引言

隨著我國國民經濟的發展，汽車擁有量劇增，同時公路建設事業的迅速發展，造成目前公路交通呈現行駛高速化、車流密集化和駕駛員非職業化的趨勢，由汽車碰撞引起的交通事故危害著人民的生命財產安全。根據美國國家公路交通安全管理局（NHTSA）2009年乘用車在交通事故中碰撞位置的統計數據，在各種交通事故中，車輛前部碰撞占到總事故的62％，而這其中多數是由于車道偏離車道所引起的交通事故，因此通過設計汽車車道偏離預警系統有效地減少前向碰撞的發生幾率，可以有效降低公路交通事故的損失。

本文利用SoPC（可編程片上系統）技術設計方式靈活、可裁減、可擴充、可升級、設計周期短的優勢，設計了一種可以靈活配置，易升級維護的車道偏離預警系統。

1 、系統的總體技術路線

根據系統功能需求，將系統的處理流程分為圖像預處理、特征提取、特征判別三個階段，如圖1所示。

（1）圖像預處理。系統通過攝像機獲取車輛行駛前方的車道圖像，通過數字圖像處理技術完成數字圖像的采集、灰度化和濾波增強；

（2）特征提取。利用Sobel邊緣檢測算法完成圖像的邊緣檢測，并以此為基礎利用Hough變換完成車道線檢查；

（3）特征判別。根據檢測出的車道標志線信息，利用邊緣檢測函數EDF做出相關的偏離判決。

2 、系統的硬件設計

基于FPGA的車道偏離檢測系統的硬件組成如圖2所示。系統利用CCD攝像機采集車道圖像，通過視頻模數轉換芯片ADV7181對獲取的視頻進行解碼，得到數字視頻信啟，并將其存儲于SDRAM中供LCD進行顯示，并作為原始信息供之后的圖像信號處理單元完成圖像處理任務，從中提取車道信息。

內嵌于FPGA的軟核處理器Nios II為整個系統的控制核心，完成系統整體軟件流程執行控制、Hough變換、車道檢測以及碰撞預警任務；Nios II處理器通過Avalon交換架構與SOPC系統其他組件完成數據交換和控制。FPGA內部構件的圖像信號處理單元完成對數字圖像信號的預處理、中值濾波除噪、Sobel邊緣檢測等任務，其處理結果作為Nios II進行車道偏離檢測的依據。

外圍存儲器件SDRAM、FLASH、SRAM，SDRAM用以存儲圖像信息，FLASH用以存儲程序以及系統參數配置，SRAMN以存儲軟件暫存數據：系統以按鍵、LCD作為人機接口。

附加邏揖完成系統的其他輔助任務。

3 、軟件流程

3．1 系統軟件流程

車道偏離檢測系統的軟件執行流程圖如圖5所不。上電后，完成初始化，將EPCS中FPGA的相關配置信息及Flash中的程序配置入FPGA，并完成攝像機等系統部件的初始化。

系統完成初始化后，進入車道偏離檢測及預警流程。啟動攝像機開始圖像采集，并調用FPGA內部圖像處理模塊對圖像進行顏色空間轉換、灰度化、中值濾波、邊緣檢測等操作。

程序載入經邊緣檢測的圖像后，將圖像分為左右兩部分進行直線檢測。考慮到在實際應用中，車道接近水平或垂直的幾率極小的事實，同時也為了濾除干擾（如地平線、路邊燈桿、前方車輛邊緣等），在利用Hough變換進行直線檢測的過程中采用了如下策略：在左半部圖像中，方向角在95°～175°之間進行直線檢測；在右半部圖像中，方向角在5°～85°之間進行直線檢測。搜尋過程遍歷整幅圖像，搜尋計算完畢，在累加器A（ρ，θ）中尋找局部極大值，由此確定車道標志線的位置和參數。

調用Hough變換函數進行直線的識別后，如果圖像處理后有可利用的車道信息，進入車道偏離預警及判決過程，車道偏離預警也采用兩級預警機制，當偏離角度大于警告值時，發出聲光警告；當偏離角度小于警告值但大于提醒值時，發出聲光提醒。若經圖像處理后沒有相關車道信息則返回障礙物檢測與碰撞預警流程。

4 、結語

系統充分利用了FPGA的可編程和SoPC系統可重構的特點，系統升級維護非常方便，可以極大地延長系統的生存周期；同時采用以FPGA為核心的單芯片解決方案，外圍電路簡單，可以使系統的體積做得很小；另外，本系統還可通過自定義模塊、自定義指令、C2H等方式進行加速，其思想都是以犧牲硬件資源換取運算速度的提升。通過加速，可以做到圖像處理的實時性要求，從而進一步提高車道偏離檢測系統的實時性，提高系統的實用性。

責任編輯：gt