CN107704801A - 基于分段直线加分段贝塞尔曲线的曲线车道线检测方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种基于分段直线加分段贝塞尔曲线的曲线车道线检测方法，包括步骤：1)对图像进行二值化处理得到二值图；2)对二值图进行霍夫Hough直线检测得到直线集；3)对直线集中的相邻直线进行连接：判断相邻直线斜率差值是否小于等于平行阈值，如是，则使用直线直接连接两相邻直线中第一条直线的终点与第二条直线的起点，如否，则使用贝塞尔曲线连接两相邻直线中第一条直线的终点与第二条直线的起点，贝塞尔曲线控制点为第一条直线与第二条直线的延长线交点。本发明对于曲率变化较大的车道线采用分段直线加分段贝塞尔曲线方案简单方便，并且准确率可以和直接多段贝塞尔曲线拟合结果媲美。

Description

基于分段直线加分段贝塞尔曲线的曲线车道线检测方法

技术领域

本发明涉及图像处理和模式识别技术，特别涉及智能驾驶辅助的曲线车道线检测。

背景技术

近年来智能辅助驾驶领域得到了飞速发展，不但传统的科技大公司或者汽车厂商都已经涉及智能辅助驾驶的研究，还孕育了一大批新兴企业。作为智能辅助驾驶的基础部分，车道线检测技术也发展得较为成熟。现如今直线模型在大部分直道时能够很好地拟合车道线，但是在弯道时候一条直线就很难定位弯曲的车道线，因此有必要研究在弯道时候采用新的合适模型来拟合车道线。

贝塞尔曲线，是应用于二维图形应用程序的数学曲线，n次贝塞尔曲线的数学模型如公式(1)所示。

其中b_i是控制点，变量t∈[0,1]；B_i,n(t)是伯恩斯坦多项式，满足公式(2)。表示n个取i的组合。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是，提供一种通过使用贝塞尔曲线来拟合车道曲率较大的车道线的曲线车道线检测方法。

本发明为解决上述技术问题所采用的技术方案是，基于分段直线加分段贝塞尔曲线的曲线车道线检测方法，包括以下步骤：

1)对图像进行二值化处理得到二值图；

2)对二值图进行霍夫Hough直线检测，分别得到左侧直线集和右侧直线集，对左、右侧直线集分别按直线纵坐标由小到大的顺序来对直线进行重新排序；

3)对重新排序后的左、右侧直线集中的相邻直线进行连接：

3-1)分别对左侧直线集left_lines、右侧直线集righ_lines求相邻直线斜率差值d：

d＝|(ey1-sy1)*(ex2-sx2)-(ey2-sy2)*(ex1-sx1)|；

其中，(sx1,sy1)、(ex1,ey1)分别表示左侧直线集或右侧直线集中任意两相邻直线中第一条直线的起点和终点，(sx2,sy2)、(ex2,ey2)分别表示左侧直线集或右侧直线集中任意两相邻直线中第二条直线的起点和终点；直线的起点为该直线上纵坐标最小的端点，直线的终点为该直线上纵坐标最大的端点；任意两相邻直线中第一条直线的终点纵坐标小于第二条直线的起点纵坐标；

3-2)判断相邻直线斜率差值d是否小于等于平行阈值，如是，则使用直线直接连接两相邻直线中第一条直线的终点与第二条直线的起点，如否，则使用贝塞尔曲线连接两相邻直线中第一条直线的终点与第二条直线的起点，贝塞尔曲线控制点为第一条直线与第二条直线的延长线交点；

4)完成左、右侧直线集中所有相邻直线连接实现当前图像的整个车道线的拟合。

当车道线曲线曲率较小时使用1条贝塞尔曲线拟合结果较准确，如图1(a)所示。但是当车道曲率变化过大的时候，使用1条贝塞尔曲线拟合结果拟合的部分车道线就会严重偏离正确车道，如图1(c)所示；针对这种曲率变化较大的车道线，我们采用了两个贝塞尔曲线进行分段拟合效果较佳，如图1(b)、(d)所示。但是一般情况下，我们无法准确知道当前车道线应该使用几个贝塞尔曲线进行拟合，因此本发明采用分段直线加分段贝塞尔曲线来代替直接使用多段贝塞尔曲线的方案。

本发明的有益效果是，对于曲率变化较大的车道线采用分段直线加分段贝塞尔曲线方案简单方便，并且准确率可以和直接多段贝塞尔曲线拟合结果媲美。

附图说明

图1(a)为使用一个贝塞尔曲线拟合曲率变化较小的车道线，(b)为使用两个贝塞尔曲线拟合曲率变化较大的车道线，(c)为使用一个贝塞尔曲线拟合曲率变化较大的车道线，(b)为使用两个贝塞尔曲线拟合曲率变化较大的车道线；

图2为直线集排序示意图；

图3为实施例弯道拟合图示，(a)为两张原图；(b)为二值图；(c)为扫描图；(d)为连接图；(e)为拟合结果图；

图4为多帧图片弯道拟合图。

具体实施方式

直线加分段贝塞尔曲线拟合车道线的方案为：

定义两条直线L₁，L₂,L₁的起点和终点分别为s1(sx1,sy1)和e1(ex1,ey1)，L₂的起点和终点分别为s2(sx2,sy2)和e2(ex2,ey2)。当L₁和L₂平行时，存在以下关系：

(ey1-sy1)/(ex1-sx1)＝(ey2-sy2)/(ex2-sx2) (3)

为避免分母为零情况，我们进行了一下调整，如公式(4)所示

(ey1-sy1)*(ex2-sx2)＝(ey2-sy2)*(ex1-sx1) (4)

对于判断直线L₁和L₂之间是用直线连接还是贝塞尔曲线连接，我们采用以下策略，如果两条直线满足上式左侧和右侧差距(式(4)中左右项之差的绝对值)小于平行阈值，则认为这两条直线是平行的，直接连上这两条直线就行了；平行阈值为经验值，设置为100。如果左侧和右侧差距大于100，则认为这两条相邻直线中间为曲线过渡，此时采用贝塞尔曲线平滑过渡连接此两条直线。这样我们把相邻直线之间的空缺连接起来实现了整个车道线的拟合，贝塞尔曲线的控制点为沿起点所在直线和终点所在直线的延长线交点。

实施例#

1.待检测图像(图3(a))经过图像分块、二值化得到二值图(图3(b))，对二值图执行从中间到两边的快速扫描算法。针对二值图每一行从此行的中心处分别往左右两侧扫描，左侧遇到第一个灰度值为255的点把此行之前点的灰度值全部置为0，右侧遇到第一个灰度值为255的点把此行后续点的灰度值全部置为0，同时分别记录左右侧第一个灰度值为255点的坐标，如果左右侧两个点位置距离太近(图像大小89*320时，左右距离差的阈值取值为10)，此两点的灰度值也置为0。如图3(c)的扫描图，图像的每一行最多只有两个灰度值为255的点来构造左右两条车道线，同时图像中不存在相距太近的两个值为255的点，这是为了过滤掉具有一定宽度的方向标示符。在此散点图的基础上得到多个分段的直线，可以执行我们的霍夫hough检测直线和构造贝塞尔曲线的算法。

2.对步骤1扫描后的二值图进行Hough直线检测，分别得到左侧直线集left_lines和右侧直线集right_lines，对左右侧直线集进行直线端点重新排序，保证每条直线纵坐标小的对应小的直线索引值(如图2坐标排序图左侧，在图像XOY中，保证排序在前的直线的纵坐标小于排序在后的直线的纵坐标，否则交换两个点的坐标值)，之后对左右侧直线集分别按照每条直线第一个端点的纵坐标值由小到大排序得到排序后的left_lines和right_lines。如图2坐标排序图中三条直线排序后基本上第一条直线在图像顶端，第二条直线在图像中间，第三条直线在图像底端，满足y0<y2<y4,即呈现直线依次从图像顶端到底端的有序排序。

3.判断左侧直线集left_lines第一条直线角度，如果大小超过π/2.5，则去除第一条直线；判断左侧直线集left_lines最后一条直线角度，如果大小小于π/9，则去除最后一条直线，主要目的是防止第一条和最后一条直线为干扰直线导致拟合出来的车道线和真实车道线相差太大。然后判断left_lines第一条直线第二个端点横坐标和第二条直线第一个端点横坐标之间的距离差dis，如果dis绝对值大于距离阈值，距离阈值为10，则去除第一条直线，防止第一条直线和后续直线差距太大，右侧直线集right_lines同样执行上述算法。

分别对左侧直线集left_lines和右侧直线集righ_lines采用公式(4)求相邻直线斜率差值d：d＝|(ey1-sy1)*(ex2-sx2)-(ey2-sy2)*(ex1-sx1)|。如果计算差值在100以内，则认为两段直线平行，直接使用直线相连；否则使用贝塞尔曲线进行连接。如图3所示，其中图3(d)中深色曲线为连接图3(d)中断开的浅色曲线的贝塞尔过渡曲线，所有直线完成连接后得到拟合图如图3(e)所示。

从图4拟合结果可以看出多段直线加贝塞尔曲线模型能够很好的拟合弯道车道线(浅色为直线连接，深色为贝塞尔曲线连接)。表1给出了我们采用直线加贝塞尔曲线模型拟合车道线的准确率统计结果，从表1可以看出本发明使用的弯道拟合算法能够较好的拟合弯道车道。

表1 弯道拟合准确率

Claims (4)

1.基于分段直线加分段贝塞尔曲线的曲线车道线检测方法，其特征在于，包括以下步骤：

1)对图像进行二值化处理得到二值图；

2)对二值图进行霍夫Hough直线检测，分别得到左侧直线集和右侧直线集，对左、右侧直线集分别按直线纵坐标由小到大的顺序来对直线进行重新排序；

3)对重新排序后的左、右侧直线集中的相邻直线进行连接：

3-1)分别对左侧直线集left_lines、右侧直线集righ_lines求相邻直线斜率差值d：

d＝|(ey1-sy1)*(ex2-sx2)-(ey2-sy2)*(ex1-sx1)|；

其中，(sx1,sy1)、(ex1,ey1)分别表示左侧直线集或右侧直线集中任意两相邻直线中第一条直线的起点和终点，(sx2,sy2)、(ex2,ey2)分别表示左侧直线集或右侧直线集中任意两相邻直线中第二条直线的起点和终点；直线的起点为该直线上纵坐标最小的端点，直线的终点为该直线上纵坐标最大的端点；任意两相邻直线中第一条直线的终点纵坐标小于第二条直线的起点纵坐标；

3-2)判断相邻直线斜率差值d是否小于等于平行阈值，如是，则使用直线直接连接两相邻直线中第一条直线的终点与第二条直线的起点，如否，则使用贝塞尔曲线连接两相邻直线中第一条直线的终点与第二条直线的起点，贝塞尔曲线控制点为两相邻直线中第一条直线与第二条直线的延长线交点；

4)完成左、右侧直线集中所有相邻直线连接实现当前图像的整个车道线的拟合。

2.如权利要求1所述基于分段直线加分段贝塞尔曲线的曲线车道线检测方法，其特征在于，平行阈值为100。

3.如权利要求1所述基于分段直线加分段贝塞尔曲线的曲线车道线检测方法，其特征在于，步骤2)之后，步骤3)之前还还包括左、右侧直线集的预处理步骤：

判断重新排序后的直线集中第一条直线的角度，如角度大于π/2.5，则去除第一条直线；判断直线集中最后一条直线角度，如角度小于π/9，则去除最后一条直线；

之后，计算直线集中第一条直线终点横坐标和第二条直线起点横坐标之间的距离差，如果距离差绝对值大于距离阈值，则去除第一条直线。

4.如权利要求3所述基于分段直线加分段贝塞尔曲线的曲线车道线检测方法，其特征在于，距离阈值为10。