python基于opencv的车道线检测左右转弯原理详解

这篇具有很好参考价值的文章主要介绍了python基于opencv的车道线检测左右转弯原理详解。希望对大家有所帮助。如果存在错误或未考虑完全的地方,请大家不吝赐教,您也可以点击"举报违法"按钮提交疑问。

该项目的目标/步骤如下:

  • 给定一组棋盘图像计算相机校准矩阵和畸变系数。
  • 对原始图像应用失真校正。
  • 使用颜色变换、渐变等来创建阈值二值图像。
  • 应用透视变换来校正二进制图像(“鸟瞰图”)。
  • 检测车道像素并拟合以找到车道边界。
  • 确认检测到的线与现实和之前的线一致,即它们具有相似的曲率,水平距离在3.7m左右等。
  • 确定车道的曲率和车辆相对于中心的位置。
  • 将检测到的车道边界变形回原始图像。
  • 输出车道边界的视觉显示以及车道曲率和车辆位置的数值估计。

校准图像的过程使用棋盘图案并从对象点的定义开始(现实世界中奶酪图案上的已知点以 xyz 坐标给出,其中 z=0 因为图案位于平面上)和图像点(在图像上找到的点,使用函数:cv2.findChessboardCorners)。对于文件夹“/camera_cal”中的每个图像,这些点存储在 numpy 数组中。通过匹配图像和目标点(使用函数 cv2.calibrateCamera),我们可以获得相机矩阵和畸变参数,这将允许我们使用“cv2.undistort”函数对图像进行去畸变。然后将这些参数保存在 pickle 文件中以备将来使用。

 图。1。扭曲的棋盘图案

python编程车道线识别,计算机视觉,人工智能

 图 2。未扭曲的棋盘图案

管道

在这里,我总结了我的车道数据操作管道。

1.畸变校正

应用相机不失真(功能不失真(img,mtx,dist,None,mtx)),我们可以从失真图像(img):到未 

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 失真图像:  通过使用相机矩阵(mtx)和失真系数(dist) .

2. 得到一个阈值化的二值图像

我结合使用了颜色和渐变阈值来生成二值图像(用于渐变和颜色阈值的不同函数在文件的project.py第 25 行和第 76 行之间)。

为了确定哪些通道更适合做阈值处理,我显示了几个图像的所有通道: 

很明显,来自 RGB 的通道 R、来自 HLS 的通道 S 和来自 HSV 的通道 V 是车道线似乎更加突出的通道。所以现在,为了定义我实际要使用的那些,我通过将 X 边缘与 Y 边缘和 XY 边缘与边缘梯度阈值相结合来对这些通道执行边缘检测: 

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和颜色阈值: 

通过混合、边缘和颜色阈值化,从这些通道我们可以得到: 

这清楚地显示了预期的车道线。/project.py用于在这 3 个通道上获取二进制阈值图像的代码可以在第 82 行和 171 行之间的文件中找到

3.透视变换

为了获得透视变换矩阵和逆矩阵,我重复使用了第一个项目中的一些代码,以便在我知道包含直线的图像上获得直线车道线: 

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我得到的源点和目标点如下:

来源 目的地
587、455 300, 100
230、712 300, 720
1098, 712 980, 720
698, 455 980, 100

有了这些点,我使用函数计算了矩阵 M 和 M_invcv2.getPerspectiveTransform(src, dst)

通过取 4 个点(每行 2 个点)并定义边距,我可以将图像从正常视角转换(使用 jupyter notebook 第五块上的代码)到鸟瞰图(使用函数/P2_advanced_line_detection.ipynbcv2 .warpPerspective()): 

在获得 M 和 M_inv 矩阵后,我将它们保存在 pickle 文件中以备将来与函数一起使用。

然后可以将二进制边缘图像转换为扭曲的二进制图像,如下所示: 

在尝试了几张图片后,我注意到在某些情况下(阴影、人行道上的颜色变化),很难为 S 通道找到一个不产生极端噪音的合适阈值,这就是我决定工作的原因R 和 V 通道的组合。这种组合产生如下二进制扭曲图像:

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为了使用阴影产生的噪声圆顶,我决定使用称为开运算的形态学操作: python编程车道线识别,计算机视觉,人工智能

车道线识别

用于拟合二阶多项式的函数在文件的/project.py第 178 行到第 408 行之间。对于第一张图像以及在轨道丢失的情况下(由完整性检查确定),我使用了“windows”方法: python编程车道线识别,计算机视觉,人工智能

当轨道被锁定时,最好简单地检测前一个多项式周围的车道线: python编程车道线识别,计算机视觉,人工智能

计算曲率

/project.py我使用课程中给出的公式在代码的第 502 行到 516 行中执行了此操作。

def measure_curvature_real(actual_fit, ploty):
    '''
    Calculates the curvature o
    f polynomial functions in meters.
    '''
    ym_per_pix = 30/700 # meters per pixel in y dimension
    xm_per_pix = 3.7/700 # meters per pixel in x dimension
    # Define y-value where we want radius of curvature
    # We'll choose the maximum y-value, corresponding to the bottom of the image
    y_eval = np.max(ploty) * ym_per_pix
 
    ##### Implement the calculation of R_curve (radius of curvature) #####
    curvature = ((1 + (2*actual_fit[0]*y_eval + actual_fit[1])**2)**1.5) / np.absolute(2*actual_fit[0])
    return curvature * actual_fit[0]/abs(actual_fit[0])

健全性检查

为了决定是否应该考虑检测,我决定检查 3 个基本的东西

  1. 实际曲率应与前一帧的曲率相似
  2. 左右线曲线至少应具有相同的方向符号(二阶导数),除非线几乎是直的(高曲率)
  3. 线应该是相对平行的。在这里,我在以下函数中测量了水平距离平均值(应该在 3.7m 左右)和标准偏差:
#====Function to measure horizontal position's average and standard deviation====#
#==========between lines. The function also measures the car's position==========#
def horizontal_distance(left_fit,right_fit,ploty):
    xm_per_pix = 3.7/700
    left_fitx = (left_fit[0]*ploty**2 + left_fit[1]*ploty + left_fit[2]) * xm_per_pix
    right_fitx = (right_fit[0]*ploty**2 + right_fit[1]*ploty + right_fit[2]) * xm_per_pix
    average_distance = np.average(right_fitx - left_fitx)
    std_distance = np.std(right_fitx - left_fitx)
    
    x_der = right_fitx[0]
    x_izq = left_fitx[0]
    center_car = (1280*xm_per_pix/2.0)
    center_road = ((x_der+x_izq)/2.0)
    position = center_car-center_road
    return average_distance, std_distance, position

结果

一旦检测到车道线并通过健全性检查,就会计算曲率,并使用逆透视变换在原始图像中显示线条。

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效果视频:

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项目下载:https://download.csdn.net/download/babyai996/87738691

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