[MATLAB]图像处理——交通标志的识别

本文详细介绍了如何使用MATLAB进行交通标志识别,包括选用MATLAB的优势、交通标志识别的背景与要求、设计思想与步骤,以及核心算法。通过特征色彩提取、二值化处理、边缘检测、腐蚀膨胀等步骤,实现对交通标志的定位和识别。文章还讨论了模板匹配和图像处理的Canny算子等技术,并展示了测试结果。

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目录

前言

一、绪论

1.MATLAB软件发展历程介绍

2.选用MATLAB做图像处理的优势特点

3.交通标志识别介绍

3.1选题背景

3.2 识别的交通标志要求

二、设计思想

1.主要步骤

2.各模块算法设计

2.1 寻找交通标志所在位置

2.2 对图像进行二值化处理

2.3 对图像进行边缘检测

2.4 腐蚀、膨胀

2.5 切割交通标志

2.6 模板匹配

三、核心算法

1.特征色彩提取法

2. 交通标志分类处理

3.模板匹配识别法

四、核心代码

?五、测试数据及GUI界面截图

1.交通标志识别用图

2.边缘检测

2.1 噪声处理

2.2 计算梯度图像

2.3 非极大值抑制

?2.4 双阈值检测和边缘连接

3. 腐蚀膨胀

?4. 切割标志

?5. 识别结果

结论

参考文献

总结


前言

借着MATLAB课设的答辩结束放松一下以便更好地迎接期末考试月,便有了这篇blog。

本文主要是逐步详解识别过程并通过设计GUI界面呈现交通标志识别系统

需要完整论文/答疑/对现有GUI增加功能的小伙伴请私信联系我!


一、绪论

1.MATLAB软件发展历程介绍

MATLAB 软件是由美国 Mathworks 公司推出的用于数值计算和图形处理的科学计算系统环境。MATLAB 是英文 MATrix LABoratory(矩阵实验室)的缩写。它的第一版 发行于 1984 年,目前已发展到 7.0 及其以上版本,在新的版本中集中了日常数学处理中 的各种功能,包括数值计算,矩阵运算,信号处理和图形生成等。MATLAB 提供了一个 人机交互的数学系统环境,该系统的基本数据结构是矩阵,在生成矩阵对象时,不要求 说明明确的文书,与利用 C 语言或 FORTRAN 语言进行数值计算相比,利用 MATLAB 可以节省大量的编程时间。

2.选用MATLAB做图像处理的优势特点

1. 高效的数值计算及符号计算功能,能使用户从繁杂的数学运算分析中解脱出来

2. 具有完备的图形处理功能,实现计算结果和编程的可视化

3. 友好的用户界面及接近数学表达式的自然化语言,使学者易于学习和掌握

4. 功能丰富的应用工具箱(如信号处理工具箱、通信工具箱等),为用户提供了大量方便实用的处理工具

3.交通标志识别介绍

3.1选题背景

随着交通技术的日益完善和交通工具的多样化发展,交通安全成为当前最热门的问 题,道路交通关系着人们的生命以及财产安全。

交通标志的识别是保证交通安全的一个重要环节。交通标识包含丰富的道路交通信 息,为驾驶员提供警示、指示等辅助信息,对减轻驾驶员的驾驶压力、降低道路的交通 压力、减少交通事故的发生起着重要的辅助作用。

如果完全依靠驾驶员注意和发现交通标识并做出正确的反应,难免会增加驾驶员的 负担,加速疲劳,严重地可能导致交通事故。道路交通标识识别是通过用安置于车辆前 方的摄像头(这里常借助车道保持辅助系统中的摄像头),检测道路标识(限速、禁止超 车),通对交通标志的采集、处理、识别,将所获取的信息以最快的速度第一时间传送给 驾驶员或直接对汽车采取相应的操作.从而降低了交通安全隐患并节省了人力资源。

3.2 识别的交通标志要求

1.图片中交通标志位置不固定,可以居中、倾斜

2.交通标志类型以及颜色不唯一,做到多类型多颜色的交通标志识别

3.识别出交通标志的图形,并显示出对应的标志含义

二、设计思想

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### 使用MATLAB GUI 实现交通标志识别 #### 创建 MATLAB GUI 界面 为了创建一个用于交通标志识别的图形用户界面 (GUI),可以利用 MATLAB 的 GUIDE 工具。GUIDE 提供了一个可视化的设计环境,允许拖放组件并设置属性。 ```matlab % 启动一个新的GUIDE窗口 guide('new') ``` 这将打开一个空白模板,在这里可以根据需求放置按钮、滑块和其他控件[^2]。 #### 加载和预处理图像 在设计好界面之后,下一步是从文件夹中加载待分析的交通标志图片,并对其进行必要的预处理操作: ```matlab function load_image(hObject, eventdata, handles) % 打开文件对话框让用户选择要上传的照片 [filename, pathname] = uigetfile({'*.jpg';'*.png'}, 'Select an image'); if isequal(filename,0) || isequal(pathname,0) warndlg('User selected Cancel','Warning'); return; end fullpathname = fullfile(pathname,filename); img = imread(fullpathname); axes(handles.image_display); imshow(img); % 将读取到的数据存储起来以便后续调用 guidata(hObject, struct('originalImage',img)); end ``` 这段代码实现了从本地磁盘获取一张照片的功能,并将其显示在一个名为 `image_display` 的轴对象上。 #### 特征提取阶段 对于交通标志而言,形状和颜色是非常重要的两个特征。因此,可以通过色彩空间转换以及边缘检测等方式增强这些特性。此外,还可以采用 SIFT 或 SURF 方法自动捕捉局部不变量描述子作为输入给分类器训练模型的一部分。 ```matlab function extract_features(hObject,eventdata,handles) originalImg = getappdata(gcf,'originalImage'); grayScaleImg = rgb2gray(originalImg); edges = edge(grayScaleImg,'Canny'); % 显示边缘图 figure;imshow(edges);title('Edge Detection Result'); % 计算SIFT特征点及其对应的描述符 points = detectSURFFeatures(grayScaleImg); [features,valid_points] = extractFeatures(grayScaleImg,points); hold on; plot(valid_points.selectStrongest(10)); % 绘制最强壮的关键点位置 hold off; setappdata(gcf,'featureDescriptors', features.Location); end ``` 上述脚本先进行了灰度化和平滑滤波处理,接着运用 Canny 运算求得边界轮廓线;最后借助内置函数完成了对显著区域的兴趣点定位与量化编码工作。 #### 构建 BP 神经网络分类器 一旦获得了足够的样本集(即已知类别的若干幅标准样例),就可以着手搭建一个多层感知机结构来完成最终的任务——预测未知实例所属类别标签了。具体来说就是定义一层或多层隐藏单元数目适当的人工神经元连接权重矩阵Wij 和偏置项bi ,并通过反向传播算法迭代调整参数直至收敛至全局最优解附近为止[^3]。 ```matlab hiddenLayerSize = 10; net = patternnet(hiddenLayerSize); % 设置最大训练次数为1e4次 net.trainParam.epochs = 1e4; % 定义sigmoid型传递函数 net.layers{1}.transferFcn='logsig'; % 开始正式训练过程... [trainedNet,tr]=train(net,... trainingSet,... % 输入变量X targetLabels); % 输出Y的实际值 view(trainedNet) % 测试新来的未见过的例子看能否正确判断其身份归属情况 predictedClassIdx = trainedNet(testingSample)'; ``` 此部分展示了怎样初始化一个具有指定数量隐节点数目的模式识别专用版本NN架构,并指定了合适的激励机制形式(此处选用的是逻辑斯谛回归曲线)。同时设置了终止条件以防止过拟合现象发生。当一切准备就绪后便可以直接调用 train 函数启动整个学习流程。
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