交通标志检测

资 源 简 介

应用背景 交通标志在道路交通系统中占据重要地位，其主要作用为显示当前路段交通状况，提示驾驶员前方道路环境中的危险与困难，警告驾驶员按规定速度行驶，特殊路段禁止左右转弯或禁止停车等，为安全驾驶提供有利的保障。因此，交通标志的检测与识别是一个非常重要的课题，对防止道路交通事故，保障驾驶员的人身安全具有重要意义。 道路交通标志中，禁令标志主要起到禁止某种行为的作用，共43种，在交通标志中占据重要地位[14]。其中，限速标志及禁止左右转弯标志，对保障驾驶人的安全行驶具有重要意义，因此也是目前交通标志识别领域研

详 情 说 明

应用背景

交通标志在道路交通系统中占据极其重要的地位。它们的作用不仅仅是显示当前路段交通状况、提示驾驶员前方道路环境中的危险与困难、警告驾驶员按规定速度行驶、特殊路段禁止左右转弯或禁止停车等，还为安全驾驶提供了有利的保障。因此，交通标志的检测与识别在防止道路交通事故、保障驾驶员的人身安全方面具有非常重要的意义。

道路交通标志中，禁令标志共有43种，主要起到禁止某种行为的作用，在交通标志中占据重要地位[14]。其中，限速标志及禁止左右转弯标志对保障驾驶人的安全行驶具有重要意义，因此也是目前交通标志识别领域研究的重点。这些禁令标志有其独特的形状与颜色特征，颜色均为白底，红圈，红杠，黑图案，团压杠；形状为圆形。

先进车辆辅助驾驶系统（Advanced Driver Assitance Systems,ADAS）是一种辅助驾驶人进行汽车驾驶的系统，对增加车辆和道路安全性具有重大意义。该系统利用安装在车上各式各样的传感器（本次设计采用安装在车辆前方的CCD摄像头）采集前方道路信息，通过使用图像处理与模式识别领域的相关技术，对前方车辆、行人、车道线、交通标志等信息进行检测与追踪，并在最短的时间内提醒驾驶人员注意车辆前方可能发生的情况。

关键技术

（1）改进K均值聚类算法用于交通标志检测。

传统的图像分割算法直接选取RGB颜色空间，并在R通道、G通道、B通道上设置相应的经验阈值。当道路图像中有满足各个通道阈值的区域时，即认为是交通标志存在的区域。这种方法计算简便、实时性高，但由于阈值的设定是由大量实验得到的经验阈值，无法应对光照的变化，所以其鲁棒性不强。为了消除光照的影响，典型的图像分割算法将得到的道路RGB图像转化为HSI图像，直接去除I通道光照的影响，仅在色调H、饱和度S通道处理图像。这种方法虽然可以去除光照的影响，但由RGB图像转化到HSI空间是非线性转化，计算量大，实时性无法得到保障。因此，本次设计采用数据挖掘领域的经典算法：K-means聚类算法，并对该算法进行改进优化，使其更加适合处理图像。

用于交通标志检测的改进K均值聚类算法如下：选取R/(R+G+B)作为图像处理的特征空间。这种处理方式可以一方面突出检测图像空间中显著的红色分量，另一方面通过对R、G、B分量进行归一化处理，可以减少光照噪声对图像处理的影响。为了减少算法的处理时间，在原图像上自动生成部分样本点，选取这些部分像素点代替整幅图像进行初始聚类。对这些部分样本点聚类后，得到K个初始聚类中心，然后利用这K个初始聚类中心继续对整幅图像剩下的全部像素点进行聚类。经过实验确定当k=5时，可以准确的检测出交通标志所在区域，并取迭代次数上限为30，以解决算法不收敛导致计算时间无限增长的问题。

通过对K-means算法的改进，基于K-means聚类算法的交通标志检测算法具有快速、简洁、对图像大数据集具有较高的效率，并且具有较强的检测鲁棒性等优点。

（2）改进的快速鲁棒性算法用于交通标志识别。

交通标志匹配识别的核心问题是在不同时间、不同分辨率、不同光照、不同位置的情况下寻找其不变的特征。传统的匹配算法往往是直接提取角点或边缘，对环境的适应能力较差。在参考大量研究论文后，我们发现，SIFT（尺度不变特征变换匹配算法）能有效地将感兴趣区域中的交通标志与模板库的交通标志进行匹配识别。使用该算法提取的特征向量，具有平移、缩放、旋转不变性，同时对光照变化、仿射及投影也有一定不变性。SIFT在图像的不变特征提取方面拥有无与伦比的优势，但其实并不完美，它依然存在着实时性不高、特征点较少、对边缘模糊的目标无法准确提取特征点等缺陷。因此，本次设计采用改进的快速鲁棒特征算法作为对SIFT算法的优化来实现交通标志的识别。该方法在特征点检测上，用不同大小的方框滤波与原始图像做卷积来近似代替二阶高斯滤波并使用快速Hessian矩阵检测特征值，利用Haar响应对特征点进行描述，这些大大提高了运算效率。利用改进的快速鲁棒性算法提取交通标志的特征信息，最终生成64维的特征描述算子，将目标图像的特征描述算子与模板库图像的特征描述算子进行欧氏距离匹配，得到交通标志的实际意义。

【站长评论】：isrgb(image)替换为ndims(image)==3即可运行，这个函数在2009后被移除了。