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用于重型卡车的夜间前方车辆检测方法

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摘要

第1章 引言

1.1 课题背景及意义

1.2 国内外现状

1.2.1 夜视技术研究现状

1.2.2 基于计算机视觉的车辆检测

1.3 本文主要内容

1.4 论文结构安排

第2章 阈值处理算法

2.1 夜间车辆检测难点分析

2.1.1 汽车试验场行驶环境

2.1.2 高速公路行驶环境

2.2 阈值处理算法

2.2.1 最大类间方差(Otsu)算法

2.2.2 直方图阈值法

2.2.3 迭代法

2.2.4 最大熵阈值算法

2.2.5 Kumar阈值算法

2.2.6 几种常用阈值算法分析

2.3 改进的阈值算法

2.4 本章小结

第三章 Haar-like和Adaboost算法

3.1 Haar-like特征

3.1.1 Haar-like模板

3.1.2 积分图

3.2 Adaboost

3.2.1 Boosting算法背景

3.2.2 弱分类器

3.2.3 AdaBoost算法训练强分类器

3.2.4 级联分类器

3.3 改进的训练和检测方法

3.4 本章小结

第四章 实验及分析

4.1 实验图片及实验构成

4.1.1 中国定远汽车试验场

4.1.2 OpenCV

4.2 阈值处理实验

4.2.1 试验场图片阈值处理实验

4.2.2 高速公路图片阈值处理实验

4.2.3 阈值处理实验结果分析

4.3 训练分类器实验

4.3.1 传统训练方法

4.3.2 改进的训练方法

4.3.3 使用改进的训练方法训练丰富的样本

4.3.4 改进的检测方法与基于对称性方法对比实验

4.4 实验分析和总结

第五章 总结与展望

5.1 总结

5.2 未解决的问题和以后工作展望

参考文献

致谢

本人硕士研究生期间学术成果和参与项目

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摘要

随着国家经济的快速发展,汽车数量大幅度增多,这给我们的日常生活带来了极大便利。但与此同时,发生交通事故的概率增大,如何提高汽车安全性成为汽车与自动化行业的重点研究内容,汽车辅助驾驶系统的研究随之发展起来。汽车辅助驾驶系统是在汽车上安装先进的传感器(雷达、摄像机)、控制器和执行器等装置,通过车载传感器和信息终端实现车与人、车和路等的智能信息交换。使汽车具备智能的环境感知能力,自动分析汽车的行驶状态并按照人的意志达到目的地,最终实现完全自动驾驶。
  白天环境下,光照充足,前方汽车的颜色、形状、纹理等特征显而易见,很容易判断出汽车位置。但是夜晚行驶时,光照不足,驾驶员不能快速准确地识别前方车辆的位置,实现智能夜间车辆检测已成为研究热点。相对于红外线、雷达等传统夜视技术,基于计算机视觉的汽车辅助驾驶系统具有硬件设备简单、处理速度快、成本低等优势,更适用于普通用车。重型卡车具有速度快、体积大和惯性大的特点,对道路上其他车辆和行人造成威胁。尤其夜晚在高速公路上行驶时,由于光照不足和司机疲劳驾驶,司机较难在短时间内估算出前方车辆位置,这使得重型卡车的危险性更大。在夜晚情况下重卡智能检测前方车辆对提高道路安全性尤为重要。本文研究重型卡车在汽车试验场和高速公路两种路况下,在夜间检测前方车辆问题。
  夜间前方车辆的一对明亮的尾灯是其最明显的特征,尾灯的对称性常被用于检测车辆。由于重型卡车前照灯强光影响,前方车辆尾灯往往不会呈现出完全对称的形状,并且前方车辆测距常用的双目相机有时会出现同步漂移问题,本文使用单目相机采集重卡行驶环境的灰度图像。重卡前照灯较亮,易在路面、道路护栏或其他建筑物上产生干扰。本文特别针对重卡夜间行驶环境,提出一种改进的阈值处理方法,能够开尽可能去除图片中除车灯之外的其他干扰。提出将阈值处理算法与训练分类器相结合的车辆检测方法:使用改进的阈值算法处理图片,从阈值处理后的图片中截取训练样本用于训练分类器,采用Haar-like和Adaboost算法训练分类器,检测过程中,使用改进的阈值处理算法处理当前帧图片,在处理后的图片中检测车辆并在原图上标记检测结果。
  为实现本文提出的改进的检测方法,本文首先详细讲述大津法、迭代法、直方图法、最大熵阈值法、Kumar阈值算法,通过分析比较选择适合本文研究图片的阈值算法进行改进,去除图片中的干扰信息。描述Haar-like特征含义、Haar-like模板及Haar-like特征值的快速求解方法。进一步介绍Adaboost算法,包括boosting算法背景、确定弱分类器方法、Adaboost训练过程及分类器级联方法。设计实验验证本文提出改进的阈值算法及车辆检测方法的有效性。拍摄汽车试验场和高速公路两种夜间行驶环境图片,对比分析改进阈值算法和其他阈值算法对这些图片的处理效果。使用汽车试验场图片制作训练样本,本别采用传统训练方法和改进的训练方法训练汽车试验场样本,分别制作汽车试验场测试集合高速公路测试集,对比两个分类器在两类测试集上的检测性能。在训练集中加入高速公路训练样本,再次采用两种方法训练,对两类测试样本进行检测,对比两种方法在添加高速样本后的性能。最后将改进的检测方法与基于对称性的检测方法进行对比。实验结果证明,改进的阈值处理算法更适用于本文研究环境,改进的训练和检测方法具有更高的准确性和鲁棒性,并且优于基于对称性的检测方法。这对于提高夜间道路安全性具有很大意义。

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