一种基于单芯片的车道偏离提醒装置，包括FPGA芯片单元、数字摄像机以及外部通讯控制器。FPGA芯片单元用于控制数字摄像机的工作；当FPGA芯片单元得到数字摄像机的图像信息后，在FPGA芯片单元中完成所有车道偏离提醒的计算任务，然后通过FPGA单元控制外部通讯控制器实施告警。本发明专利技术利用可编程逻辑门阵列FPGA芯片的大规模并行工作特性使车道偏离提醒的视觉任务在一块芯片内部快速完成，又具有可重构的特性进，而使系统性能升级和拓展变的很灵活。
【技术实现步骤摘要】
本专利技术主要涉及到车辆主动安全系统领域，特指一种能在可编程逻辑门阵列 (FPGA)上实现的车道偏离提醒装置。
技术介绍
随着汽车工业的日益发展，汽车越来越成为社会生产与日常生活中的重要组成部分。与此同时，汽车的安全问题也逐渐成为人们关注的焦点。根据统计，道路交通事故中大约有75%是由于人为失误导致的，而在这些人为导致的事故中，又有19%是由于无意识的车道跑偏导致的二6%是由于前向追尾导致的。这两类事故的发生都直接与驾驶员的精神状态有关，最终表现为驾驶员对车辆运行环境估计不准和驾驶员的反应滞后等。目前，有从业者相续研发或者已经推出了相关研究成果，比如“车道偏离提醒装置”。这种“车道偏离提醒装置”的目的就是对驾驶员精神不集中时无意识的车道偏离行为进行提醒，让驾驶员及时纠正行车路线，避免发生车祸。现有的技术成果中，存在各种形式的设计。例如，中国专利申请号为20071013321. 9的技术方案，它主要通过C⑶摄像机得到模拟信号，然后经过模数转化芯片得到数字信号，采用了 DSP(Digital Signal Processor) 作为其核心处理器；当处理完后再通过数模转换成模拟信号进行显示。类似的还有中国专利申请号为200720088218. 2的专利，也是以DSP (Digital Signal Processor)作为核心处理器，通过模数转化芯片把模拟摄像机的信号转换成数字信号后进行处理。在上述两个技术方案中，均是采用DSP作为处理芯片，DSP(Digital Signal Processor)虽然在处理数字信号的能力上有一定的增强，但是DSP基于哈佛串行计算结构的本质并没有改变，运算的时间随着数据量的增大而成指数增长，难以满足在实时性要求较高的场合使用；而且，模拟信号到数字信号的转换也需要额外的时间。再比如，中国专利申请号为201010033968.6的技术方案，是一种基于并行处理的快速车道线检测装置，其通过构造并行的处理单元(PE)阵列和两个专用的精简指令集 (RISC)微处理器系统来实现快速的车道线检测。这个装置的好处是效率很高，但是缺乏通用性，算法的实现受制于硬件的结构，没有办法对图像处理算法进行更新。
技术实现思路
本专利技术要解决的技术问题就在于针对现有技术存在的技术问题，本专利技术提供一种利用可编程逻辑门阵列FPGA芯片的大规模并行工作特性使车道偏离提醒的视觉任务在一块芯片内部快速完成，又具有可重构的特性，进而使基于单芯片的车道偏离提醒装置的系统性能升级和拓展变的很灵活。为解决上述技术问题，本专利技术采用以下技术方案一种基于单芯片的车道偏离提醒装置，其特征在于包括FPGA芯片单元、数字摄像机以及外部通讯控制器。所述FPGA芯片单元用于控制数字摄像机的工作；当FPGA芯片单元得到数字摄像机的图像信息后，在FPGA芯片单元中完成所有车道偏离提醒的计算任务，然后通过FPGA芯片单元控制外部通讯控制器实施告警。作为本专利技术的进一步改进所述FPGA芯片单元包括自定义功能逻辑单元和软处理器单元，所述自定义功能逻辑单元用来对目标图像进行中值滤波和边缘二值化，并对二值化图像进行Hough变换， 得到图像中所有直线的位置信息；所述软处理器单元用来对直线进行匹配、筛选，得到车道线位置，并对车体与车道线之间的关系进行判断，根据告警策略给出告警信息；所述自定义功能逻辑单元获得软处理器单元给出的告警信息，并把该信息传递给外部通讯控制器。所述自定义功能逻辑单元进行中值滤波和边缘二值化的步骤为所述数字摄像机的数据随着系统时钟依次流水进入卷积结构中，通过行移位寄存器和触发器，得到图像中相邻3X3窗口中的数据；然后对这些数据在自定义功能逻辑单元中进行中值滤波或者边缘检测处理。所述自定义功能逻辑单元进行Hough变换时，首先记录边缘图像中边缘点的位置，然后根据FPGA并行运算的特点，采用分区域的方式同时实现多组Hough变换，在每一组 Hough变换的实现过程中，采用流水线的结构。所述Hough变换的具体步骤为(1)设置初始参数，所述初始参数包括初始消失点位置(Xo，yo)、并行度η、约束范围P;(2)对实时采集的图像进行预处理得到边缘图像Iiedge，对边缘图像Iiedge进行坐标平移已知上一帧图像的消失点位置(Xh，Yi^1), 以该点为坐标原点的坐标系Px2re来替换传统以图像左上角为原点的坐标系PX1Y1，实现坐标平移；(3)在P·中进行并行Hough变换运算；对于第i帧图像，通过公式P = (x-xi_1)Xcos(0) + (y-yi_1)Xsin(0 )得到 ρ，当 ρ 满足约束 | P | < P，则保存参数(θ， P)，否则就舍去；(4)找出参数空间中的极大值位置，得到对应的直线，即需要检测的车道线；更新当前帧的消失点(Xi，yi) ； (5)转到步骤O)，进行下一帧图像的处理。所述外部通讯控制器为CAN控制器。与现有技术相比，本专利技术的优点在于1、本专利技术采用FPGA作为核心处理单元，通过并行的系统架构和与之相适应的高度并行的算法，可以实现在不同环境下车道线的快速识别与跟踪；2、本专利技术采用了数字CMOS摄像机作为传感器。与模拟摄像机相比，数字摄像机的数据不需要通过模数转换芯片进行转换就能够直接使用，节省了处理环节和处理时间，降低了系统风险；3、本专利技术的所有算法在一块FPGA芯片上实现，整个系统中软、硬件修改灵活，具有逻辑可重构功能，通过软件就可以达到硬件升级的目的，从而使系统功能拓展和系统升级变的很灵活；4、本专利技术整个系统在一块芯片上完成，其具有结构简单、环节少、体积小、重量轻、 功耗低等优点，可以直接安装到各种车辆中作为汽车辅助驾驶系统使用，具有很高的经济效益。附图说明图1是本专利技术车道偏离提醒装置的框架结构示意图；图2是本专利技术中FPGA芯片单元与数字摄像机连接的框架结构示意图3是FPGA芯片单元通过CAN控制器实现CAN通讯的接口结构示意图；图4是本专利技术中的系统功能流程图；图5是自定义功能逻辑单元实现中值滤波和边缘二值化的结构图；图6是自定义功能逻辑单元实现并行Hough变换检测直线的结构图；图7是自定义功能逻辑单元中并行Hough变换的流程图；图8是消失点分布状态统计示意图；其中8 (a)为车辆换道过程中消失点位置变化状态图，8(b)是消失点位置变化分布模型图；图9是本专利技术中的告警策略示意图。具体实施例方式以下将结合说明书附图和具体实施例对本专利技术做进一步详细说明。如图1所示，本专利技术基于单芯片的车道偏离提醒装置，包括FPGA芯片单元、数字摄像机以及外部通讯控制器，外部通讯控制器可以采用CAN控制器，FPGA芯片单元用于控制数字摄像机的工作和系统的所有计算任务；当FPGA芯片单元得到数字摄像机的图像信息后，在FPGA芯片单元中完成所有车道偏离提醒的计算任务，结合CAN控制器得到的车体信息，根据告警策略，当发现车辆即将发生越道事件时，通过CAN控制器向CAN总线发出告警信息，从而实现车道偏离告警的功能。本实施例中，数字摄像机可以直接采用Melexis公司的数字摄像机(75307) ；FPGA 芯片单元可以采用Xilinx公司的Spatarr^adsp或更高资源的替代产品；外部通讯CAN控制器为Microchip本文档来自技高网...
【技术保护点】
１．一种基于单芯片的车道偏离提醒装置，其特征在于：包括ＦＰＧＡ芯片单元、数字摄像机以及外部通讯控制器，所述ＦＰＧＡ芯片单元用于控制数字摄像机的工作；当ＦＰＧＡ芯片单元得到数字摄像机的图像信息后，在ＦＰＧＡ芯片单元中完成所有车道偏离提醒的计算任务，然后通过ＦＰＧＡ芯片单元控制外部通讯控制器实施告警。
【技术特征摘要】
【专利技术属性】
技术研发人员：安向京，商尔科，潘升东，张文超，李健，史美萍，戴斌，
申请(专利权)人：中国人民解放军国防科学技术大学，
类型：发明
国别省市：43
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