一种基于手机平台快速检测与识别人行道斑马线的方法技术

本发明专利技术公开了一种基于手机平台快速检测与识别人行道斑马线的方法，包括以下步骤：步骤1，在校正后的图像中选取初始ROI区域，得到ROI四边形区域；步骤2，旋转ROI四边形区域；步骤3，模板匹配：制作斑马线模板，将ROI四边形区域与模板进行匹配；步骤4，斑马线路面的判定。本发明专利技术通过手机摄像头实时采集步行方向上前方路面的图像信息，通过对校正后的手机拍摄道路图像进行实时处理，确定出道路特征集中的ROI区域，并进行高效的道路特征图像识别，从而及时发现险情，发出警示，避免事故发生。

Method for quickly detecting and identifying zebra crosswalk of pedestrian based on mobile phone platform

The invention discloses a method for rapid detection and recognition of mobile phone platform based on the sidewalk zebra, which comprises the following steps: 1, select the initial ROI region in the corrected image, ROI quadrilateral region; step 2, the rotating ROI quadrilateral region; step 3, template matching: Zebra template. By matching the ROI quadrilateral and template; step 4, determine the zebra crossing road. The walking direction of the road in front of the image information through the mobile phone camera real-time acquisition, based on the corrected mobile phone shooting road images in real time, determine the ROI regional road feature set, and the feature of road image recognition efficiency, so as to realize the danger, issued a warning to avoid accidents.

【技术实现步骤摘要】
一种基于手机平台快速检测与识别人行道斑马线的方法
本专利技术属于计算机图像数据处理领域，尤其涉及一种基于手机平台快速检测与识别人行道斑马线的方法。
技术介绍
随着现代社会经济与科技的飞速发展，手机已经成为人们生活中不可或缺的随身设备。然而近年来，由于低头玩手机而不注意道路交通状况，从而造成生命危险的案例屡见不鲜。然而现在还没有一款针对这种情况的手机应用软件产生，使得人们在不注意道路安全情况的时候得到提醒。
技术实现思路
本专利技术公开了一种基于手机平台快速检测与识别人行道斑马线的方法，包括以下步骤：步骤1，对手机实时拍摄的图像进行校正，在校正后的图像中选取初始ROI区域，得到ROI四边形区域；步骤2，旋转ROI四边形区域；步骤3，模板匹配：制作斑马线模板，将ROI四边形区域与模板进行匹配；步骤4，斑马线路面的判定。本专利技术步骤1包括如下步骤：步骤1-1，选取初始ROI区域的底边；步骤1-2，选取初始ROI区域的顶边；步骤1-3，选取初始ROI区域的左右两边。本专利技术步骤1-1包括：步骤1-1-1，使用现有的基于控制点的校正方法对手机实时拍摄的图像进行几何失真校正，且校正方法会自动提供用于校正的四对控制点的坐标以便ROI四边形区域的获取；步骤1-1-2，建立图像坐标系和计算手机拍摄角度的坐标系：图像坐标系是以图像左上角为坐标系原点，以竖直向下方向为Y轴，以水平向右方向为X轴；计算手机拍摄角度的坐标系是以手机机身左下角为坐标系原点，以机身长边(向上方向)为Y轴，短边(向右方向)为X轴；步骤1-1-3，计算手机使用者的步频a、步幅b、步行速度c和经过响应时间t后的步行距离d：a＝e/m，b＝n/e，c＝a*b，d＝c*t，其中e表示步数，n表示一段时间m(一般为1分钟到30分钟)的步行距离，t表示响应时间；这四个数值通过手机内置软件自动获得；步骤1-1-4，确定响应时间：响应时间等于手机实时处理所需要的时间加上使用者的生理反应时间(一般为0.1s)；步骤1-1-5，根据响应时间得到步行距离，舍弃掉图像中对应这一段距离的部分，从而确定初始ROI区域的底边。本专利技术步骤1-2包括：根据如下公式确定初始ROI区域的顶边g：g＝j-k，其中，j表示初始ROI区域的底边所在的行值，即步骤1-1-2所述图像坐标系中的Y轴坐标，k表示黑白黑特征的像素数。因为不同的拍摄角度，斑马线在图片中所显示的一个特征周期的像素值不同，但是“黑白黑”特征的像素数肯定是大于同一图片中“白黑白”特征的像素数，为防选取初始ROI区域时去除太多有效信息，可以将本专利技术具体实施方式表三中“黑白黑”特征的像素数作为被减数，从而得到ROI区域的顶边在图像坐标系中的Y轴坐标。本专利技术步骤1-3包括：步骤1-3-1，根据步骤1-1-2中所述的图像坐标系，假设从原图像中选取的四个校正点分别为P1、P2、P3、P4，它们的坐标分别为(XP1，YP1)，(XP2，YP2)，(XP3，YP3)，(XP4，YP4)，P1是左上角的点，P2是右上角的点，P3是左下角的点，P4是右下角的点，记左侧边P1P3与竖直方向上的夹角为∠1，右侧边P2P4与竖直方向上的夹角为∠2，上侧边P1P2与竖直方向上的夹角为∠3，根据这三个角度以及之前已经确定的顶边位置和底边位置，来确定ROI区域的左边和右边的位置，根据如下公式计算∠1，∠2和∠3的度数：步骤1-3-2，校正后的图像为一个矩形，其中的有效信息集中在一个不规则四边形里，以初始ROI区域的底边MN与不规则四边形的两个交点为标准，左侧交点K的X轴坐标和右侧交点L的X轴坐标即是初始ROI区域左右边的位置，设校正后的图像的高度为Height，宽度为Weight，初始ROI区域的顶边为AB，底边为MN，OM是初始ROI区域的底边位置，根据如下公式计算MK和LN：LN＝tan∠2*OM，求得初始ROI区域的左边所对应的直线为MK，右边所对应的直线为ML，ML＝Weight-LN。(由于之前选取初始ROI区域的底边时，已足够将不规则四边形底下的无效信息截去，所以此处计算初始ROI区域的左右边，将直接以初始ROI区域的底边MN与不规则四边形的两个交点为标准，左侧交点K的X轴坐标和右侧交点L的X轴坐标即是初始ROI区域左右边的位置。对于左侧交点的X轴坐标，利用∠3和矩形顶边的三角函数关系，可以求得矩形左边的无效信息位置，然后用初始ROI区域的底边减去无效信息就可以得到∠1所在的三角形的一条直角边，而这个三角形的另一条直角边的长度MK就是左侧交点的X轴坐标。对于右侧交点的X轴坐标，利用初始ROI区域的底边位置OM和∠2根据三角函数求得右侧交点到矩形右边的距离LN，而右侧交点的X轴坐标就是矩形列数减去所求距离的结果。)本专利技术步骤2包括：利用Hough变换进行直线检测，两条相邻直线的检测需要相隔至少50个像素，直线检测后，得到平行条数最多的线段以及它们与水平方向的夹角，判定平行条数是否大于3，如果是，根据线段数与水平方向的夹角来旋转ROI四边形区域，直至此角度为0度，否则直接判定为非斑马线路面。本专利技术步骤3包括：制作斑马线模板，模板中黑白条的宽度比为3：2，模板的高度为135个像素，根据手机拍摄角度调整模板大小，进行匹配，将ROI四边形区域更新为与模板同宽，高度不变的区域。(由于不同拍摄角度下，校正后的图像中一个斑马线特征周期所占有的像素数不同，而持机高度越高，手机与Y轴的拍摄角度越大，一个斑马线特征周期所占的像素数就越少。本专利技术中的模板是结合持机高度为128cm，手机与Y轴角度为45度的情况所得，“白黑白”特征的模板高度为175个像素，“黑白黑”特征的模板高度为200个像素。对于同一个拍摄角度，不同的持机高度对校正后的图片中斑马线特征周期所占的像素数影响不大，所以不需要调整模板大小。而对于不同的拍摄角度，经过实验，手机与Y轴的夹角为37.5度时，模板大小放大为原来的1.5倍时匹配度较好；而手机与Y轴的夹角为30度时，模板放大为原来的2倍时匹配度较好。在此，对于手机与Y轴的夹角小于45度而大于30度的情况，每减少1.5度模板增大0.1倍。)本专利技术步骤4包括：步骤4-1，运用OpenCV中已有的函数计算ROI四边形区域的灰度直方图；计算灰度直方图的函数可以从OpenCV的官方文档中得到(具体可参看http://www.opencv.org.cn/opencvdoc/2.3.2/html/doc/tutorials/imgproc/histograms/histogram_calculation/histogram_calculation.html)步骤4-2，利用已有函数对灰度直方图进行分析，得到灰度直方图中的峰值数，如果峰值数等于2，执行步骤4-3，否则判定为非斑马线路面；步骤4-3，将ROI区域二值化，选取一列分别计算黑白区域的平均像素数，得到黑白区域的高度之比，如果黑白区域的高度之比在[1.5，2.5]之间，判定为斑马线路面，否则判定为非斑马线路面。本专利技术中，手机与Y轴的角度大于30度而小于45度。并且手机摄像头一直在后台处于打开状态。有益效果：本专利技术是手机低头族道路安全项目的一部分，旨在帮助手机低头族避免步行中因忽视道路安全而带来的风险。本专利技术通过本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种基于手机平台快速检测与识别人行道斑马线的方法，其特征在于，包括以下步骤：步骤1，对手机实时拍摄的图像进行校正，在校正后的图像中选取初始ROI区域，得到ROI四边形区域；步骤2，旋转ROI四边形区域；步骤3，模板匹配：制作斑马线模板，将ROI四边形区域与模板进行匹配；步骤4，斑马线路面的判定。

【技术特征摘要】
1.一种基于手机平台快速检测与识别人行道斑马线的方法，其特征在于，包括以下步骤：步骤1，对手机实时拍摄的图像进行校正，在校正后的图像中选取初始ROI区域，得到ROI四边形区域；步骤2，旋转ROI四边形区域；步骤3，模板匹配：制作斑马线模板，将ROI四边形区域与模板进行匹配；步骤4，斑马线路面的判定。2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，步骤1包括如下步骤：步骤1-1，选取初始ROI区域的底边；步骤1-2，选取初始ROI区域的顶边；步骤1-3，选取初始ROI区域的左右两边。3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，步骤1-1包括：步骤1-1-1，使用现有的基于控制点的校正方法对手机实时拍摄的图像进行几何失真校正，且校正方法会自动提供用于校正的四对控制点的坐标以便ROI四边形区域的获取；步骤1-1-2，建立图像坐标系和计算手机拍摄角度的坐标系：图像坐标系是以图像左上角为坐标系原点，以竖直向下方向为Y轴，以水平向右方向为X轴；计算手机拍摄角度的坐标系是以手机机身左下角为坐标系原点，以机身长边为Y轴，短边为X轴；步骤1-1-3，计算手机使用者的步频a、步幅b、步行速度c和经过响应时间t后的步行距离d：a＝e/m，b＝n/e，c＝a*b，d＝c*t，其中e表示步数，n表示一段时间m的步行距离，t表示响应时间；步骤1-1-4，确定响应时间：响应时间等于手机实时处理所需要的时间加上使用者的生理反应时间；步骤1-1-5，根据响应时间得到步行距离，舍弃掉图像中对应这一段距离的部分，从而确定初始ROI区域的底边。4.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，步骤1-2包括：根据如下公式确定初始ROI区域的顶边g：g＝j-k，其中，j表示初始ROI区域的底边所在的行值，即步骤1-1-2所述图像坐标系中的Y轴坐标，k表示黑白黑特征的像素数。5.根据权利要求4所述的方法，其特征在于，步骤1-3包括：步骤1-3-1，根据步骤1-1-2中所述的图像坐标系，假设从原图像中选取的四个校正点分别为P1、P2、P3、P4，它们的坐标分别为(XP1，YP1)，(XP2，YP2)，(XP3，YP3)，(XP4，YP4)，P1是左上角的点，P2是右上角的点，P3是左下角的点，P4是右下角的点，记左侧边P1P3与竖直方向上的夹角为∠1，右侧边P2...

【专利技术属性】
技术研发人员：季晓勇，夏煦菁，谷宇，陈磊，田恒达，康雨辰，史贺，蔡丹，金伟旗，
申请(专利权)人：南京大学，
类型：发明
国别省市：江苏,32