自动驾驶空闲车道实时识别系统以及方法

技术领域

本发明涉及自动驾驶领域，尤其涉及一种自动驾驶空闲车道实时识别系统以及方法。

背景技术

自动驾驶汽车(Autonomous vehicles；Self-driving automobile)又称无人驾驶汽车、电脑驾驶汽车、或轮式移动机器人，是一种通过电脑系统实现无人驾驶的智能汽车。在20世纪已有数十年的历史，21世纪初呈现出接近实用化的趋势。

自动驾驶汽车依靠人工智能、视觉计算、雷达、监控装置和全球定位系统协同合作，让电脑可以在没有任何人类主动的操作下，自动安全地操作机动车辆。

2019年9月，由百度和一汽联手打造的中国首批量产L4级自动驾驶乘用车即红旗EV，获得5张北京市自动驾驶道路测试牌照。9月22日，国家智能网联汽车(武汉)测试示范区正式揭牌，百度、海梁科技、深兰科技等企业获得全球首张自动驾驶车辆商用牌照。2019年9月26日，百度在长沙宣布，自动驾驶出租车队Robotaxi试运营正式开启。

而在美国，谷歌自动驾驶汽车于2012年5月获得了美国首个自动驾驶车辆许可证，预计于2015年至2017年进入市场销售。2014年12月中下旬，谷歌首次展示自动驾驶原型车成品，该车可全功能运行。2015年5月，谷歌宣布将于2015年夏天在加利福尼亚州山景城的公路上测试其自动驾驶汽车。

发明内容

为了解决现有技术中的技术问题，本发明提供了一种空闲车道实时识别系统，引入定制测距设备，在汽车后端物体接近过快时，控制汽车自动行驶到周围的空闲车道，以避免汽车进入危险状态；其中，还引入针对性的空闲车道识别机制，根据周围车辆的左右分别情况有效识别出汽车周围的空闲车道。

为此，本发明需要具备以下几处重要的发明点：

(1)引入定制测距设备，在汽车后端物体接近过快时，控制汽车自动行驶到周围的空闲车道，以避免汽车进入危险状态；

(2)引入针对性的空闲车道识别机制，根据周围车辆的左右分别情况有效识别出汽车周围的空闲车道。

根据本发明的一方面，提供了一种空闲车道实时识别系统，所述系统包括：

超声波探头，设置在汽车的后端，用于检测距离汽车的后端最近的物体的距离以作为实时后端距离输出；

计时设备，设置在汽车车内，用于为汽车内的各个电子部件提供计时用的参考信号；

接近分析设备，采用CPLD芯片来实现，分别与所述超声波探头和所述计时设备连接，用于在所述实时后端距离在单位时间内缩小的速率超限时，发出物体接近信号；

复合摄像机构，设置在汽车的车顶上，包括支撑架、左侧摄像头、右侧摄像头和图像复合设备，所述左侧摄像头和所述右侧摄像头分别对汽车的两侧进行图像数据采集以分别获得左侧实时图像和右侧实时图像；

所述图像复合设备分别与所述左侧摄像头和所述右侧摄像头连接，用于将所述左侧实时图像和所述右侧实时图像执行拼接以获得拼接处理图像；

所述左侧摄像头包括多个像素，每一个像素与一个平滑稳压电路连接，所述平滑稳压电路仅在对应像素的输出信号发生突变时工作，在对应像素的输出信号未发生突变时进入省电模式；

所述右侧摄像头包括多个像素，每一个像素与一个平滑稳压电路连接，所述平滑稳压电路仅在对应像素的输出信号发生突变时工作，在对应像素的输出信号未发生突变时进入省电模式；

车道检测设备，设置在汽车车内，与所述图像复合设备连接，用于对接收到的拼接处理图像执行车辆目标的检测，以获得所述拼接处理图像中的各个车辆目标，并根据所述各个车辆目标在所述拼接处理图像中的左右位置，确定当前汽车附近的空闲车道；

行驶控制设备，分别与所述车道检测设备和所述接近分析设备连接，用于在接收到所述物体接近信号时，控制汽车切换行驶到所述空闲车道；

其中，在所述车道检测设备中，确定的当前汽车附近的空闲车道为左侧车道或右侧车道。

根据本发明的另一方面，还提供一种空闲车道实时识别方法，所述方法包括：使用空闲车道实时识别系统以在汽车后端物体接近过快时控制汽车自动行驶到周围的空闲车道。

本发明的空闲车道实时识别系统以及方法运行可靠、控制有效。由于能够在危险来临之前及时识别到周围的空闲车道并进行车道的自动切换，从而帮助汽车快速脱离危险区域。

附图说明

以下将结合附图对本发明的实施方案进行描述，其中：

图1为根据本发明实施方案示出的空闲车道实时识别系统所应用的多车道场景示意图。

具体实施方式

下面将参照附图对本发明的空闲车道实时识别系统以及方法的实施方案进行详细说明。

车道，又称行车线、车行道，是用在供车辆行经的道路。在一般公路和高速公路都有设置，高速公路对车道使用带有法律上的规则，例如行车道和超车道。

高速公路经常设不同车道，有不同的用途：

行车道：除超车道以外的其他车道，供行驶使用。有多条行车道时，建议尽量靠外行。

超车道(香港地区俗称快线)：这条道在实行右侧通行的国家地区(如：中国大陆、欧洲大陆国家)为最左车道；在实行左侧通行的国家地区(如：英国、澳大利亚、日本等)则为最右车道。在右侧通行国家地区，通常禁止右侧超车；在左侧通行的国家地区，则禁止左侧超车。一般来说，车辆不应该长期占用超车道；在车流量大，以致各车道车速相差不大时，建议少换道。并在没有车要换入本车道时，允许行车道段短时间快于超车道。在一些地区(例如香港)，长期占用超车道或者超车之后不按照规定驶回行车道的车辆将被处罚。美国许多地方法规规定从右边超车要被处罚，但事实上不一定有执行该法，而有些地方(例如纽约州)规定从左边或右边车道超车都可以；而香港地区，于左侧行车线超车是违法的。中国台湾将超车道称为内侧车道。中国大陆根据新的道路法律不再于高速路上新设超车道，并在高速公路改造时，逐步取消超车道。

高乘载车道：在某些地方，内侧车道会作为高乘载车道，意即需要有一定人数乘坐的车辆才能使用，中国台湾曾于年节假期实施3人以上小客车方能使用内侧车道的规定，现今在中山高速公路五股杨梅高架桥的五股至中坜路段，内侧车道为高乘载车道。

目前，在道路行驶中，由于各个驾驶员的开车经验的不同以及开车习惯的不同，汽车的行驶环境千差万别，汽车的驾驶员只能人工处理自己的行驶模式以保证自身车辆的行驶安全，但对于周围车辆的驾驶员的危险驾驶行为往往手足无措。

为了克服上述不足，本发明搭建了一种空闲车道实时识别系统以及方法，能够有效解决相应的技术问题。

图1为根据本发明实施方案示出的空闲车道实时识别系统所应用的多车道场景示意图。

根据本发明实施方案示出的空闲车道实时识别系统包括：

超声波探头，设置在汽车的后端，用于检测距离汽车的后端最近的物体的距离以作为实时后端距离输出；

计时设备，设置在汽车车内，用于为汽车内的各个电子部件提供计时用的参考信号；

接近分析设备，采用CPLD芯片来实现，分别与所述超声波探头和所述计时设备连接，用于在所述实时后端距离在单位时间内缩小的速率超限时，发出物体接近信号；

复合摄像机构，设置在汽车的车顶上，包括支撑架、左侧摄像头、右侧摄像头和图像复合设备，所述左侧摄像头和所述右侧摄像头分别对汽车的两侧进行图像数据采集以分别获得左侧实时图像和右侧实时图像；

所述图像复合设备分别与所述左侧摄像头和所述右侧摄像头连接，用于将所述左侧实时图像和所述右侧实时图像执行拼接以获得拼接处理图像；

所述左侧摄像头包括多个像素，每一个像素与一个平滑稳压电路连接，所述平滑稳压电路仅在对应像素的输出信号发生突变时工作，在对应像素的输出信号未发生突变时进入省电模式；

所述右侧摄像头包括多个像素，每一个像素与一个平滑稳压电路连接，所述平滑稳压电路仅在对应像素的输出信号发生突变时工作，在对应像素的输出信号未发生突变时进入省电模式；

车道检测设备，设置在汽车车内，与所述图像复合设备连接，用于对接收到的拼接处理图像执行车辆目标的检测，以获得所述拼接处理图像中的各个车辆目标，并根据所述各个车辆目标在所述拼接处理图像中的左右位置，确定当前汽车附近的空闲车道；

行驶控制设备，分别与所述车道检测设备和所述接近分析设备连接，用于在接收到所述物体接近信号时，控制汽车切换行驶到所述空闲车道；

其中，在所述车道检测设备中，确定的当前汽车附近的空闲车道为左侧车道或右侧车道。

接着，继续对本发明的空闲车道实时识别系统的具体结构进行进一步的说明。

所述空闲车道实时识别系统中：

所述接近分析设备还用于在所述实时后端距离在单位时间内缩小的速率未超限时，发出距离可靠信号。

所述空闲车道实时识别系统中还可以包括：

分块提取设备，设置在汽车车内，与所述图像复合设备连接，用于对接收到的拼接处理图像执行目标识别，以获得各个目标图像分块和各个非目标图像分块，所述各个目标图像分块和各个非目标图像分块拼凑组成所述拼接处理图像。

所述空闲车道实时识别系统中还可以包括：

维纳滤波设备，与所述分块提取设备连接，用于对每一个目标图像分块执行维纳滤波处理，以获得相应的第一滤波分块，同时对每一个非目标图像分块不执行维纳滤波处理。

所述空闲车道实时识别系统中还可以包括：

导向滤波设备，与所述维纳滤波设备连接，用于对每一个滤波分块执行导向滤波处理，以获得相应的第二滤波分块，同时对每一个非目标图像分块不执行导向滤波处理。

所述空闲车道实时识别系统中还可以包括：

内容拼凑设备，与所述导向滤波设备连接，用于接收各个第二滤波分块和各个非目标图像分块，并将所述各个第二滤波分块和各个非目标图像分块进行拼凑以获得所述拼接处理图像对应的内容拼凑图像。

所述空闲车道实时识别系统中还可以包括：

范围扩展设备，分别与所述车道检测设备和所述内容拼凑设备连接，用于对接收到的内容拼凑图像执行动态范围扩展处理，以获得相应的范围扩展图像并替换所述拼接处理图像发送给所述车道检测设备。

所述空闲车道实时识别系统中还可以包括：

光纤通信接口，与所述范围扩展设备连接，用于接收所述范围扩展图像，并基于光纤通信链路发送所述范围扩展图像。

同时，为了克服上述不足，本发明还搭建一种空闲车道实时识别方法，所述方法包括：使用空闲车道实时识别系统以在汽车后端物体接近过快时控制汽车自动行驶到周围的空闲车道。

另外，CPLD具有编程灵活、集成度高、设计开发周期短、适用范围宽、开发工具先进、设计制造成本低、对设计者的硬件经验要求低、标准产品无需测试、保密性强、价格大众化等特点，可实现较大规模的电路设计，因此被广泛应用于产品的原型设计和产品生产(一般在10,000件以下) 之中。几乎所有应用中小规模通用数字集成电路的场合均可应用CPLD器件。CPLD器件已成为电子产品不可缺少的组成部分，它的设计和应用成为电子工程师必备的一种技能。

CPLD是一种用户根据各自需要而自行构造逻辑功能的数字集成电路。其基本设计方法是借助集成开发软件平台，用原理图、硬件描述语言等方法，生成相应的目标文件，通过下载电缆(“在系统”编程)将代码传送到目标芯片中，实现设计的数字系统。

应当理解，本发明的各部分可以用硬件、软件、固件或他们的组合来实现。在上述实施方式中，多个步骤或方法可以用存储在存储器中且由合适的指令执行系统执行的软件或固件来实现。例如，如果用硬件来实现，和在另一实施方式中一样，可用本领域公知的下列技术中的任一项或他们的组合来实现：具有用于对数据信号实现逻辑功能的逻辑门电路的离散逻辑电路，具有合适的组合逻辑门电路的专用集成电路，可编程门阵列 (PGA)，现场可编程门阵列(FPGA)等。

本技术领域的普通技术人员可以理解实现上述实施例方法携带的全部或部分步骤是可以通过程序来指令相关的硬件完成，所述的程序可以存储于一种计算机可读存储介质中，该程序在执行时，包括方法实施例的步骤之一或其组合。

上述提到的存储介质可以是只读存储器，磁盘或光盘等。尽管上面已经示出和描述了本发明的实施例，可以理解的是，上述实施例是示例性的，不能理解为对本发明的限制，本领域的普通技术人员在本发明的范围内可以对上述实施例进行变化、修改、替换和变型。