基于多源信息融合的行人检测实时性方法研究.doc

基于多源信息融合的行人检测实时性方法研究＊ 魏福禄１，２ 曲昭伟１ 江 晟１ 薛冠超１ （１．吉林大学交通学院 长春１３００２２；２．吉林建筑工程学院交通科学与工程学院 长春 １３０１１８） 摘 要 目前车辆安全预警系统中存在行人检测粗检不准，细检过慢的问题，孤立的采用激光、雷达、 红外或是摄像机均很难满足行人检测实时而准确的需求。 考虑用多源信息融合的方法进行行人检测 即将雷达与摄像机结合运用，使它们的信息有机融合，在提高速度的同时又不以降低精度为代价。 研 究了适应车载安全系统的摄像机标定与确定行人重点检测区域的方法。 关键词 安全预警；雷达；摄像机标定；行人检测；信息融合 中图分类号：ＴＰ３９１ 文献标志码：Ａ ＤＯＩ：１０．３９６３／ｊ．ＩＳＳＮ１６７４－４８６１．２０１２．０３．０１０ 实现雷达与摄像机的配准［２］，并以计算机 为 中 心 实时提取两者相应的数值信息，结合运用行人检 测模型进行行人检测。 引 言 ０ 近年来，在汽车主动安全的研究领域 人 们 尝 试着用雷达、激光［１］、摄像机、红外对行人进行检 测，但由于阳光、雨雪各种天气条件的变化，车与 车之间的干扰、遮挡以及仪器设备本身使用的局 限性等原因致使在行人检测方面捉襟见肘，较高 的准确度和良好的实时性难以同时满足。 目前以视频检测行人的各种方法，大 多 需 要 对成像屏幕进行逐行扫描，要占用大量的运行时 间，加之行人位于摄像机前方偏角的不确定性，导 致了对行人检测以及预警判断难度进一步加大。 通过对行人检测的各种方法的运用，发 现 采 用如背景差分等粗略的检测方法进行检测，精度 远达不到安全预警的要求。 采用基于图像的梯度 方向直方图（ＨＯＧ）特 征 的 行 人 检 测 方 法 进 行 检 测，虽然检测精度得到很大提高，检测速度相对却 慢了下来。 如何将精度和速度统一起来，是我们 面临的主要难题。 由于激光雷达扫描速度快，而 摄像机所获得的前方景物信息丰富，如将两者结 合，无疑是理想的选择。 本文 选 用 ＳＩＣＫ 公 司 生 产 的 ＬＭＳ２００ 雷 达， 其检测１ 圈的周期为１３ ｍｓ，检测精度为０．５°，可 探测前方物体与 车 辆 正 前方直线所形成的 ±４５° 角范围。 世界 坐 标 系 见 图 １，雷 达 工 作 示 意 图 见 图２。 图１ 世界坐标系 Ｆｉｇ．１ Ｗｏｒｌｄｃｏｏｒｄｉｎａｔｅｓｙｓｔｅｍ 雷达与摄像机信息融合 雷达与摄像机信息的融合，首先必须 建 立 雷 达坐标系、世界坐标系、摄像机坐标系、像面坐标 系以及帧存坐标系等 ５ 个坐标系间的关系模型， １ 图２ 雷达工作示意图 Ｆｉｇ．２ Ｒａｄａｒｄｉａｇｒａｍ 传统的ＳＶＭ 分类器根据行人的 ＨＯＧ（３７８０ 维）特征值逐行检测行人，检测速度慢，难以实时 收稿日期：２０１１－０９－０７ 修回日期：２０１２－０３－１１ ＊ 国家８６３ 计划项目（批准号：２００９ＡＡ１１ｚ２１０）资助 第一作者简介：魏福禄（１９８４），硕士．研究方向：交通流视频检测．Ｅ－ｍａｉｌ：ｆｕｌｕ１０１１＠１６３．ｃｏｍ  反映道路前方行人状况，影响安全预警系统的预 警效果。 通 过 雷 达 与 摄 像 机 的 多 源 信 息 融 合 技 术，可以借助雷达扫描快速锁定行人可能存在的 重点区域。 利用坐标系间矩阵变换关系，建立起 该重点区域到图像坐标的映射模型，从而行人检 测只对重点区域进行。 这样有针对性的检测，大 大缩短了检测时间，并保证了检测精度。 基于上述理论，设计了试验车见图３，实现了 雷达与摄像机的多元信息融合。 车辆运行过程中 雷达的旋转可以确定道路前方有无物体，假如有 则说明该区域的物体有可能是行人，则系统迅速 根据 ＨＯＧ 特征采用 ＳＶＭ 分类器对此物体进行 判断。 若判断结果是行人，则结合行人与车头的 距离，对驾驶员发出相应的预警提示。 若不是行 人则不进行预警判断。 雷达将所探测到的极坐标 转化为障碍物与地面接触点的世界坐标实现公式 如下： 烄Ｘｗ ＝ ＰｌａｎｅＤａｔａ［ｉ］［０］＝ ｄａｔａ［ｉ］× 提出了利用空间中 ３ 个有特殊关系的点，直接写 出方程组，求解内参数。 该方法不需对摄像机进 行旋转或平移，操作较为简单，但是由于在实验过 程中难以保证直线间绝对的垂直和水平，故所求 得试验参数误差仍较大；梁冬泰等人［５］基 于 分 块 的摄像机内外参数标定法精度很高可是测量距离 却很近达不到安全预警的要求。 本文在摄像机针 孔成 像 模 型［６］ 的 基 础 上 建立了物体世界坐标 （ｗｏｒｌｄｃｏｏｒｄｉｎａｔｅｓ）与 像 素 坐 标 （ｐｉｘｅｌｃｏｏｒｄｉ－ ｎａｔｅｓ）的对应关系模型即 Ｐ－Ｗ 模型。 取摄像机光心垂直于地面的焦点作为世界坐 标