專利名稱：一種基于圖像處理技術(shù)的限速標(biāo)志檢測(cè)方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種道路交通標(biāo)志的識(shí)別方法，尤其是涉及一種基于圖像處理技術(shù)的 限速標(biāo)志檢測(cè)方法。
背景技術(shù)：
道路交通標(biāo)志識(shí)別(Traffic Sign Recognition, TSR)系統(tǒng)作為智能交通系統(tǒng) (Intelligent Transportation System, ITS)研究領(lǐng)域的重要組成部分，可用于輔助駕駛 系統(tǒng)和自動(dòng)駕駛系統(tǒng)。作為交通信息服務(wù)系統(tǒng)的重要手段，TSR系統(tǒng)的主要任務(wù)是分析處理 交通場(chǎng)景圖像，從復(fù)雜的交通場(chǎng)景圖中檢測(cè)出交通標(biāo)志，并對(duì)其進(jìn)行正確的判別[1]。目前， “超速”是導(dǎo)致城市道路交通事故的主要原因之一。為確保道路交通的暢通和行車安全，結(jié) 合道路線形、交通狀況、沿線設(shè)施等情況，各國(guó)紛紛設(shè)置相應(yīng)的限速標(biāo)志以控制車速，在一 定程度上降低了事故發(fā)生率。限速標(biāo)志作為控制機(jī)動(dòng)車行駛速度的重要手段，在交通管制 中作用突出。因此，TSR系統(tǒng)研究中，實(shí)現(xiàn)限速標(biāo)志的正確識(shí)別就顯得尤為重要。我國(guó)直接與道路交通安全有關(guān)的交通標(biāo)志分為禁令標(biāo)志、指示標(biāo)志、警告標(biāo)志3 大類，共有118種(不包括可派生的標(biāo)志)。其中，城市道路及高速公路上設(shè)置禁令標(biāo)志的 數(shù)量為最多，共有44種，而限速標(biāo)志則屬于禁令標(biāo)志的一種。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明所要解決的技術(shù)問(wèn)題是提供一種能夠快速有效地將限速標(biāo)志從118種道 路交通標(biāo)志中區(qū)分出來(lái)的基于圖像處理技術(shù)的限速標(biāo)志檢測(cè)方法。本發(fā)明解決上述技術(shù)問(wèn)題所采用的技術(shù)方案為一種基于圖像處理技術(shù)的限速標(biāo) 志檢測(cè)方法，該檢測(cè)方法包括以下步驟①針對(duì)一個(gè)交通標(biāo)志，從圖形中心向外作掃描圓，記錄經(jīng)過(guò)紅色像素點(diǎn)的最小半 徑rmin和最大半徑rmax，定義兩者的比值為m，即m = rmax/rmin，當(dāng)me (1,1.3]時(shí)，判斷該標(biāo) 志由紅色圓形邊框構(gòu)成，進(jìn)入下一步驟，否則為非限速標(biāo)志；②判斷除最小半徑rmin和最大半徑rmax之間的紅色像素之外，在小于最小半徑rmin 的區(qū)域內(nèi)有無(wú)紅色像素，有則為非限速標(biāo)志，否則進(jìn)入下一步驟；③判斷在小于最小半徑rmin的區(qū)域內(nèi)有無(wú)黑色像素，有則進(jìn)入下一步驟，否則為非 限速標(biāo)志；④在小于最小半徑rmin的區(qū)域內(nèi)掃描各黑色區(qū)域，記錄黑色像素點(diǎn)的最大高度hmax 和最小高度hmin ；定義兩者的比值為n，即n = hmax/hmin，當(dāng)ne [1,1.2]時(shí)，判斷該標(biāo)志為限 速標(biāo)志，否則為非限速標(biāo)志；⑤判斷是否完成所有交通標(biāo)志的掃描，是則結(jié)束檢測(cè)，否則針對(duì)下一個(gè)交通標(biāo)志， 重復(fù)步驟① 步驟④。步驟①的具體步驟為(1)獲取紅色感興趣區(qū)域并設(shè)置區(qū)域的外切矩形邊框，以邊框中心為掃描圓圓心0,r e (0，L)為掃描半徑，步長(zhǎng)1個(gè)像素自內(nèi)向外作掃描圓，其中，r為掃描半徑，L為中心 到邊框頂點(diǎn)的距離；(2)掃描感興趣區(qū)域，檢測(cè)圓形a.當(dāng)掃描圓經(jīng)過(guò)區(qū)域上最內(nèi)側(cè)的點(diǎn)時(shí)，記錄此時(shí)掃描圓半徑為rmin ；b.當(dāng)掃描圓經(jīng)過(guò)區(qū)域上最外側(cè)的點(diǎn)時(shí)，記錄此時(shí)掃描圓半徑為rmax ；c.計(jì)算判別式m = rmax/rmin，若滿足me (1，1. 3]，則判斷該感興趣區(qū)域?yàn)閳A形；若 不滿足則清除該區(qū)域。步驟④的具體步驟為1)提取圓環(huán)內(nèi)的黑色內(nèi)核，并分割出內(nèi)核區(qū)域；2)區(qū)域高度一致性判斷，檢測(cè)純數(shù)字內(nèi)核a.掃描各黑色內(nèi)核區(qū)域，記錄區(qū)域黑色像素點(diǎn)的最大高度為hmax，區(qū)域黑色像素點(diǎn) 的最小高度為hmin ；b.計(jì)算n = hmax/hmin，若滿足ne [1，1. 2]，則為純數(shù)字內(nèi)核，確定該標(biāo)志為限速標(biāo) 志，若不滿足則清除該內(nèi)核及圓環(huán)區(qū)域。與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)如下根據(jù)限速標(biāo)志顏色形狀對(duì)與內(nèi)核圖案的唯 一對(duì)應(yīng)關(guān)系，提出一種自內(nèi)向外圓形掃描法，既能成功檢測(cè)圓形，還能判斷標(biāo)志內(nèi)核是否存 在紅色像素，可快速將限速標(biāo)志從大部分禁令標(biāo)志(內(nèi)核中有紅色像素，或非圓形邊框)中 區(qū)分出來(lái)，結(jié)合對(duì)內(nèi)核中各黑色區(qū)域高度一致性的判斷，能夠快速清除非限速標(biāo)志，實(shí)現(xiàn)限 速標(biāo)志的成功檢測(cè)。本發(fā)明與通?；贖ough變換圓形檢測(cè)方法相比，克服了其在三維空 間上進(jìn)行證據(jù)累加需要消耗非常大的時(shí)間和空間，不利于交通標(biāo)志的實(shí)時(shí)檢測(cè)的缺點(diǎn)。


圖1為我國(guó)交通標(biāo)志中的禁令標(biāo)志；圖加為禁令標(biāo)志中常見(jiàn)的限速標(biāo)志；圖2b為限速標(biāo)志中外圓的結(jié)構(gòu)示意圖；圖3為本發(fā)明檢測(cè)方法的基本框架示意圖。
具體實(shí)施例方式以下結(jié)合附圖實(shí)施例對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步詳細(xì)描述。如圖所示，我國(guó)交通標(biāo)志中的限速標(biāo)志以紅色為其基本邊框顏色，白色為其底色， 內(nèi)核圖案為高度一致的純黑色數(shù)字，并且邊框都是圓形。根據(jù)國(guó)家國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)，限速標(biāo)志設(shè)置 的尺寸大小與該路段限速范圍內(nèi)的行車速度存在一定的關(guān)系，如表1所示。表1限速標(biāo)志尺寸與行車速度的關(guān)系
行車速度，km/h100-12071-9940-70<40限標(biāo)志外徑D, cm1201008060速紅邊寬度a，cm121086標(biāo)襯邊寬度b，cm1.00.80.60.4 對(duì)限速標(biāo)志的顏色幾何屬性和內(nèi)核圖案的分析，可以得到一個(gè)重要結(jié)論限速標(biāo)志的顏色-幾何屬性與內(nèi)核圖案之間存在著唯一對(duì)應(yīng)的關(guān)系，即滿足邊框?yàn)榧t色圓形的基 礎(chǔ)上，其內(nèi)核無(wú)紅色像素且內(nèi)核中各黑色區(qū)域高度一致。設(shè)任一道路交通標(biāo)志中Ck表示標(biāo)志的顏色屬性為紅色，Sc表示形狀屬性為圓形， 則滿足紅色圓形標(biāo)志的顏色形狀對(duì)子集為VCSP = {(CE, Sc) }(1)設(shè)滿足紅色圓形標(biāo)志的內(nèi)核屬性為Kl|L = 1,2,…，4，其中，K” K2, K3和K4的含 義分別如下①K1表示內(nèi)核中帶紅色像素的標(biāo)志，如圖1中的禁止機(jī)動(dòng)車通行標(biāo)志P38 ；表示標(biāo)志內(nèi)核無(wú)紅色像素且無(wú)黑色區(qū)域，如圖1中的禁止通行標(biāo)志Ρ41 ；③K3表示標(biāo)志內(nèi)核無(wú)紅色像素且各黑色區(qū)域高度不一致，如圖1中的限重標(biāo)志 Ρ7 ； Κ4表示標(biāo)志內(nèi)核無(wú)紅色像素且各黑色區(qū)域高度一致，如圖1中的限速標(biāo)志Ρ5。于是，限速標(biāo)志顏色形狀對(duì)與內(nèi)核圖案的對(duì)應(yīng)關(guān)系為SLS = (CE, Sc, K4)(2)限速標(biāo)志邏輯關(guān)系式O)即為限速標(biāo)志檢測(cè)模型。它表明，在我國(guó)的3大類118 種交通標(biāo)志中，只要滿足SLS關(guān)系條件的就是限速標(biāo)志，不滿足的可當(dāng)作冗余區(qū)域?yàn)V除?；谝陨系目紤]，本發(fā)明的一種基于圖像處理技術(shù)的限速標(biāo)志檢測(cè)方法，包括以 下步驟①獲取紅色感興趣區(qū)域并設(shè)置區(qū)域的外切矩形邊框，以邊框中心為掃描圓圓心0， r e (0，L)為掃描半徑，步長(zhǎng)1個(gè)像素自內(nèi)向外作掃描圓，其中，r為掃描半徑，L為中心到 邊框頂點(diǎn)的距離；(2)掃描感興趣區(qū)域，檢測(cè)圓形a.當(dāng)掃描圓經(jīng)過(guò)區(qū)域上最內(nèi)側(cè)的點(diǎn)時(shí)，記錄此時(shí)經(jīng)過(guò)紅色像素點(diǎn)的最小掃描圓半 徑為rmin ；b.當(dāng)掃描圓經(jīng)過(guò)區(qū)域上最外側(cè)的點(diǎn)時(shí)，記錄此時(shí)經(jīng)過(guò)紅色像素點(diǎn)的最大掃描圓半 徑為r—；c.定義兩者的比值為m，即m = rmax/rmin，計(jì)算判別式m = rmax/rmin，若滿足me (1， 1. 3]，則判斷該感興趣區(qū)域?yàn)閳A形進(jìn)入下一步驟，若不滿足則為非限速標(biāo)志，清除該區(qū)域；②判斷除最小半徑rmin和最大半徑rmax之間的紅色像素之外，在小于最小半徑rmin 的區(qū)域內(nèi)有無(wú)紅色像素，有則為非限速標(biāo)志，否則進(jìn)入下一步驟；③判斷在小于最小半徑rmin的區(qū)域內(nèi)有無(wú)黑色像素，有則提取圓環(huán)內(nèi)的黑色內(nèi)核， 并分割出內(nèi)核區(qū)域，進(jìn)入下一步驟，否則為非限速標(biāo)志；④在小于最小半徑rmin的區(qū)域內(nèi)掃描各黑色區(qū)域，進(jìn)行區(qū)域高度一致性判斷，檢測(cè) 純數(shù)字內(nèi)核a.掃描各黑色內(nèi)核區(qū)域，記錄區(qū)域黑色像素點(diǎn)的最大高度為hmax和最小高度為
hmin，b.定義兩者的比值為 n，即 η = hmax/hmin，計(jì)算 η = hmax/hmin，若滿足 η e [1,1.2], 則為純數(shù)字內(nèi)核，確定該標(biāo)志為限速標(biāo)志，若不滿足則為非限速標(biāo)志，清除該內(nèi)核及圓環(huán)區(qū) 域；
⑤判斷是否完成所有交通標(biāo)志的掃描，是則結(jié)束檢測(cè)，否則針對(duì)下一個(gè)交通標(biāo)志，
重復(fù)步驟① 步驟④。
權(quán)利要求
1.一種基于圖像處理技術(shù)的限速標(biāo)志檢測(cè)方法，其特征在于該檢測(cè)方法包括以下步驟①針對(duì)一個(gè)交通標(biāo)志，從圖形中心向外作掃描圓，記錄經(jīng)過(guò)紅色像素點(diǎn)的最小半徑rmin 和最大半徑rmax，定義兩者的比值為m，即m = rmax/rmin，當(dāng)me (1,1.3]時(shí)，判斷該標(biāo)志由紅 色圓形邊框構(gòu)成，進(jìn)入下一步驟，否則為非限速標(biāo)志；②判斷除最小半徑rmin和最大半徑rmax之間的紅色像素之外，在小于最小半徑rmin的區(qū) 域內(nèi)有無(wú)紅色像素，有則為非限速標(biāo)志，否則進(jìn)入下一步驟；③判斷在小于最小半徑rmin的區(qū)域內(nèi)有無(wú)黑色像素，有則進(jìn)入下一步驟，否則為非限速 標(biāo)志；④在小于最小半徑rmin的區(qū)域內(nèi)掃描各黑色區(qū)域，記錄黑色像素點(diǎn)的最大高度hmax和 最小高度hmin ；定義兩者的比值為n，即n = hmax/hmin，當(dāng)ne [1,1.2]時(shí)，判斷該標(biāo)志為限速 標(biāo)志，否則為非限速標(biāo)志；⑤判斷是否完成所有交通標(biāo)志的掃描，是則結(jié)束檢測(cè)，否則針對(duì)下一個(gè)交通標(biāo)志，重復(fù) 步驟① 步驟④。
2.如權(quán)利要求1所述的一種基于圖像處理技術(shù)的限速標(biāo)志檢測(cè)方法，其特征在于步驟 ①的具體步驟為(1)獲取紅色感興趣區(qū)域并設(shè)置區(qū)域的外切矩形邊框，以邊框中心為掃描圓圓心0， re (0，L)為掃描半徑，步長(zhǎng)1個(gè)像素自內(nèi)向外作掃描圓，其中，r為掃描半徑，L為中心到 邊框頂點(diǎn)的距離；(2)掃描感興趣區(qū)域，檢測(cè)圓形a.當(dāng)掃描圓經(jīng)過(guò)區(qū)域上最內(nèi)側(cè)的點(diǎn)時(shí)，記錄此時(shí)掃描圓半徑為rmin；b.當(dāng)掃描圓經(jīng)過(guò)區(qū)域上最外側(cè)的點(diǎn)時(shí)，記錄此時(shí)掃描圓半徑為rmax；c.計(jì)算判別式m= rmax/rmin，若滿足me (1，1. 3]，則判斷該感興趣區(qū)域?yàn)閳A形；若不滿 足則清除該區(qū)域。
3.如權(quán)利要求1所述的一種基于圖像處理技術(shù)的限速標(biāo)志檢測(cè)方法，其特征在于步驟 ④的具體步驟為1)提取圓環(huán)內(nèi)的黑色內(nèi)核，并分割出內(nèi)核區(qū)域；2)區(qū)域高度一致性判斷，檢測(cè)純數(shù)字內(nèi)核a.掃描各黑色內(nèi)核區(qū)域，記錄區(qū)域黑色像素點(diǎn)的最大高度為hmax，區(qū)域黑色像素點(diǎn)的最 小高度為hmin ；b.計(jì)算n= hmax/hmin，若滿足ne [1，1. 2]，則為純數(shù)字內(nèi)核，確定該標(biāo)志為限速標(biāo)志， 若不滿足則清除該內(nèi)核及圓環(huán)區(qū)域。
全文摘要
本發(fā)明公開(kāi)了一種基于圖像處理技術(shù)的限速標(biāo)志檢測(cè)方法，根據(jù)限速標(biāo)志顏色形狀對(duì)與內(nèi)核圖案的唯一對(duì)應(yīng)關(guān)系，提出一種自內(nèi)向外圓形掃描法，既能成功檢測(cè)圓形，還能判斷標(biāo)志內(nèi)核是否存在紅色像素，可快速將限速標(biāo)志從大部分禁令標(biāo)志(內(nèi)核中有紅色像素，或非圓形邊框)中區(qū)分出來(lái)，結(jié)合對(duì)內(nèi)核中各黑色區(qū)域高度一致性的判斷，能夠快速清除非限速標(biāo)志，實(shí)現(xiàn)限速標(biāo)志的成功檢測(cè)。
文檔編號(hào)G06T7/60GK102136150SQ20111006924
公開(kāi)日2011年7月27日 申請(qǐng)日期2011年3月22日 優(yōu)先權(quán)日2011年3月22日
發(fā)明者朱雙東 申請(qǐng)人:寧波大學(xué)