[发明专利]一种基于图像处理的车辙检测方法

权利要求书

1.一种基于图像处理的车辙检测方法，其特征在于，包括如下步骤：

步骤1：通过摄像头采集道路彩色车辙图像。

步骤2：把彩色图片转化成单通道的灰度图：用A[m,n]表示m行n列的矩阵A，A(y,x)表示在矩阵A中第y行第x列的值。一般的RGB图的转化公式为：

g=0.3×r+0.59×g+0.11×b

用GI[m,n]保存灰度值，其中m是图像的高度，n是宽度；用GI(i,j)表示像素点(j,i)的灰度值；用SI[m,n]保存平滑后图像的灰度值。SI[m,n]的计算方法是：

SI(y,x)=Σj=max(0,x-2)min(n-1,x+2)Σi=max(0,y-2)min(m-1,y+2)GI(i,j)*exp(-||(y,x)-(i,j)||22δ2)/Σj=max(0,x-2)min(n-1,x+3)Σi=max(0,y-2)min(m-1,y+2)exp(-||(y,x)-(i,j)||22δ2)]]>

步骤3：用一阶偏导的有限差分来计算高斯平滑后灰度图每个像素点的梯度，然后计算出梯度的幅值和方向：用Gx[m,n]表示梯度在水平方向的值，用Gy[m,n]表示梯度在垂直方向的值,用G[m,n]表示梯度的幅值，用θ[m,n]表示梯度的方向。各自的计算方法是：

Gx(y,x)=SI(y,x+1)-SI(y,x-1)

Gy(y,x)=SI(y+1,x)-SI(y-1,x)

G(y,x)=Gx(y,x)*Gx(y,x)+Gy(y,x)*Gy(y,x)]]>

θ(y,x)=tan-1Gy(y,x)Gx(y,x)]]>

步骤4：保留局部梯度最大的点，抑制非极大值：图像上每一个象素点M(mx,my)与沿着梯度线的两个象素相比，如果像素点M的梯度值不比沿梯度线的两个相邻象素梯度值大，则令G[my][mx]=0。否则保持像素点梯度幅值不变。

步骤5：使用3个阈值（T₁<T₂<T₃）法检验和连接边缘：通过3个阈值得到两个阈值边缘图像N1,N2。图像N1中任意的像素点P(px,py),都有T₁≤G(py,px)≤T₃。图像N2中任意的像素点P(px,py)，都有T₂≤G(py,px)≤T₃。在图像N2中把边缘连接成轮廓，当到达轮廓的端点时，就在图像N1的8邻点位置寻找可以连接到轮廓上的边缘，这样，不断在N1中收集边缘，直到将N2中所有的边缘点连接起来为止。用E[m,n]记录边缘，E(i,j)=1表示像素点(j,i)是边缘，E(i,j)=0表示像素点(j,i)不是边缘。

步骤6：用50*50的窗口处理边缘点。窗口内边缘点的个数是n，设定边缘点个数阈值nT，把窗口分为三种情况。

第一种情况：n<nT时，此窗口不处理，窗口内的边缘点为自由边缘点。

第二种情况：n≥nT时，并且可以用不多于两条直线进行拟合，这个窗口为好区。直线与窗口交两点——上顶点M(mx,my)、下顶点N(nx,ny),其中（ny>my或者ny=my,nx>mx）。令E(my,mx)=2,E(ny,nx)=3,并记录直线的方向θ，D(my,mx)=D(ny,nx)=θ。点m、n中间的点p(px,py),令E(py,px)=4；不在直线上的点p(px,py),令E(py,px)=0。

第三种情况：n≥nT时，并且无法用两条直线拟合，称这个窗口为噪音区，任意的在这个窗口的像素点p(px,py),令E(py,px)=0。

拟合的方法：用Hough变换找到过最多边缘点的第一条直线，如果只有少量的边缘点不在直线，为第二种情况。否则用Hough变换找到第二条直线过最多剩余的边缘点，若只有少量的边缘不在直线上，为第二种情况，否则属于第三种情况。

经过此步骤后，E(y,x)=0,表示像素点(x,y)为非边缘，E(y,x)=1，表示像素点(x,y)为自由边缘，E(y,x)=2，表示像素点(x,y)为上顶点，E(y,x)=3，表示像素点(x,y)为下顶点，E(y,x)=4，表示像素点(x,y)为拟合的直线中间点。

步骤7：连接边缘点，形成最终的车辙：从上往下，从左往右的顺序遍历E[m,n]，找到未处理的顶点p(px,py)，既E(py,px)=2或3，若为上顶点，沿着方向D(py,px)向上寻找可连接的边缘点；若为下顶点，沿着方向D(py,px)向下寻找可连接的边缘点。首先令E(py,px)=4，标记顶点P已处理。寻找可连接的边缘点分如下几种情形，定义连接的距离阈值nT₁，方向差上的阈值nT₂：

情形1，找到顶点M(mx,my)，即E(my,mx)=2或3。若||PM||≤nT₁且||D（py,px）-D（my,mx）||≤nT₂,用直线连接PM，中间的点C(cx,cy),令E(cy,cx)=5。终止该方向的查找。

情形2，找到自由边缘点M(mx,my)，即E(my,mx)=1，||PM||≤nT₁,用直线连接PM，中间的点C(cx,cy),令E(cy,cx)=5。把M的值赋给P，继续该方向的查找。

情形3，其他情况都终止该方向的查找。其他情况包括1，到达图像的边界；2，||PM||>nT₁等。

直到所有的顶点处理完，即E中不存在2或3。E(y,x)=4或5表示像素点(x,y)是位于车辙上的点，这些点的集合即是找到的车辙。