基于顏色和邊緣信息的交通標(biāo)志檢測(cè)

摘要：根據(jù)我國(guó)交通標(biāo)志的顏色和幾何屬性，提出了一種適用于自然背景下的交通標(biāo)志檢測(cè)方法。該方法采用RGB彩色分量差對(duì)自然背景下的禁令標(biāo)志圖像進(jìn)行分割，結(jié)合最小二乘法對(duì)像素坐標(biāo)進(jìn)行橢圓擬合，再根據(jù)邊界的圓形度參數(shù)判斷是否為圓形區(qū)域。實(shí)驗(yàn)證明了該方法的有效性與魯棒性。
關(guān)鍵詞：標(biāo)志檢測(cè)；RBG模型；橢圓擬合

0 引言
據(jù)世界衛(wèi)生組織發(fā)布的“道路安全全球現(xiàn)狀報(bào)告”指出，全球每年高達(dá)127萬(wàn)人死于交通事故，而隨著我國(guó)城市化的進(jìn)展以及汽車的普及，公路交通的安全以及運(yùn)輸效率問(wèn)題變得日益突出。智能交通系統(tǒng)(Intelligent Transportation System，ITS)已經(jīng)成為國(guó)內(nèi)外廣泛研究的課題。如何實(shí)時(shí)、準(zhǔn)確地實(shí)現(xiàn)復(fù)雜場(chǎng)景下的道路交通標(biāo)志識(shí)別(Trafic Sign Recognition，TSR)成為ITS的熱點(diǎn)與難點(diǎn)問(wèn)題，交通標(biāo)志的自動(dòng)檢測(cè)是對(duì)交通標(biāo)志進(jìn)行正確識(shí)別的前提，現(xiàn)有的交通標(biāo)志檢測(cè)大多基于標(biāo)志圖，針對(duì)實(shí)景圖的研究較少，且大多數(shù)算法較為復(fù)雜，實(shí)時(shí)性難以得到保障。同周圍環(huán)境相比，每種交通標(biāo)志都具有顏色和幾何形狀的特殊性，本文利用這個(gè)特點(diǎn)，采用基于顏色信息和基于邊緣特征相結(jié)合的方法實(shí)現(xiàn)標(biāo)志的檢測(cè)。首先，根據(jù)交通標(biāo)志的顏色特征，在RGB模型下對(duì)交通標(biāo)志場(chǎng)景圖進(jìn)行粗分割，得到感興趣區(qū)域，然后采用Can-ny算子提取輪廓，再根據(jù)交通標(biāo)志的幾何特征，利用最小二乘法對(duì)輪廓進(jìn)行橢圓擬合，檢測(cè)出交通標(biāo)志。對(duì)于禁令標(biāo)志、警告標(biāo)志和指示標(biāo)志三種常見(jiàn)的交通標(biāo)志，本文選擇紅色圓形的禁令標(biāo)志進(jìn)行實(shí)驗(yàn)分析。

1 基于顏色的交通標(biāo)志粗分割
顏色分割的任務(wù)是將某種特定顏色的像素提取出來(lái)，其分割的結(jié)果進(jìn)行一系列的處理后用于下一步交通標(biāo)志的幾何形狀分析，從而達(dá)到交通標(biāo)志檢測(cè)的結(jié)果。在實(shí)際應(yīng)用中，交通標(biāo)志是通過(guò)車載攝像頭在行駛過(guò)程中拍攝所獲得的。一般為RGB模型，得到的是直接具有R，G，B特征的影像，相比較HSI模型，由于RGB三分量之間有很高的相關(guān)性，使得RGB三分量容易受光照的影響，但不需要進(jìn)行顏色模型之間的轉(zhuǎn)化，使得計(jì)算量大大地減少，而滿足交通標(biāo)志檢測(cè)的實(shí)時(shí)性要求。根據(jù)RGB顏色模型的特點(diǎn)，通過(guò)大量的實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，對(duì)三分量進(jìn)行簡(jiǎn)單的組合運(yùn)算，再進(jìn)行閾值分割，不僅能快速有效地得到感興趣區(qū)域，還能使得分割的效果受光照的影響減小，從而得出一種基于RGB模型的快速交通標(biāo)志粗分割算法，將滿足(1)R—B>25，(2)2GR+B，(3)R+G+B>175。其中條件(1)，條件(2)為判斷影像中像素主要為紅色，條件(3)表示整個(gè)影像中整體顏色的明暗度。通過(guò)大量實(shí)驗(yàn)，將條件(1)的參數(shù)選為25，條件(3)中的參數(shù)選為175，對(duì)于滿足上述條件的像素同時(shí)置為0，這樣影像中紅色區(qū)域都為白色，將不符合紅色禁令標(biāo)志顏色特征的區(qū)域從背景中除去，從而得到感興趣區(qū)域，有利于下一步交通標(biāo)志的檢測(cè)。分割結(jié)果如圖1所示，從圖中可以看到，即使在光照條件不好的情況下，算法依然能得到較好的分割結(jié)果。

在實(shí)驗(yàn)過(guò)程中發(fā)現(xiàn)，當(dāng)背景圖片存在其它紅色物體時(shí)，進(jìn)行本文算法對(duì)影像顏色分割時(shí)，會(huì)產(chǎn)生大量的干擾，許多非紅色禁令標(biāo)志也被分割出來(lái)當(dāng)作感興趣區(qū)域，因此在這基礎(chǔ)上，必須利用交通標(biāo)志的幾何特征，對(duì)邊緣信息做進(jìn)一步的分析從而確定交通標(biāo)志。

2 基于標(biāo)志邊緣的分割
本文研究的是以圓形為幾何特征的禁令標(biāo)志的檢測(cè)方法，檢測(cè)圓形常用的方法有：基于圓形邊緣積分特性的環(huán)路積分微分法、模板匹配法和組合法，Hough變換法等，Hough變換在直線、圓和橢圓的檢測(cè)中都有著廣泛的應(yīng)用，其缺點(diǎn)是算法計(jì)算時(shí)間長(zhǎng)與儲(chǔ)存量大，不符合交通標(biāo)志檢測(cè)中實(shí)時(shí)性的要求，本文利用最小二乘原理完成了對(duì)任意位置橢圓的擬合。