基于Hough變換的智能車輛車道線檢測

楊全琪 黃晉英

（中北大學 信息與通信工程學院，山西 太原 030051）

0 引言

到目前為止，國內(nèi)外的智能車輛研究都把機器視覺作為其識別道路的重要感知方式，機器視覺是感知外部環(huán)境最有效的方式之一。道路識別是智能車輛視覺導航的最為關(guān)鍵技術(shù)的部分，由于其復雜性和困難度而備受廣大智能愛好者和研究者關(guān)注。

1 車道線檢測

1.1 Hough變換原理

Hough變換的原理是利用圖像空間和參數(shù)空間的點與線的對偶性，把圖像空間中的檢測問題轉(zhuǎn)換到參數(shù)空間。在圖像空間X-Y中，所有共線的點的集合和可以用一個表達式描述：

其中，m為直線的斜率，n為截距。同時上式又可以寫成：

上式可以看成是參數(shù)空間M-N中的一條直線方程，其中直線的斜率為x，截距為y。

比較式（1）和式（2），可以看出，圖像空間中的一點（x，y）對應參數(shù)空間中的一條直線，而圖像空間中的一條直線又是由參數(shù)空間中的一個點（m，n）來決定的。然后通過在參數(shù)空間里進行簡單的累加統(tǒng)計，在參數(shù)空間尋找累加器峰值的方法檢測直線。

如果參數(shù)空間中使用直線方程,當圖像空間直線斜率為無窮大時,會使累加器變的很大,從而使計算復雜度過大。為解決這一問題,采用極坐標方程,：

其中ρ為直線到原點的距離,θ為ρ與x軸的夾角。

圖 1 （x，y）參數(shù)空間

圖 2 （ρ，θ）參數(shù)空間

1.2 Hough檢測算法

Hough變換需要建立一個累加數(shù)組，數(shù)組的維數(shù)與所檢測的曲線方程中未知參數(shù)的個數(shù)相同。對于直線，它有兩個未知參數(shù)，因而需要建立一個二維數(shù)組。具體計算時，需要對未知參數(shù)的可能取值進行量化。如果將參數(shù)(k,b)分別量化為m和n個數(shù)，則定義一個累加數(shù)組A(m，n)并初始化為零。

假 設(shè) (k，b)量 化 之 后 的 可 能 取 值 分 別 為，k1，}和，b1，...bn-1}。對于圖空間中的每個目標點(x，y)，讓a取遍所有可能的值，根據(jù) 計算出相應的b，并將結(jié)果取為最接近的可能取值。根據(jù)每一對計算結(jié)果，對數(shù)組進行累加。通過查找累加數(shù)組中的峰值，可以得知圖像中最優(yōu)可能的直線參數(shù)。

所以提取直線的Hough變換算法可以概括如下：

（1）在（ρ，θ）范圍區(qū)間，建立一個二位參數(shù)空間，并網(wǎng)格化；

（2）設(shè)置一個累加數(shù)組 A（ρ，θ），并把每個元素置 0；

（3）對圖像空間的每個點（x，y），做 Hough 變換，其對應參數(shù)空間的（ρ、θ）經(jīng)過每個網(wǎng)格，則累加數(shù)組加1；

（4）找出累加數(shù)組中的局部極大值，這個值（ρ，θ）得共線點所在直線就是要檢測的直線。

Hough變換檢測圖像中直線的一般步驟總結(jié)為：對色彩圖像進行灰度處理；其次對灰度圖像進行邊緣檢測,然后對邊緣檢測的結(jié)果作Hough變換,最后得到直線檢測結(jié)果。

1.3 實驗分析

提取高速路上視頻圖像的一幀，如圖3。首先對圖像進行灰度處理，為了抑制隨機噪聲又能很好的保護邊緣信息，給圖像做中值濾波平滑，如圖4。其數(shù)學表達式為：

式（4）中：f（x,y）、g（x,y）分別為原始圖像和濾波后圖像。 其次利用sobel算子對濾波后圖像邊緣檢測，如圖5。其數(shù)學表達式為：

最后我們對圖像做Hough變換，提取出車道線，如圖6。

圖3 高速路上的原圖

圖4 中值濾波平滑結(jié)果

圖5 Sobel邊緣檢測結(jié)果

圖6 Hough變換車道線提取結(jié)果

基于先驗知識和直線道路模型，高速路上的車道線是平行線，經(jīng)過透視投影后，在圖像平面中會交于一點。如圖7，點P為兩條車道線的匯交點，O點為車體中心部位，則OP為導航中心線。

圖7 道路模型與導航線

2 結(jié)束語

視覺導航是智能車輛研究中的關(guān)鍵之一，而道路識別又是視覺導航中最重要的一塊。本文利用Hough變換對道路圖像進行分析處理，獲取圖像中道路邊緣范圍，計算出導航中心線。為智能車輛的定位與控制提供實時、可靠的信息。

［1］趙保佑．基于視覺的車輛檢測與跟蹤技術(shù)研究[D]．武漢理工大學，2009：23-25．

［2］王武宏，沈中杰．智能車輛[M]．人民交通出版社，2002：54-56．

［3］馬曉璐．MATLAB圖像處理從入門到精通[M]．中國鐵道出版社，2013：201-210．