一种基于高斯差分多尺度边缘融合的车辆检测方法技术

一种基于高斯差分多尺度边缘融合的车辆检测方法，首先对图像进行高斯尺度变换，得到四幅相邻尺度的高斯图像。然后对这四个尺度相邻的高斯图像进行相邻尺度图像之间差分运算，得到三个不同尺度的高斯差分图像并对其采用Sobel算子进行边缘检测，再进行尺度向上搜索的边缘融合，得到尽可能多的车辆边缘信息同时去除大量背景边缘，再对融合的边缘图像进行膨胀、闭运算、孔洞填充等一系列形态学操作，得到代表车辆的连通域图像，最后根据连通域的位置信息在原图像中确定出车辆所在位置的外界矩形，实现车辆检测。本发明专利技术对多尺度图像进行处理，降低了算法复杂度，减少了计算量，能有效提高车辆检测的效率，得到较好的检测结果。

【技术实现步骤摘要】
一种基于高斯差分多尺度边缘融合的车辆检测方法
本专利技术属于视频检测领域，具体涉及一种基于高斯差分多尺度边缘融合的车辆检测方法。
技术介绍
运动目标检测是计算机视觉及图像模式识别的一项关键技术。基于视觉的车辆检测技术是智能交通图像处理的研究热点，在智能交通领域有着广泛的应用，如车辆辅助驾驶系统，交通参数统计系统等。基于计算机视觉的车辆检测方法大致可分为三类：基于模型，基于神经网络学习，基于特征的方法。基于模型的检测方法将检测到的候选车辆区域与计算机数据库中预先建立的车辆模型进行匹配从而检测车辆，但该方法的缺点在于完全依赖于对所有不同种类车辆进行几何建模，这是很难实现的。基于学习的的检测方法通过使用样本对神经网络进行训练，用训练好的网络进行车辆识别，该方法经常用于验证其他方法的检测结果。基于特征的方法通过检测车辆的局部特征如对称部件(车轮、头灯、尾灯等)、边缘和阴影等，从而定位车辆。该方法的优点在于使用车辆在大多数环境下都可辨别的特征来检测车辆，适用于雨雪天甚至夜间的车辆检测问题。通过检测车轮实现车辆检测的方法容易受到车辆行驶姿态、遮挡等问题的影响，而通过检测车灯的方法也被夜间场景中的路灯及城市灯光所干扰，影响检测结果。而基于边缘检测(包括车辆阴影检测)的车辆检测方法由于背景边缘(如车道线、栏杆、树木等)的存在导致检测结果的不准确，因此，如何最大限度地检测出车辆边缘同时抑制背影边缘，成为提高该方法检测准确率的关键问题。
技术实现思路
本专利技术的目的在于克服现有技术中的问题，提供一种基于高斯差分多尺度边缘融合的车辆检测方法，该方法降低了算法复杂度，减少了计算量，得到较好的检测结果，有效地提高了检测效率。为了实现上述目的，本专利技术采取如下的技术解决方案予以实现：步骤一，采集某路段交通视频，对视频中的一幅图像灰度化并进行高斯金字塔多尺度变换，利用四个相邻尺度参数的高斯核与图像进行卷积运算，得到四幅相邻尺度的高斯图像Gl，其中l表示四个相邻尺度，l＝1,2,3,4；步骤二，对这四幅相邻尺度的高斯图像Gl进行相邻尺度图像差分运算，得到三幅相邻尺度的高斯差分图像Dl，三幅高斯差分图像的尺度分别为：σ,2×σ,2×2×σ；其中l＝1,2,3，σ为平滑参数；步骤三，对步骤二得到的三幅高斯差分图像Dl采用Sobel算子进行边缘检测，计算差分图像中每个像素点在水平、垂直两个方向上的梯度幅值，并设置阈值T1，保留梯度幅值大于T1的像素点，此像素点为边缘点并设其灰度值为255，否则设为0，得到对应三个相邻尺度的边缘检测二值图El，其中l＝1,2,3；步骤四，对对应三个不同尺度的三幅二值边缘图El进行多尺度边缘融合，其中，l＝1,2,3，具体步骤为：(1)在四个相邻尺度l下搜索三幅相邻尺度的高斯差分图像Dl的边缘图像El中的每一个边缘像素，由于相邻尺度间的边缘位移不超过1，在尺度为l-1的差分高斯图像Dl-1的边缘图像中搜索相应的面积为3×3的区域，该区域中出现的所有边缘点均标记为边缘点，得到候选边缘图像；(2)l＝l-1；若l>1则跳转至步骤(1)，否则执行步骤(3)；(3)l＝1时，边缘图像El则为融合后的边缘图像；步骤五，对步骤四得到的融合后的边缘图像采用膨胀模板进行形态学处理，设定阈值T2，连接像素间距小于阈值T2的边缘点或线，得到连续边缘；再进行形态学闭运算，弥合边缘图像的孔洞和裂缝，得到进一步闭合的边缘图像；最后经过图像填充将闭合区域的内部空洞填充，形成完整的连通区域；步骤六，对连通区域进行标记，计算每一个连通区域的面积，设置面积阈值T3，剔除面积小于面积阈值T3的连通域；根据连通域坐标确定各连通域的最小外接矩形的坐标，最后在原始灰度图像中显示出来，完成对车辆的检测。所述步骤一中尺度由平滑参数σ和平滑参数k共同决定，k由参数s决定，并且k＝2^(1/S)，S+3＝N，其中N为高斯金字塔每一层中的高斯图片数，取N＝4，S＝1，σ＝0.5，k＝2，则四个相邻尺度分别为σ,kσ,2kσ,3kσ。所述步骤三中Sobel算子水平方向的模板为(-1,0,1；-2,0,2；-1,0,1)，垂直方向模板为(-1,-2,-1；0,0,0；1,2,1)，阈值T1由最大类间方差法获得。所述步骤五中膨胀模板尺寸为3×3，形态闭运算模板尺寸为8×8，T2取值范围为1～8，并且以像素为单位。所述步骤六中面积阈值的设置过程为：对标记的n个连通域的面积进行排序，将最大连通域面积的1/4作为面积阈值。与现有技术相比，本专利技术具有的有益效果：本专利技术公开了一种基于高斯差分多尺度边缘融合的车辆检测方法，首先利用四个相邻尺度参数的高斯核与图像进行卷积运算，得到四幅相邻尺度的高斯图像。然后对这四个相邻尺度的高斯图像进行差分，得到三个相邻尺度的高斯差分图像并对其采用Sobel算子进行边缘检测。然后对检测得到的三幅不同尺度的边缘图像进行尺度向上搜索的边缘融合，得到尽可能多的车辆边缘信息同时去除大量背景边缘。再对融合的边缘图像进行膨胀、闭运算、孔洞填充等一系列形态学操作，得到代表车辆的连通域图像。最后根据连通域的位置信息在原图像中确定出车辆所在位置的外界矩形，实现车辆检测。本专利技术对非采样的多尺度图像进行处理，避免了图像插值运算造成的边缘信息缺失或出现伪边缘；采用多尺度边缘图像向上搜索融合的方法在得到更多边缘信息的同时抑制背景边缘。该方法降低了算法复杂度，减少了计算量，能有效提高车辆检测的效率，得到较好的检测结果。附图说明图1是待检测的灰度图像；图2～4是三个相邻尺度的高斯差分图像；图5是Sobel算子模板；图6是尺度1下的边缘检测结果；图7是融合后的边缘图像；图8为形态学闭操作得到的连通域图像；图9为经孔洞填充后得到的完整连通域图像；图10为代表车辆的连通域图像；图11为雨天车辆检测结果。图12为晴天车辆检测结果。图13为高斯差分多尺度边缘融合的车辆检测算法过程示意图。具体实施方式本专利技术给出一种基于高斯差分多尺度边缘融合的车辆检测方法，对一幅大小为W×H车辆图像在多尺度下进行边缘检测，经多尺度融合后的边缘位置信息来确定车辆位置，从而实现车辆检测。下面结合附图对本专利技术进行详细说明，参见图13，本专利技术的方法具体采用以下几个步骤实现：步骤一，采集某路段交通视频，在视频中采集一幅大小为517×363的车辆图像I，对其灰度化得到灰度图形，再进行高斯金字塔多尺度变换。利用相邻尺度参数的四个高斯核G与图像I进行卷积运算，得到四幅相邻尺度的非采样高斯图像Gl(l＝1,2,3,4)，其中l表示四个相邻尺度。尺度由平滑参数σ和平滑参数k共同决定，而平滑参数k由参数s决定。k＝2^(1/S)，S+3＝N，其中N为高斯金字塔每一层中的高斯图片数(根据Lowe论文)，本专利技术中取N＝4，S＝1，σ＝0.5，k＝2，取σ＝0.5，S＝1，k＝2，四个相邻尺度分别为σ,kσ,2kσ,3kσ，即σ,2×σ,2×2×σ,3×2×σ。步骤二，对这四幅未经下采样的大小相同，尺度不同的高斯图像Gl(l＝1,2,3,4)进行相邻尺度图像差分运算，得到三幅相邻尺度的高斯差分图像Dl，其中，l＝1,2,3和三幅高斯差分图像的尺度分别为：σ,2×σ,2×2×σ。步骤三，对步骤二得到的三幅高斯差分图像Dl分别采本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种基于高斯差分多尺度边缘融合的车辆检测方法，其特征在于，包括以下步骤：步骤一，采集某路段交通视频，对视频中的一幅图像灰度化得到原始灰度图像，再进行高斯金字塔多尺度变换，利用四个相邻尺度参数的高斯核与图像进行卷积运算，得到四幅相邻尺度的高斯图像Gl，其中l表示四个相邻尺度，l＝1,2,3,4；步骤二，对这四幅相邻尺度的高斯图像Gl进行相邻尺度图像差分运算，得到三幅相邻尺度的高斯差分图像Dl，三幅高斯差分图像的尺度分别为：σ,2×σ,2×2×σ；其中l＝1,2,3，σ为平滑参数；步骤三，对步骤二得到的三幅高斯差分图像Dl采用Sobel算子进行边缘检测，计算差分图像中每个像素点在水平、垂直两个方向上的梯度幅值，并设置阈值T1，保留梯度幅值大于阈值T1的像素点，此像素点为边缘点并设其灰度值为255，否则设为0，得到对应三个相邻尺度的边缘检测二值图El，其中l＝1,2,3；步骤四，对对应三个不同尺度的三幅二值边缘图El进行多尺度边缘融合，其中，l＝1,2,3，具体步骤为：(1)在四个相邻尺度l下搜索三幅相邻尺度的高斯差分图像Dl的边缘图像El中的每一个边缘像素，由于相邻尺度间的边缘位移不超过1，在尺度为l‑1的差分高斯图像Dl‑1的边缘图像中搜索相应的面积为3×3的区域，该区域中出现的所有边缘点均标记为边缘点，得到候选边缘图像；(2)l＝l‑1；若l>1则跳转至步骤(1)，否则执行步骤(3)；(3)l＝1时，边缘图像El则为融合后的边缘图像；步骤五，对步骤四得到的融合后的边缘图像采用膨胀模板进行形态学处理，设定阈值T2，连接像素间距小于阈值T2的边缘点或线，得到连续边缘；再进行形态学闭运算，弥合边缘图像的孔洞和裂缝，得到进一步闭合的边缘图像；最后经过图像填充将闭合区域的内部空洞填充，形成完整的连通区域；步骤六，对连通区域进行标记，计算每一个连通区域的面积，设置面积阈值T3，剔除面积小于面积阈值T3的连通域；根据连通域坐标确定各连通域的最小外接矩形的坐标，最后在原始灰度图像中显示出来，完成对车辆的检测。...

【技术特征摘要】
1.一种基于高斯差分多尺度边缘融合的车辆检测方法，其特征在于，包括以下步骤：步骤一，采集某路段交通视频，对视频中的一幅图像灰度化得到原始灰度图像，再进行高斯金字塔多尺度变换，利用四个相邻尺度参数的高斯核与图像进行卷积运算，得到四幅相邻尺度的高斯图像Gl，其中l表示四个相邻尺度，l＝1,2,3,4；步骤二，对这四幅相邻尺度的高斯图像Gl进行相邻尺度图像差分运算，得到三幅相邻尺度的高斯差分图像Dl，三幅高斯差分图像的尺度分别为：σ,2×σ,2×2×σ；其中l＝1,2,3，σ为平滑参数；步骤三，对步骤二得到的三幅高斯差分图像Dl采用Sobel算子进行边缘检测，计算差分图像中每个像素点在水平、垂直两个方向上的梯度幅值，并设置阈值T1，保留梯度幅值大于阈值T1的像素点，此像素点为边缘点并设其灰度值为255，否则设为0，得到对应三个相邻尺度的边缘检测二值图El，其中l＝1,2,3；步骤四，对对应三个不同尺度的三幅二值边缘图El进行多尺度边缘融合，其中，l＝1,2,3，具体步骤为：(1)在四个相邻尺度l下搜索三幅相邻尺度的高斯差分图像Dl的边缘图像El中的每一个边缘像素，由于相邻尺度间的边缘位移不超过1，在尺度为l-1的差分高斯图像Dl-1的边缘图像中搜索相应的面积为3×3的区域，该区域中出现的所有边缘点均标记为边缘点，得到候选边缘图像；(2)l＝l-1；若l＞1则跳转至步骤(1)，否则执行步骤(3)；(3)l＝1时，边缘图像El则为融合后的边缘图像；步骤五，对步骤四得到的融合后的边缘图像采用膨胀模板进行形态学处理，设定阈值T2，...

【专利技术属性】
技术研发人员：赵祥模，惠飞，穆柯楠，杨澜，史昕，马峻岩，
申请(专利权)人：长安大学，
类型：发明
国别省市：陕西;61