車道線曲線擬合方法

一．車道線擬合算法

背景技術(shù)：在車輛行駛過程中，為了更好的了解并預(yù)測周圍的環(huán)境信息，對車道線的曲線擬合是必要的。將采集來的車道線數(shù)據(jù)進行曲線擬合可以很好的估計車道線的參數(shù)信息，得知偏移量、傾斜角、曲率半徑等信息，從而預(yù)測車道線的走向，為駕駛員或車輛自動控制系統(tǒng)提供幫助。現(xiàn)有的主流算法是將采集的車道線數(shù)據(jù)投影到鳥瞰圖后直接用最小二乘法做三次曲線的擬合。這樣做的優(yōu)點是簡單快捷，但缺點包括：視頻中同一條車道線在連續(xù)幾幀的圖像中擬合的結(jié)果有較大的差別，結(jié)果不穩(wěn)定，遠端有擺動的情況。

經(jīng)典擬合算法

一種車道線曲線擬合方法。本方法的步驟主要包括五步：

第一步從視頻中獲取當前幀和前2?5幀圖像中各條車道線的像素坐標，并將它們投影到鳥瞰圖上;

第二步對于每條車道線，利用當前幀和前2?5幀的鳥瞰圖坐標用最小二乘法進行三次曲線擬合;

第三步對于每條車道線，保留第二步中結(jié)果的一部分參數(shù)以及計算時用到的系數(shù)矩陣;

第四步在第二步中保留的參數(shù)的基礎(chǔ)上，聯(lián)立所有幀中的所有車道線，用最小二乘法做最終的擬合，其中計算所需的矩陣由第三步中保留的參數(shù)和矩陣直接得到;

第五步通過第四步的計算結(jié)果，得到當前幀各條車道線的最終擬合結(jié)果。本發(fā)明用于車道線曲線擬合。

車道線檢測實驗筆記

二． 基于Catmull_Rom樣條曲線的車道線檢測

1. 樣條曲線模型引入

Catmull_Rom樣條曲線擬合是曲線插值技術(shù)的一種，該插值技術(shù)能經(jīng)過所給的所有控制點。BY THE WAY，很多插值技術(shù)可以參考Catmull_Rom樣條曲線擬合方法需要至少四個控制點，公式如下：

其中，t屬于[0，1]（也就是0-1中每個t值可能對應(yīng)所求曲線中的某點，其取值越多，曲線越密）。實際上，四個控制點，曲線只會經(jīng)過其中兩個控制點，如現(xiàn)在有控制點A,B,C,D，則最后的曲線擬合結(jié)果將如下：

得到的事BC之間的擬合曲線。那么若要得到ABCD的擬合曲線應(yīng)該怎么辦呢。實際上，引入兩個新的控制點A’,D’即可，A’由AB計算而得，D’由CD計算而得，例如，A’計算如下：

A’.x = A.x + （A.x - B.x）

A’.y = A.y + （A.y - B.y）

B’點計算類似。于是，由A’ABC可以得到AB曲線，由ABCD可以得到BC曲線，由BCDD’可以得到CD曲線，經(jīng)過三次計算，可以得到ABCD曲線。

在一張空白圖上，計算經(jīng)過（50，50），（90，120），（70，200）三點的Catmull_Rom樣條曲線。

貝塞爾曲線只會穿過首尾兩個控制點而不過中間的控制點，在某些場合希望曲線穿過所有控制點的話可以使用catmull-rom spline（簡稱CR-Spline）

CR-Spline需要至少4個控制點，首尾兩個控制點為輔助點，曲線不會穿過，其余控制點在t=[0,1]之間曲線會穿過（我喊作路徑點），t=0時值等于第2個頂點，而t=1時值等于倒數(shù)第2個頂點

為了接口友好，通常都會約定傳遞給插值函數(shù)的參數(shù)為曲線所經(jīng)過的路徑點而不包含輔助點，兩個輔助點可以根據(jù)已有的路徑點計算出來。

一般情況計算兩個輔助點只需要分別在首尾方向作延伸就行了：p0=p1+(p1-p2)，pN+1=pN+(pN-pN-1)

如果傳入的控制點首尾相等形成閉合環(huán)，那么不用計算，直接取值p0=pN-1，pN=p1就行

2. 基于Catmull_Rom樣條曲線的車道線檢測

2.1． 基本思路

有了Catmull_Rom樣條曲線的基礎(chǔ)，那么車道線檢測實際上就是找到合適的控制點！

給出基于Catmull_Rom樣條曲線的車道線檢測的基本方法（除去預(yù)處理過程）：

（1）Hough變換直線檢測，將兩條主車道線檢測出來，直線記為L1,L2；

（2）判斷是車道線是直線還是曲線；

（3）若車道線是曲線，找到三個控制點P1,P2,P3；

（4）通過三個控制點，擬合Catmull_Rom樣條曲線，得到結(jié)果

2.2. 實驗示例

按照此特性，若從上往下檢測（即從（x = 0，y = 0）開始 x++，y++到（x = w，y = h）），直線的Hough檢測結(jié)果將會基本吻合實際結(jié)果，即在檢測結(jié)果點的周圍，都將有實際點的存在；而曲線的Hough檢測結(jié)果，將會先出現(xiàn)檢測結(jié)果周圍沒有實際點，檢測結(jié)果點周圍才會有實際點存在。

定義：檢測結(jié)果點吻合：若檢測點周圍八領(lǐng)域內(nèi)存在實際點，則代表檢測點結(jié)果吻合。

于是該問題轉(zhuǎn)化為：從圖頂向下搜索，能否找到P3點，使得P3點上部分一段區(qū)域（給定一個長度閾值alph1）檢測結(jié)果點都不吻合（引入容錯因子，防止噪聲theta），P3點下部分一段區(qū)域（同樣給定一個長度閾值alph2）檢測結(jié)果點吻合。若能找到P3點，則該車道線是曲線，否則，該車道線是直線！

找到控制點P1,P2,P3：

P3控制點：實際上，步驟（2）中已經(jīng)找到了其中一個控制點P3,P3點可以作為直線部分和曲線部分的分界點，P3以上部分擬合曲線，P3一下部分保留Hough變換的直線檢測結(jié)果；

P1控制點：我們注意到，可以取遠端兩車道的消失點作為控制點P1。

具體搜索方法：

1>找到Hough變換得到的兩直線的交點O。

2>從O點所在行向下搜索，找到P1。（從左往右搜索，第一個遇到的點即為P1點）

P2控制點：得到了P1，P3兩點，則取P1,P3中間的一行搜索兩車道的P2點！

經(jīng)過三個控制點P1,2,3,使用Catmull_Rom樣條曲線擬合得到結(jié)果：

結(jié)論：

（1）從結(jié)果上來看，能得到曲線，擬合效果并不是很好，但是提升空間很大，比如增多控制點會讓曲線擬合更為精準！

（2）控制點尋找的方法仍需要斟酌，因為道路的情況及其復(fù)雜，所以需要針對可想的所有情況進行模擬！

總結(jié)

以上是生活随笔為你收集整理的车道线曲线拟合方法的全部內(nèi)容，希望文章能夠幫你解決所遇到的問題。

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