛與物體之間的距離小於安全距離，汽車主動緊急制動避險，如果h0＝t，說明無人駕駛車輛與物體之間的距離小於安全距離，汽車主動緊急制動避險，如果h0<t，說明前方物體暫時沒有與無人駕駛汽車相碰的危險，車輛按原速行駛，並繼續對前方進行不斷的循環拍攝與判斷。
步驟1)中獲取的雙目視覺圖指通過雙目視覺系統分別獲取左圖片a和右圖片b。
步驟3)中，從預處理後的雙目圖像中通過深度學習的方法，從深度神經網絡系統中快速尋找相對清晰的特徵區域p0。
步驟4)中，灰度初始值h0是指人為規定的無障礙物時的灰度值，即h0＝0。
步驟4)中視差圖信息與灰度空間值的關係：
以平行配置的雙目視覺系統為例，其視覺系統簡易的計算原理圖如圖2所示：
利用三角形的相似關係可以得出：
左圖片
右圖片
這兩個公式分別是以點o和點o』為坐標原點，左圖片a和右圖片b的向量方向相反，因此視差為：
由上面的公式可以看出視差d與深度z成反比例關係，其他形式的雙目視覺系統不改變其視差與深度的反比例關係，由於d與灰度成正比例關係，因此，灰度與深度z也成反比例關係，即灰度值能夠直接反應物體的深度情況，灰度值越高說明物體越靠近攝像機，灰度值越低說明物體越遠離攝像機。
步驟7)中安全灰度閾值t的計算方法如下：
制動過程中車速為：
t0是開始採取制動到制動開始起作用所需要的時間，v0為採取制動措施前的初始車速，v(0)＝v0,v(t0+t1)＝0；是平均制動減速度；
對車速v(t)進行積分可求出制動距離
引入安全係數λ，λ為實際安全距離e與制動距離s之比，從而實際安全距離可表示為：
e＝λs
把λ＝1時的車距稱為準安全車距，如果前方物體與無人駕駛車輛的距離在準安全車距以上，則可防止車輛與物體相撞，安全起見取λ＝1.2。
步驟2)和步驟3)中雙目視覺圖既可以是在晴天天氣良好情況下拍攝的圖片，也可以是在霧天拍攝的特徵不清晰的雙目圖片。如圖3所示，灰度與距離的關係示意圖，距離越近灰度值越大就是中間那個黑色的，慢慢隨著距離變遠。
將實際安全車距反映到灰度空間0-255，便可得到我們需要的安全灰度閾值t，根據我國交通法規，當能見度小於500米大於200米時，時速不得超過80公裡；能見度小於200米大於100米時，時速不得超過60公裡；能見度小於100米大於50米時，時速不得超過40公裡；能見度在30米以內時，時速應控制在20公裡以下；一般視距10米左右時，時速應控制在5公裡以下；霧天行車的最高時速為80km/h，此時所需的安全距離最大，反映到灰度空間的灰度閾值最小，隨著速度的降低灰度閾值逐漸增大，因此安全灰度閾值是一個隨速度變化而變化的量。