毕业设计（论文）-基于昆虫视觉的汽车防撞预警

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1、基于昆虫视觉的汽车防撞预警目录一、研究背景3二、飞行昆虫的视觉感知、处理机制52.1飞行昆虫的感知器官52.2飞行昆虫的信息处理机制52.2.1视(神经)叶[6]52.2.2局部运动检测62.2.3运动场的分析72.3飞行昆虫的避障行为与仿生应用7三、仿生复眼视觉系统的设计实现93.1仿生复眼视觉系统框架93.1.1引言93.1.2仿生复眼视觉系统设计92.3仿生复眼视觉系统工作原理13四、仿生复眼视觉系统中全景图的生成134.1直接拼接算法的提出[10]134.2理论支持14五、仿生复眼视觉系统的标定15六、基于光流场的运动分析166.1运动

2、场和光流场176.2光流场计算186.2.1微分法196.3改进光流算法226.3.1局部结合全局光流算法226.3.2基于相邻帧差的局部结合全局光流算法23七、光流用于视觉测速和定位247.1光流与3D运动的坐标关系247.2基于光流的障碍物检测267.2.1散度旋度法26八、汽车防撞预警系统的搭建[17]308.1引言308.2系统硬件设计318.2.1视频采集前端模块CCD的选择318.2.2数据处理模块--数字信号处理器（DSP）318.2.3视频I/O模块328.2.4逻辑控制模块328.2.5通讯模块338.3预警算法控制策略338

3、.3.1安全距离判定[22]3337基于昆虫视觉的汽车防撞预警九、总结35参考文献3637基于昆虫视觉的汽车防撞预警一、研究背景动物获得外界的信息有90%以上来自眼睛，尽管昆虫复眼及脑结构相比较人眼和人脑而言较为简单，神经元的数量为一万到几十万个，也只是人脑的百万分之一，但昆虫复眼在视物上具有明显的两个特点：(1)昆虫复眼的视野比人眼要开阔，有些昆虫的水平视野范围可达240°，垂直视野范围可达360°，而人眼的视野范围只有180°；(2)昆虫复眼对移动物体的反应十分敏感，如蜜蜂对突然出现的物体的反应时间仅需0.01s，而人眼需要0.05s。所以

4、昆虫的复眼能出色地完成视觉检测任务，尤其是对运动物体的检测。正是由于昆虫复眼视觉的这两个主要特点及其广阔的应用背景，国内外的许多视觉研究工作者都在研究昆虫复眼的视觉机理，并积极把研究成果应用于国防和工程技术领域上。若是把昆虫复眼视觉上大视场和快速运动目标检测机理与CCD摄像系统的高分辨率结合，用于运动目标检测，用于机器人导航、汽车防撞预警等领域，将是一件非常有意义的事情[1]。在20世纪90年代早期,基于生物视觉导航的研究主要集中于陆地移动机器人。受到实验环境和当时电子技术的限制,许多飞行昆虫的视觉指导模型都是在陆地机器人上实验的,并且取得了一

5、些研究成果,例如主动规避障碍、定位导航等,这些成果为基于昆虫视觉的汽车防撞预警系统的研制提供了良好的参考。此领域的一个关键人物Srinivasan[2],他所在的研究小组通过研究蜜蜂的视觉行为,发现蜜蜂通过平衡映射在两侧眼睛上的图像运动的速度(光流)来调节它们的飞行方向。他们在装有一个摄像头和两面镜子的轮式机器人“Corridor-followingrobot”上验证了这个机制。后来这个研究小组的Sobey[3]受到昆虫飞行灵感的启发,提出一种使基于视觉的机器人在混乱的环境中安全行走的算法,并研制出的另外一个机器人“Obstacle-avoid

6、ingrobot”。这种方式可以在汽车防撞预警领域得到很好的应用，尤其是在高速路上的高速行车情况下意义重大[1]。现在，随着汽车电子技术的发展，汽车主动安全技术越来越受重视，汽车主动安全是指事故前的安全，即实现事故预防和事故回避，以避免或减少事故的发生。汽车防撞预警系统作为主动安全技术之一，目的是减少驾驶员的负担和判断错误，对于提高交通安全减少交通事故将起到重要作用。显然，此类技术的研究开发在高速公路防撞领域具有极大的现实意义和广阔的应用前景[4]。汽车防撞技37基于昆虫视觉的汽车防撞预警术主要判断的依据是两车之间的相对距离和相对速度信息，当本

7、车以较高的速度接近前方车辆时，如果两车之间的距离太近，很容易造成追尾事故，因此，常用的汽车防撞系统都将车辆之间的相对距离作为主要检测任务。现有汽车防撞预警系统主要有超声波测距仪、雷达汽车防撞预警系统。目前，各种激光雷达测距仪均已应用在汽车上，但成像式激光雷达还在进一步研究之中。超声波测距仪器一般由发射器、接收器和信号处理装置三部分组成。根据计算发射和接收到的超声波的时间差计算距离。超声波测距原理简单，成本低、制作方便，但在高速行驶的汽车上的应用尚有一定局限性。这是因为超声波的传输速度受天气影响较大，不同的天气条件下传播速度不一样；此外，对于远距

8、离的障碍物，则由于反射波过于微弱，会使灵敏度下降。故超声波测距常用于短距离测距，最佳距离为4-5米，一般应用在汽车倒车防撞系统上。另外还有红外汽车防撞