用于嵌入式车载安全预警的交通标志检测若干关键技术研究与验证

车载安全预警系统可及时为驾驶员提供必要的行车安全预警信息以提高驾驶安全性,其包含若干子系统,如交通标志识别、超速预警等,而交通标志检测则是支撑诸多子系统的重要基础技术之一;本文就针对交通标志检测中基于颜色分割的定位算法及多线程任务调度策略这两项关键技术进行了研究,提出了适用于性能有限嵌入式系统的混合颜色分割策略及混合切换任务调度策略,并通过搭建嵌入式原型样机在实际道路环境中验证了方法的有效性。此外为更好的验证及评估交通标志检测算法的效果,本文建立了中国道路交通标志视频数据集,并将此数据集公开发布以供其他研究人员使用,这也是此领域目前唯一的中国公开数据集。目前主流成熟的交通标志检测定位方法基本均是基于颜色及几何形状局部特征的,本文在此框架下对用于车载安全预警的交通标志检测中最为重要的红色及黄色分割方法展开了深入研究,针对已有主流颜色分割方法的不足提出了混合颜色分割策略,此策略通过若干线性分类器的组合实现了对红色及黄色准确高效的分割,分割效果优于目前常用的各方法且其算法执行速度与最简单的RGB阈值法相似,可保证安全预警算法在性能有限的小型嵌入式车载设备上依然有较好的实时性;在颜色分割基础上本文采用经典的Hough变换实现了对红色圆形交通标志的检测定位并在数据集上评估了算法的效果。本文通过对交通标志检测识别问题进行建模分析提出可用采样间隔时间作为定量衡量此类系统实时性的指标,进而针对目前广泛使用的多核CPU提出了理论最优的理想多线程任务调度算法,此算法可显著降低采样间隔时间以提高系统实时性;不过理想任务调度算法实际无法实现,因此本文进一步提出了实际可实现的混合切换任务调度策略及动态更新参数估计策略;通过控制系统模型数值仿真及实际嵌入式原型样机上的测试验证均表明本文提出的方法可有效优化采样间隔时间分布以此提高系统实时性。本文同时开发了基于Qt的算法验证平台软件及基于Intel Joule模块的嵌入式原型样机,并在其上验证了上述各方法的有效性,最后在校园环境及城市道路上分别进行了静态及动态系统集成测试;测试结果表明本文提出的方法可在小型嵌入式设备上满足系统实时性要求,在天气光照条件较好时检出率也相对较高,不过算法鲁棒性依然需要加强。

交通标志检测; 车载安全预警; 计算机视觉; 颜色分割算法; 多线程任务调度;

黄文君;

U463.6;TP391.41

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