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摘要：在边缘检测中，结果像素由于噪声、不均匀照明引起的边缘撕裂和散杂的亮度不连续而难以得到完全的边缘特征。因此，典型的边缘检测算法遵循用链接过程把像素组装成有意义的边缘的方法。一种寻找并连接图像中线段的处理方法是Hough变换。Hough变换于1962年由Paul Hough提出，并在美国作为专利被发表。它所实现的是一种从图像空间到参数空间的映射关系。其根据局部度量来计算全面描述参数，因而对于区域边界被噪声干扰或被其他目标遮盖而引起边界发生某些间断的情况，它具有很好的容错性和鲁棒性。
关键字：车道偏离 报警系统 Hough变换 TLC
1 Hough变换原理
Hough变换是一种使用表决原理的参数估计技术。其原理是利用图像空间和Hough参数空间的点-线对偶性，把图像空间中的检测问题转换到参数空间。通过在参数空间里进行简单的累加统计，然后在Hough参数空间寻找累加器峰值的方法检测直线。Hough变换的实质是将图像空间内具有一定关系的像元进行聚类，寻找能把这些像元用某一解析形式联系起来的参数空间累积对应点。在参数空间不超过二维的情况下，这种变换有着理想的效果。
Hough变换的具体方法是：
首先将直线的表示为：
图（a）说明了参数ρ和θ的几何解释。对于水平线来说，θ=0°，ρ等于正的x截距。同样，对于垂直线而言，θ=90°，ρ等于正的y截距，或θ=-90°，ρ等于负的y截距。图（b）中的每一条正弦曲线表示通过特定点（xi，yi）的一簇直线。交点（ρ’，θ’）对应于通过（xi，yi）和（xj，yj）的直线。
Hough变量计算上是把ρθ参数空间细分为了所谓的累加器单元，如图（c）所示，其中（ρmin，ρmax）和（θmin，θmax）是参数值的期望范围，一般来说，值得最h大范围是-90°≤θ≤90°和-D≤ρ≤D，其中D是图像中点间的距离。坐标（i，j）处的单元，（累加器的值为A（i，j））对应于与参数空间坐标（ρi，θj）相关的方形。最初，这些单元被设为0.然后，对于图像平面上的每一个非背景点（xk，yk）我们令θ等于θ轴上允许的细分值，并通过公式ρ=xkcosθ+yksinθ求出相应的ρ值。然后将得到的ρ值四舍五入为最接近的、ρ轴上允许的单元值。相应的累加器单元然后增加。在这个过程的最后，A（i，j）意味着平面上Q个点位于线xcosθj+ysinθj=ρi上。ρθ平面上的细分数决定了这些点共线的精度。
在ρθ参数空间中通常出现的多个峰值，就代表了图像上的多条直线。由于车辆行驶的道路状况和环境条件变化很大，车道偏离报警系统接收到的图像在经过边缘检测后，会有很多噪点，尽管可以在边缘检测过程中增加约束和判别条件，但是仍然无法完全消除这些噪点。而Hough变换的优越性就体现在这里，它既能排除噪点的干扰，还能准确的找出图像上的多条直线的参数。其计算方法也很简单，只有三角函数计算，乘法及加法运算，在一定的存储空间支持下，就能完成直线检测，非常适合于在低成本的器件上实现。
2 跨界时间原理（TLC）
报警策略基于跨界时间（Time to Line Crossing，TLC）、速度信号、驾驶员状态。当TLC等于1秒，车速高于60km/h且驾驶员未操纵车辆时报警。之所以选择1秒，是因为人纠正车辆横向位置偏差的时间要0.9s，而TLC过大又会使虚警率过高，综合分析，初步选取TLC=1s。
TLC=车辆与车道线间距离/横向速度。车辆与车道线间距离（Dleft和Dright）是由Hough变换得到的车道线参数和摄像头安装位置的空间参数共同计算而来。车辆的横向速度是由从车内采集到的车速信号和车辆与车道的相对位置计算出来的。
最终要求获得的主要技术与性能指标：图像分辨率：640×480；图像帧率：30fps；低照度性能：<0.01/lux；系统处理速率：30Hz；系统开启车速 ：60km/h；检测准确率：对符合GB 5768、可见度良好的规定车道标识，检测准确率>95%；系统报警准确率不低于95%，符合ISO 17361标准；工作环境：可适应白天、傍晚、夜晚、薄雾、小雨和进出隧道等环境；工作温度：–40℃～+105℃；工作电压：9～16V。
参考文献：
[1]段汝娇，赵伟，黄松岭，陈建业.一种基于改进Hough变换的直线快速检测算法[J].仪器仪表学报.2010（12）
[2]郭斯羽，孔亚广，张煦芳.基于Hough变换的角点检测算法[J].仪器仪表学报.2008（11）
[3]章毓晋编著.图像工程[M].清华大学出版社，2006
[4]（美）RafaelC.Gonzalez，（美）RichardE.Woods，（美）StevenL.Eddins著，阮秋琦等译.数字图像处理[M].电子工业出版社，2005
作者简介：
张一 男 1982年8月 宜宾职业技术学院 五粮液职业技术学院 助教 本科 四川 644003 研究方向：电磁场与微波 嵌入式控制
李龙 男 1988年7月 宜宾职业技术学院 电子信息与控制工程系 助教
李玮 女 1981年2月 宜宾职业技术学院 电子信息与控制工程系 讲师
关键字：车道偏离 报警系统 Hough变换 TLC
1 Hough变换原理
Hough变换是一种使用表决原理的参数估计技术。其原理是利用图像空间和Hough参数空间的点-线对偶性，把图像空间中的检测问题转换到参数空间。通过在参数空间里进行简单的累加统计，然后在Hough参数空间寻找累加器峰值的方法检测直线。Hough变换的实质是将图像空间内具有一定关系的像元进行聚类，寻找能把这些像元用某一解析形式联系起来的参数空间累积对应点。在参数空间不超过二维的情况下，这种变换有着理想的效果。
Hough变换的具体方法是：
首先将直线的表示为：
图（a）说明了参数ρ和θ的几何解释。对于水平线来说，θ=0°，ρ等于正的x截距。同样，对于垂直线而言，θ=90°，ρ等于正的y截距，或θ=-90°，ρ等于负的y截距。图（b）中的每一条正弦曲线表示通过特定点（xi，yi）的一簇直线。交点（ρ’，θ’）对应于通过（xi，yi）和（xj，yj）的直线。
Hough变量计算上是把ρθ参数空间细分为了所谓的累加器单元，如图（c）所示，其中（ρmin，ρmax）和（θmin，θmax）是参数值的期望范围，一般来说，值得最h大范围是-90°≤θ≤90°和-D≤ρ≤D，其中D是图像中点间的距离。坐标（i，j）处的单元，（累加器的值为A（i，j））对应于与参数空间坐标（ρi，θj）相关的方形。最初，这些单元被设为0.然后，对于图像平面上的每一个非背景点（xk，yk）我们令θ等于θ轴上允许的细分值，并通过公式ρ=xkcosθ+yksinθ求出相应的ρ值。然后将得到的ρ值四舍五入为最接近的、ρ轴上允许的单元值。相应的累加器单元然后增加。在这个过程的最后，A（i，j）意味着平面上Q个点位于线xcosθj+ysinθj=ρi上。ρθ平面上的细分数决定了这些点共线的精度。
在ρθ参数空间中通常出现的多个峰值，就代表了图像上的多条直线。由于车辆行驶的道路状况和环境条件变化很大，车道偏离报警系统接收到的图像在经过边缘检测后，会有很多噪点，尽管可以在边缘检测过程中增加约束和判别条件，但是仍然无法完全消除这些噪点。而Hough变换的优越性就体现在这里，它既能排除噪点的干扰，还能准确的找出图像上的多条直线的参数。其计算方法也很简单，只有三角函数计算，乘法及加法运算，在一定的存储空间支持下，就能完成直线检测，非常适合于在低成本的器件上实现。
2 跨界时间原理（TLC）
报警策略基于跨界时间（Time to Line Crossing，TLC）、速度信号、驾驶员状态。当TLC等于1秒，车速高于60km/h且驾驶员未操纵车辆时报警。之所以选择1秒，是因为人纠正车辆横向位置偏差的时间要0.9s，而TLC过大又会使虚警率过高，综合分析，初步选取TLC=1s。
TLC=车辆与车道线间距离/横向速度。车辆与车道线间距离（Dleft和Dright）是由Hough变换得到的车道线参数和摄像头安装位置的空间参数共同计算而来。车辆的横向速度是由从车内采集到的车速信号和车辆与车道的相对位置计算出来的。
最终要求获得的主要技术与性能指标：图像分辨率：640×480；图像帧率：30fps；低照度性能：<0.01/lux；系统处理速率：30Hz；系统开启车速 ：60km/h；检测准确率：对符合GB 5768、可见度良好的规定车道标识，检测准确率>95%；系统报警准确率不低于95%，符合ISO 17361标准；工作环境：可适应白天、傍晚、夜晚、薄雾、小雨和进出隧道等环境；工作温度：–40℃～+105℃；工作电压：9～16V。
参考文献：
[1]段汝娇，赵伟，黄松岭，陈建业.一种基于改进Hough变换的直线快速检测算法[J].仪器仪表学报.2010（12）
[2]郭斯羽，孔亚广，张煦芳.基于Hough变换的角点检测算法[J].仪器仪表学报.2008（11）
[3]章毓晋编著.图像工程[M].清华大学出版社，2006
[4]（美）RafaelC.Gonzalez，（美）RichardE.Woods，（美）StevenL.Eddins著，阮秋琦等译.数字图像处理[M].电子工业出版社，2005
作者简介：
张一 男 1982年8月 宜宾职业技术学院 五粮液职业技术学院 助教 本科 四川 644003 研究方向：电磁场与微波 嵌入式控制
李龙 男 1988年7月 宜宾职业技术学院 电子信息与控制工程系 助教
李玮 女 1981年2月 宜宾职业技术学院 电子信息与控制工程系 讲师