第1章 緒論

1.1 研究的意義及背景

智能汽車（IV，Intelligent Vehicle）是一個集環境感知、規劃決策、多等級輔助駕駛等功能于一體的綜合系統［1］，是充分考慮車路合一、協調規劃的車輛系統，也是智能交通系統的一個重要組成部分［2］。智能汽車利用傳感器技術、信號處理技術、通信技術、計算機技術等，辨識汽車所處的環境和狀態，并根據各傳感器得到的信息做出分析和判斷，或者給駕駛員發出報警信息，提醒駕駛員注意規避危險；或者在緊急情況下，幫助駕駛員操作車輛，防止事故的發生，使車輛進入一個安全的狀態；或者代替駕駛員的操作，實現汽車運行的自動化［3］。智能汽車是內涵豐富的廣義概念，在不同的研究與應用領域，智能汽車相應地被稱之為OMR（Outdoor Mobile Robot）、AGV（Automated Guided Vehicle）、UGV（Unmanned Ground Vehicle）、ALV（Autonomous Land Vehicle）以及Smart Car 等。智能汽車的研究是多學科綜合與交叉應用的邊緣領域，不僅涉及人工智能理論（Artificial Intelligent Theory）、信息理論（Information Theory）、控制理論（Control Theory）以及決策論（Decision Theory）的應用，還涉及計算機控制技術、電子技術、通信技術以及機械設計等實現問題。

智能汽車致力于提高汽車的安全性、舒適性和提供優良的人車交互。其中汽車的安全駕駛又是智能汽車的核心問題。隨著機動車保有量的迅速增長，一方面給人們的生活和出行帶來了很大的便利，但由此帶來的道路交通事故也給人民生命財產和國民經濟造成巨大的損失。據國家統計局發布的《2007年國民經濟和社會發展統計公報》［4］中介紹，2007年末，全國民用汽車保有量達5 697萬輛（包括三輪汽車和低速貨車1 468萬輛），比上年末增長14.3%，其中私人汽車保有量3 534萬輛，增長20.8%。民用轎車保有量1 958萬輛，增長26.7%，其中私人轎車1 522萬輛，增長32.5%。在2008年1月，公安部通報了2007年全國道路交通事故情況［5］，全國共發生道路交通事故327 209起，造成81 649人死亡、380 442人受傷，萬車死亡率為5.1，直接財產損失12億元。以上數據表明，道路交通事故已經成為社會一大公害，減少道路交通事故的發生和人員傷亡是值得全社會廣泛關注的問題。為了減少日益增長的交通事故以及避免駕駛員因素所造成的交通事故，減輕駕駛員的操作強度，智能汽車相關技術的研究受到各個國家和政府的普遍關注，并投入了大量的人力、物力和財力進行系統的研究開發，以提高汽車的安全性。

從道路交通事故的成因來看，駕駛員是導致交通事故的主要因素，而行人是在交通事故中主要的受害群體。在實際的交通環境中，尤其是在我國這樣典型的混合交通系統中，行人和車輛共同構成交通的主要組成部分，行人是城市交通的主要參與者之一，智能汽車要實現安全駕駛必須實現兩項基本任務［6］：一是能夠識別道路標記、交通標志以及周圍景物，實時跟蹤道路的變化，判斷車輛當前在行駛道路中所處的位置；二是能夠檢測道路中的障礙物（主要是車輛和行人），對它們的位置、運動速度和運動方向等信息做出準確的檢測和估計，判斷其對本車的威脅性。對于危險情況給出警告信息，減少駕駛員的操作失誤，防止交通事故的發生，提高城市交通的安全性。目前開展的智能車障礙物檢測研究中，關于道路中車輛檢測的系統相對較多［7~12］，但是關于行人檢測的系統還較少。對行人進行檢測是將來的智能汽車輔助駕駛系統必須具備的功能，它能有效地輔助駕駛員及時地對外界環境做出反應，避免碰撞行人。開展行人檢測技術的研究已經成為智能汽車領域中備受關注的前沿方向。

行人檢測不僅在智能交通系統中有廣泛的應用，在其他方面也有非常重要的研究價值。例如，通過分析行人行為，可以對行人行為做出判斷，實現對停車場、車站、商場、銀行、博物館、軍事禁區等安全敏感地點的監控，從而節省大量的人力物力，并且提高檢測和監控的精度。

關于智能汽車的行人檢測，可以采取多種實施手段，但是與激光掃描雷達、相控陣聲吶、毫米波雷達等目前常用于智能汽車上的傳感器相比，光學視覺信號具有檢測范圍寬、目標信息完整、無環境影響、造價低廉并且更符合人的認知習慣等顯著的優點，因此計算機視覺在智能汽車障礙物檢測中的應用顯得越來越重要，并表現出很好的發展前景，已經成為智能汽車上一個不可缺少的組成部分。現有的部分基于視覺的智能汽車系統采用雙目視覺［13， 14］，這種方法對深度信息的探測比較有效，但這樣的系統計算量大，頑健性和實時性差，軟硬件成本高。對于車輛導航或者輔助駕駛以及簡單的交通監控應用而言，由于實時性要求較高，成本控制嚴格，因此一般采用基于單目視覺系統的方法。

綜上所述，基于單目視覺的行人檢測是城市交通環境下智能汽車輔助導航技術中的一項關鍵技術，也是目前計算機應用領域的研究熱點之一。它處于智能汽車輔助導航技術的底層，是各種后續高級處理如目標分類、行為理解等的基礎［15］，對于保障現代城市道路交通安全具有重要的作用。行人檢測在智能監控系統、虛擬現實、機器人應用等方面也將得到廣泛的應用，因此已經得到越來越多研究者的重視，國內外的很多大學和研究機構在相關方面的研究工作已經取得進展。但是行人檢測涉及計算機視覺、模式識別、人體生理學、心理學等多方面問題，是一個復雜的系統工程，目前還有許多理論及技術問題有待解決。開展這方面的研究工作具有重要的理論和現實意義，并且具有潛在的經濟價值和廣泛的應用前景。下面首先介紹一些國內外典型的智能車輛系統及其在行人檢測方面的研究進展。