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为了提高复杂环境下车道线检测的鲁棒性,提出一种基于多特征信息融合优化的鲁棒性车道线检测算法。首先构建了基于二次曲线空间道路模型图像中左右车道线数学模型;然后融合像素梯度值、梯度方向、像素灰度以及车道线结构等多特征信息,构造后验概率函数;最后采用基于免疫克隆策略的改进粒子群优化算法优化车道线模型参数,实现车道线提取。对实际道路图像的实验结果表明,引入多特征信息后,在道路中存在阴影、车辆和道路标记等干扰因素,以及车道线模糊、对比度较低的情况下,该算法也能快速准确地提取车道线,具有很强的鲁棒性。
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第 40卷第 4期
2010年 7月
东 南 大 学 学 报
(自 然 科 学 版 )
JOURNALOFSOUTHEASTUNIVERSITY(NaturalScienceEdition)
Vol.40 No.4
July2010
doi:10.3969/j.issn.1001-0505.2010.04.021
基于多信息融合优化的鲁棒性车道检测算法
林国余
1
陈 旭
2
张为公
1
(
1
东南大学仪器科学与工程学院,南京 210096)
(
2
南京信息工程大学信息与控制学院,南京 210044)
摘要:为了提高复杂环境下车道线检测的鲁棒性,提出一种基于多特征信息融合优化的鲁棒性
车道线检测算法.首先构建了基于二次曲线空间道路模型图像中左右车道线数学模型;然后融合
像素梯度值、梯度方向、像素灰度以及车道线结构等多特征信息,构造后验概率函数;最后采用基
于免疫克隆策略的改进粒子群优化算法优化车道线模型参数,实现车道线提取.对实际道路图像
的实验结果表明,引入多特征信息后,在道路中存在阴影、车辆和道路标记等干扰因素,以及车道
线模糊、对比度较低的情况下,该算法也能快速准确地提取车道线,具有很强的鲁棒性.
关键词:车道线检测;鲁棒性;多特征融合
中图分类号:TP3914 文献标志码:A 文章编号:1001-0505(2010)04077107
Robustlanedetectionalgorithm basedonmultipleinformation
fusionandoptimizations
LinGuoyu
1
ChenXu
2
ZhangWeigong
1
(
1
SchoolofInstrumentScienceandEngineering,SoutheastUniversity,Nanjing210096,China)
(
2
SchoolofInformationandCommunicationsTechnologies,NanjingUniversityofInformationScience
andTechnology,Nanjing210044,China)
Abstract:Toimprovetherobustnessoflanedetectionundercomplexconditions,arobustlanede
tectionapproachbasedonmultipleinformationfusionoptimizationsisproposed.Firstbasedonthe
spatialquadraticroadmodel,theleftandrightlanemodelexpressioninimageplaneisconstructed.
Thencombinedwiththegradientvalue,gradientdirection,grayinformationandroadstructureinfor
mation,theexpressionoftheposteriorprobabilityisderived.Finallytheparticleswarmoptimization
combinedwithimmuneclonestrategyisusedforcalculatingthemodelparameters.Theresultsofthe
realroadimageexperimentationshowthatafterinvolvingthemultiplefeaturesinformation,thepro
posedmethodcanrobustlyandrapidlydetectthelanemarkingseveniftherearesomeinterference
factorsintheroadsuchasshadow,vehicleandlandmarketc.,aswellasbadedlaneboundariesand
relativelyweaklocalcontrast.
Keywords:lanedetection;robust;
multiplefeaturesfusion
收稿日期:20091231. 作者简介:林国余(1979—),男,博士,讲师,Andrew.Lin@seu.edu.cn.
基金项目:教育部博士点新教师基金资助项目(200802861061)、江苏省交通厅科技研究计划资助项目(08X09).
引文格式:林国余,陈旭,张为公.基于多信息融合优化的鲁棒性车道检测算法[J].东南大学学报:自然科学版,2010,40(4):
771 777.
[doi:10.3969/j.issn.1001-0505.2010.04.021]
车道线检测作为车辆主动安全系统和智能车
辆的关键技术,可应用于车道偏离报警(LDW)、自
适应巡航控制(ACC)、横向偏差控制(LC)以及自
动驾驶系统等诸多方面.由于车道最明显的标志为
条形车道标识,它可以看作是道路环境对驾驶员的
视觉信息反馈,因此通过机器视觉来检测车道线是
一种很自然的选择.
目前国内外已有 很多 关 于车 道 线 检 测 的 研
究
[18]
.文献[1]采用直线模型,首先利用道路边缘
提取算子(LBPE)获取车道线图像上的边缘点,然
后利用 Hough直线检测算法获取车道线的位置和
方向.文献[
2 3]采用双曲线道路模型,通过对车
道线上的边缘点拟合获得车道线的模型参数.文献
[4]提出在边缘图像中,对近视场区域使用直线模
型匹配车道线,对远视场区域则在直线模型和二次
曲线模型之间进行切换,以适应有曲率和无曲率道
路的识别要求.文献[
5 6]提出采用样条曲线道
路模型,在车道线边缘点中选择出合理的控制点用
于拟合计算,从而获 得样条曲线模型 参数.文献
[7]提出一种实时有效的车道线检测算法,利用固
定阈值对车道线进行分割.文献[8]利用车道标识
线具有向扩张中心(FOE)聚焦的特征,选取较低
的阈值利用零交叉技术获得边缘图像,进而进行直
方图分析,最后采用 Hough变换得到 2条车道线.
上述算法都属于基于边缘特征的车道线检测方法,
对边缘阈值选取有着强烈的依赖性,在很多道路场
景中,由于车辆、阴影、水迹等因素存在,很难确定
某个具体阈值能够滤除大部分噪声边缘,而仅保留
感兴趣的车道线边缘信息.
为此本文提出一种基于多特征融合的鲁棒性
车道检测算法.该算法不依赖边缘阈值,以图像中
左右车道线模型为基础,采用变形模板技术,引入
图像的梯度信息、灰度信息以及车道线结构信息进
行融合,共同构造后验概率函数,从而将车道线检
测问题引申为最大后验概率问题,并采用基于免疫
克隆策略的改进粒子群优化算法对车道线模型参
数进行全局寻优,从而提高车道线检测的鲁棒性.
1 车道线模型
11 像素坐标系下的车道模型
目前常用的世界坐标系下的车道线模型包括
直线模型
[1]
、二次或三次曲线模型
[4]
以及样条曲
线模型
[56]
等.直线模型算法简单,但无法处理弯
道情况;样条曲线模型可以描述更加复杂的道路情
况,但计算复杂度高;三次曲线模型对于边界曲率
半径较小,曲率变化较快的道路识别效果较好,但
对边界附近噪声点干扰却比较敏感,且计算量较
大
[9]
.考虑到实际公路设计要求,本文选择二次曲
线模型作为道路边界模型
[10]
,即
X =k′Z
2
+b′Z+c′ (1)
式中,k′为车道线曲率;b′为车道线切线方向参数;
c′为车道线到纵轴的距离.考虑如图 1所示的一种
常见的 车 载 摄 像 机 在 车 上 的 安 装 配 置.其 中,
X
c
Y
c
Z
c
表示摄像机坐标系,X
w
Y
w
Z
w
表示世界坐标
系,摄像机离地高度为 H,俯仰角为
θ
.通过推导后
可以获得式(1)所示的车道线模型在图像平面上
的描述
[9,1112]
,即
u=
k
v-h
Z
+b(v-h
Z
)+c (2)
式中,(u,v)表示图像上点的像素坐标;k为 k′的函
数;b为 k′,b′,c′的函数;c为 k′,b′的函数;h
Z
表示
无穷远车道平面在图像平面上的消失线位置.
图 1 摄像机安装配置示意图
12 左右车道线模型
根据车道线的结构特征,式(1)道路边界模型
所表示的左、右车道线模型具有相同的参数 k′和
b′,而参数 c′的数值不同.因此式(2)所示的像素
坐标系下的左、右车道模型具有相同的参数 k和 c,
而只有参数 b的数值不同.假设像素坐标系下的左
车道和右车道模型中参数 b分别为 b
L
和 b
R
,则根
据式(2)可以获得左、右车道模型为
u
L
=
k
v
L
-h
Z
+b
L
(v
L
-h
Z
)+c
u
R
=
k
v
R
-h
Z
+b
R
(v
R
-h
Z
)
}
+c
(3)
式(3)中描述的图像左、右车道线模型是后续
构建后验概率函数的基础.图 2是图像平面上左、
右车道线的示意图.
图 2 图像平面上左右车道线示意图
2 后验概率函数
本文将左 右车道 线模 型 看成 是 一 种 变 形 模
板
[9,1112]
,将车道线检测问题转换为确定变形模板
参数的问题.由于在固定摄像机配置下,h
Z
可以事
先确定,因此待求变形模板参数为 k,b
L
,b
R
,c四个
参数.文献[9,
11 12]同样采用变形模板方法,其
中,后验概率函数中对左、右车道线模型的表述是
277
东南大学学报(自然科学版) 第 40卷
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