基于單目視覺(jué)的多模型道路描述與跟蹤方法研究.pdf

1、基于單目視覺(jué)的道路跟蹤研究在過(guò)去的二十年間得到了極大的關(guān)注和快速的發(fā)展。這個(gè)領(lǐng)域的研究從算法策略方面主要分為兩個(gè)方向:基于地圖的方法和無(wú)地圖方法?；诘貓D的導(dǎo)航在小范圍環(huán)境中已得到成功的應(yīng)用。但在面向高速公路、野外環(huán)境的應(yīng)用中,由于面臨環(huán)境不確定造成的大范圍地圖表示困難和可靠性難以保證等問(wèn)題,基于地圖的方法雖然具有廣闊的發(fā)展前景,目前仍難以完全獨(dú)立地完成導(dǎo)航任務(wù)。因此,面向室外應(yīng)用的實(shí)用系統(tǒng)更傾向于采用無(wú)地圖的方法。在無(wú)地圖視覺(jué)導(dǎo)航研究

2、中,面向結(jié)構(gòu)化道路和野外環(huán)境的研究開(kāi)展較早,已經(jīng)取得較為系統(tǒng)的理論體系,但對(duì)于城市環(huán)境,道路拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)很難用統(tǒng)一的模型描述,從而在道路描述以及相應(yīng)的道路跟蹤算法開(kāi)發(fā)方面有較大的困難,一直沒(méi)有形成統(tǒng)一的建模方法與算法框架。針對(duì)這個(gè)問(wèn)題,本文將探討多種道路類型并存的城市環(huán)境中,如何進(jìn)行道路表示以及開(kāi)發(fā)相應(yīng)的道路跟蹤算法的問(wèn)題。
　　 本文首先回顧了過(guò)去二十年間具有代表性的基于單目視覺(jué)的道路跟蹤算法,在已有成熟算法中,研究的背景主要集中

3、在結(jié)構(gòu)化環(huán)境(如高速公路)和非結(jié)構(gòu)化環(huán)境(如野外環(huán)境)的應(yīng)用,各自均形成了較為成熟的道路表示和道路跟蹤算法。隨著近年來(lái)研究熱點(diǎn)逐漸轉(zhuǎn)入城市應(yīng)用,已有成熟系統(tǒng)逐漸開(kāi)始面臨如下問(wèn)題:1、算法為保證可靠性對(duì)道路模型和環(huán)境假設(shè)的依賴不能適應(yīng)城市環(huán)境多種道路模型并存的問(wèn)題；2、復(fù)雜拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)道路(如交叉路口)等道路的存在使得基于二次曲線的道路描述方法不再適用,而需要一個(gè)更加一般的道路數(shù)學(xué)描述方法。這兩點(diǎn)是本文進(jìn)行進(jìn)一步研究的兩個(gè)主要著眼點(diǎn)。

4、　　 在城市環(huán)境的應(yīng)用中,大多數(shù)道路仍然可以采用基于二次曲線的道路模型,這時(shí),道路檢測(cè)算法類似于結(jié)構(gòu)化道路,但需要處理更為復(fù)雜的道路情形,如:1、復(fù)雜道路紋理(如陰影)對(duì)檢測(cè)算法的影響；2、多車道機(jī)動(dòng)問(wèn)題(車輛換道)；3、道路標(biāo)線退化和遮擋問(wèn)題。針對(duì)這幾個(gè)問(wèn)題,本文提出了一個(gè)基于粒子濾波算法的道路檢測(cè)算法。該算法利用粒子濾波理論框架構(gòu)建了一個(gè)數(shù)據(jù)融合的方法,通過(guò)道路表面的色彩、紋理、拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)等多種特征在算法層面的融合來(lái)保證道路跟蹤算法

5、在處理上述三個(gè)問(wèn)題時(shí)的能力。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明,該算法在不顯著降低算法效率的情況下可以較大的提高道路跟蹤的魯棒性。
　　 在城市環(huán)境中,還存在大量的道路拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)復(fù)雜的環(huán)境,不能使用基于二次曲線的道路模型,針對(duì)這個(gè)問(wèn)題,本文提出了一個(gè)基于“可通行區(qū)域”概念的解決方案。其基本思路為徹底忽略傳統(tǒng)方法中基于道路模型的假設(shè),而以一個(gè)“可通行區(qū)域”的概念來(lái)拓展“道路”的定義。通過(guò)類似于基于單目視覺(jué)的三維重構(gòu)算法的思想分析道路表面特征,檢測(cè)出“可通

6、行區(qū)域”,并以多邊形的形式描述這個(gè)區(qū)域,建立類似于柵格地圖的局部可通行區(qū)域信息。由于道路描述方法改變,本文同時(shí)還給出了一個(gè)與之相適應(yīng)的基于快速隨機(jī)擴(kuò)展樹(shù)的路徑規(guī)劃算法,與可通行區(qū)域檢測(cè)算法一起構(gòu)成一個(gè)復(fù)雜拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)道路環(huán)境中視覺(jué)導(dǎo)航的完整解決方案。
　　 針對(duì)道路模型多樣化以及在目前有限的硬件條件下實(shí)用系統(tǒng)的算法效率問(wèn)題,本文最后提出了一個(gè)基于道路模型動(dòng)態(tài)識(shí)別的方法來(lái)提高多種道路并存環(huán)境中的道路檢測(cè)算法效率和可靠性。其基本思路是通