DSB18: Start- und Stopplinienerkennung - Versionsgeschichte

Stephan Marks am 28. Juli 2018 um 14:18 Uhr

2018-07-28T14:18:29Z

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	'''Autor:''' Stephan Marks<br/>		'''Autor:''' [[Benutzer:Stephan Marks\|Stephan Marks]]<br/>
	'''Betreuer:''' [[Benutzer:Ulrich_Schneider\| Prof. Schneider]]		'''Betreuer:''' [[Benutzer:Ulrich_Schneider\| Prof. Schneider]]

Stephan Marks: /* Optimierung */

2018-07-04T20:13:06Z

Optimierung

← Nächstältere Version		Version vom 4. Juli 2018, 22:13 Uhr
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	=== Optimierung ===		=== Optimierung ===
	[[Datei:SchnittpunktVonBeidenGeraden.png\|mini\|{{Absatz\|links}}\|Detektierte Stopplinie und Markierung des Fahrbahnrandes mit Schnittpunkt (grün).]]		[[Datei:SchnittpunktVonBeidenGeraden.png\|mini\|{{Absatz\|links}}\|Detektierte Stopplinie und Markierung des Fahrbahnrandes mit Schnittpunkt (grün).]]
	Der ~~beschrieben~~ Algorithmus erfüllt alle Anforderungen der Aufgabenstellung. Um die Robustheit des Algorithmus jedoch noch weiter zu erhöhen wäre es möglich noch weitere Merkmale einer Stopplinie zur Detektion ~~hinzu zu ziehen~~. Ein sich besonders anbietendes Merkmal ist die Tatsache, dass eine Stopplinie stets orthogonal zur rechten Markierung des Fahrbahnrandes verläuft. Daher besteht die Möglichkeit diese Markierung ebenfalls durch eine Hough-Transformation zu detektieren. Durch die Berechnung des Schnittwinkels, beziehungsweise des Skalarprodukts, der Geraden in Vektorform kann eine Aussage über die Orthogonalität der Linien getroffen werden. Das Ergebnis dieser Berechnung liegt für eine sich mit der ~~Markrierung~~ des Fahrbahnrands rechtwinkelig schneidende Stopplinie in einem Bereich von etwa <math>\alpha = 90^\circ</math> im Falle des Schnittwinkels oder aber bei ungefähr Null für das Skalarprodukt.		Der beschriebene Algorithmus erfüllt alle Anforderungen der Aufgabenstellung. Um die Robustheit des Algorithmus jedoch noch weiter zu erhöhen, wäre es möglich, noch weitere Merkmale einer Stopplinie zur Detektion hinzuzuziehen. Ein sich besonders anbietendes Merkmal ist die Tatsache, dass eine Stopplinie stets orthogonal zur rechten Markierung des Fahrbahnrandes verläuft. Daher besteht die Möglichkeit, diese Markierung ebenfalls durch eine Hough-Transformation zu detektieren. Durch die Berechnung des Schnittwinkels, beziehungsweise des Skalarprodukts, der Geraden in Vektorform kann eine Aussage über die Orthogonalität der Linien getroffen werden. Das Ergebnis dieser Berechnung liegt für eine sich mit der Markierung des Fahrbahnrands rechtwinkelig schneidende Stopplinie in einem Bereich von etwa <math>\alpha = 90^\circ</math> im Falle des Schnittwinkels oder aber bei ungefähr Null für das Skalarprodukt.

	=== YouTube-Video ===		=== YouTube-Video ===

Stephan Marks: /* Visualisierung der gefundenen Stopplinie */

2018-07-04T20:09:05Z

Visualisierung der gefundenen Stopplinie

← Nächstältere Version		Version vom 4. Juli 2018, 22:09 Uhr
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	==== Visualisierung der gefundenen Stopplinie ====		==== Visualisierung der gefundenen Stopplinie ====
	Für die Darstellung der detektierten Stopplinie wird diese zum einen in den Graustufenbildausschnitt und zum anderen in das ursprüngliche Originalbild eingezeichnet. Dabei wird die Linie ~~und~~ rot dargestellt, der Startpunkt gelb, der Endpunkt rot sowie der Linienmittelpunkt grün dargestellt. Bei der Visualisierung im Originalbild ist zu beachten, dass die Koordinatenverschiebung der Linie durch die Beschränkung auf einen Bildausschnitt mit eingerechnet wird.		Für die Darstellung der detektierten Stopplinie wird diese zum einen in den Graustufenbildausschnitt und zum anderen in das ursprüngliche Originalbild eingezeichnet. Dabei wird die Linie rot dargestellt, der Startpunkt gelb, der Endpunkt rot sowie der Linienmittelpunkt grün dargestellt. Bei der Visualisierung im Originalbild ist zu beachten, dass die Koordinatenverschiebung der Linie durch die Beschränkung auf einen Bildausschnitt mit eingerechnet wird.
	[[Datei:Detektion.png\|mini\|Visualisierung der detektierten Stopplinie.]]		[[Datei:Detektion.png\|mini\|Visualisierung der detektierten Stopplinie.]]
	[[Datei:Subplots.png\|mini\|Darstellung der erzeugten Subplots.]]		[[Datei:Subplots.png\|mini\|Darstellung der erzeugten Subplots.]]

Stephan Marks: /* Erkennung der Stopplinien */

2018-07-04T20:07:31Z

Erkennung der Stopplinien

← Nächstältere Version		Version vom 4. Juli 2018, 22:07 Uhr
Zeile 74:		Zeile 74:
	</syntaxhighlight>		</syntaxhighlight>

	Das Einzelbild wird zur weiteren Verarbeitung auf ~~den~~ ROI begrenzt und in ein Graustufenbild umgewandelt.		Das Einzelbild wird zur weiteren Verarbeitung auf die ROI begrenzt und in ein Graustufenbild umgewandelt.

	<syntaxhighlight lang="matlab" line='line'>		<syntaxhighlight lang="matlab" line='line'>
Zeile 104:		Zeile 104:
	zur Hough-Transformation gibt zusätzlich zu <math>\rho</math> und <math>\theta</math> die Parameterraumdarstellung in Matrixform zurück.		zur Hough-Transformation gibt zusätzlich zu <math>\rho</math> und <math>\theta</math> die Parameterraumdarstellung in Matrixform zurück.

	Die zu detektierenden Stopplinien zeichnen sich dadurch aus, dass diese annähernd horizontal verlaufen. Dadurch kommen ausschließlich Geraden mit einem Winkel theta in einem Intervall von		Die zu detektierenden Stopplinien zeichnen sich dadurch aus, dass diese annähernd horizontal verlaufen. Dadurch kommen ausschließlich Geraden mit einem Winkel <math>\theta</math> in einem Intervall von

	<math>		<math>
Zeile 110:		Zeile 110:
	</math>		</math>

	als Kandidaten für eine Stopplinie infrage. Die Intervallweite wurde experimentell ermittelt. Die MATLAB-Funktion <code>hough</code> bietet die Möglichkeit das Winkelintervall direkt vorzugeben, sodass nur relevante Linien zurückgegeben werden.<ref>[https://de.mathworks.com/help/images/ref/hough.html''MathWorks Documentation: hough''] Website der MathWorks Dokumentation zur Hough-Transformation. Abgerufen am 30. Juni 2018.</ref>		als Kandidaten für eine Stopplinie infrage. Die Intervallweite wurde experimentell ermittelt. Die MATLAB-Funktion <code>hough</code> bietet die Möglichkeit, das Winkelintervall direkt vorzugeben, sodass nur relevante Linien zurückgegeben werden.<ref>[https://de.mathworks.com/help/images/ref/hough.html''MathWorks Documentation: hough''] Website der MathWorks Dokumentation zur Hough-Transformation. Abgerufen am 30. Juni 2018.</ref>

	<syntaxhighlight lang="matlab" line='line'>		<syntaxhighlight lang="matlab" line='line'>
Zeile 119:		Zeile 119:

	[[Datei:HoughPeaks.png\|mini\|Parameterraumdrastellung der Hough-Transformation mit den ermittelten Maxima (weiße Kästchen).]]		[[Datei:HoughPeaks.png\|mini\|Parameterraumdrastellung der Hough-Transformation mit den ermittelten Maxima (weiße Kästchen).]]
	Um die Maxima der Hough-Transformation zu identifizieren, wird die Funktion <code>houghpeaks</code> verwendet. Dazu wird der Funktion das Ergebnis der Hough-Transformation in Matrixform sowie eine maximale Anzahl an zu ermittelnden Maxima übergeben. Zudem wird ein Schwellwert zur Definition eines Maximums vorgegeben. Hier wird der Schwellwert als 30<math>\,</math>% des globalen Maximums der Hough-Transformation gewählt. Die Funktion gibt anschließend die Reihen und Spalten ~~Indices~~ der gefundenen Maxima innerhalb der Hough-Transformationsmatrix zurück.<ref>[https://de.mathworks.com/help/images/ref/houghpeaks.html''MathWorks Documentation: houghpeaks''] Website der MathWorks Dokumentation zur Identifikation von Spitzen einer Hough-Transformation. Abgerufen am 30. Juni 2018.</ref>		Um die Maxima der Hough-Transformation zu identifizieren, wird die Funktion <code>houghpeaks</code> verwendet. Dazu wird der Funktion das Ergebnis der Hough-Transformation in Matrixform sowie eine maximale Anzahl an zu ermittelnden Maxima übergeben. Zudem wird ein Schwellwert zur Definition eines Maximums vorgegeben. Hier wird der Schwellwert als 30<math>\,</math>% des globalen Maximums der Hough-Transformation gewählt. Die Funktion gibt anschließend die Reihen und Spalten Indizes der gefundenen Maxima innerhalb der Hough-Transformationsmatrix zurück.<ref>[https://de.mathworks.com/help/images/ref/houghpeaks.html''MathWorks Documentation: houghpeaks''] Website der MathWorks Dokumentation zur Identifikation von Spitzen einer Hough-Transformation. Abgerufen am 30. Juni 2018.</ref>

	<syntaxhighlight lang="matlab" line='line'>		<syntaxhighlight lang="matlab" line='line'>
Zeile 126:		Zeile 126:
	</syntaxhighlight>		</syntaxhighlight>

	Aus den gewonnen Daten werden durch die Verwendung einer weiteren Funktion letztendlich die Linien bestimmt. Dazu werden der Funktion <code>houghlines</code> das Graustufenbild, die Parameter <math>\rho</math> und <math>\theta</math> sowie die zuvor ermittelten ~~Indices~~ der bestimmten Maxima der Hough-Transformation übergeben. Darüber hinaus besitzt die Funktion die Möglichkeit Liniensegmente über eine Lückenfüllung miteinander zu einer Gesamtlinie zu verbinden und eine Mindestlänge der gefundenen Linie festzulegen. Ein Suchbereich für die Lückenfüllung von 20 Pixeln sowie eine Mindestlänge von 150 Pixeln liefern gewünschte Ergebnisse. Die Funktion gibt die berechneten Linien mit den Attributen eines Start- und Endpunkts sowie den Parametern <math>\rho</math> und <math>\theta</math> zurück.<ref>[https://de.mathworks.com/help/images/ref/houghlines.html''MathWorks Documentation: houghlines''] Website der MathWorks Dokumentation zum Ermitteln con Liniensegmenten auf Basis einer Hough-Transformation. Abgerufen am 30. Juni 2018.</ref>		Aus den gewonnen Daten werden durch die Verwendung einer weiteren Funktion letztendlich die Linien bestimmt. Dazu werden der Funktion <code>houghlines</code> das Graustufenbild, die Parameter <math>\rho</math> und <math>\theta</math> sowie die zuvor ermittelten Indizes der bestimmten Maxima der Hough-Transformation übergeben. Darüber hinaus besitzt die Funktion die Möglichkeit, Liniensegmente über eine Lückenfüllung miteinander zu einer Gesamtlinie zu verbinden und eine Mindestlänge der gefundenen Linie festzulegen. Ein Suchbereich für die Lückenfüllung von 20 Pixeln sowie eine Mindestlänge von 150 Pixeln liefern gewünschte Ergebnisse. Die Funktion gibt die berechneten Linien mit den Attributen eines Start- und Endpunkts sowie den Parametern <math>\rho</math> und <math>\theta</math> zurück.<ref>[https://de.mathworks.com/help/images/ref/houghlines.html''MathWorks Documentation: houghlines''] Website der MathWorks Dokumentation zum Ermitteln con Liniensegmenten auf Basis einer Hough-Transformation. Abgerufen am 30. Juni 2018.</ref>

	<syntaxhighlight lang="matlab" line='line'>		<syntaxhighlight lang="matlab" line='line'>
Zeile 136:		Zeile 136:

	===== Verarbeitung der ermittelten Kandidaten =====		===== Verarbeitung der ermittelten Kandidaten =====
	Um aus den gefundenen Linienkandidaten die letztendliche Stopplinie zu bestimmen, wird die Linie ausgewählt, welche an nahesten zur Fahrzeugfront liegt. Dadurch, dass der Ursprung einer Matrix beziehungsweise eines Bildes in MATLAB in der oberen linken Ecke definiert ist, muss die Linie gefunden werden, welche den größten Abstand <math>\rho</math> zum oberen Bildrand aufweist. Bei dieser Linie handelt es sich um die gesuchte Stopplinie.		Um aus den gefundenen Linienkandidaten die letztendliche Stopplinie zu bestimmen, wird die Linie ausgewählt, welche am nahesten zur Fahrzeugfront liegt. Dadurch, dass der Ursprung einer Matrix beziehungsweise eines Bildes in MATLAB in der oberen linken Ecke definiert ist, muss die Linie gefunden werden, welche den größten Abstand <math>\rho</math> zum oberen Bildrand aufweist. Bei dieser Linie handelt es sich um die gesuchte Stopplinie.

	<syntaxhighlight lang="matlab" line='line'>		<syntaxhighlight lang="matlab" line='line'>
Zeile 156:		Zeile 156:

	<syntaxhighlight lang="matlab" line='line'>		<syntaxhighlight lang="matlab" line='line'>
	% Mittelpunkt der Linie aus Startpunkt und Endpunkt ~~berechen~~		% Mittelpunkt der Linie aus Startpunkt und Endpunkt berechnen
	xy_center = stoppline.point1+(stoppline.point2-stoppline.point1)./2		xy_center = stoppline.point1+(stoppline.point2-stoppline.point1)./2
	</syntaxhighlight>		</syntaxhighlight>


	==== Visualisierung der gefundenen Stopplinie ====		==== Visualisierung der gefundenen Stopplinie ====

Stephan Marks: /* Vorinitialisierungen */

2018-07-04T19:57:19Z

Vorinitialisierungen

← Nächstältere Version		Version vom 4. Juli 2018, 21:57 Uhr
Zeile 38:		Zeile 38:
	roi = [216 225 320 100];		roi = [216 225 320 100];

	% Speicher für das Kantenbild in der Größe ~~des~~ ROI		% Speicher für das Kantenbild in der Größe der ROI
	edgeFrame = zeros(roi(1,4),roi(1,3));		edgeFrame = zeros(roi(1,4),roi(1,3));

Stephan Marks: /* Vorinitialisierungen */

2018-07-04T19:56:39Z

Vorinitialisierungen

← Nächstältere Version		Version vom 4. Juli 2018, 21:56 Uhr
Zeile 27:		Zeile 27:

	==== Vorinitialisierungen ====		==== Vorinitialisierungen ====
	Zu Beginn der Bildverarbeitung werden einige Vorinitialisierungen durchgeführt. Zunächst wird das Command Window der MATLAB-Benutzeroberfläche geleert, alle geöffneten Figuren geschlossen und vorhandene Variablen gelöscht. Anschließend wird ~~ein~~ Region of Interest (ROI) definiert, ~~der~~ den für die Stopplinienerkennung relevanten Bildausschnitt beschreibt. Zuletzt wird eine Figur zur Darstellung verschiedener Ausgabebilder in einem Vollbildformat initialisiert.		Zu Beginn der Bildverarbeitung werden einige Vorinitialisierungen durchgeführt. Zunächst wird das Command Window der MATLAB-Benutzeroberfläche geleert, alle geöffneten Figuren geschlossen und vorhandene Variablen gelöscht. Anschließend wird eine Region of Interest (ROI) definiert, die den für die Stopplinienerkennung relevanten Bildausschnitt beschreibt. Zuletzt wird eine Figur zur Darstellung verschiedener Ausgabebilder in einem Vollbildformat initialisiert.

	<syntaxhighlight lang="matlab" line='line'>		<syntaxhighlight lang="matlab" line='line'>
Zeile 45:		Zeile 45:
	hold on;		hold on;
	</syntaxhighlight>		</syntaxhighlight>


	==== Einlesen des Videos ====		==== Einlesen des Videos ====

Stephan Marks: /* Optimierung */

2018-07-04T18:49:07Z

Optimierung

← Nächstältere Version		Version vom 4. Juli 2018, 20:49 Uhr
Zeile 226:		Zeile 226:

	=== Optimierung ===		=== Optimierung ===
	[[Datei:SchnittpunktVonBeidenGeraden.png\|mini\|Detektierte Stopplinie und Markierung des Fahrbahnrandes mit Schnittpunkt (grün).]]		[[Datei:SchnittpunktVonBeidenGeraden.png\|mini\|{{Absatz\|links}}\|Detektierte Stopplinie und Markierung des Fahrbahnrandes mit Schnittpunkt (grün).]]
	Der beschrieben Algorithmus erfüllt alle Anforderungen der Aufgabenstellung. Um die Robustheit des Algorithmus jedoch noch weiter zu erhöhen wäre es möglich noch weitere Merkmale einer Stopplinie zur Detektion hinzu zu ziehen. Ein sich besonders anbietendes Merkmal ist die Tatsache, dass eine Stopplinie stets orthogonal zur rechten Markierung des Fahrbahnrandes verläuft. Daher besteht die Möglichkeit diese Markierung ebenfalls durch eine Hough-Transformation zu detektieren. Durch die Berechnung des Schnittwinkels, beziehungsweise des Skalarprodukts, der Geraden in Vektorform kann eine Aussage über die Orthogonalität der Linien getroffen werden. Das Ergebnis dieser Berechnung liegt für eine sich mit der Markrierung des Fahrbahnrands rechtwinkelig schneidende Stopplinie in einem Bereich von etwa <math>\alpha = 90^\circ</math> im Falle des Schnittwinkels oder aber bei ungefähr Null für das Skalarprodukt.		Der beschrieben Algorithmus erfüllt alle Anforderungen der Aufgabenstellung. Um die Robustheit des Algorithmus jedoch noch weiter zu erhöhen wäre es möglich noch weitere Merkmale einer Stopplinie zur Detektion hinzu zu ziehen. Ein sich besonders anbietendes Merkmal ist die Tatsache, dass eine Stopplinie stets orthogonal zur rechten Markierung des Fahrbahnrandes verläuft. Daher besteht die Möglichkeit diese Markierung ebenfalls durch eine Hough-Transformation zu detektieren. Durch die Berechnung des Schnittwinkels, beziehungsweise des Skalarprodukts, der Geraden in Vektorform kann eine Aussage über die Orthogonalität der Linien getroffen werden. Das Ergebnis dieser Berechnung liegt für eine sich mit der Markrierung des Fahrbahnrands rechtwinkelig schneidende Stopplinie in einem Bereich von etwa <math>\alpha = 90^\circ</math> im Falle des Schnittwinkels oder aber bei ungefähr Null für das Skalarprodukt.

Stephan Marks: /* YouTube-Video */

2018-07-04T18:34:53Z

YouTube-Video

← Nächstältere Version		Version vom 4. Juli 2018, 20:34 Uhr
Zeile 230:		Zeile 230:

	=== YouTube-Video ===		=== YouTube-Video ===
	Dieses YouTube-Video zeigt die Fahrt auf einer Rundstrecke, bei der die Stopplinien erkannt werden. Die Startlinie zum Ende des Videos wird, wie gefordert, nicht als Stopplinie interpretiert.		Dieses [https://www.youtube.com/watch?v=vTNX1fo2egE&feature=youtu.be/ YouTube-Video] zeigt die Fahrt auf einer Rundstrecke, bei der die Stopplinien erkannt werden. Die Startlinie zum Ende des Videos wird, wie gefordert, nicht als Stopplinie interpretiert.

	== Einzelnachweise ==		== Einzelnachweise ==

Stephan Marks: /* Visualisierung der gefundenen Stopplinie */

2018-07-04T18:15:24Z

Visualisierung der gefundenen Stopplinie

← Nächstältere Version		Version vom 4. Juli 2018, 20:15 Uhr
Zeile 165:		Zeile 165:
	Für die Darstellung der detektierten Stopplinie wird diese zum einen in den Graustufenbildausschnitt und zum anderen in das ursprüngliche Originalbild eingezeichnet. Dabei wird die Linie und rot dargestellt, der Startpunkt gelb, der Endpunkt rot sowie der Linienmittelpunkt grün dargestellt. Bei der Visualisierung im Originalbild ist zu beachten, dass die Koordinatenverschiebung der Linie durch die Beschränkung auf einen Bildausschnitt mit eingerechnet wird.		Für die Darstellung der detektierten Stopplinie wird diese zum einen in den Graustufenbildausschnitt und zum anderen in das ursprüngliche Originalbild eingezeichnet. Dabei wird die Linie und rot dargestellt, der Startpunkt gelb, der Endpunkt rot sowie der Linienmittelpunkt grün dargestellt. Bei der Visualisierung im Originalbild ist zu beachten, dass die Koordinatenverschiebung der Linie durch die Beschränkung auf einen Bildausschnitt mit eingerechnet wird.
	[[Datei:Detektion.png\|mini\|Visualisierung der detektierten Stopplinie.]]		[[Datei:Detektion.png\|mini\|Visualisierung der detektierten Stopplinie.]]
			[[Datei:Subplots.png\|mini\|Darstellung der erzeugten Subplots.]]

	<syntaxhighlight lang="matlab" line='line'>		<syntaxhighlight lang="matlab" line='line'>
Zeile 216:		Zeile 217:
	end		end
	</syntaxhighlight>		</syntaxhighlight>

	~~[[Datei:Subplots.png\|mini\|Darstellung der erzeugten Subplots.]]~~

	=== Laufzeit ===		=== Laufzeit ===

Stephan Marks: /* Visualisierung der gefundenen Stopplinie */

2018-07-04T18:14:46Z

Visualisierung der gefundenen Stopplinie

← Nächstältere Version		Version vom 4. Juli 2018, 20:14 Uhr
Zeile 217:		Zeile 217:
	</syntaxhighlight>		</syntaxhighlight>

	[[Datei:Subplots.png\|~~{{Absatz\|links}}\|x350px~~\|Darstellung der erzeugten Subplots.]]		[[Datei:Subplots.png\|mini\|Darstellung der erzeugten Subplots.]]


	=== Laufzeit ===		=== Laufzeit ===