CN103456182B

CN103456182B - 一种基于测距传感器的道路边缘检测方法及其系统

Info

Publication number: CN103456182B
Application number: CN201310403389.XA
Authority: CN
Inventors: 杨国青; 李红; 高辉; 逄伟; 刘健全; 吴朝晖
Original assignee: Zhejiang University ZJU
Current assignee: Zhejiang University ZJU
Priority date: 2013-09-06
Filing date: 2013-09-06
Publication date: 2015-10-21
Anticipated expiration: 2033-09-06
Also published as: CN103456182A

Abstract

本发明公开了一种基于测距传感器的道路边缘检测方法及其系统，包括用于获得输入测距数据的测距传感器装置；用于处理分析输入测距数据的处理器，所述处理器通过对获得的所述测距数据进行处理分析，检测出具有高度差特征的道路边缘区域数据；然后对提取出来的道路边缘区域数据进行曲线拟合，得到车辆距道路边缘的水平实时距离；同时处理器根据测距传感器在探测道路边缘前后的稳定数据值，计算得出所述道路边缘的高度。当水平实时距离s小于设定的阈值时，报警装置提示报警。本发明通过安装在车身侧方位的测距传感器对路面实时探测距离来判断是否存在道路边缘，并计算道路边缘高度和车辆距道路边缘水平实时距离，具有稳定普遍的适用性。

Description

一种基于测距传感器的道路边缘检测方法及其系统

技术领域

本发明涉及道路边缘检测技术领域，尤其涉及基于测距传感器的道路边缘检测方法及其系统。

背景技术

道路边缘检测系统用于提醒驾驶员在车辆行驶路径中道路边缘的存在，或是在自动巡航时为车载系统提供可行的行车区域。目前典型的道路边缘检测系统是采用基于视觉分析的技术，对从摄像装置中获得的路面边缘图像进行图像处理分析，进而识别出道路边缘。但由于来自树、建筑物等的阴影或天气(阴雨、黑夜等)等外界环境的影响，会严重影响视觉系统对所获得的图像数据分析的正确性，使其无法正确快速识别出道路边缘，使得该类道路边缘检测系统对复杂路况和复杂天气下的适应性不够，无法在实际车辆行驶中使用。

发明内容

为解决上述问题，本发明提供了一种基于测距传感器的道路边缘检测方法及其系统，以解决现有技术中对于复杂路况和复杂天气下无法对道路边缘作出正确识别的缺点。

为实现上述目的，本发明的技术方案为：

一种基于测距传感器来检测道路边缘的方法，包括如下步骤：

S10：设置本次行驶测距传感器的测距数据基准值B；

S20：使用测距传感器装置来实时获得测距数据；

S30：通过对获得的所述测距数据进行处理分析，检测出具有高度差特征的道路边缘区域数据；

S40：通过对道路边缘区域数据进行曲线拟合，得到在测距传感器探测到道路边缘后进入稳定数据区域之前的车辆距道路边缘的水平实时距离s；

S50：根据测距传感器在探测道路边缘前后的稳定数据值，计算得出所述道路边缘的高度h，公式如下：

h = \frac{H * (L_{1} - L_{2})}{L_{1}}

其中，H为测距传感器探头安装距地高度，L₁为探测到道路边缘之前的稳定数据值，L₂为道路边缘探测结束后的稳定数据值。

进一步的，所述测距传感器固定于车身侧面距地面一定高度处，探头方向为斜向下朝向道路边缘。

进一步的，所述步骤S10包括：

S11：在车辆上路行驶最初阶段，将测距传感器探测的稳定数据值L与基准值Z比较，校正生成本次行驶基准值B，所述基准值Z为车辆静止状态下测距传感器获得的数据值。

进一步的，所述步骤S11中包括：将基准值Z与稳定数据值L进行比较，如果相差在允许阈值之内，则采用L为本次基准值B；如果相差大于阈值，由外部决定选择哪一个作为基准值B或重新计算L；

进一步的，所述步骤S30还包括步骤：

对获得的测距数据进行判断，当测距数据在短时间内迅速减小又恢复到原基准值，该区域数据为路面障碍物区域数据；

当测距数据随着车辆向边缘的逐渐靠近/远离，呈现一个连续的数据变化，并最终变为一个稳定的数值时，该区域数据为具有高度差特征的道路边缘区域数据。

进一步的，所述基于测距传感器来检测道路边缘的方法还包括步骤S60：如果水平实时距离s小于设定的阈值时，提示报警。

一种道路边缘检测系统，包括：

用于获得输入测距数据的测距传感器装置；

用于处理分析输入测距数据的处理器MCU，所述处理器MCU将对获得的输入测距数据进行滤波处理；

所述处理器MCU通过对获得的所述测距数据进行处理分析，检测出具有高度差特征的道路边缘区域数据；

所述处理器MCU对提取出来的道路边缘区域数据进行曲线拟合，得到在测距传感器探测到道路边缘后进入稳定数据区域之前的车辆距道路边缘的水平实时距离s；

所述处理器MCU根据测距传感器在探测道路边缘前后的稳定数据值，计算得出所述道路边缘的高度h，公式如下：

h = \frac{H * (L_{1} - L_{2})}{L_{1}}

进一步的，该道路边缘检测系统还包括：用于发出警告信号的报警装置，所述处理器MCU检测到水平实时距离s小于设定的阈值时发送报警信息给报警装置，所述报警装置接受到报警信息后发出警告信号。

进一步的，该道路边缘检测系统还包括：输出装置，所述输出装置与处理器MCU相连，用于显示道路边缘在目前侧方向水平距离、道路边缘高度以及以目前速度到达道路边缘的时间。

本发明基于测距传感器的道路边缘检测方法及其系统取得的有益效果：(1)通过安装在车身侧方位的测距传感器对路面实时探测距离来判断是否存在道路边缘，并计算道路边缘高度和车辆距道路边缘水平实时距离；(2)该方法可以不受来自树、建筑物等的阴影或天气(阴雨、黑夜等)等外界环境因素的影响，具有稳定普遍的适用性。

附图说明

图1是本发明的方法流程示意图。

图2是本发明的测距传感器装置安装在车身上的示意图。

图3是本发明一实施例中常规路面下的波形图。

图4是本发明一实施例中道路边缘检测系统工作流程图。

图5是本发明一实施例中遇到障碍物时的波形图。

图6是本发明一实施例中靠近道路边缘时的波形图。

图7是本发明一实施例中传感装置作用区域在道路边缘前后的模型图。

图8是本发明一实施例中传感装置作用区域在道路边缘中的模型图。

图9是本发明道路边缘检测系统的原理图。

具体实施方式

为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。

图2中示出了用于道路边缘检测的测距传感器装置在车身上的安装位置及作用情况。测距传感器的发射/接收装置要安装固定在车身前方右侧位置，距离路面有一定高度并以斜向下某一角度朝向车辆右侧(或右前方)区域。其中，安装高度和角度根据车辆自身情况确定，安装在车身右侧是基于中国道路靠右行驶规则便于检测右侧道路边缘情况。发射/接收装置固定后，便可获得一个较稳定的测距值，即从发射器发出信号到接收器回收到该信号所用时间计算得出的距离值。如图2所示，这个稳定的测距值作为车辆安装该道路边缘检测系统后的基准值Z。

图3示出了本实施例工作流程图，在车辆启动后道路边缘检测系统开始工作。具体工作流程如下叙述：

测距传感器在不同材质路面、不同温度天气下的路面测距值会有轻微差别。在车辆行驶的最初阶段(要保证传感器的测距数据是来自路面而非道路边缘或障碍物)，需要通过测距传感器获得一个较为稳定的值L。然后，将基准值Z与L进行比较，如果相差在允许阈值之内，则表示是正常的出入，则采用L为本次基准值B。如果相差大于阈值则需要考虑是否是发射/接收装置出现松动或测距数据并非平坦路面，由驾驶员决定选择哪一个作为基准值B或者重新计算L。

得出的基准值B将作为判断障碍物及道路边缘的重要参考值。车辆在行驶过程中，测距传感器将实时获得的测距数值传给处理器MCU进行处理分析。

首先，处理器对获得的输入测距数据进行滤波处理，除去由于不确定原因引起的陡然突变数据。

然后，处理器分离出数据中的障碍物情况和道路边缘情况。图4、图5分别是本实施例中系统实际测试中遇到障碍物和靠近道路边缘时的波形图。障碍物和道路边缘两者在数据表现特征上有明显的区别。在探测到障碍物时，通常都是测距值瞬间减小，在障碍物过去后又瞬间增大变为原先基准值。而道路边缘的数据表现特征是随着车辆向边缘的逐渐靠近/过离，呈现一个连贯的曲线特征，并最终变为一个稳定的数值。

若在输入测距值中检测到具有道路边缘特征的数据，处理器便提取出来其中的道路边缘区域(图5中A点与B点之间)数据，并对其特征曲线进行拟合计算出道路边缘高度以及距其水平实时距离参考值。其中，A点为测距传感器刚探测到路面边缘测距值即将变小时的时刻点，B点为测距值从不断变小到稳定的时刻点。

如图6所示，根据相似三角形原理，可以求得道路边缘高度值h：

h = \frac{H * (L_{1} - L_{2})}{L_{1}}

其中，H为测距传感器探头安装距地高度，L₁为探测到道路边缘之前的稳定数据值，L₂为道路边缘探测结束后的稳定数据值；

通过对道路边缘区域内的数据进行处理，可以得到在测距传感器探测到道路边缘后进入稳定数据区域之前(图5中B点时刻)的车辆距道路边缘的水平实时距离s。这里假设在图5中A点时的车辆水平行驶(朝向道路边缘方向的行驶)速度为v₀，水平加速度为a(假设水平加速度固定)，此时时间t=0。

如图7所示。

d = v_{0} t + \frac{1}{2} {at}^{2},

其中a和v₀未知。

D = \sqrt{{L_{1}}^{2} - H^{2}},

其中L₁已知，H已知，所以D可求得。

水平实时距离s=D-d。

根据相似三角形原理，

可推出

1 = \frac{{sL}_{1}}{D} = \frac{(D - d) L_{1}}{D},

代入d，得

1 = - \frac{{aL}_{1}}{2 D} t^{2} - \frac{v_{0} L_{1}}{D} t + L_{1},

可看出l是一个关于时间t的二次方程，其中a，v₀是未知数。

其中D是车辆在A点时车辆距道路边缘的水平距离，d是车辆在实际t内向道路边缘方向移动的距离，l是车辆在A点与B点之间测距传感器的实时数据值。

根据道路边缘区域的数据特征采用最小二乘法进行曲线拟合，可计算出a和v₀。

所以，水平实时距离

s = D - d = D - v_{0} t - \frac{1}{2} {at}^{2} .

在图5中B点时刻的水平距离s也可以利用相似三角形原理：

\sin θ = \frac{s}{L_{2}} = \frac{D}{L_{1}}

求得，

s = \frac{L_{2} D}{L_{1}} .

若水平实时距离s小于设定的阈值时，则系统提示报警。

图9为道路边缘检测系统的原理图，包括：

用于获得输入测距数据的基于测距传感器装置1；用于处理分析输入测距数据的处理器MCU2，用于发出警告信号的报警装置3，用于显示道路边缘在目前侧方向水平距离、道路边缘高度以及以目前速度到达道路边缘的时间的输出装置4。所述处理器MCU2分别与测距传感器装置1、报警装置3和输出装置4相连。

所述处理器2将对获得的输入测距数据进行滤波处理；通过对获得的所述测距数据进行处理分析，检测出具有高度差特征的道路边缘区域数据；然后对提取出来的道路边缘区域数据进行曲线拟合，得到在测距传感器探测到道路边缘后进入稳定数据区域之前的车辆距道路边缘的水平实时距离s；

同时，根据测距传感器在探测道路边缘前后的稳定数据值，计算得出所述道路边缘的高度h，公式如下：

h = \frac{H * (L_{1} - L_{2})}{L_{1}}

所述处理器检测到水平实时距离s小于设定的阈值时发送报警信息给报警装置3，所述报警装置3接受到报警信息后发出警告信号。

以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims

1.一种基于测距传感器来检测道路边缘的方法，其特征在于，包括如下步骤：

S10：设置本次行驶测距传感器的测距数据本次行驶基准值B；

S20：使用测距传感器装置来实时获得测距数据；

h = \frac{H * (L_{1} - L_{2})}{L_{1}}

2.根据权利要求1所述的检测道路边缘的方法，其特征在于，所述测距传感器固定于车身侧面距地面一定高度处，探头方向为斜向下朝向道路边缘。

3.根据权利要求2所述的检测道路边缘的方法，其特征在于，步骤S10包括：

4.根据权利要求3所述的检测道路边缘的方法，其特征在于，步骤S11中包括：

将基准值Z与稳定数据值L进行比较，如果相差在允许阈值之内，则采用L为本次行驶基准值B；如果相差大于阈值，由外部决定选择哪一个作为本次行驶基准值B，或重新计算L。

5.根据权利要求1所述的检测道路边缘的方法，其特征在于，步骤S30还包括：

6.根据权利要求1-5中任一项所述的检测道路边缘的方法，其特征在于，还包括以下步骤：

S60：如果水平实时距离s小于设定的阈值时，提示报警。

7.一种道路边缘检测系统，其特征在于，包括：

用于获得输入测距数据的测距传感器装置；

h = \frac{H * (L_{1} - L_{2})}{L_{1}}

8.根据权利要求7所述的道路边缘检测系统，其特征在于，还包括：用于发出警告信号的报警装置，所述处理器MCU检测到水平实时距离s小于设定的阈值时发送报警信息给报警装置，所述报警装置接受到报警信息后发出警告信号。

9.根据权利要求7或8所述的道路边缘检测系统，其特征在于，还包括：输出装置，所述输出装置与处理器MCU相连，用于显示道路边缘在目前侧方向水平距离、道路边缘高度以及以目前速度到达道路边缘的时间。