[发明专利]一种基于曲线斜率变化的汽车方向盘检测方法

权利要求书

1.一种基于曲线斜率变化的汽车方向盘检测方法，其特征在于包括如下步骤：

步骤1：对含有车辆的彩色图像image进行车窗定位；

步骤2：从图像image中截取车窗右半部分作为新的图像WinImg，并且对图像WinImg进行灰度化、高斯滤波、形态学边缘检测、局部二值化以及边缘细化操作，得到图像WinImg的单像素边缘图像，记为EdgeImg；

步骤3：利用八邻域边缘跟踪算法遍历EdgeImg中的每一条单像素边缘，并且将每一条单像素边缘上的像素点分别按顺序存储在数组中，记为Array_i,i＝1,2,…,n，其中,Array_i表示第i条单像素边缘，n表示EdgeImg中单像素边缘的数量；

步骤4：针对步骤3遍历得到的每一条单像素边缘，计算每一条单像素边缘各自对应的一个新的平面直角坐标系，记为xOy_i，xOy_i由边缘图EdgeImg的原平面直角坐标系通过平移旋转变换得到，其中边缘图EdgeImg的原平面直角坐标系以边缘图EdgeImg的左上角为坐标系原点，水平向右为x轴正方向，垂直向下为y轴正方向的平面直角坐标系，由边缘图EdgeImg的原平面直角坐标系通过平移旋转变换分别得到每一条单像素边缘各自对应的一个新的平面直角坐标系xOy_i的过程如下：

4.1)：根据公式(1)计算边缘图EdgeImg的原平面直角坐标系在x轴方向上需要平移的长度记为Δx_i，并且根据Δx_i的值进行平移；

其中，count_i表示数组Array_i中的元素个数，Array_i[0].x表示数组Array_i中第1个元素的x坐标值，Array_i[count_i-1].x表示数组Array_i中最后一个元素的x坐标值；

4.2)：根据公式(2)计算边缘图EdgeImg的原平面直角坐标系在y轴方向上需要平移的长度记为Δy_i，并且根据Δy_i的值进行平移；

其中，Array_i[0].y表示数组Array_i中第1个元素的y坐标值，Array_i[count_i-1].y表示数组Array_i中最后一个元素的y坐标值；

4.3)：根据公式(3)计算边缘图EdgeImg的原平面直角坐标系在平移之后需要旋转的度数记为Δθ_i，并且根据Δθ_i的值进行旋转；

其中，arctan表示求反正切值；

步骤5：将步骤3遍历得到的每一条单像素边缘等间隔分为6段，然后按顺序选取单像素边缘上的起点、五个等间隔分段点以及单像素边缘上的终点，一共七个点，记为Point_ij，j＝1,2,3,4,5,6,7，它表示第i条单像素边缘上选取的第j个点，同时计算Point_ij在第i条单像素边缘对应的新的平面直角坐标系xOy_i中的坐标值，记为(x_ij,y_ij)，Point_ij在第i条单像素边缘对应的新的平面直角坐标系xOy_i中的坐标值(x_ij,y_ij)的计算如下：

5.1)：根据公式(4)计算横坐标值x_ij；

x_ij＝(X_ij-Δx_i)×cos(-Δθ_i)-(Y_ij-Δy_i)×sin(-Δθ_i) (4)

其中，X_ij表示点Point_ij在边缘图EdgeImg的原平面直角坐标系中的横坐标值，Y_ij表示点Point_ij在边缘图EdgeImg的原平面直角坐标系中的纵坐标值，cos表示求余弦值，sin表示求正弦值；

5.2)：根据公式(5)计算纵坐标值y_ij；

y_ij＝(Y_ij-Δy_i)×cos(-Δθ_i)+(X_ij-Δx_i)×sin(-Δθ_i) (5)

其中，j＝1,2,3,4,5,6,7；

步骤6：分别计算每一条单像素边缘在点Point_ij处的切线斜率，记为slop_ij，其中slop_ij＝(y_i(j+1)–y_i(j-1))÷(x_i(j+1)–x_i(j-1))；

步骤7：分别计算每一条单像素边缘在点Point_ij处的曲线偏转角度，记为θ_ij，然后计算每一条单像素边缘对应的五个θ_ij的平均值Avg_θi和方差S_θi；

步骤8：根据步骤6得到的slop_ij和步骤7得到的Avg_θi和S_θi筛选满足开口朝下的劣弧检测条件的单像素边缘作为候选汽车方向盘边缘，满足开口朝下的劣弧检测条件必须满足如下所有条件：

8.1)：(|Δθ_i|90y_i40)||(|Δθ_i|≥90y_i40)；

8.2)：slop_i2×slop_i30slop_i5×slop_i60；

8.3)：|slop_i3|≤|slop_i2||slop_i4|≤|slop_i3||slop_i4||slop_i2|；

8.4)：|slop_i5|≤|slop_i6||slop_i4|≤|slop_i5||slop_i4||slop_i6|；

8.5)：|slop_i4|＝0；

8.6)：S_θiThreshSAvg_θi0；

其中，ThreshS表示曲线偏转角度的方差阈值，预先设定；

步骤9：对步骤8获得的所有候选汽车方向盘边缘分别计算其对应的一个假定圆，假定圆的计算首先从对应的候选汽车方向盘边缘中选取边缘的起点、边缘的二等分分段点以及边缘的终点这三个点，根据这三点确定一个假定圆；

步骤10：从步骤9获得的所有假定圆中选择一个满足如下条件的圆作为最终检测到的方向盘，作为最终检测到的方向盘的圆满足如下条件：该圆需要满足圆半径r在预先设定的范围内，并且满足圆心到边缘图EdgeImg的底边缘距离最短，并且这个距离需要小于该圆本身半径的三分之二。

2.根据权利要求1所述的一种基于曲线斜率变化的汽车方向盘检测方法，其特征在于步骤7中分别计算每一条单像素边缘在Point_ij处的曲线偏转角度θ_ij的步骤如下：

7.1)：计算每个Point_ij与Point_i(j+1)之间的中间点处的切线斜率记为slop1_ij，slop1_ij＝(y_i(j+1)–y_ij)÷(x_i(j+1)-x_j)；

7.2)：计算每个Point_ij处曲线偏转角度

其中，j＝1,2,3,4,5,6。