一種快速的公交專用車道檢測(cè)方法

本文通過對(duì)車轍印記以及車道線邊緣等一些紋理特征進(jìn)行分析，從而提取出道路的消失點(diǎn)以及車道線的信息。

Gabor濾波器的模板計(jì)算方程如式(2)所示，該模板分為實(shí)部(式(3))和虛部(式(4))兩部分。

通過建立K×K 大小的Gabor 模板，(x,y) 表示圖像空間的一點(diǎn)。其中，θ 表示模板的方向， 為確定最后的道路紋理方向， 這里選擇范圍為0~72 ;λ 表示路面的波長;σ表示噪聲容量， 本文取σ=K/9 .

3.2 消失點(diǎn)的求解

本文用不同方向的模板與圖像進(jìn)行卷積， 對(duì)于圖像任意一點(diǎn)， 即可得到某一個(gè)方向上的卷積的結(jié)果為最大值， 這個(gè)最大值為紋理方向?qū)?yīng)的能量， 該方向?yàn)榧y理的方向。

其中，α 表示模板對(duì)應(yīng)的方向， 對(duì)于圖像中的任意點(diǎn)I(x,y) 與α 方向的Gabor 模板進(jìn)行卷積， 得到不同的t(x,y)，求取其最大值， 將最大值對(duì)應(yīng)的方向作為圖像中(x,y)點(diǎn)的紋理方向， 同時(shí)將該最大值作為紋理方向上的紋理強(qiáng)度。

通 過計(jì)算可以得到圖像中每一點(diǎn)的紋理方向以及能量。為了計(jì)算出消失點(diǎn)， 對(duì)圖像中選取的點(diǎn)進(jìn)行投票，這里選擇圖像下方一定的區(qū)域點(diǎn)， 如圖5 所示。當(dāng)紋理能量大于設(shè)定閾值的點(diǎn)作為投票點(diǎn)，p 表示圖像中投票空間的點(diǎn)，θ (p) 表示p 紋理方向，v 表示消失點(diǎn)的候選點(diǎn)，a (p ,v) 表示p 點(diǎn)與v 點(diǎn)的夾角，n 為采用的Gabor 模板方向的個(gè)數(shù)，R 為定義的投票空間， 即圖6 對(duì)應(yīng)的方框區(qū)域， 通過vote (p,v) 來統(tǒng)計(jì)p 點(diǎn)對(duì)v 點(diǎn)的投票結(jié)果，votes (v ) 為對(duì)R 區(qū)域累加進(jìn)行投票的統(tǒng)計(jì)結(jié)果，pvote 為最終被投票次數(shù)最多的點(diǎn)的坐標(biāo)， 即消失點(diǎn)。

圖6 中的框表示選取的投票區(qū)域， 即在該區(qū)域內(nèi)選取400 個(gè)點(diǎn)進(jìn)行Gabor 變換， 求出其紋理方及能量; 圓圈是求出的消失點(diǎn)位置。

3.3 車道線檢測(cè)

對(duì)于傳統(tǒng)的Hough 變換， 需要對(duì)每個(gè)點(diǎn)每個(gè)角度進(jìn)行遍歷， 這樣比較耗時(shí)。本文采用改進(jìn)的Hough 變換， 對(duì)消失點(diǎn)及其周圍的有限個(gè)像素進(jìn)行Hough 變換， 求取左右車道線的兩個(gè)峰值點(diǎn)，并繪制出車道線。該方法能夠有效地抑制圖像的其他邊緣噪聲干擾，提高算法的實(shí)時(shí)性。車道檢測(cè)結(jié)果如圖7 所示。

3.4 車道線跟蹤

跟蹤分為消失點(diǎn)的跟蹤和車道線的跟蹤。

(1) 消失點(diǎn)的跟蹤： 消失點(diǎn)一般較遠(yuǎn)， 車輛在行進(jìn)過程中消失點(diǎn)范圍變化不是很大，而靠近車道線的道路兩邊由于車輛輪胎接觸較為頻繁， 紋理較為明顯， 對(duì)消失點(diǎn)的貢獻(xiàn)較大。因此， 隨機(jī)選取靠近車道線兩邊100 個(gè)點(diǎn)對(duì)消失點(diǎn)及其周圍的若干個(gè)點(diǎn)( 本文選取36 個(gè)點(diǎn)) 進(jìn)行投票，如圖8 所示。

(2)車道線跟蹤：根據(jù)上一幀測(cè)量的結(jié)果，限定角度在一定變化范圍內(nèi)(本文限制在10°范圍，如圖8(b)所示)進(jìn)行Hough變換，這樣大大減少了運(yùn)算速度。當(dāng)圖像檢測(cè)的消失點(diǎn)及車道線上的點(diǎn)少于所設(shè)定的閾值時(shí)，程序重新初始化。

4 車道識(shí)別

本文在應(yīng)用的基礎(chǔ)上對(duì)合肥以及沈陽的BRT車道進(jìn)行統(tǒng)計(jì)，其BRT車道相對(duì)其他車道具有如下特點(diǎn)：其左右車道線都為黃色，一般位于路的兩邊，道路的兩邊有欄桿或者路牙等特征?；诖颂攸c(diǎn)，本文實(shí)現(xiàn)了BRT車道的識(shí)別系統(tǒng)，結(jié)合GPS判斷其所在位置范圍內(nèi)有無BRT車道，若有則判斷車道線顏色是否為黃色，即建立顏色模型，對(duì)車道線上的每一點(diǎn)顏色進(jìn)行標(biāo)記，并綜合判斷其左右車道線是否是黃色車道線，對(duì)黃色進(jìn)行標(biāo)記，如圖9左圖所示。由于車道線長期受到磨損有一定的失真，且在晚上黃光燈照射下不易準(zhǔn)確地識(shí)別顏色，本文結(jié)合其欄桿、路牙等特征識(shí)別車道，對(duì)檢測(cè)的車道線兩邊的一定區(qū)域(圖9右圖白色矩形區(qū)域)進(jìn)行對(duì)比，比較其顏色邊緣紋理等特征差別。通過大量的測(cè)試，本文得到了判斷其是否為BRT車道的先驗(yàn)閾值，當(dāng)矩形區(qū)域差別大于設(shè)定閾值時(shí)，則判斷為公交專用車道，從而準(zhǔn)確實(shí)現(xiàn)車道檢測(cè)。

5 實(shí)驗(yàn)結(jié)果與分析

實(shí)現(xiàn)BRT 車道識(shí)別的具體流程如圖10 所示。

本文首先通過GPS采集車輛所在區(qū)域的經(jīng)緯度信息， 并建立道路經(jīng)緯度信息庫判斷車輛所在位置附近是否具備BRT專用車道，若有，則進(jìn)行車道線檢測(cè)，找到車輛所在車道的左右車道線，并判斷車道線上顏色信息以及車道線左右的邊緣亮度等信息，分析其是否具備BRT快速公交車道的特征，如具備，則可以作為監(jiān)控前方車輛是否違規(guī)駛?cè)隑RT車道的一個(gè)依據(jù)。