基于全景成像的航道检测研究

论文摘要

本文以半球全景成像的用于车辆安全驾驶为应用背景,以浙江大学现代光学仪器国家重点实验室的基于全景环带成像的智能驾驶安全系统为实验系统,采用模拟的道路环境,重点研究了全景图像的航道检测研究和基于全景图像的道路标志线提取。研究了基于复杂背景灰度图像的道路识别技术。本论文提出了直接在全景像面上检测实际直车道线的近似算法,并通过理论分析和实验研究验证了上述方法的合理性和可靠性。为全景成像在车辆安全驾驶方面的应用研究与技术发展提供了有效的研究方法和途径。本文阐述了人们在扩大单个光学镜头方面所作出的努力和取得的成果,分析了各种采用各种不同设计方案的全景摄像机的原理和具体实现。总结了全景视觉系统的研究概况,建立了与传统的CCP投影方式不同的FCP圆柱投影模型。给出了全景图像处理的方法和软件实现。提出了一种新的基于全景图像的道路检测算法并用VC实现,应用到模拟道路场景并分析了所得数据与建立的理论模型的关系。由于全360度成像的方法所拥有的全景监控摄像机不同于普通的360度高速旋转摄像机,它是在静止状态下将360度环形视场内的景物一次成像。以全景摄像机为圆心的360度范围内的景物,全部被捕捉在这个画面里,真正实现无死角、连续、实时的全360度成像。全景成像与基于全景图像的计算机视觉技术在科学研究、科研考察与探索,工业科技,军事,商业等领域都具有广泛的应用。全向摄像机具有很大的视场角,在自动化装备的景物观测和信息获取方面有着很大的优越性,但这种全景观测由于空间光学投影机理的影响,其成像会发生很大的透视扭曲。因此,全景视觉的图像恢复就成为必须解决的问题。本文介绍了基于衍射/折射混合光学的二元光学半球全景成像技术,包括几何模型,成像原理和摄像机结构,并分析了基于这种全景视觉图像的成像机理。本文基于全景成像原理提出了在原始全景像面上进行图像处理以及特征提取的重要方法。并用该方法实现了航道的恢复与重构。并分别从行车的两个重要参数:偏角和偏离中心距离两个方面对该方法进行了理论分析和实验研究,在算法的合理性和可行性方面都取得了令人满意的成果。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第1章 绪论
• 1.1 引言
• 1.2 国内外发展状况和研究动向
• 1.3 本课题的主要研究内容
• 1.4 课题特色和关键技术
• 第2章 全景摄像机原理及其标定
• 2.1 全景摄像机原理
• 2.1.1 传统的成像技术原理
• 2.1.2 全景成像原理
• 2.1.3 全景环形透镜PAL的光学特性
• 2.1.4 全景环形透镜（PAL）的设计
• 2.2 全景相机标定
• 第3章 基于全景图像的航道检测系统
• 3.1 基于传统图像的航道检测
• 3.2 基于全景图像的航道检测
• 3.3 模拟系统架构及图像获取
• 第4章 全景图像处理
• 4.1 计算机视觉与数字图象处理
• 4.1.1 灰度变换
• 4.1.2 直方图模型化
• 4.1.3 图像增强滤波
• 4.1.4 Sobel边缘检测
• 4.2 车道线提取
• 4.2.1 二值化预处理
• 4.2.2 Hough原理
• 4.2.3 算法的VC实现
• 第5章 实验结果和误差分析
• 5.1 理论车道线成像分析
• 5.2 航道检测结果
• 5.2.1 偏角检测结果
• 5.2.2 偏离中心距离检测结果
• 5.3 误差分析
• 第6章 结论与展望
• 参考文献
• 致谢