车道检测的目标:
- 车道形状,包括宽度、曲率等几何参数
- 车辆在车道中的位置,包括横向偏移量,车辆与道路的夹角(偏航角)
车道检测与跟踪一般分为以下几个部分:
- 车辆、道路、相机模型
- 道路特征提取
- 道路参数计算,如曲率,
- 车道跟踪
车辆、道路、相机模型
在现代道路设计中,道路有比较固定的设计模型,因此,对于高速公路等道路类型,车道的几何模型可以以固定的形式表示。
车道弧长、曲率、偏航角、横向偏移量构成车辆与车道几何模型的要素。
车道一般由直线、圆弧和缓和曲线构成,缓和曲线通常是不同曲率的圆弧或直线的连接过渡,其曲率均匀变化,螺旋曲线是缓和曲线常用形式。
道路曲率与弧长(路长)的关系:
C = C0 + C1*L.
C0为起始点曲率,C1为曲率变化率。C0,C1都为0时,直线; C1为0时,C0不为0,圆弧;C1不为0时,缓和曲线。
在世界坐标系下,或俯视图下,在相机可视范围内,若车道的变化方向较小,则道路可用圆弧近似表示:
道路的坐标可以由弧长和曲率一般表示为:
y = L
x = 0.5CL^2
若相机与车道的横向偏移量为d,与车道的夹角为a,则车道模型为
y = L
x = d + aL + 0.5C*L^2
从公式来看,这是一个抛物线模型。这里没有考虑曲率变换率,即忽略了高次项(C1*L^3)/6。
不同的系统要求与道路环境,道路模型的精度要求也不同。在较早的系统里,在大路(highway)环境下,
基于视觉的车道模型经历了,平行直线模型 --> 固定曲率圆弧模型 --> 螺旋曲线模型。道路模型的精度不断提高。
使用哪种模型,要根据系统的实际需求。如早期的系统里,检测大路(highway)中10米内的车道状况,应用简单的线性模型即可。而车道偏离告警(LDW)系统中,在高速公路上,需要30米-40米的精确的道路模型,这时,螺旋曲线(高阶)或抛物线(二阶)模型就更为精确。