基于边缘检测与Hough变换的车道线检测.docx

1、基于边缘检测与 Hough 变换的车道线检测专业班级：车辆 1104学生姓名： 指导老师：职称：摘要 随着道路交通的快速发展和汽车保有量的日益剧增,交通安全引起了社会的普遍关注。统计表明,许多的交通事故是由司机疏忽或疲劳驾驶引起的。而汽车辅助驾驶系统正是被设计用来在车辆将要驶离车道或者发生碰撞时警告司机,从而帮助司机安全驾驶,避免交通事故的发生。车道线的检测识别正是实现这一功能的关键技术。本文对车道线检测识别进行了深入的研究。首先,介绍了基于边缘检测和 Hough 变换的车道线检测这一课题的研究背景和意义,综述了该课题的国内外研究现状,并进行了简要分析。第二，介绍了本课题编程所需要的工具MAT

2、LAB，并简要的介绍了 MATLAB 的两大特点。第三，介绍图像预处理。该模块包括图像灰度化，图像滤波，边缘检测等相关技术， 且对每一种技术所包含的常用方法都做了实验进行对比，并选择出了合适的方法（图像滤波选用中值滤波，边缘检测选用自定义差分算子）。第四，简绍了 Hough 变换的原理，使用 Hough 提取并标记车道线。最后，对本文进行了总结，并提出不足之处，总的来说，本文算法能够有效提取车道线，具有较好的鲁棒性。关键词车道线检测MATLAB图像灰度化边缘检测Hough 变换Lane Line Detection based on edge detection And Hough trans

3、formAbstract With the rapid development of road traffic and the increasingly explosion in auto inventory, traffic safety has aroused widespread concern. Statistics show that most of traffic accidents caused by drivers drowsiness, inattentiveness. Driver assistance systems is the design used to be wa

4、rningthe driver when the vehicle leaving the lane or a collision, so it can help to avoid traffic accidents. The real-time lane detection and navigation system is also an essential module of the driver assistance and warning system. This paper is focus on lane detection and departure based on machin

5、e vision.Firstly, the thesis introduces the background and significance about the lane detection based on Edge detection and Hough Transform, and then the research status of the thesis topic is reviewed. Finally, it makes a brief analysis.Secondly, this paper describes the tools required for program

6、ming- -MATLAB, and makes a brief introduction to the two features of MATLABThirdly, the thesis describe the technology related to image pre-processing module such as image gray, image filtering, edge Detection. And the common methods for each technology included have done experiments to compare and

7、select a suitable method (Selecting median filtering to filter image; Selecting custom difference operator filtering to make edge detection).Fourthly, making a brief introduction of principle of Hough transform and using Hough to extract the lane marker.Finally, conclusions are given with recommenda

8、tion for future work. Overall, the proposed algorithm can effectively extract the lane, with better robustness.Keywords： Lane detectionEdge detectionimage greyHough transformMATLABIII目录第一章绪论11.1 研究意义及背景11.2 国内外技术发展状况21.2.1 国外车道偏离报警系统21.2.2 国内车道偏离预警系统31.3 本文主要研究内容4第二章MATLAB 简介52.1 MATLAB 的语言特点52.2 MA

9、TLAB 的技术特点：6第三章道路图像预处理93.1 道路图像灰度化93.2 道路图像滤波113.3 图像边缘检测123.3.1 Robert 算子133.3.2 Prewitt 算子143.3.3 Sobel 算子143.3.4 Canny 算子163.3.5 自定义差分算子173.4 本章小结18第四章车道线检测的算法设计194.1 道路图像检测的常用方法194.2 基于 Hough 变换的车道线检测214.2.1 Hough 变换原理214.2.2 Hough 变换提取车道线234.3 本章小结25结论261. 论文的主要研究工作262. 论文需要改进的地方及对后续工作的展望26参考文献

10、：28致谢30附录31第一章绪论1.1 研究意义及背景高速公路的通行里程是一个国家发展水平的重要标志之一。高速公路具有车辆通行能力大、交通事故少、经济效益高的特点，它的不断发展引起了经济 社会的重大变革，不仅有力地改变了人们的时空观念和地域观念，更促进了公 路沿线地区社会和经济的发展，便利了沿线地区人们的出行，人们的生活质量 和办事效率也得到了极大提高。汽车是高速公路的重要载体，凭借其灵活的机 动性为人类生活的改善和现代社会的发展做出了巨大的贡献。随着汽车的普及， 交通安全问题越来越受到人们的普遍关注和极大重视1。20 世纪 40 年代时,人们开始研究人-车-道的相互影响问题,由于道路建设缓慢

11、,世界各地的交通事故、环境污染、能源浪费、道路堵塞现象变得越来越严重【2】，尤其是在我国，交通问题日益突出，目前，我国已成世界上交通事故死亡人数最高的国家之一。据报道，我国 2014 年交通事故死亡人数为 34292,34 人，比起 2013 年 31604,3 人、2012 年 30222,5 人、2011 年 29618 人，死亡人数呈逐年小幅度的上升趋势。因此，从上世纪 70 年代开始，全世界各国的工程师开始利用迅猛发展的电子，信息，计算机等高新科技技术来缓解目前拥堵的交通状况，并陆续在世界各地建立新型交通系统，并由此产生了智能交通（ITS）【3】【4】【5】的概念。智能交通系统（Int

12、elligent Traffic Systems, ITS）的前身是智能车辆道路系统（Intelligent Vehicle Highway System, IVHS）。智能交通系统将先进的信息技术、数据通信技术、传感器技术、电子控制技术以及计算机技术等有效地综合运用于整个交通运输管理体系，从而建立起一种大范围内、全方位发挥作用的，实时、准确、高效的综合运输和管理系统。该系统的一个主要子系统：车道偏离警告系统。因此，研发一种保障行车安全的综合系统十分必要。当驾驶员疲劳以及精神分散或者车辆出现车道偏离以及车辆安全车距过小存在追尾可能时能给予主动报警，必能极大地降低交通事故发生的可能性，对于减少公

13、路交通事故及人员伤亡有着特别重要的意义。而该系统一个至关重要的工作就是快速地，准确0地利用车载传感器获取前方道路的车道线或道路边缘。1.2 国内外技术发展状况1.2.1 国外车道偏离报警系统车道线是道路交通中最重要的交通标志,可以对车辆的行驶起到约束保障的作用。无论是在车辆安全驾驶系统中还是在基于机器视觉的智能车辆导航中, 车道线的检测与识别都是一个基本的、必须的功能模块,通过它不仅可以降低交通事故的发生,而且可以为以后智能交通深入研究提供帮助。因此早在人们对智能车以及智能交通研究开始阶段,就十分重视对车道线检测与识别的研究。许多国家都投入大量资金以及人才对其进行深入研究并取得了丰硕的研究成果

14、,在这些国家中尤以德国、美国、意大利、日本对这一技术研究的比较深入。1. AURORA 系统该系统由美国卡内基梅隆大学机器人学院于 1997 年开发成功。该系统由带广角镜头的彩色摄像机、数字转换器和一个便携 SunSparc 工作站等组成。该系统通过安装在车辆一侧的视野大约为 1.5m-1.6m 区域的俯视彩色摄像机检测车辆旁边的车道标识，通过数字转换器采集摄像机的视频输出并在一个便携Sunspace 工作站上进行处理，处理速度为 60Hz。2. AutoVue 系统该系统由前 DaimlerChrysler 公司和美国的 Iteris 公司联合开发。该系统主要由一个安装在汽车内风窗玻璃后部的

15、摄像机、两个立体音箱、一个小显示设备和控制单元等组成。该系统工作原理是通过实时监测本车在当前车道中的位置，计算本车到车道标识线距离，然后与设定的报警距离相比较，判断是否进行预警。当检测到将要发生车道偏离时，它将发出一种类似于车辆在隆声带上行驶时发出的隆隆作响的声音来提醒驾驶员修正车辆位置。目前，AutoVue 系统已经在欧洲的多种货车上作为一个选件进行了装备。3. Mobileye_AWS 系统该系统由总部设在荷兰的 Mobileye 公司研制。该系统利用安装在前风窗玻璃上的单个摄像机监测车道标识线，测量和监控本车与道路边界的距离。该系统的车道偏离警告模块通过检测道路边界，计算车辆相对于车道的位置和车33辆的侧向运动，预测车辆将横越车道标识的时间，当该时间低于设定值时，系统触发视觉警告和声音警告，以使驾驶员对不同的危险状态做出适当的反应而减少意外事故的发生。该系统在有意识的车道偏离、制动和没有道路标识等情况下能对警告的产生进行了抑制。4. DSS 系统(Driver Support System)该系统由日本三菱汽车公司于 1998 年提出，并于 1999 年秋季应用于模型车上。该系统由一个安装在汽车后视镜内的小型 CCD 摄像机、一些检测车辆状态和驾驶员操作行为的传感器以及视觉和听觉警告装