基于邊緣檢測(cè)的路徑邊識(shí)別技術(shù)研究

1、畢業(yè)答辯答辯人：指導(dǎo)老師：戴 媛 媛藏 嫻一、緒論二、圖像預(yù)處理三、邊緣檢測(cè)四、路徑識(shí)別五、算法實(shí)現(xiàn)六、論文總結(jié)CONTENTS基于邊緣檢測(cè)的路徑識(shí)別技術(shù)研究一、緒論研究背景A智能駕駛汽車中的視覺(jué)導(dǎo)航和障礙物檢測(cè)B人工智能在圖像識(shí)別領(lǐng)域的研究C視覺(jué)導(dǎo)航在輪式機(jī)器人中的應(yīng)用二、圖像預(yù)處理1.圖像噪聲圖像噪聲是圖像生成中由于各種因素影響在圖像信息圖像噪聲是圖像生成中由于各種因素影響在圖像信息中參雜的不可預(yù)測(cè)，不可控制的隨機(jī)信號(hào)中參雜的不可預(yù)測(cè)，不可控制的隨機(jī)信號(hào)。圖像噪聲會(huì)影響到圖像的后續(xù)處理，因此濾除圖像噪圖像噪聲會(huì)影響到圖像的后續(xù)處理，因此濾除圖像噪聲是圖像處理前極其重要的聲是圖像處理前極其重

2、要的工作工作。圖像噪聲與信號(hào)分析中的噪聲一樣，符合噪聲一般的圖像噪聲與信號(hào)分析中的噪聲一樣，符合噪聲一般的統(tǒng)計(jì)特性，主要的類型有高斯噪聲、瑞利噪聲、脈沖統(tǒng)計(jì)特性，主要的類型有高斯噪聲、瑞利噪聲、脈沖噪聲（椒鹽噪聲噪聲（椒鹽噪聲）。常見(jiàn)圖像噪聲原圖像椒鹽噪聲高斯噪聲2.圖像噪聲濾出濾除圖像噪聲經(jīng)典方法是空間濾波?？臻g濾波器由一濾除圖像噪聲經(jīng)典方法是空間濾波?？臻g濾波器由一個(gè)鄰域?qū)υ撪徲虬鼑膱D像像素執(zhí)行的預(yù)定義操作組個(gè)鄰域?qū)υ撪徲虬鼑膱D像像素執(zhí)行的預(yù)定義操作組成。從定義中看出，濾波器也是一個(gè)模板，類似于算成。從定義中看出，濾波器也是一個(gè)模板，類似于算子。濾波器產(chǎn)生一個(gè)新像素，新像素的坐標(biāo)位于鄰

3、域子。濾波器產(chǎn)生一個(gè)新像素，新像素的坐標(biāo)位于鄰域的中心處。濾波器遍歷整幅圖像，就會(huì)生成新的經(jīng)過(guò)的中心處。濾波器遍歷整幅圖像，就會(huì)生成新的經(jīng)過(guò)濾波的圖像。如果在圖像上執(zhí)行的是線性操作，就稱濾波的圖像。如果在圖像上執(zhí)行的是線性操作，就稱為線性空間濾波，否則就稱為非線性空間濾波為線性空間濾波，否則就稱為非線性空間濾波3.噪聲濾波方法鄰域平均法即對(duì)模板鄰域求平均值，并賦予中心像素鄰域平均法即對(duì)模板鄰域求平均值，并賦予中心像素3X3鄰域模板椒鹽噪聲平均濾波加權(quán)平均法的基本思想是待定像素點(diǎn)的值與鄰域內(nèi)其他加權(quán)平均法的基本思想是待定像素點(diǎn)的值與鄰域內(nèi)其他像素點(diǎn)的值隨著位置關(guān)系不同而像素點(diǎn)的值隨著位置關(guān)系不同

4、而不同不同，代表是高斯濾波，代表是高斯濾波高斯濾波的3X3鄰域模板椒鹽噪聲高斯濾波中值濾波的思想繼承于一維信號(hào)處理。其基本方法是用中值濾波的思想繼承于一維信號(hào)處理。其基本方法是用一個(gè)含奇數(shù)個(gè)窗口的滑動(dòng)模板遍歷圖像，用模板中的中一個(gè)含奇數(shù)個(gè)窗口的滑動(dòng)模板遍歷圖像，用模板中的中值替換中心窗口的像素灰度值。值替換中心窗口的像素灰度值。椒鹽噪聲中值濾波三、邊緣檢測(cè)1.基于梯度的邊緣檢測(cè)2.經(jīng)典邊緣檢測(cè)（1）Roberts算子算子Roberts算子利用對(duì)角線相鄰像素差逼近梯度，對(duì)于水算子利用對(duì)角線相鄰像素差逼近梯度，對(duì)于水平和垂直邊緣檢測(cè)好于斜邊。但是算子對(duì)噪聲響應(yīng)明平和垂直邊緣檢測(cè)好于斜邊。但是算子對(duì)

5、噪聲響應(yīng)明顯顯。（3）LoG算子算子LoG算子在定義域內(nèi)的和為零，所算子在定義域內(nèi)的和為零，所以它與圖像卷積不會(huì)改變圖像整以它與圖像卷積不會(huì)改變圖像整體的動(dòng)態(tài)范圍體的動(dòng)態(tài)范圍，由于其形狀類似由于其形狀類似墨西哥草帽，故也被稱為墨西哥草帽，故也被稱為“墨西哥墨西哥草帽草帽”算子算子（4）其他算子）其他算子現(xiàn)在邊緣檢測(cè)算種類繁多，很多科研人員根據(jù)不同的現(xiàn)在邊緣檢測(cè)算種類繁多，很多科研人員根據(jù)不同的應(yīng)用場(chǎng)合與需求，開發(fā)特點(diǎn)的邊緣檢測(cè)算子。應(yīng)用場(chǎng)合與需求，開發(fā)特點(diǎn)的邊緣檢測(cè)算子。SUSAN檢測(cè)就是一種低層次圖像處理最小核值相似區(qū)檢測(cè)就是一種低層次圖像處理最小核值相似區(qū)算法。它的原理是用一個(gè)圓形模板遍歷

6、圖像，通過(guò)比算法。它的原理是用一個(gè)圓形模板遍歷圖像，通過(guò)比較模板其他像素與核像素灰度值的差值與給定閾值的較模板其他像素與核像素灰度值的差值與給定閾值的關(guān)系，確定一個(gè)核值相似區(qū)關(guān)系，確定一個(gè)核值相似區(qū)USAN。沈俊邊緣沈俊邊緣檢檢，基于小波分析的邊緣檢測(cè)從頻域場(chǎng)分析基于小波分析的邊緣檢測(cè)從頻域場(chǎng)分析邊緣邊緣特性特性，神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)算法進(jìn)行邊緣檢測(cè)和特征神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)算法進(jìn)行邊緣檢測(cè)和特征識(shí)別識(shí)別。（5）Canny邊緣檢測(cè)算子邊緣檢測(cè)算子邊緣檢測(cè)的三條邊緣檢測(cè)的三條準(zhǔn)則準(zhǔn)則信噪比準(zhǔn)則：也稱為低錯(cuò)誤率，即非邊緣像素誤檢的信噪比準(zhǔn)則：也稱為低錯(cuò)誤率，即非邊緣像素誤檢的概率要低，要沒(méi)有偽響應(yīng)。檢測(cè)的邊緣必須盡可能是

7、概率要低，要沒(méi)有偽響應(yīng)。檢測(cè)的邊緣必須盡可能是真實(shí)真實(shí)邊緣邊緣邊緣點(diǎn)很好定位：已定位邊緣要盡可能接近真實(shí)邊緣。邊緣點(diǎn)很好定位：已定位邊緣要盡可能接近真實(shí)邊緣。檢測(cè)器標(biāo)記為邊緣的點(diǎn)，與實(shí)際真實(shí)的邊緣中心之間檢測(cè)器標(biāo)記為邊緣的點(diǎn)，與實(shí)際真實(shí)的邊緣中心之間距離應(yīng)該距離應(yīng)該最小最小單一邊緣響應(yīng)：對(duì)真實(shí)的邊緣點(diǎn)，檢測(cè)器僅應(yīng)返回一單一邊緣響應(yīng)：對(duì)真實(shí)的邊緣點(diǎn)，檢測(cè)器僅應(yīng)返回一個(gè)點(diǎn)。真實(shí)邊緣周圍的局部最大數(shù)應(yīng)該最小。個(gè)點(diǎn)。真實(shí)邊緣周圍的局部最大數(shù)應(yīng)該最小。（6）Canny邊緣檢測(cè)的具體邊緣檢測(cè)的具體方法方法Step1.高斯高斯濾波器平滑圖像濾波器平滑圖像Step2.梯度梯度方向和梯度幅值的方向和梯度幅值的計(jì)

8、算計(jì)算Step3.非非極大值抑制極大值抑制Step4.雙雙閾值處理和邊緣連接閾值處理和邊緣連接Canny邊緣檢測(cè)首先確定優(yōu)化目標(biāo)，為了達(dá)成目標(biāo)，給邊緣檢測(cè)首先確定優(yōu)化目標(biāo)，為了達(dá)成目標(biāo)，給出數(shù)學(xué)可行算法，在邊緣檢測(cè)算法中是一種非常優(yōu)秀出數(shù)學(xué)可行算法，在邊緣檢測(cè)算法中是一種非常優(yōu)秀的邊緣檢測(cè)的邊緣檢測(cè)器器本文本文即即采用采用Canny算法做邊緣檢測(cè)算法做邊緣檢測(cè)（7）Canny邊緣檢測(cè)邊緣檢測(cè)在路勁邊界的效果在路勁邊界的效果四、路徑識(shí)別1.識(shí)別道路的選擇按車道形狀分類：直道、普通彎道、大按車道形狀分類：直道、普通彎道、大S彎道、直道入彎彎道、直道入彎道、彎道入直道、急彎道道、彎道入直道、急彎道。

9、本文識(shí)別用路徑選擇常見(jiàn)和有本文識(shí)別用路徑選擇常見(jiàn)和有代表性的代表性的直道直道。分析道路特征可知，直道和大轉(zhuǎn)彎路徑都分析道路特征可知，直道和大轉(zhuǎn)彎路徑都有直線或者近似直線。這些線條在邊緣檢測(cè)階段可以很容有直線或者近似直線。這些線條在邊緣檢測(cè)階段可以很容易被提取，有邊緣信息之后，可以基于一種算法快速提取易被提取，有邊緣信息之后，可以基于一種算法快速提取識(shí)別路徑識(shí)別路徑2.直線檢測(cè)Hough變換3.Hough變換的原理3.Hough變換的原理3.Hough變換的原理4.Hough變換的實(shí)例直線直線直線直線Hough空間空間五、算法實(shí)現(xiàn)1.MATLAB與IPT工具箱MATLAB由由matrix，lab

10、oratory兩個(gè)單詞縮寫而成，是兩個(gè)單詞縮寫而成，是美國(guó)美國(guó)MathWorks公司推出的一款數(shù)學(xué)計(jì)算公司推出的一款數(shù)學(xué)計(jì)算軟件軟件。MATLAB典型應(yīng)用包括：數(shù)學(xué)計(jì)算、算法開發(fā)、數(shù)據(jù)典型應(yīng)用包括：數(shù)學(xué)計(jì)算、算法開發(fā)、數(shù)據(jù)獲取、建模仿真、數(shù)據(jù)分析、數(shù)據(jù)可視化、科學(xué)工獲取、建模仿真、數(shù)據(jù)分析、數(shù)據(jù)可視化、科學(xué)工程圖形、用戶界面交互程圖形、用戶界面交互。圖像處理工具箱（圖像處理工具箱（IPT）是）是MATLAB的一個(gè)函數(shù)集，用于處理數(shù)字圖像，這個(gè)工的一個(gè)函數(shù)集，用于處理數(shù)字圖像，這個(gè)工具箱包含常見(jiàn)的數(shù)字圖像處理方法，通過(guò)簡(jiǎn)單的函具箱包含常見(jiàn)的數(shù)字圖像處理方法，通過(guò)簡(jiǎn)單的函數(shù)調(diào)用，能快速準(zhǔn)確的實(shí)現(xiàn)期

11、望功能，易于理解掌數(shù)調(diào)用，能快速準(zhǔn)確的實(shí)現(xiàn)期望功能，易于理解掌握。握。2.m函數(shù)編寫3.路徑識(shí)別實(shí)例3.路徑識(shí)別實(shí)例3.路徑識(shí)別實(shí)例4.結(jié)果分析從上面的試驗(yàn)驗(yàn)證可以看出，本文提出的基于邊緣從上面的試驗(yàn)驗(yàn)證可以看出，本文提出的基于邊緣檢測(cè)的路徑識(shí)別能對(duì)一般直線道路進(jìn)行準(zhǔn)確無(wú)誤的檢測(cè)的路徑識(shí)別能對(duì)一般直線道路進(jìn)行準(zhǔn)確無(wú)誤的檢測(cè)，并將結(jié)果返回。同時(shí)對(duì)比看出，對(duì)于有車道檢測(cè)，并將結(jié)果返回。同時(shí)對(duì)比看出，對(duì)于有車道線的道路，路徑識(shí)別效果要好，這是因?yàn)?，車道線線的道路，路徑識(shí)別效果要好，這是因?yàn)椋嚨谰€有明顯的邊界標(biāo)識(shí)作用，更利用圖像識(shí)別。有明顯的邊界標(biāo)識(shí)作用，更利用圖像識(shí)別。六、總結(jié)與展望1.總結(jié)本文基

12、于邊緣檢測(cè)辨識(shí)行車路徑。在以下幾方面開展工作本文基于邊緣檢測(cè)辨識(shí)行車路徑。在以下幾方面開展工作。（1）分析國(guó)內(nèi)外關(guān)于路徑檢測(cè)和邊緣檢測(cè)的發(fā)展）分析國(guó)內(nèi)外關(guān)于路徑檢測(cè)和邊緣檢測(cè)的發(fā)展現(xiàn)狀現(xiàn)狀（2）介紹）介紹幾種常用的圖像預(yù)處理技術(shù)，分析各自的特點(diǎn)幾種常用的圖像預(yù)處理技術(shù)，分析各自的特點(diǎn)和和算法算法（3）詳細(xì)）詳細(xì)介紹邊緣檢測(cè)的研究現(xiàn)狀，分析比較幾種經(jīng)典介紹邊緣檢測(cè)的研究現(xiàn)狀，分析比較幾種經(jīng)典的邊緣檢測(cè)算法并給出的邊緣檢測(cè)算法并給出算子算子（4）獲取圖像的邊緣信息后，本文通過(guò)）獲取圖像的邊緣信息后，本文通過(guò)Hough變換提取圖變換提取圖像中路徑的邊緣像中路徑的邊緣信息信息（5）本文在本文在MATL

13、AB環(huán)境中實(shí)現(xiàn)上述各功能的算法環(huán)境中實(shí)現(xiàn)上述各功能的算法2.展望路徑檢測(cè)仍然有著值得深入研究的路徑檢測(cè)仍然有著值得深入研究的領(lǐng)域領(lǐng)域（1）彩色圖像的彩色圖像的邊緣檢測(cè)邊緣檢測(cè)現(xiàn)在受到越來(lái)越多的人重視現(xiàn)在受到越來(lái)越多的人重視（2）神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)算法處理數(shù)字圖像可以進(jìn)行模式辨識(shí)，邊神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)算法處理數(shù)字圖像可以進(jìn)行模式辨識(shí)，邊緣檢測(cè)，在圖像識(shí)別應(yīng)用中已經(jīng)取得很好的效果，成為當(dāng)緣檢測(cè)，在圖像識(shí)別應(yīng)用中已經(jīng)取得很好的效果，成為當(dāng)今的主流研究今的主流研究方向方向（3）本文選在的路徑模式簡(jiǎn)單，特征明顯，對(duì)于全路徑本文選在的路徑模式簡(jiǎn)單，特征明顯，對(duì)于全路徑工況考慮不全面，可以結(jié)合新算法識(shí)別更加全面的路徑信工況考慮不全面，可以結(jié)合新算法識(shí)別更加全面的路徑信息息（4）將圖片處理的方法和技術(shù)移植到視頻處理，更加接）將圖片處理的方法和技術(shù)移植到視頻處理，更加接近使用性近使用性新的理論、技術(shù)不斷誕生，路徑識(shí)別的方法不斷涌現(xiàn)新的理論、技術(shù)不斷誕生，路徑識(shí)別的方法不斷涌現(xiàn)，我我將將會(huì)在今后的工作學(xué)習(xí)中，努力提高自己，成長(zhǎng)進(jìn)步。會(huì)在今后的工作學(xué)習(xí)中，努力提高自己，成長(zhǎng)進(jìn)步。致謝從步入金陵科技學(xué)院開始，大學(xué)生活讓我充實(shí)，讓我快樂(lè)。從步入金陵科技學(xué)院開始，大學(xué)生活讓我充實(shí)，讓我快樂(lè)。三年之中，我的身邊發(fā)生的每一件事都讓我成長(zhǎng)。三年之中，我的身邊發(fā)生的每一件事都讓