一种基于图像梯度角的图像中轨道线提取方法技术

技术编号:28296447 阅读:16 留言:0更新日期:2021-04-30 16:21
本发明专利技术提供一种基于图像梯度角的图像中轨道线提取方法,其中,图像梯度角的定义为:

【技术实现步骤摘要】
一种基于图像梯度角的图像中轨道线提取方法
本专利技术属于列车控制
,特别涉及一种基于图像梯度角的图像中轨道线提取方法。
技术介绍
钢轨轨道线提取对于列车自动驾驶,监测沙、雪等异物入侵确保行车安全等均具有重要的意义。随着计算机视觉技术的发展,视频监测在铁路安全监测中的应用越来越广泛。利用钢轨轨道线确定行驶区域是监测异物入侵等安全监测的第一步。因此,是否能够准确识别图像中铁路钢轨将直接影响铁路安全监测的有效性。目前,基于视觉的汽车车道线检测方法有许多的研究成果。相比起来,钢轨轨道线的检测相关研究还处于比较初步的阶段。汽车车道线的颜色为白色,与黑色的地面具有强烈的对比。但是,钢轨的色彩与背景的区分度较低。并且,汽车的车道线不会存在相交的情况。然而,铁路的不同轨道之间会存在相交的情况。上述这些因素导致视觉检测钢轨轨道线存在诸多阻碍。现有的钢轨轨道线检测技术大多是针对直轨的检测。基于Hough变换、Radon变换的钢轨直线检测方法虽然具有比较好的效果,但是这些方法只适用于直轨检测,无法检测出弯道。也有一些采用Hu不变矩等特征的弯轨检测方法,但是这类方法在光照强烈变化或者隧道暗环境下的钢轨轨道线检测效果很差。
技术实现思路
针对上述问题,本专利技术提供了一种基于图像梯度角的图像中钢轨轨道线检测方法。将待检测的轨道线分割成若干段的小段钢轨直线,后再将这些小段钢轨直线进行拼接,既能实现直轨的轨道线检测也能实现弯轨的轨道线检测。本专利技术的一种基于图像梯度角的图像中轨道线提取方法中,<br>图像梯度角的定义为:tan-1()为反正切三角函数,Gx和Gy分别为所述图像在横纵方向上的图像梯度,所述图像梯度通过一阶Sobel算子提取;设所述图像的四条边缘线中轨道初始出现的边缘线为图像底边,与图像底边平行的方向为水平方向,并设所述图像中与所述图像底边相对的边缘线为图像顶边,所述轨道从所述图像底边在所述图像的第一角度范围内延展,所述第一角度范围中的角度是以所述图像中水平向右方向的直线为起始边逆时针形成的角度,所述第一角度范围为[20°,160°],所述轨道线提取方法包括步骤:A、将所述图像由所述图像底边至图像顶边分成n个不同的检测层,所述n个不同的检测层依次相连接;B、将所述n个不同的检测层进行轨道线的提取;C、将所述n个不同的检测层的提取效果进行拼接得到最终的轨道线检测结果,其中,n取10~100的整数。进一步,对于所述n个不同的检测层中的第m检测层,m为整数且1≤m≤n,所述步骤B中包括以下步骤:B1、将所述第m检测层的图片切分成多个模块,每个所述模块的大小是mm1pixel×mm2pixel或取整张所述图像的高度的五十分之一至十分之一为每个所述模块的长或宽,其中,mm1和mm2取8~128的整数;B2、在每个所述模块中统计所述图像梯度角属于所述第一角度范围内的像素个数,若所述像素个数超过一个阈值,则确定所述模块存在钢轨,所述阈值为所述模块的图像的高度的1/5-4/5;B3、保留所述第m检测层中存在钢轨的模块,并进行像素灰度处理,将所述第m检测层中不存在钢轨的区域的像素灰度全部置为0;B4、将进行所述进行像素灰度处理后的所述第m检测层的灰度图像进行Hough直线检测,得到一组直线,并保留所述灰度图像中与所述水平方向的夹角在所述第一角度范围内的那些直线作为备选直线;B5、在所述灰度图像中做出一条水平直线,计算所述备选直线与水平直线之间的交点坐标,将所述备选直线依照所述交点坐标中在水平方向的坐标筛选出两类轨道直线,分别对应于两根轨道;B6、对于所述两类轨道直线,定义轨道直线的直线得分对所述轨道直线所占据的所有像素点的所述图像梯度角与所述轨道直线的倾角接近程度进行度量,所述倾角为所述轨道直线与所述图像中水平向右方向间的夹角,所述度量包括:对于第i条轨道直线,设置所述第i条轨道直线的直线得分的初值;遍历所述第i条轨道直线的所有像素点D,如果所述所有像素点D之一的所述图像梯度角与所述第i条轨道直线的倾角A之差小于预设角度差,则所述第i条轨道直线的直线得分加1分,如果所述倾角A之差超过所述预设角度差,则所述第i条轨道直线的直线得分不加分,对于所述两类轨道直线分别筛选出直线得分最高的轨道直线,作为所述第m检测层中检测到的轨道线,所述预设角度差取为5~20度。进一步,在所述步骤A中,以从所述图像底边起始、高度为所述图像的高度的1/20~1/5的部分所述图像作为初始检测层即第1检测层,所述图像底边与所述轨道的交点为所述初始检测层中待检测的轨道直线的起点。进一步,当2≤m≤n时,所述第m检测层以第m-1检测层中检测到的轨道线的终点作为待检测的轨道直线的起点,检测出所述第m检测层存在的轨道线,最终得到所述图像中的整段轨道线。进一步,所述步骤B6中,令所述第i条轨道直线的直线得分的初值为s0,所述直线得分的计算公式为:式中,scorei为所述第i条轨道直线的得分,为所述第i条轨道直线上第j个像素点的得分,其中,上式的求和为对所述第i条轨道直线上所有像素点求和,且所述第i条轨道直线上第j个像素点的得分定义如下:为所述第i条轨道直线上第j个像素点的图像梯度角与所述第i条轨道直线的倾角之差。进一步,在所述第m检测层中,依据所述待检测的轨道直线的起点确定一个感兴趣图像区域来提取轨道线。进一步,所述感兴趣图像区域的范围为以直线起点为中心分别向左、右扩展15-35pixel的图像范围。进一步,将所述感兴趣图像区域最顶部的一行像素作为预期的所述第m检测层中轨道线的终点集合,与所述第m检测层的轨道直线的起点相连得到预设组数的待选直线,对于每条所述待选直线均根据所述起点和终点坐标计算出在所述第m检测层中与水平方向之间的倾斜角,按照所述步骤B6进行所述度量,以得到所述第m检测层中的轨道线。进一步,对于所述第m检测层中的直线得分,还要满足所述第i条轨道直线的倾角A与第m-1检测层中已检测出的轨道线倾角之差在预期角度以内,才令所述直线得分加一分。进一步,当所述第m检测层中得分最高的轨道直线的得分小于预期分数时,检测结果不准确,则不记录检测结果,并且跳出检测流程,不再进行后续的检测。本专利技术的基于图像梯度角的图像中钢轨轨道线提取方法在弯道、直道、强光照和隧道暗环境等不同环境下都具有稳定和准确的轨道线检测效果;同时对于阴影和光照强度变换都有较好的鲁棒性;本专利技术的方法是一种高动态、高精确的轨道线提取方法。本方法是一种基于图像梯度角特征的提取方法,对于列车的自动驾驶、异物侵限危害检测都有很重要的意义。本专利技术的其它特征和优点将在随后的说明书中阐述,并且,部分地从说明书中变得显而易见,或者通过实施本专利技术而了解。本专利技术的目的和其他优点可通过在说明书、权利要求书以及附图本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种基于图像梯度角的图像中轨道线提取方法,其特征在于,/n图像梯度角

【技术特征摘要】
1.一种基于图像梯度角的图像中轨道线提取方法,其特征在于,
图像梯度角的定义为:



其中,
tan-1()为反正切三角函数,Gx和Gy分别为所述图像在横纵方向上的图像梯度,所述图像梯度通过一阶Sobel算子提取;
设所述图像的四条边缘线中轨道初始出现的边缘线为图像底边,与图像底边平行的方向为水平方向,并设所述图像中与所述图像底边相对的边缘线为图像顶边,所述轨道从所述图像底边在所述图像的第一角度范围内延展,所述第一角度范围中的角度是以所述图像中水平向右方向的直线为起始边逆时针形成的角度,所述第一角度范围为[20°,160°],
所述轨道线提取方法包括步骤:
A、将所述图像由所述图像底边至图像顶边分成n个不同的检测层,所述n个不同的检测层依次相连接;
B、将所述n个不同的检测层进行轨道线的提取;
C、将所述n个不同的检测层的提取效果进行拼接得到最终的轨道线检测结果,
其中,n取10~100的整数。


2.根据权利要求1所述的基于图像梯度角的图像中轨道线提取方法,其特征在于,
对于所述n个不同的检测层中的第m检测层,m为整数且1≤m≤n,所述步骤B中包括以下步骤:
B1、将所述第m检测层的图片切分成多个模块,每个所述模块的大小是mm1pixel×mm2pixel或取整张所述图像的高度的五十分之一至十分之一为每个所述模块的长或宽,其中,mm1和mm2取8~128的整数;
B2、在每个所述模块中统计所述图像梯度角属于所述第一角度范围内的像素个数,若所述像素个数超过一个阈值,则确定所述模块存在钢轨,所述阈值为所述模块的图像的高度的1/5-4/5;
B3、保留所述第m检测层中存在钢轨的模块,并进行像素灰度处理,将所述第m检测层中不存在钢轨的区域的像素灰度全部置为0;
B4、将进行所述进行像素灰度处理后的所述第m检测层的灰度图像进行Hough直线检测,得到一组直线,并保留所述灰度图像中与所述水平方向的夹角在所述第一角度范围内的那些直线作为备选直线;
B5、在所述灰度图像中做出一条水平直线,计算所述备选直线与水平直线之间的交点坐标,将所述备选直线依照所述交点坐标中在水平方向的坐标筛选出两类轨道直线,分别对应于两根轨道;
B6、对于所述两类轨道直线,定义轨道直线的直线得分对所述轨道直线所占据的所有像素点的所述图像梯度角与所述轨道直线的倾角接近程度进行度量,所述倾角为所述轨道直线与所述图像中水平向右方向间的夹角,所述度量包括:
对于第i条轨道直线,设置所述第i条轨道直线的直线得分的初值;
遍历所述第i条轨道直线的所有像素点D,如果所述所有像素点D之一的所述图像梯度角与所述第i条轨道直线的倾角A之差小于预设角度差,则所述第i条轨道直线的直线得分加1分,如果所述倾角A之差超过所述预设角度差,则所述第i条轨道直线的直线得分不加分,
对于所述两...

【专利技术属性】
技术研发人员:吴穗宁陈晓光王智新史龙
申请(专利权)人:北京全路通信信号研究设计院集团有限公司
类型:发明
国别省市:北京;11

网友询问留言 已有0条评论
  • 还没有人留言评论。发表了对其他浏览者有用的留言会获得科技券。

1