TWI382286B - Rapid detection method and its device for road pavement of unstructured road - Google Patents

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非結構性道路之道路路面快速偵測方法及其裝置
本發明係有關於一種非結構性道路之道路路面快速偵測方法及其裝置，特別是指藉由拍攝非結構性道路影像，並將該非結構性道路影像比對一路面顏色資料庫，得到道路路面，並產生一遵行線，而顯示於一顯示幕。
習知道路追蹤如中華民國專利第I308263號「自走車及其航行控制方法及道路標線偵測及追蹤方法」，包括以下步驟：以反透視法轉換原始透視影像成為空中鳥瞰影像；對反透視法轉換後影像進行二值化與邊緣偵測以簡化影像資訊；以最小平方差法與隨機霍氏轉換法偵測直線技術，進行道路標線偵測；以及偵測取得標線參數後即進行道路標線追蹤，利用適應性形狀追蹤演算法，搜尋標線參數位置，並更新標線參數，然其缺點在於： 其主要係針對具有道路標線之結構性道路，對於無道路標線之非結構性道路則不具備有道路追蹤之功效。
爰此，有鑑於習知道路追蹤是針對具有道路標線之結構性道路，本發明提供一種非結構性道路之道路路面快速偵測方法，步驟如下：
A.拍攝非結構性道路影像：以一攝影單元拍攝一非結構性道路影像，且該非結構性道路影像包括一道路路面及一非道路路面，並將該非結構性道路影像輸入至一處理單 元。
B.比對路面顏色資料庫，產生邊界點：該處理單元內建一路面顏色資料庫，其儲存一個以上非結構性道路影像之道路路面所有像素的RGB平均值及所有像素與RGB平均值相差異之偏差值平均後之RGB平均偏差值，該處理單元於該非結構性道路影像界定一偵測範圍，並計算該偵測範圍內每個像素之RGB值與路面顏色資料庫之RGB平均值相差異之RGB偏差值，當RGB偏差值小於該路面顏色資料庫之RGB平均偏差值則為道路路面，反之則為非道路路面，該處理單元並於該偵測範圍內之道路路面二側分別產生複數個邊界點。
C.輸出邊界點：該處理單元偵測出該邊界點後，係將該邊界點與該非結構性道路影像重疊，由一顯示單元輸出。
本發明亦為一種非結構性道路之道路路面快速偵測方法，步驟如下：
A.拍攝非結構性道路影像：以一攝影單元拍攝一非結構性道路影像，且該非結構性道路影像包括一道路路面及一非道路路面，並將該非結構性道路影像輸入至一處理單元。
B.比對路面顏色資料庫，產生邊界點：該處理單元內建一路面顏色資料庫，其儲存一個以上非結構性道路影像之道路路面所有像素的RGB平均值及所有像素與RGB平均值相差異之偏差值平均後之RGB平均偏差值，該處理單元於該非結構性道路影像界定一偵測範圍，並計算該偵測範 圍內每個像素之RGB值與路面顏色資料庫之RGB平均值相差異之RGB偏差值，當RGB偏差值小於該路面顏色資料庫之RGB平均偏差值則為道路路面，反之則為非道路路面，該處理單元並於該偵測範圍內之道路路面二側分別產生複數個邊界點。
C.偵測邊界點之斜率值：該處理單元於產生邊界點後選擇該偵測範圍最下緣邊界點為基準邊界點，計算該基準邊界點與其相鄰接之邊界點之斜率值，並於該斜率值之絕對值為0.7至2.1445內時將該邊界點定為正確邊界點，反之則為非正確邊界點，並將非正確邊界點刪除。
D.產生遵行線：該處理單元計算出該所有正確邊界點後，係以最小平方近似法分別連接該所有正確邊界點，形成二遵行線，並與該非結構性道路影像重疊，而由一顯示單元輸出。
上述邊界點或遵行線與該非結構性道路影像重疊後，該邊界點或遵行線之位置未落在該非結構性道路影像之相對二側，該處理單元則控制一警示單元輸出警示訊號。
上述非結構性道路之道路路面快速偵測方法，進行步驟B前，先將該非結構性道路影像以中值濾波進行前處理。
上述非結構性道路影像之道路路面包括一陰影路面或一陽光路面其中之一或其組合，該路面顏色資料庫則分別儲存該陰影路面及陽光路面之RGB平均值及RGB平均偏差值，步驟B中則先偵測該偵測範圍內之陰影路面，排除該偵測範圍內之陰影路面區域則偵測其陽光路面，並於综合 該偵測範圍陰影路面及陽光路面之最外圍二側分別產生複數個邊界點。
上述非結構性道路之道路路面快速偵測方法，進行步驟B後，於該偵測範圍之陰影路面及陽光路面隨機選取複數個像素，分別計算其RGB平均值，當其RGB平均值與該路面顏色資料庫內陰影路面及陽光路面之RGB平均值相差異之RGB偏差值小於該路面顏色資料庫內之RGB平均偏差值，則將該選取之陰影路面及陽光路面之複數個像素RGB平均值與該路面顏色資料庫內之陰影路面及陽光路面之RGB平均值分別平均，成為該路面顏色資料庫中陰影路面及陽光路面新的RGB平均值。
本發明亦為一種非結構性道路之道路路面快速偵測裝置，包括：
一攝影單元，拍攝一非結構性道路影像，且該非結構性道路影像內包括一道路路面及一非道路路面；一處理單元，電性連接該攝影單元，其內建一路面顏色資料庫，該路面顏色資料庫儲存一個以上非結構性道路影像之道路路面所有像素的RGB平均值及所有像素與RGB平均值相差異之偏差值平均後之RGB平均偏差值，該處理單元接收該非結構性道路影像，而將其設定一偵測範圍，並與該路面顏色資料庫之RGB平均值相比對產生RGB偏差值，該RGB偏差值小於該路面顏色資料庫之RGB平均偏差值則為道路路面，反之則為非道路路面，該處理單元並於該偵測範圍內之道路路面二側分別產生複數個邊界點，並將該邊界點與 非該結構性道路影像重疊，或由該邊界點產生二遵行線，並將該遵行線與該結構性道路影像重疊；一顯示單元，電性連接該處理單元，輸出該邊界點與該非結構性道路影像重疊之影像或輸出該二遵行線與該非結構性道路影像重疊之影像。
上述非結構性道路之道路路面快速偵測裝置，另設置一警示單元，其電性連接該處理單元，並於該邊界點或該遵行線之位置未落在該非結構性道路影像之相對二側時，輸出警示訊號。
本發明具有下列之優點：
1.本發明以隨機選取像素的方式更新路面顏色資料庫，不需要辨識所更新的道路路面顏色資料類別(陽光路面或是陰影路面)。
2.本發明利用道路路面顏色之RGB平均值及RGB平均偏差值比對偵測非結構性道路影像內之道路路面，不需要太過於注重道路路面在形狀上的變化，也就是不會因為道路路面形狀的多變以致於產生辨識錯誤的結果。
本發明第一實施例請參閱第一圖、第二圖及第三圖所示，本發明係為一種非結構性道路之道路路面快速偵測方法，步驟如下：
A.拍攝非結構性道路影像：以一攝影單元(1)拍攝一非結構性道路影像(2)，且該非結構性道路影像(2)包括一道路路面(21)及一非道路路面(22)，並將該非結構性 道路影像(2)輸入至一處理單元(3)。
B.比對路面顏色資料庫，產生邊界點：該處理單元(3)內建一路面顏色資料庫(31)，其儲存一個以上非結構性道路影像(2)之道路路面(21)所有像素的RGB平均值及所有像素與RGB平均值相差異之偏差值平均後之RGB平均偏差值，該處理單元(3)於該非結構性道路影像(2)界定一偵測範圍(23)，並計算該偵測範圍(23)內每個像素之RGB值與路面顏色資料庫(31)之RGB平均值相差異之RGB偏差值，該RGB偏差值小於該路面顏色資料庫(31)之RGB平均偏差值則為道路路面(21)，反之則為非道路路面(22)，該處理單元(3)並於該偵測範圍(23)內之道路路面(21)二側分別產生複數個邊界點(24)。
C.輸出邊界點：該處理單元(3)偵測出該邊界點(24)後，係將該邊界點(24)與該非結構性道路影像(2)重疊，由一顯示單元(4)輸出。
本發明第二實施例請參閱第四圖及第五圖所示，本發明亦為一種非結構性道路之道路路面快速偵測方法，步驟如下：
A.拍攝非結構性道路影像：以一攝影單元(1)拍攝一非結構性道路影像(2)，且該非結構性道路影像(2)包括一道路路面(21)及一非道路路面(22)，並將該非結構性道路影像(2)輸入至一處理單元(3)。
B.比對路面顏色資料庫，產生邊界點：該處理單元(3)內建一路面顏色資料庫(31)，其儲存一個以上非結構性道 路影像(2)之道路路面(21)所有像素的RGB平均值及所有像素與RGB平均值相差異之偏差值平均後之RGB平均偏差值，該處理單元(3)於該非結構性道路影像(2)界定一偵測範圍(23)，並計算該偵測範圍(23)內每個像素之RGB值與路面顏色資料庫(31)之RGB平均值相差異之RGB偏差值，該RGB偏差值小於該路面顏色資料庫(31)之RGB平均偏差值則為道路路面(21)，反之則為非道路路面(22)，該處理單元(3)並於該偵測範圍(23)內之道路路面(21)二側分別產生複數個邊界點(24)。
C.偵測邊界點之斜率值：該處理單元(3)於產生邊界點(24)後選擇該偵測範圍(23)最下緣邊界點(24)為基準邊界點(24)，計算該基準邊界點(24)與其相鄰接之邊界點(24)之斜率值，並於該斜率值之絕對值為0.7至2.1445內時將該邊界點(24)定為正確邊界點(24)，反之則為非正確邊界點(24)，並將非正確邊界點(24)刪除。
D.產生遵行線：該處理單元(3)計算出該所有正確邊界點(24)後，係以最小平方近似法分別連接該所有正確邊界點(24)，形成二遵行線(25)，並與該非結構性道路影像(2)重疊，而由一顯示單元(4)輸出。
上述第一實施例及第二實施例中，於進行步驟B前，先將該非結構性道路影像(2)以中值濾波進行前處理，以去除雜訊，而該步驟B中，該非結構性道路影像(2)之道路路面(21)則包括一陰影路面(211)或一陽光路面(212)其中之一或其組合，該路面顏色資料庫(31)則分別儲存 該陰影路面(211)及陽光路面(212)之RGB平均值及RGB平均偏差值，而RGB平均值計算公式如下： 其中SRmean是所有陰影路面(211)像素R值的平均值，bksi(x,y)為陰影路面(211)中第i個像素，R(bksi(x,y))代表第i個像素的R值，w與h為取樣像素的寬高，K為取樣像素的總數，而所有陰影路面(211)像素顏色值G值及B值其平均值為SGmean與SBmean，計算方式相同於上述公式(I)，而陽光路面(212)所有像素的R值、G值及B值的平均值LRmean、LGmean及LBmean的計算方式也相同於上述公式(I)；另外RGB平均偏差值的計算公式如下： 其中SRs代表陰影路面(211)顏色分佈R值的平均偏差值，而陰影路面(211)的G值及B值的平均偏差值為SGs與SBs，計算方式相同於上述公式(I)，而陽光路面(212)的R值、G值及B值的平均偏差值LRs、LGs及LBs的計算方式也相同於公式(II)，另外，步驟B中則先偵測該偵測範圍(23)內之陰影路面(211)，排除該偵測範圍(23)內之陰影路面(211) 區域則偵測其陽光路面(212)，而該陰影路面(211)及陽光路面(212)的偵測計算公式如下： 其中SRvar(xj,yj)、SGvar(xj,yj)與SBvar(xj,yj)分別代表該偵測範圍(23)中第j個像素與該路面顏色料庫(31)中陰影路面(211)RGB平均值相差異之RGB偏差值，而每個像素與該路面顏色料庫(31)中陽光路面(212)RGB平均值的RGB偏差值LRvar(xj,yj)、LGvar(xj,yj)及LBvar(xj,yj)計算方式也相同於公式(III)，當計算出RGB偏差值後，係分別比對該路面顏色料庫(31)中該陰影路面(211)及該陽光路面(212)之RGB平均偏差值，比對公式如下： 及 其中SE(xf,yf)為1時，係為該偵測範圍(23)第f像素RGB偏差值小於該路面顏色資料庫(31)之RGB平均偏差值，則 第f像素為陰影路面(211)，反之，當SE(xf,yf)為0時，則該偵測範圍(23)第f像素為陽光路面(212)或非道路路面(22)，而LE(xf,yf)之判斷方式如同SE(xf,yf)之判斷方式，不同在於其係排除該偵測範圍(23)之陰影路面(211)區域，故當LE(xf,yf)為1時，係為該偵測範圍(23)第f像素RGB偏差值小於該路面顏色資料庫(31)之RGB平均偏差值，則第f像素為陽光路面(212)，當LE(xf,yf)為0時，則該偵測範圍(23)第f像素為非道路路面(22)，偵測出該偵測範圍(23)之陰影路面(211)及陽光路面(212)後，並於综合該偵測範圍(23)內陰影路面(211)及陽光路面(212)之最外圍二側分別產生該複數個邊界點(24)。
另外，請參閱第六圖所示，進行步驟B後，並於該偵測範圍(23)之陰影路面(211)及陽光路面(212)隨機選取複數個像素，分別計算其RGB平均值，當其RGB平均值與該路面顏色資料庫(31)內陰影路面(211)及陽光路面(212)之RGB平均值相差異之RGB偏差值小於該路面顏色資料庫(31)內之RGB平均偏差值，則將該選取之陰影路面(211)及陽光路面(212)之複數個像素RGB平均值與該路面顏色資料庫(31)內之陰影路面(211)及陽光路面(212)之RGB平均值分別平均，成為該路面顏色資料庫(31)中陰影路面(211)及陽光路面(212)新的RGB平均值，並成為下一次更新前的判斷標準，使該路面顏色資料庫(31)更能適應當 下道路路面(21)之顏色分佈。
請參閱第二圖所示，本發明亦為一種非結構性道路之道路路面快速偵測裝置，包括：
一攝影單元(1)，拍攝一非結構性道路影像(2)，且該非結構性道路影像(2)內包括一道路路面(21)及一非道路路面(22)；一處理單元(3)，電性連接該攝影單元(1)，其內建一路面顏色資料庫(31)，該路面顏色資料庫(31)儲存一個以上非結構性道路影像(2)之道路路面(21)所有像素的RGB平均值及所有像素與RGB平均值相差異之偏差值平均後之RGB平均偏差值，該處理單元(3)接收該非結構性道路影像(2)，而將其設定一偵測範圍(23)，並與該路面顏色資料庫(31)之RGB平均值相比對產生RGB偏差值，該RGB偏差值小於該路面顏色資料庫(31)之RGB平均偏差值則為道路路面(21)，反之則為非道路路面(22)，該處理單元(3)並於該偵測範圍(23)內之道路路面(21)二側分別產生複數個邊界點(24)，並將該邊界點(24)與非該結構性道路影像(2)重疊，或由該邊界點(24)產生二遵行線(25)，並將該遵行線(25)與該結構性道路影像(2)重疊；一顯示單元(4)，電性連接該處理單元(3)，輸出該邊界點(24)與該非結構性道路影像(2)重疊之影像或輸出該二遵行線(25)與該非結構性道路影像(2)重疊之影像；一警示單元(5)，電性連接該處理單元(3)，並於該邊界點(24)或該遵行線(25)之位置未落在該非結構性道路影像(2)之相對二側時，輸出警示訊 號，藉此，當本發明組設於一汽車時，可隨時提醒駕駛人行駛於正確之行車路線上，減少發生危安事件。
(1)‧‧‧攝影單元
(2)‧‧‧非結構性道路影像
(21)‧‧‧道路路面
(211)‧‧‧陰影路面
(212)‧‧‧陽光路面
(22)‧‧‧非道路路面
(23)‧‧‧偵測範圍
(24)‧‧‧邊界點
(25)‧‧‧遵行線
(3)‧‧‧處理單元
(31)‧‧‧路面顏色資料庫
(4)‧‧‧顯示單元
(5)‧‧‧警示單元
第一圖係為本發明第一實施例之步驟流程圖。
第二圖係為本發明裝置示意圖。
第三圖係為本發明第一實施例之流程簡圖。
第四圖係為本發明第二實施例之步驟流程圖。
第五圖係為本發明第二實施例之流程簡圖。
第六圖係為本發明隨機選取偵測範圍像素用以更新路 面顏色資料庫示意圖。

Claims (9)

  1. 一種非結構性道路之道路路面快速偵測方法，步驟如下：A.拍攝非結構性道路影像：以一攝影單元拍攝一非結構性道路影像，且該非結構性道路影像包括一道路路面及一非道路路面，並將該非結構性道路影像輸入至一處理單元；B.比對路面顏色資料庫，產生邊界點：該處理單元內建一路面顏色資料庫，其儲存一個以上非結構性道路影像之道路路面所有像素的RGB平均值及所有像素與RGB平均值相差異之偏差值平均後之RGB平均偏差值，該處理單元於該非結構性道路影像界定一偵測範圍，並計算該偵測範圍內每個像素之RGB值與該路面顏色資料庫之RGB平均值相差異之RGB偏差值，當RGB偏差值小於該路面顏色資料庫之RGB平均偏差值則為道路路面，反之則為非道路路面，該處理單元並於該偵測範圍內之道路路面二側分別產生複數個邊界點；C.輸出邊界點：該處理單元偵測出該邊界點後，係將該邊界點與該非結構性道路影像重疊，由一顯示單元輸出。
  2. 如申請專利範圍第1項所述之非結構性道路之道路路面快速偵測方法，其中該邊界點與該非結構性道路影像重疊後，該邊界點之位置未落在該非結構性道路影像之相對二側，該處理單元則控制一警示單元輸出警示訊號。
  3. 一種非結構性道路之道路路面快速偵測方法，步驟 如下：A.拍攝非結構性道路影像：以一攝影單元拍攝一非結構性道路影像，且該非結構性道路影像包括一道路路面及一非道路路面，並將該非結構性道路影像輸入至一處理單元；B.比對路面顏色資料庫，產生邊界點：該處理單元內建一路面顏色資料庫，其儲存一個以上非結構性道路影像之道路路面所有像素的RGB平均值及所有像素與RGB平均值相差異之偏差值平均後之RGB平均偏差值，該處理單元於該非結構性道路影像界定一偵測範圍，並計算該偵測範圍內每個像素之RGB值與該路面顏色資料庫之RGB平均值相差異之RGB偏差值，當RGB偏差值小於該路面顏色資料庫之RGB平均偏差值則為道路路面，反之則為非道路路面，該處理單元並於該偵測範圍內之道路路面二側分別產生複數個邊界點；C.偵測邊界點之斜率值：該處理單元於產生邊界點後選擇該偵測範圍最下緣邊界點為基準邊界點，計算該基準邊界點與其相鄰接之邊界點之斜率值，並於該斜率值之絕對值為0.7至2.1445內時將該邊界點定為正確邊界點，反之則為非正確邊界點，並將非正確邊界點刪除；D.產生遵行線：該處理單元計算出該所有正確邊界點後，係以最小平方近似法分別連接該所有正確邊界點，形成二遵行線，並與該非結構性道路影像重疊，而由一顯示單元輸出。
  4. 如申請專利範圍第3項所述之非結構性道路之道路路面快速偵測方法，其中該二遵行線與該非結構性道路影像重疊後，該連行線之位置未落在該非結構性道路影像之相對二側，該處理單元則控制一警示單元輸出警示訊號。
  5. 如申請專利範圍第1項或第3項所述之非結構性道路之道路路面快速偵測方法，進行步驟B前，先將該非結構性道路影像以中值濾波進行前處理。
  6. 如申請專利範圍第1項或第3項所述之非結構性道路之道路路面快速偵測方法，其中該非結構性道路影像之道路路面包括一陰影路面或一陽光路面其中之一或其組合，該路面顏色資料庫則分別儲存陰影路面及陽光路面之RGB平均值及RGB平均偏差值，步驟B中則先偵測該偵測範圍內之陰影路面，排除該偵測範圍內之陰影路面區域則偵測其陽光路面，並於综合該偵測範圍內陰影路面及陽光路面之最外圍二側分別產生複數個邊界點。
  7. 如申請專利範圍第6項所述之非結構性道路之道路路面快速偵測方法，進行步驟B後，於該偵測範圍內之陰影路面及陽光路面隨機選取複數個像素，分別計算其RGB平均值，當其RGB平均值與該路面顏色資料庫內陰影路面及陽光路面之RGB平均值相差異之RGB偏差值小於該路面顏色資料庫內之RGB平均偏差值，則將該選取之陰影路面及陽光路面之複數個像素RGB平均值與該路面顏色資料庫內之陰影路面及陽光路面之RGB平均值分別平均，成為該路面顏色資料庫中陰影路面及陽光路面新的RGB平均值。
  8. 一種非結構性道路之道路路面快速偵測裝置，包括：一攝影單元，拍攝一非結構性道路影像，且該非結構性道路影像內包括一道路路面及一非道路路面；一處理單元，電性連接該攝影單元，其內建一路面顏色資料庫，該路面顏色資料庫儲存一個以上非結構性道路影像之道路路面所有像素的RGB平均值及所有像素與RGB平均值相差異之偏差值平均後之RGB平均偏差值，該處理單元接收該非結構性道路影像，而將其設定一偵測範圍，並與該路面顏色資料庫之RGB平均值相比對產生RGB偏差值，該RGB偏差值小於該路面顏色資料庫之RGB平均偏差值則為道路路面，反之則為非道路路面，該處理單元並於該偵測範圍內之道路路面二側分別產生複數個邊界點，並將該邊界點與非該結構性道路影像重疊，或由該邊界點產生二遵行線，並將該二連行線與該結構性道路影像重疊；一顯示單元，電性連接該處理單元，輸出該邊界點與該非結構性道路影像重疊之影像或輸出該二遵行線與該非結構性道路影像重疊之影像。
  9. 如申請專利範圍第8項所述之非結構性道路之道路路面快速偵測裝置，另設置一警示單元，其電性連接該處理單元，並於該邊界點或該二遵行線之位置未落在該非結構性道路影像之相對二側時，輸出警示訊號。
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