基于车载激光扫描点云的交通标志检测研究

摘要

交通标志牌作为一种重要的交通基础设施，可以为驾驶员和行人提供道路指引信息，规范驾驶员行为的同时也起到了便利交通、保障安全的作用。道路交通标志检测作为智能交通领域的一部分，对改善交通安全有着重要意义。车载三维激光扫描系统能够快速采集到道路地面以及两旁地物的点云，包括真实的地理空间信息和回波反射能量，其中回波反射可以反映物体表面的材料特性。因此，利用移动激光雷达技术对城市道路目标进行采集是非常理想可行的方式。本文提出了一种基于激光扫描点云的交通标志牌检测技术。主要研究工作如下:
　　(1)对激光扫描点云数据进行预处理。研究了包括噪声点去除，空间数据索引的建立，地面滤波等预处理工作，为算法提供高效的数据结构以及索引查询。
　　(2)提出了基于反射强度和形状特征相结合进行交通标志牌检测的方法。基于反射强度的检测方法利用交通标志牌在点云中的高强度特性进行检测。基于形状特征的检测方法通过识别杆状物，分析杆状物中非杆状部分的维度特征，提取出具有面状维度特征的目标物作为所要检测的交通标志牌。最后将两次检测结果进行叠加和合并形成最终的检测成果。
　　(3)提出了一种对常见交通标志牌的形状分类算法。根据圆形、矩形和三角形对检测到的交通标志牌分类，我们可以直观的区分交通标志所传达的警告、禁令和指示信息，并且使进一步的识别过程更加简单。根据聚类的凸包与最小外接圆与最小外接矩形的比例，基于交通标志牌的几何形状识别圆形和矩形交通标志牌。基于三维形状上下文，分别构造待分类目标与模板的形状上下文，根据待分类目标与模板的相似度识别三角形交通标志牌。
　　本文提出的算法在四个测试数据集上进行测试，测试数据集路段全长超过10km，实验结果中交通标志牌检测的平均召回率达到了95.7％，平均正确率达到了92.3％，验证了本文提出的交通标志牌检测算法具有较好的检测结果以及较高的应用价值。

目录

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摘要

第一章 绪论

1．1 研究背景

1．2 论文研究目标

1．3 论文组织结构

第二章 基于车载激光点云数据的交通标志检测概述

2．1 车载激光扫描系统

2．1．1 车载激光扫描系统介绍

2．1．2 商用车载激光扫描系统

2．1．3 RIEGLVMX-450系统

2．2 激光扫描数据

2．2．1 地面激光扫描数据

2．2．2 车载激光扫描数据

2．2．3 机载激光扫描数据

2．3 交通标志检测国内外研究现状

2．4 本章小结

第三章 基于反射率和形状特征的交通标志检测

3．1 噪点去除

3．2 建立空间索引结构

3．3．2 欧式距离聚类

3．4 基于形状的检测

3．4．1 地面点去除

3．4．2 基于比例的杆状物检测

3．4．3 交通标志牌检测

3．5 本章小结

第四章 基于几何形状和模板匹配的标志牌形状分类

4．1 圆形和矩形标志检测

4．1．1 生成每个聚类的量小外接矩形和最小外接圆

4．1．2 生成每个聚类的凸包

4．1．3 根据面积比例识别形状

4．2 三角形标志检测

4．2．1 形状上下文

4．2．1 成对三维形状上下文在三角形交通标志检测中的应用

4．3 本章小结

第五章 实验与分析

5．1 软件工具开发

5．2 实验区域与数据

5．3 交通标志检测结果的性能分析

5．4 交通标志分类结果的性能分析

5．5 结果分析

5．6 本章小结

第六章 总结与展望

6．1 主要内容与创新之处

6．2 待进一步解决与研究的问题

参考文献

攻读硕士学位期间发表论文及科研情况

致谢