基于機器視覺的輔助駕駛系統設計與開發

1 引言

基于機器視覺的輔助駕駛系統旨在提高駕駛員的環境感知能力，通過輔助系統監測外界環境，并在非安全情況及時向駕駛員發出預警，從而使人—車—路系統更加穩定、安全、可靠，提高汽車的安全性能。

開發基于機器視覺的輔助駕駛系統時，需要面對以下難點：

（1）系統算法復雜，代碼繁多。機器視覺主要是借助攝像頭采集外界信息并將其轉換為數字圖像信號進行處理，面對不同的外界環境和檢測目的，致使系統需要處理的針對點不一樣，因此，使得整個系統在算法方面異常復雜，開發過程緩慢。

（2）測試環境要求苛刻。在系統開發后期，測試其性能并進行整改是整個研發過程中的關鍵步驟之一。相比較于其他汽車電子產品，基于機器視覺的輔助駕駛技術產品在測試時需要考慮兩點因素：第一，實車試驗時，駕駛員的安全是否能夠得到保障；第二，測試過程需要有效、可信、可從復，便于及時發現問題并進行整改。

在開發基于機器視覺輔助駕駛系統過程中，如果能把上述難題順利解決，將為以后基于機器視覺的輔助駕駛技術產品研發做好鋪墊，提高輔助駕駛技術產品的開發效率，促進輔助駕駛技術產品早日投入量產，最終提高汽車的安全性能。
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2 設計背景和設計原則

針對以上在機器視覺輔助駕駛系統研發及測試過程中存在的問題，考慮到NI公司的EVS和PXI平臺出色的圖像處理能力及強大的實時仿真測試功能，采用LabVIEW編程語言，通過VeriStand開發平臺集成仿真測試模型，設計了一套基于NI EVS和PXI的機器視覺輔助駕駛開發系統。

借助NI EVS平臺可以快速實現基于機器視覺的輔助駕駛功能，這主要是依托NI EVS平臺的如下特點：

（1）高性能的多核處理器，2GB RAM適合快速檢測和大型圖像處理；

（2）連接多架相機以實現同步檢測（千兆以太網視覺和IEEE1394標準），可用于多種駕駛輔助功能的開發；

（3）高速I/O通道適合和工業通信，具有強大的擴展能力；

（4）借助視覺生成器配置實現自動檢測，無需進行底層驅動和接口電路的設計開發；

（5）視覺開發模塊Vision Development Module（VDM）集成了大量常見的機器視覺處理基礎模塊，開發人員將集中于集成和應用，快速實現各類的檢測和識別功能；

（6）采用圖形化編程方式，更加便于開發人員進行復雜算法的開發和調試。

當設計人員有新的創意時，運用該系統可以快速將創意實現，提高了系統開發的效率。其中，視覺開發模塊（VDM）可以讓設計人員更多的關注不同算法實現的效果，減少在編程方面的精力投入，通過綜合比較，進一步提高系統的性能。

借助NI PXI平臺可以在有效、可信、可從復的環境下對系統進行測試，以便及早發現問題并整改。NI PXI平臺在以下幾個方面具有獨特的優勢：

（1）提供圖形化軟件開發環境和良好的人機交互元素，重點關注應用程序開發，無需關注底層驅動，人機界面易開發；

（2）良好的實時性，保證數據采集和測試的時序要求和實時性，能夠運行復雜的車輛模型；

（3）系統可靠性、集成度高，可擴展性好；

（4）具有很好開放性和擴展性，能夠集成其他軟件平臺開發的各種模型。

綜合NI EVS和PXI的優點，采用LabVIEW編程語言，通過VeriStand開發平臺集成仿真測試模型，開發了一套基于NI EVS和PXI的機器視覺輔助駕駛系統。

3 系統技術原理和設計架構

針對機器視覺輔助駕駛系統開發所面臨的難題及相應的解決方案可知，設計的系統應具有以下兩個功能：

（1）機器視覺系統的快速開發與實現。借助NI EVS平臺，將預先設定的需求功能通過編程實現，并保證整個硬件系統滿足功能需要。

（2）基于機器視覺的駕駛輔助功能的可信、有效和可重復的測試。借助NI PXI平臺，搭建一套虛擬測試系統，從而測試機器視覺開發部分出現的問題，以便及時整改，提高系統安全性能。

根據上述思想，系統設計原理架構如圖1所示。

圖1 系統設計原理架構圖

如圖1所示，整個平臺分為虛擬測試系統和機器視覺系統兩部分，兩部分由各自的硬件及軟件構成。