CN107578046B - 一种基于图像二值化处理的辅助车辆行驶方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种基于图像二值化处理的辅助车辆行驶方法，其特征在于，包括以下步骤：1)在车辆的前后端各安装一套CCD摄像机；……；4)车辆驾驶员调整车辆方向使该显示装置中出现的道路的中心线不偏离该显示装置的标记线；5)设道路的半宽为RW，车辆的半宽为VW，CCD摄像机视场中心线与道路中心线的偏移距离为L，实时计算车辆行驶方向后端的CCD摄像机二值化后的图像中的偏移距离L，当L≥RW－VW时，在对应于车辆行驶方向后端的CCD摄像机的显示装置中显示警告信息，提醒车辆驾驶员减速，调整车辆方向不要超出道路边缘行驶。本发明的方法能够辅助大型或者多驱动车辆驾驶员在阴暗或者有视觉盲区时掌握车辆状态，克服复杂的工作环境干扰，满足高精度的道路行驶要求。

Description

一种基于图像二值化处理的辅助车辆行驶方法

技术领域

本发明属于车辆直线驾驶辅助方法技术领域，具体涉及一种基于图像二值化处理的辅助车辆行驶方法。

背景技术

随着国家经济的快速发展，我国各类工程不断建设，汽车的保有量也不断的增加，特种车辆在工程中的应用也逐年递增，在工作环境较为阴暗或驾驶员存在视觉盲区时，车辆的直线行驶主要依靠驾驶员与指挥员之间的相互配合，风险集中，完成难度大。在驾驶辅助方面，我国也有相关研究，如于2013年7月31日公布的中国发明专利CN102592114B一种复杂路况的车道线提取方法，该专利记载首先将彩色道路图像转换为灰度图像并进行中值滤波处理；然后对滤波后的图像进行感兴趣区域划分并对其进行二值化处理，获得车道线特征；最后基于提取到的车道线特征点分布规律，采用去相关随机抽样一致性法对车道线进行识别。该方法虽可快速有效识别并检测车道线，但也存在一些缺点，对于长度较长的大型车辆，如多驱动轮的平板车及工程应用的特种车等，位于车辆前部或者后面的单摄像头工作方式无法有效识别目前车辆的真实状态；有时这种大型多轮平板车需要运送货物进行转场，比如船舶下水或飞艇放飞，在转场过程中通过复杂弯曲道路时，容易出现甩尾和冲出道路的问题，造成车量和货物的损坏；有时也存在因施工环境日趋复杂，现场照明条件无法得到有效保障，阴暗条件下的图像采集系统受到了极大限制；另外，在大型车辆的应用中，一方面数据采集系统的传输距离较长，单纯的电信号传播存在延时现象，处理结果的实时性较差，另一方面，施工环境的电磁干扰信号可能会对图像信号造成干扰，极大地影响了数据采集与处理。

发明内容

本发明的发明目的是提出一种新型的基于图像二值化处理的辅助车辆行驶方法，目的在于辅助大型或者多驱动车辆驾驶员在阴暗或者有视觉盲区时掌握车辆状态，克服复杂的工作环境干扰，满足高精度的道路行驶要求。

本发明的具体技术方案是一种基于图像二值化处理的辅助车辆行驶方法，其特征在于，包括以下步骤：

1)在车辆的前后端各安装一套CCD摄像机，两台CCD摄像机的镜头中心的连线位于车辆的对称中心面上，用白色的涂料绘出车辆行驶的道路的中心线；

2)在车辆开始在道路上行驶时，两台CCD摄像机的镜头分别对准道路的中心线；

3)车辆在道路上行驶的过程中，两台CCD摄像机不间断地采集道路地面的图像，分别得到两台CCD摄像机拍摄的带有道路中心线的连续图像，对采集的每帧图像进行二值化处理并分别在两台显示装置了进行显示，每台显示装置上都标有对应CCD摄像机视场中心线的标记线；

4)车辆驾驶员通过观测对应于车辆行驶方向前端的CCD摄像机的显示装置，调整车辆方向使该显示装置中出现的道路的中心线不偏离该显示装置的标记线；

5)设道路的半宽为RW，车辆的半宽为VW，CCD摄像机视场中心线与道路中心线的偏移距离为L，实时计算车辆行驶方向后端的CCD摄像机二值化后的图像中的偏移距离L，当L≥RW－VW时，在对应于车辆行驶方向后端的CCD摄像机的显示装置中显示警告信息，提醒车辆驾驶员减速，调整车辆方向不要超出道路边缘行驶。

更进一步地，所述的步骤3)中二值化处理处理采用邻域阈值法，选取动态选择阈值的自适应方法中Bernsen法进行局部二值化处理，设灰度值f(x,y)为图像的像素点(x,y)处的灰度值，则窗口处的阈值信息为

取像素点周围邻域m×n个像素点计算。

更进一步地，所述的步骤5)中实时计算车辆行驶方向后端的CCD摄像机二值化后的图像中的偏移距离L的方法是，采用边缘检测的方法对图像上灰度变化最剧烈的地方求值，确定出道路中心线的边界，再采用霍夫变换的图像变换方式，解算出道路中心线上的每一点坐标，去除边缘检测的干扰信号，得到道路中心线边缘坐标，从而解算出道路中心线的在视场内相对位置，即道路中心线相对于摄像机视场中心线的位置。

更进一步地，所述的CCD摄像机为带有红外光源的红外CCD摄像机。

更进一步地，接收两台CCD摄像机信号的上位机位于车辆驾驶室内，CCD摄像机输出的信号通过光纤转换器经光纤传输。

本发明的有益效果是(1)本发明的方法可应用于长度较长的大型车辆，如多驱动轮的平板车及工程应用的特种车等，设置于车辆前部和者后面的双摄像头可以有效识别目前车辆的真实状态；(2)在大型多轮平板车等需要运送货物进行转场时，本发明的方法可以适应复杂弯曲道路时，两个摄可以有效防止出现甩尾和冲出道路的问题，避免造成车量和货物的损坏；(3)本发明的方法采用红外CCD摄像头，能够适用于复杂施工环境和现场照明条件无法得到有效保障的情况；(4)本发明的方法采用光纤传输摄像机信号，信号没有延时，处理结果的实时性好；(5)本发明的方法基于图像二值化法，采用canny算子的边缘检测与霍夫变换相结合的方式进行图像处理，去除噪声和干扰能力强，降低了图像处理难度，提高了图像处理速度，测量结果准确，具有实时性，可靠性高。

附图说明

图1为本发明的辅助车辆行驶方法采用的硬件系统示意图。

图中，1－CCD摄像机，2－光纤转换器，3－光纤，4－图像采集卡，5－上位机。

具体实施方式

下面结合说明书附图对本发明的技术方案作进一步地描述。

本发明的基于图像二值化处理的辅助车辆行驶方法，需要CCD摄像机1、光纤转换器2、传输光纤3、图像采集卡4和上位机5组成硬件系统，所述的CCD摄像机1为带有红外光源的红外CCD摄像机，该硬件系统安装大型平板车辆上。接收两台CCD摄像机1信号的上位机5位于车辆驾驶室内，CCD摄像机1输出的信号通过光纤转换器经光纤传输。每台CCD摄像机1在车辆驾驶室有一个对应的显示装置。

本发明的方法包括以下步骤：

1)在车辆的前后端各安装一套CCD摄像机，两台CCD摄像机的镜头中心的连线位于车辆的对称中心面上，用白色的涂料绘出车辆行驶的道路的中心线。

在车辆倒车时，车辆的前后端的位置调换，但本发明的应用方法不变，只是倒车时位于行驶方向前端的CCD摄像机用于辅助驾驶，位于行驶方向后端的CCD摄像机用于自动计算报警；

2)在车辆开始在道路上行驶时，两台CCD摄像机的镜头分别对准道路的中心线；

3)车辆在道路上行驶的过程中，两台CCD摄像机不间断地采集道路地面的图像，分别得到两台CCD摄像机拍摄的带有道路中心线的连续图像，对采集的每帧图像进行二值化处理并分别在两台显示装置了进行显示，每台显示装置上都标有对应CCD摄像机视场中心线的标记线。

二值化处理处理采用邻域阈值法，选取动态选择阈值的自适应方法中Bernsen法进行局部二值化处理，设灰度值f(x,y)为图像的像素点(x,y)处的灰度值，则窗口处的阈值信息为

取像素点周围邻域m×n个像素点计算；

4)车辆驾驶员通过观测对应于车辆行驶方向前端的CCD摄像机的显示装置，调整车辆方向使该显示装置中出现的道路的中心线不偏离该显示装置的标记线；

5)设道路的半宽为RW，车辆的半宽为VW，CCD摄像机视场中心线与道路中心线的偏移距离为L，实时计算车辆行驶方向后端的CCD摄像机二值化后的图像中的偏移距离L，当L≥RW－VW时，在对应于车辆行驶方向后端的CCD摄像机的显示装置中显示警告信息，提醒车辆驾驶员减速，调整车辆方向不要超出道路边缘行驶。

实时计算车辆行驶方向后端的CCD摄像机二值化后的图像中的偏移距离L的方法是，采用边缘检测的方法对图像上灰度变化最剧烈的地方求值，确定出道路中心线的边界，再采用霍夫变换的图像变换方式，解算出道路中心线上的每一点坐标，去除边缘检测的干扰信号，得到道路中心线边缘坐标，从而解算出道路中心线的在视场内相对位置，即道路中心线相对于摄像机视场中心线的位置。

边缘检测方式采用的是对图像上各个像素点进行微分或求二阶微分，由于边缘是图像上灰度变化最剧烈的地方，所以一阶微分图像的峰值点和二阶微分的过零点都对应着图像的边缘点。根据数字图像的特点，处理图像的过程常采用差分来代替导数运算，对于图像的简单一阶导数运算，由于没有固定的方向性，只能检测特定方向边缘，所以不具有普遍性。为了克服一阶导数的缺点，定义图像的梯度为梯度算子，梯度方向是在图像灰度最大变化率上。通常边缘检测包括两方面内容：一是用边缘算子提取出反映灰度变化的边缘点集；二是在边缘点集合中剔除某些边缘点或填补边界间断点，并将这些边缘连接成完整的线。常用的检测算子有微分算子、拉普拉斯高斯算子和canny算子。Canny边缘检测具有很好的边缘检测性能，根据边缘检测最优准则设计，处理的主要步骤为：

5.1)用2D高斯滤波模板进行卷积消除噪声；

5.2)利用导数算子找到图像灰度沿着两个方向的偏导数(G_X，G_Y),并求出梯度的大小

5.3)利用5.2)中的结果计算出梯度方向

5.4)一旦知道了边缘的方向，就可以把边缘的梯度方向大致分为四种：水平、竖直、45度方向、135度方向。通过梯度方向就可以找到这个像素梯度的邻接像素；

5.5)若某个像素的灰度值与某梯度方向上的前后两个像素的灰度值相比不是最大的，那么这个像素值置为0，即不是边缘；

5.6)使用累计直方图计算两个阈值，大于高阈值的一定是边缘，小于低阈值的一定不是边缘，介于之间的，看这个像素的邻接像素中有没有超过高阈值的边缘像素，如果有的话就是边缘，否则就不是边缘。

霍夫变换是图像变换的主要手段，经典的霍夫变换是用来检测直线的有效方法，在标准参数化方式下，图像空间中的直线上的不同的点转换到参数空间中被变换为一簇相交于一点的正弦曲线，因此只要得到参数空间中的局部最大值，就实现了直线检测。采用经典霍夫变换的图像处理方式，去掉了边缘检测的噪声干扰，得到完整的道路中心线边缘坐标。

Claims (3)

1.一种基于图像二值化处理的辅助车辆行驶方法，其特征在于，包括以下步骤：

1)在车辆的前后端各安装一套CCD摄像机，两台CCD摄像机的镜头中心的连线位于车辆的对称中心面上，用白色的涂料绘出车辆行驶的道路的中心线；

2)在车辆开始在道路上行驶时，两台CCD摄像机的镜头分别对准道路的中心线；

3)车辆在道路上行驶的过程中，两台CCD摄像机不间断地采集道路地面的图像，分别得到两台CCD摄像机拍摄的带有道路中心线的连续图像，对采集的每帧图像进行二值化处理并分别在两台显示装置了进行显示，每台显示装置上都标有对应CCD摄像机视场中心线的标记线，

所述的二值化处理的具体方法是，采用邻域阈值法，选取动态选择阈值的自适应方法中Bernsen法进行局部二值化处理，设灰度值f(x,y)为图像的像素点(x,y)处的灰度值，则窗口处的阈值信息为

取像素点周围邻域m×n个像素点计算；

4)车辆驾驶员通过观测对应于车辆行驶方向前端的CCD摄像机的显示装置，调整车辆方向使该显示装置中出现的道路的中心线不偏离该显示装置的标记线；

5)设道路的半宽为RW，车辆的半宽为VW，CCD摄像机视场中心线与道路中心线的偏移距离为L，实时计算车辆行驶方向后端的CCD摄像机二值化后的图像中的偏移距离L，当L≥RW－VW时，在对应于车辆行驶方向后端的CCD摄像机的显示装置中显示警告信息，提醒车辆驾驶员减速，调整车辆方向不要超出道路边缘行驶，

实时计算车辆行驶方向后端的CCD摄像机二值化后的图像中的偏移距离L的方法是，采用边缘检测的方法对图像上灰度变化最剧烈的地方求值，确定出道路中心线的边界，再采用霍夫变换的图像变换方式，解算出道路中心线上的每一点坐标，去除边缘检测的干扰信号，得到道路中心线边缘坐标，从而解算出道路中心线的在视场内相对位置，即道路中心线相对于摄像机视场中心线的位置，

所述的边缘检测的方法采用Canny边缘检测算法，主要步骤为：

5.1)用2D高斯滤波模板进行卷积消除噪声；

5.2)利用导数算子找到图像灰度沿着两个方向的偏导数(G_X，G_Y),并求出梯度的大小

5.3)利用5.2)中的结果计算出梯度方向

5.4)一旦知道了边缘的方向，就可以把边缘的梯度方向分为四种：水平、竖直、45度方向、135度方向，通过梯度方向就能够找到这个像素梯度的邻接像素；

5.5)若某个像素的灰度值与某梯度方向上的前后两个像素的灰度值相比不是最大的，那么这个像素值置为0，即不是边缘；

5.6)使用累计直方图计算两个阈值，大于高阈值的一定是边缘，小于低阈值的一定不是边缘，介于之间的，看这个像素的邻接像素中有没有超过高阈值的边缘像素，如果有的话就是边缘，否则就不是边缘。

2.如权利要求1所述的一种基于图像二值化处理的辅助车辆行驶方法，其特征在于，所述的CCD摄像机为带有红外光源的红外CCD摄像机。

3.如权利要求2所述的一种基于图像二值化处理的辅助车辆行驶方法，其特征在于，接收两台CCD摄像机信号的上位机位于车辆驾驶室内，CCD摄像机输出的信号通过光纤转换器经光纤传输。

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