基于单目视觉的车辆行驶辅助技术研究

摘要

近年来，车辆的行驶安全渐渐成为了车辆和交通系统发展的重要课题，是未来车辆发展的趋势。用于对车辆行驶状态进行监视的多种传感系统的研究不仅有利于更好地保障车辆行驶的安全，更为未来的自动驾驶的智能车辆奠定了坚实的基础。 本文主要研究智能车辆中基于单目机器视觉的行驶辅助技术研究。相比于雷达、红外线等其它传感方式来说，数字视频传感方式具有方便廉价、技术成熟、提供的信息丰富等优点，然而数字视频中所包含的信息更为间接，从中提取出辅助行驶所需要的关键信息是相当具有挑战性的工作。本文所关注的智能车辆行驶辅助技术由前方车辆定位和车道线检测两个主要部分组成。前方车辆定位是通过摄像机的预先标定，将三维空间的位移和图像空间中的坐标相互关联，从而实现对检测到的车辆进行位置判定功能，是智能车辆防撞预警、自动换道、自动导航功能等系统提供重要的支持作用。车道线检测部分的功能是从图像的指定区域之中，对车道线区域进行分割提取等运算，以辅助实现车辆定位，行驶方向偏离检测等更高级的功能。 本文的主要工作及研究成果如下： 1.为了在图像空间和实际世界中的路面平面空间之间建立坐标对应关系，研究了摄像机标定方法，并推导出两个空间之间的函数变换关系。根据该变换关系，并针对本文关注问题的实际需求，设计出一种在图像中确定敏感区域的算法。 2.研究了多种前方车辆检测的算法思想，并对基于车辆阴影区域检测的前方车辆检测算法进行了综合和改进，设计出一种较为稳定的前方车辆检测和定位的方法。 3.在较高等级公路的车道线的局部直线性的假设前提下，对当前的一些基于Hough变换的线段特征提取方法进行了研究，并加以综合与改进，设计出一套车道线直线特征提取算法流程；并通过对车道线的边缘线段的分析，提取出采集的图像之中车道线所指向的灭点；通过比较采集图像之中的车道线灭点与摄像机标定所确定的灭点，可以得出车辆相对与道路的方向信息。 4.基于微软的DirectShow流媒体处理开发库进行了摄像机数据采集程序的开发，实现了以多种方式读取摄像机采集图像的功能，能够满足多种情况下视频采集的需求。

目录

文摘

英文文摘

声明

第一章 绪论

1.1研究背景及意义

1.2相关领域在国内外的研究现状

1.2.1国外研究现状

1.2.2国内研究状况

1.3论文工作及内容安排

第二章 摄像机参数的标定

2.1引言

2.2摄像机标定理论

2.2.1四个参考坐标系

2.2.2四个参考坐标系之间的关系

2.2.3摄像机标定需要确定的参数

2.2.4摄像机的非线性模型

2.3摄像机参数的标定

2.3.1摄像机内部参数的标定

2.3.2摄像机外部参数的标定

2.3.3世界坐标到图像坐标变换的建立

2.3.4基于(2-10)和(2-11)假设的外部参数简单标定方法

2.4本章小结

第三章 车辆行驶中前方车辆的检测与定位

3.1引言

3.2车辆行驶中前方车辆的检测与定位算法

3.2.1总体流程

3.2.2敏感区域的确定

3.2.3 Canny边缘提取算法

3.2.4路面像素灰度统计

3.2.5阴影检测与目标初步假设

3.2.6车辆目标剔除和两侧竖直边界的精确确定

3.2.7车辆距离的测量

3.3本章小结

第四章 基于改进Hough变换的车道线检测算法

4.1引言

4.2道路检测算法常用基本假设

4.3车道线检测算法总体框架

4.4 Canny边缘提取算法与改进的Hough变换算法

4.4.1 Hough变换算法概述

4.4.2改进的基于边缘角度相关加权的Hough变换算法

4.4.3车道直线特征的提取

4.4.4 Hough逆变换与车道灭点的定位

4.5 Canny边缘提取，改进Hough变换和车道灭点定位的实现

4.6本章小结

第五章 基于DirectShow的数据采集模块实现与整体系统构建

5.1引言

5.2 DirectShow技术应用研究

5.2.1 DirectShow技术架构

5.2.2 DirectShow工作原理及机制

5.2.3应用程序中DirectShow支持环境的建立

5.3基于DirectShow的摄像机视频数据采集模块设计

5.3.1视频采集模块主线程与数据采集内部线程

5.3.2摄像机数据采集模块中DirectShow的过滤器图表的搭建

5.4基于DirectShow的视频文件数据读取模块设计

5.4.1视频文件读取模块设计原理

5.4.2视频文件读取模块中DirectShow的过滤器图表的搭建

5.5车道检测与前方车辆搜索定位整体系统的实现

5.6本章小结

第六章 总结与展望

6.1研究成果总结

6.2后续工作建议

致谢

参考文献

攻硕期间取得的研究成果