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检查井模块基于多特征融合的井盖检测系统实现

发表时间:2021-09-14 14:19

井盖缺失和破损对正常的行车造成了巨大安全隐患。井盖检测系统对于智能辅助驾驶具有很高的应用价值。近些年,对于椭圆检测的课题研究,国内外都取得了突出成果,并广泛应用在钢管数统计和表盘识别场景中。行车记录仪拍摄与地面存在夹角,圆形井盖在成像时竖直方向发生不同程度的缩放,最终呈现出椭圆状。

据此,理论上可将路面井盖的检测转换为对椭圆的检测,但实际操作中,一方面由于数字图像成像的特殊性,目标边缘往往呈现出锯齿状堆积,而非光滑的弧段,如图1所示,通过单像素点的提取来拟合出椭圆,往往由于取点难度大,导致错拟合;另一方面,复杂的道路场景中,背景变化较快,存在过多的干扰因素,如噪点以及物体遮挡等造成的弧段不连续问题,单纯利用边缘特征,无法快速将其从复杂背景中分离出来。



本方案将从宏观特征入手,充分考虑方法实现的实时性和准确性,类比人的认知规律,提出新的井盖检测框架。


为保障实时处理速度,在研究高效算法的基础上,还需要配套的硬件设备。如图2所示,系统主要由3部分组成:摄像头、主机板卡、7英寸LCD显示屏幕。


检查井模块‍中不同时刻井盖的定位虽然可以通过目标跟踪的方法减少一定的计算量,但是该方法每次仅在上一帧图像的极窄区域内进行搜索,对道路中出现的突发状况难以做到及时预判。全检测的方法可以对每帧图像的细节信息进行处理,对画面的实时变化敏感。


2 硬件系统构成


TMS320DM6437是TI公司C6000系列中支持达芬奇技术的数字媒体处理器,工作频率最高可达600 MHz,能达到4 800 MIPS的峰值计算速度,片上集成了视频处理子系统VPSS,极大地支持了前端预处理与后端显示,减轻DSP核负担;支持汽车上用于电子设备通信的控制器局域网络(Controller Area Network,CAN)总线,非常适合车载视频设备的开发应用。


主机板卡包括视频输入模块、外围存储模块、视频输出模块、通信接口和电源模块。


检查井模块视频输入/输出模块:前端采用TVP5146视频解码芯片,将CCD摄像头拍摄的画面进行A/D采样和压缩编码;后端通过编程,实现多种标准输出。


外围存储模块:外扩了2 GB的DDR2和128 MB的Flash,用于数据和程序的存放。


通信接口:通过JTAG接口对板卡进行调试,预留了可以接入汽车的CAN总线接口。


3 核心算法的实现


本部分主要算法流程如图3所示。



3.1 检查井模块感兴趣区域的确定


限定感兴趣区域,可大大提高系统的处理速度[6],通常以车道线作为限定参考。当前,车道线的检测技术层出不穷,但在速度和准确率上仍然难以达到平衡。另一方面,在超车或转弯,乃至某些无交通限制的区域,由于驾驶人的主观操作,车辆已非严格地限制在车道线间。因此,需要关注如何以车辆本身参考建立一个统一模式,以应对不同路况,淡化对车道线信息的依赖。


上边界限定:图像上部1/4范围常为背景天空和树木,且与车辆本身距离较远,为非关注区域。


左右边界限定:在透视模型中,当车道线保持平行时,透视图像中所有车道线的延长线必交于一点。假设已通过相机标定技术得到了实际世界坐标系和图像坐标的位置对应关系,那么,便可在图4(a)的俯视图中划定现实世界中的研究区域[7]。


d为行车中r时间内可能达到的左右偏移:


最终,通过3条相交线段,划定出如图4(b)成像图中的梯形感兴趣区域。针对不同的场景(车、道路、行车记录仪广角和安装高度),区域限制略有差别,但都可以通过其他操作进行矫正。



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