目標檢測與跟蹤之人車碰撞風險識別

項目一人工智能算法在運輸環(huán)節(jié)應用《物流人工智能技術(shù)》任務三目標檢測與跟蹤之人車碰撞風險識別2目錄/CONTENTS301車載行人檢測方法02碰撞風險識別與處理4【知識目標】1.了解車載行人檢測方法；2.了解碰撞風險識別與處理。【情感目標】1.具有工匠精神、服務意識、環(huán)保意識、質(zhì)量意識、安全意識；2.培養(yǎng)獨立獲取信息和自學能力；3.堅定擁護中國共產(chǎn)黨領(lǐng)導和我國社會主義制度?！窘虒W目標】目前行人檢測算法主要有兩類：第一類為基于視頻運動信息的目標檢測算法，例如，背景幀差、背景差分，混合高斯模型（GMM）建立背景模型等的背景差分等；第二類為基于檢測目標的特征信息，設(shè)計、訓練相應的分類器進行檢測，例如利用紋理Har特征、局部二值化模式（LBP）特征進行檢測，利用邊緣特征梯度方向直方圖（OG）等特征進行檢測。一、車載行人檢測方法1.行人目標特征提取HOG特征描述局部區(qū)域特征，它通過計算局部區(qū)域上的梯度方向直方圖來顯示并描述人體特征，能夠很好地描述人體的邊緣信息，且光照變化和小量的偏移變化對HOG描述文件影響不顯著。輸入圖像中像素點（x,y）的梯度為（1）（2）式中：、、Ｈ（ｘ，ｙ）分別為輸入圖像中像素點（ｘ，ｙ）處的水平方向梯度大小、垂直方向梯度大小和像素值。圖像中像素點（ｘ，ｙ）處的梯度大小為像素點（ｘ，ｙ）處的梯度方向為（3）（4）一、車載行人檢測方法HOG特征提取步驟具體如下：步驟1步驟2步驟3步驟4①把樣本圖像分割為若干個8×8像素的單元，把【一π/2，π/2】的梯度方向平均劃分為9個區(qū)間，在每個單元內(nèi)對所有像素的梯度幅值在各個方向區(qū)間進行直方圖統(tǒng)計，得到一個9維的特征向量；②每相鄰4個單元為一個塊，把4個單元的特征向量聯(lián)起來得到塊的36維特征向量；③128×64像素的窗口設(shè)為個基本窗口，一共組成3780維的特征向量；④采用窗口對樣本圖像進行掃描，掃描步長為一個單元，每次掃描可以得到窗口內(nèi)圖像的HOG特征，以進行行人檢測。一、車載行人檢測方法2.行人目標特征識別鑒于支持向量機（SVM）在解決小樣本、非線性及高維模式識別問題中的優(yōu)越性能，筆者選用基于徑向基核函數(shù)SVM對圖像中的特征進行分類，判斷其是否為人體目標，最終實現(xiàn)紅外圖像中的人形檢測?？梢远x如下的最優(yōu)分類函數(shù)來進行行人檢測。對于樣本集中的多數(shù)樣本（非支持向量），式（5）中的結(jié)果都等于0。因此式（5）中只是針對于小部分支持向量計算求和。而b*是分類的閾值，可以取一個支持向量即可計算得出，或者在兩類樣本集中任取一組支持向量，計算中間值即可。（5）一、車載行人檢測方法基于車載攝像頭行人車輛檢測的風險識別方法，主要基于目標與車輛的縱向與橫向位置，步驟如下：①工控機上的程序進行圖像處理，識別出行人，并根據(jù)距離算法，得到行人此時與本車的縱向距離和橫向距離；②將距離數(shù)值代入風險識別算法中，進行風險判斷；③通過得到的風險判斷結(jié)果，程序進行相應的策略控制，實現(xiàn)車輛的智能避碰；④實車實驗表明檢測前方障礙物碰撞本車時間節(jié)點可分為2種：第一碰撞時間間隔2.7s與第二碰撞時間間隔0.6s分別代表一級制動與二級制動的時間節(jié)點。具體流程如圖2所示。得到距離最近的一組X1和Y1，Y1/車速得到Tv是是開始系統(tǒng)檢測行人，計算橫向距離X和豎向距離Y橫向距離X逐一與碰撞范圍D進行比較X≤D進行智能制動車停止否否Tv＜2.7s時，X1＜D圖2人車碰撞風險識別流程二、碰撞風險識別與處理碰撞風險識別預警（1）系統(tǒng)檢測行人，計算得到目標距離車輛的垂直距離Y，和水平距離X，以本車中心為坐標原點，車輛的寬度D為碰撞范圍。（2）將每個目標的X逐一與D進行比較，得到X在D內(nèi)且Y最小的一組人車距離和，此時行人處于危險狀態(tài)。（3）車速得到每個時刻車輛碰撞到行人的時間為，將作為危險判斷級別，越小則危險級別越高，當小于2.7s時進行警報。（4）若在大于2.7s的情況下不在D的范圍內(nèi)時，則取消警報，將此行人坐標忽略，跳轉(zhuǎn)到1重新進行檢測。若小于0.6s仍在D范圍內(nèi)，則開始進行智能剎車。二、碰撞風險識別與處理具體地，如圖3所示：圖3（a）中，行人1的預測行走軌跡與車輛行駛軌跡有沖突，用矩形框標記，而行人2與行人3的預測行走軌跡與車輛不產(chǎn)生沖突，無碰撞危險，未標記矩形框。圖3（b）中，當行人處于風險區(qū)域內(nèi)且行人與車輛縱向距離小于緊急制動距離，則判定當前行人處于緊急制動危險等級范圍內(nèi)，行人1用粗矩形框標記，系統(tǒng)實施避碰制動，目的在于通過系統(tǒng)強行緊急制動避免碰撞事故的發(fā)生或減輕對行人的傷害。二、碰撞風險識別與處理根據(jù)城市交通中機動車在沒有限速標志標線的情況下，沒有道路中心線的城市道路規(guī)定最高時速為30km；機動車在沒有限速標志標線的道路情況下，如果同方向只有1條機動車道的城市道路規(guī)定最高時速不超過50km。即將碰撞時間（TTC）能夠反映換道車輛與目標車輛間的相對速度和相對距離，在車輛縱向碰撞安全性相關(guān)分析中得到廣泛應用。引用TTC′描述人車即將碰撞時間。系統(tǒng)根據(jù)車速30km/h以下及TTC′大于2.7s和30km/h以上50km/h以下及TTC′小于2.7s大于0.6s分為一級緩沖減速和二級緩沖減速2種智能減速方法。圖4（a）所示為一級緩沖減速過程，圖4（b）所示為二級緩沖減速過程。采用以上2種方式可以使車輛能夠在不同車速標準情況下實現(xiàn)平穩(wěn)制動，在整個制動過程中，緩沖制動方案使車輛能夠安全平穩(wěn)的制動，使駕駛員感到安全與舒適。二、碰撞風險識別與處理1313目標檢測與跟蹤之人車碰撞風險識別車載行人檢測