一種基於尺度不變特徵轉換特徵向量的前方車輛檢測方法

2023-05-26 20:56:41

專利名稱：一種基於尺度不變特徵轉換特徵向量的前方車輛檢測方法
技術領域：
本發明屬於計算機視覺領域，具體來說是一種利用圖像的尺度不變特徵轉換特徵向量去檢測圖像中具有對稱特性車輛的前方車輛檢測方法。
背景技術：
前方車輛檢測技術是當今計算機視覺、圖像處理與模式識別等技術在車輛安全輔助駕駛系統應用的一項重要研究課題，是車輛安全輔助駕駛系統的核心技術之一。目前，國內檢測前方車輛的方法主要利用形狀、陰影、對稱性、邊緣等特徵來檢測車輛。但這些方法魯棒性不好，容易受到背景，光照條件，陰霾，複雜背景等影響而存在一定 的局限性。基於以上問題和前方車輛的明顯特徵即水平對稱性，採用通過檢測水平對稱性從而檢測車輛。

發明內容
本發明針對現有前方車輛檢測方法的不足，結合「尺度不變特徵轉換」特徵，提出了一種基於「尺度不變特徵轉換」特徵的前方車輛檢測方法。本發明方法具體是步驟(I)在輸入圖像中，在可能存在的車輛的範圍內建立感興趣區域。步驟(2)在感興趣區域內採用David Lowe提出的圖像尺度不變特徵轉換特徵向量檢測方法，提取輸入圖像的感興趣區域內的尺度不變特徵轉換特徵向量。步驟(3)對已提取的輸入圖像的尺度不變特徵轉換特徵向量進行對稱編碼。步驟(4)對稱編碼後，可以得到原圖的尺度不變特徵轉換對稱特徵向量，對原圖的尺度不變特徵轉換特徵向量和原圖的尺度不變特徵轉換對稱特徵向量，進行匹配。步驟(5)對匹配點進行進一步篩選，提高匹配點點對的相似度。步驟(6)根據步驟(5)結果得到的匹配點點對，也即對稱點點對，計算對稱點對的對稱軸。步驟(7)根據步驟(6)的結果，結合對稱軸，對匹配點點對進行進一步聚類篩選，建立匹配點點對集合{MJ。步驟(8)採用計算每個集合Mi的中心點和其各點與中心點平均距離進一步篩選匹配點點對。步驟(9)根據步驟(6)和(8)所得結果，在輸入原圖中分別標記對稱點和對稱軸，完成前方車輛檢測方法。本發明給出了一種基於尺度不變特徵轉換特徵向量檢測前方車輛的對稱性，從而達到前方車輛檢測的方法。「尺度不變特徵轉換」特徵是圖像的局部特徵，其具有信息豐富，對縮放、亮度等變化保持不變等優點，且抗幹擾能力強。通過實驗結果表明使用「尺度不變特徵轉換」特徵更具有良好的魯棒性，提高了車輛檢測的準確度，並具有良好的識別效果，且易於實現，為車輛輔助駕駛系統的構建提供了有利的基礎。


圖I為本發明的方法流程圖；圖2特徵向量的對稱編碼圖；其中(a)為特徵向量pi ； (b)為8號種子點的8方向向量；(C)為8號種子點對稱編碼後的8方向向量；(d)為Pi對稱編碼後的特徵向量Hli。圖3對稱特徵向量的關係不意圖；其中
(a) 一對對稱的特徵向量及編碼向量；(b) —對對稱的特徵向量；圖4基於尺度不變特徵轉換特徵向量的前方車輛對稱性檢測步驟。其中(a)為原圖(加州理工學院的資料庫)；(b)圖像的尺度不變特徵轉換特徵向量；(C)為檢測到的對稱匹配特徵向量點對和中心點；(d)對稱特徵向量點對的對稱軸。
具體實施例方式以下結合附圖對本發明作進一步說明。如圖I所示，一種基於尺度不變特徵轉換特徵向量的前方車輛檢測方法，具體步驟如下步驟(I):在輸入圖像中，可能存在的車輛的範圍內建立感興趣區域。選取前方路面消失的水平線為基準，取該水平線以下區域為感興趣區域。步驟(2):在感興趣區域內採用了 David Lowe提出的圖像尺度不變特徵轉換特徵向量檢測方法，提取輸入圖像的感興趣區域內的尺度不變特徵轉換特徵向量P「(xi，y"i，si)。所述的特徵向量採用16個種子點描述，每個種子點有8個方向的信息，共有128個數據，從而形成128維的尺度不變特徵轉換特徵向量。步驟(3):對已提取的輸入圖像的尺度不變特徵轉換特徵向量進行對稱編碼。所述的圖像的尺度不變特徵轉換特徵向量對稱編碼的計算方法具體為首先，對圖像的特徵向量Pi的整體4X4個種子點向量做對稱編碼；其次，對每個種子點內部8方向向量也做對稱編碼；從而產生新的4X4個8方向向量的特徵向量Α。如圖2所不，圖2 (a)為特徵向量Pi,圖2 (b)為8號種子點的8方向向量，圖2 (c)為8號種子點對稱編碼後的8方向向量，圖2 (d)為Pi對稱編碼後的特徵向量nii。首先，整體上將特徵向量Pi的16個種子做水平對稱編碼獲得特徵向量!V編碼方式如圖2(a)原始16個種子點順序變換到圖2(d)重新對稱編碼獲得16個種子點順序；其次，同時每個種子點內部8方向向量也要做水平對稱編碼，編碼方式由圖2(b)原8號種子點的8方向向量變換到圖2(c)重新編碼獲得8號種子點的8方向向量。經過所述的對稱編碼後，圖像中潛在的對稱特徵向量Pi與P」，分別產生Hii和mj，如圖3(a)所不，一對對稱的特徵向量。編碼後的特徵向量Pi和nij, Iiii和Pj有很聞的相似度，可以形成匹配點對。步驟(4):根據步驟(3)所描述的對稱編碼策略，可以得到原圖的尺度不變特徵轉換對稱特徵向量，對原圖的尺度不變特徵轉換特徵向量和原圖的尺度不變特徵轉換對稱特徵向量，進行匹配。
所述的尺度不變特徵轉換對稱特徵向量為從輸入圖(原圖)的尺度不變特徵轉換特徵向量經過步驟(3)所描述的編碼策略從而得到輸入圖的新的尺度不變特徵轉換特徵向量。所述的原圖的尺度不變特徵轉換特徵向量和原圖的尺度不變特徵轉換對稱特徵向量匹配步驟為當原圖像的尺度不變特徵轉換特徵向量的對稱特徵向量生成後，採用特徵向量的歐式距離作為原圖和對稱圖的特徵向量的相似性判定。取原圖的某個關鍵點(特徵向量)，並找出其與對稱圖歐式距離最近的前兩個關鍵點，在這兩個關鍵點中，如果最近的距離除以次近的距離值低於比例閾值T，則接受該對匹配點。但在匹配過程中，會產生兩個匹配對，實際是同位置，所以只需記錄一個。
權利要求
1.一種基於尺度不變特徵轉換特徵向量的前方車輛檢測方法，其特徵在於該方法包括如下步驟 步驟(I)在輸入圖像中，在可能存在的車輛的、M圍內建立感興趣區域； 步驟(2)在感興趣區域內採用圖像尺度不變特徵轉換特徵向量檢測方法，提取輸入圖像的感興趣區域內的尺度不變特徵轉換特徵向量； 步驟(3)對已提取的輸入圖像的尺度不變特徵轉換特徵向量進行對稱編碼； 步驟(4)對稱編碼後，可以得到原圖的尺度不變特徵轉換對稱特徵向量，對原圖的尺度不變特徵轉換特徵向量和原圖的尺度不變特徵轉換對稱特徵向量，進行匹配； 步驟(5)對匹配點進行進一步篩選，提高匹配點點對的相似度； 步驟(6)根據步驟(5)結果得到的匹配點點對，也即對稱點點對，計算對稱點對的對稱軸； 步驟(7)根據步驟￠)的結果，結合對稱軸，對匹配點點對進行進一步聚類篩選，建立匹配點點對集合{#,.}； 步驟(8)採用計算每個集合為的中心點和其各點與中心點平均距離進一步篩選匹配點點對； 步驟(9)根據步驟(6)和(8)所得結果，在輸入原圖中分別標記對稱點和對稱軸，完成前方車輛檢測方法。
2.根據權利要求I所述的一種基於尺度不變特徵轉換特徵向量的前方車輛檢測方法，其特徵在於，步驟(I)中建立感興趣區域具體是選取前方路面消失的水平線為基準，取該水平線以下區域作為感興趣區域。
3.根據權利要求I所述的一種基於尺度不變特徵轉換特徵向量的前方車輛檢測方法，其特徵在於，步驟(3)的具體過程如下 1)設圖像的尺度不變特徵轉換特徵向量込=，對込的整體4X 4個種子點向量做對稱編碼； 2)對每個種子點內部八方向向量也做對稱編碼。
4.根據權利要求I所述的一種基於尺度不變特徵轉換特徵向量的前方車輛檢測方法，其特徵在於，步驟(4)的具體過程如下 1)採用特徵向量的歐式距離作為原圖和對稱圖的特徵向量的相似性判定參數； 2)取原圖的某個尺度不變特徵轉換特徵向量，並找出其與尺度不變特徵轉換對稱特徵向量歐式距離最近的前兩個關鍵特徵向量； 3)在兩個關鍵特徵向量中，如果最近的距離除以次近的距離值低於比例閾值T，則接受該對匹配特徵向量，即匹配點點對。
5.根據權利要求I所述的一種基於尺度不變特徵轉換特徵向量的前方車輛檢測方法，其特徵在於，步驟(5)的具體過程如下 1)加入匹配特徵向量之間的角度信息； 2)計算兩個特徵向量的角度權值P； 3)根據算得的角度權值P進一步做特徵向量匹配。
6.根據權利要求I所述的一種基於尺度不變特徵轉換特徵向量的前方車輛檢測方法，其特徵在於，步驟(6)的具體過程如下 1)對每個對稱點對WP〉取中心點r,7; 2)對獲取的一系列中心點，利用霍夫變換計算對稱點點對所對應的對稱軸。
7.根據權利要求I所述的一種基於尺度不變特徵轉換特徵向量的前方車輛檢測方法，其特徵在於，步驟(7)的具體過程如下 1)分別對每條對稱軸建立一個存放匹配點點對集合為; 2)遍歷每對匹配點點對tv,Pj)的中心點判斷中心點是否屬於某一對稱軸，即該中心點是否為該對稱軸的一個累加單元； 3)如果屬於某個對稱軸，則加入該對稱軸所對應的集合焉，如果不屬於其中任意對稱軸，則刪除該匹配點對。
8.根據權利要求I所述的一種基於尺度不變特徵轉換特徵向量的前方車輛檢測方法，其特徵在於，步驟(8)的具體過程如下 1)計算集合為的中心點c(n); 2)計算各點與中心點平均距離V; 3)計算集合為的點(Α，Λ.)與中心點的距離是否滿足閾值條件，如果不滿則同時刪除該點(Α，Λ.)所對應的匹配點點對。
全文摘要
本發明公開了一種基於尺度不變特徵轉換特徵向量的前方車輛檢測方法，現有的方法魯棒性不好，容易受到背景、光照條件、陰霾等影響。本發明首先在輸入圖像中建立感興趣區域，利用圖像尺度不變特徵轉換特徵向量檢測方法，提取輸入圖像的感興趣區域內的尺度不變特徵轉換特徵向量。其次對尺度不變特徵轉換特徵向量進行對稱編碼和匹配。然後對匹配點點對進行進一步聚類篩選，建立匹配點點對集合。最後利用匹配點點對集合進一步篩選匹配點點對；並在在輸入原圖中分別標記對稱點和對稱軸，完成前方車輛檢測方法。本發明方法使用尺度不變特徵轉換特徵更具有良好的魯棒性，提高了車輛檢測的準確度，並具有良好的識別效果，且易於實現。
文檔編號G06K9/46GK102902962SQ201210362840
公開日2013年1月30日 申請日期2012年9月26日 優先權日2012年9月26日
發明者孫志海, 王雲建, 張樺, 周文暉, 戴國駿 申請人:杭州電子科技大學