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研究生: 廖建鈞
Chiem-chun Liao
論文名稱: 應用機器視覺技術於戶外交通標誌之自動化偵測與辨識
Automatic Detection and Recognition of Traffic Signs in Outdoor Environment Using Machine Vision Techniques
指導教授: 黃昌群
Chang-chiun Huang
口試委員: 邱士軒
Shih-hsuan Chiu
郭中豐
Chung-feng Kuo
張仁宗
Ren-jung Chang
學位類別: 碩士
Master
系所名稱: 工程學院 - 材料科學與工程系
Department of Materials Science and Engineering
論文出版年: 2006
畢業學年度: 94
語文別: 中文
論文頁數: 103
中文關鍵詞: 標誌影像處理機器視覺交通
外文關鍵詞: sign, image processing, machine vision, traffic
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  • 本文應用影像處理技術於偵測與辨識各種顏色及各種形狀的交通標誌,利用電腦視覺系統提供道路上交通標誌相關資訊給駕駛者,以增加駕駛的安全性。研究中主要著重於發展在複雜的背景與條件當中,仍能正常運作的交通標誌偵測辨識系統。在偵測系統中,使用HSV彩色模型以減少光源與天候對系統的干擾;提出一強健性的形狀判別方法減少交通標誌外框不完整的影響;定義出兩種不同的彩色像素分別供偵測與色彩重建時使用;利用灰階像素計算灰階值變異數並加上統計式門檻值決定法成功的重建黑白像素;對標誌做初步分類並根據分類結果裁減中間資訊部分以利之後辨識。在辨識系統中,將交通標誌分為圖形標誌、文字標誌、數字標誌三類並分別開發專屬的辨識系統。實驗中總共輸入83張照片共102個交通標誌,偵測系統偵測出其中的87個交通標誌;在87個標誌中辨識系統正確辨識出77個交通標誌。結果顯示,在不同天候狀況下(晴天、陰天、雨天等)以及遮蔽狀況不嚴重時,偵測系統均能正確的偵測出交通標誌。而辨識系統也因辨識前先行初步分類以及將圖形、文字、數字分開辨識而達到不錯的效果。


    This thesis applies image processing techniques to detect and recognize various colors and shapes of traffic signs. This information of road signs, provided to drivers in a computer-based vision system, is helpful for driving safety. In this study, the traffic sign detection and recognition system which is able to work well in complicated backgrounds and conditions is developed. We use HSV color model to reduce the disturbance of illumination and weather, and present a robust method to identify shapes of incomplete traffic signs. Two different color-pixel definitions are used for color detection and recognition, and calculation of gray-level variance, together with the Otsu statistical threshold selecting method, determines the black and white pixels. In order to increase recognition efficiency, we use the preliminary classification and cut part of the sign information. Furthermore, we divide traffic signs into three categories, which are graph signs, text signs and numeral signs, and they have their own recognition systems. In the experiment, 87 images include 102 traffic signs to discover 87 traffic signs based on detection system, which are used by the recognition system to identify accurately 77 traffic signs. The results demonstrate that the detection system can detect traffic signs under different weather conditions and slight cover conditions, and the recognition system has good performance.

    摘要 I Abstract II 目錄 III 圖索引 VI 表索引 IX 1、 緒論 1 1.1 研究動機與目的 1 1.2 研究步驟與方法 3 1.3 文獻回顧 3 1.4 論文架構 5 2、 實驗設備 6 2.1 硬體架構 6 2.2 作業系統 6 2.3 程式開發套裝軟體 6 3、 交通標誌 13 3.1 交通標誌的分類 13 3.2 交通標誌的顏色 13 3.3 交通標誌的外形 15 3.4 本系統的適用範圍 15 4、 數位影像處理 17 4.1 數位影像處理基本步驟 17 4.2 彩色模型的轉換 20 4.2.1 RGB彩色模型 20 4.2.2 YIQ彩色模型 21 4.2.3 HSV彩色模型 22 4.3 空間濾波 23 4.3.1 低通濾波 24 4.3.1.1 平均法 24 4.3.1.2 中值法 25 4.3.2 高通濾波 28 4.3.2.1 拉普拉斯算子 29 4.3.2.2 Sobel測邊算子 29 4.4 影像分割 30 4.4.1 統計式門檻值決定法 31 4.5 二值影像的形態學 33 4.5.1 標記化(Labeling) 34 4.5.2 侵蝕(Erosion) 35 4.5.3 膨脹(Dilation) 36 4.5.4 斷開(Opening) 36 4.5.5 閉合(Closing) 37 4.5.6 細線化(Thinning) 38 4.6 影像的特徵值 40 4.6.1 面積與周長 40 4.6.2 質心 40 4.6.3 軸向角度(Orientation)與延展度(Elongation) 40 4.6.4 形狀飽和度(Compactness) 41 4.6.5 厚度(Thickness) 41 5、 交通標誌偵測與辨識 42 5.1 偵測系統 42 5.1.1 彩色像素定義 42 5.1.2 特徵篩選 44 5.1.3 形狀判別 47 5.2 影像前處理 50 5.2.1 平均法濾波 50 5.2.2 色彩重建 51 5.2.3 初步分類 56 5.2.3.1 紅色交通標誌 57 5.2.3.2 藍色交通標誌 58 5.2.3.3 橙色交通標誌 60 5.2.3.4 黃色交通標誌 60 5.2.4 內部資訊擷取 62 5.3 辨識系統 63 5.3.1 圖形標誌辨識系統 64 5.3.1.1 面積比例 64 5.3.1.2 質心座標相對誤差 65 5.3.1.3 軸向角度 65 5.3.1.4 延展度 66 5.3.1.5 形狀飽和度 67 5.3.1.6 特徵值計算介面 67 5.3.2 文字標誌辨識系統 68 5.3.2.1 判斷是否為文字交通標誌 69 5.3.2.2 文字分割 70 5.3.2.3 細線化 70 5.3.2.4 計算區域比例 70 5.3.2.5 文字特徵值計算介面 71 5.3.3 速限標誌辨識系統 72 5.3.3.1 判斷是否為速限標誌 72 5.3.3.2 數字分割 73 5.3.3.3 計算區域比例與線段長度 73 5.3.3.4 數字特徵值計算介面 75 5.3.4 辨識結果 75 6、 實驗結果與討論 77 6.1 交通標誌圖片來源 77 6.1.1 標準交通標誌圖片資料庫的建立 77 6.1.2 實驗用戶外交通標誌圖片的取得 77 6.2 偵測系統結果與討論 78 6.3 辨識系統結果與討論 84 7、 結論 92 7.1 結論 92 7.2 未來研究方向 92 附錄A 97 附錄B 99

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