【论文笔记】用形状做挡风玻璃上的雨滴检测《Detection Of Raindrop With Various Shapes On A Windshield》

本文介绍了一种基于图像处理的雨滴检测方法,该方法区分白天和夜晚的不同特性,利用纹理分析和模糊度计算来识别挡风玻璃上的雨滴。在白天,通过对比背景纹理和雨滴模糊度来定位雨滴;在夜晚,则采用不同的策略。算法还通过整合多帧数据和光流方向验证,以提高检测精度。

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《Detection of Raindrop with Various Shapes on a Windshield》


1 介绍

2 雨滴检测方法

在白天和夜晚使用不同的算法。通过整幅图像的强度水平判断是白天还是夜晚。

2.1 白天的雨滴检测方法

这个方法假设在白天雨滴有以下性质:

  1. 当背景的纹理是强的,雨滴比周围要模糊。如图2中红色矩形框。
  2. 当背景的纹理是弱的,雨滴比周围有更强的纹理。


    在这里插入图片描述

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步骤:

  1. 一幅图像分为强纹理区域和弱纹理区域。
  2. 通过两个模型图像提取到的边缘强度的比率,用来计算模糊度。
  3. 通过边缘比率的变化来计算雨滴候选区域。
  4. 通过挡风玻璃上雨滴变化不会很快的特点,来移除错误的雨滴候选区域。

2.1.1 纹理分析

  1. 图像被分为网格 B(u,v)。基于边缘强度的纹理分析在每个格子里进行。在实验中,图像尺寸是 640x360,每个块尺寸是 10x10。
  2. 用sobel来进行边缘检测,边缘强度值 E(u,v) 在每个格子中计算。
    (1) 如果 E(u,v) 大于 TET_ETE,此块被认为是纹理区域;
    (2) 否则被认为是非纹理区域。
    TET_ETE的选取原则:路面要被包含在非纹理区域中。


在这里插入图片描述

2.1.2 雨滴候选区域检测

  1. 为了不依赖背景的纹理来测试模糊度,计算从两种平滑图像中提取的边缘强度。用高斯滤波来进行图像平滑。用Is1I_{s1}Is1 来表示 用方差σ1\sigma_1σ1 来进行高斯平滑的图像,用Is2I_{s2}Is2 来表示 用方差σ2\sigma_2σ2 来进行高斯平滑的图像。

  2. 边缘强度图像Ie1I_{e1}Ie1Ie2I_{e2}Ie2 用 sobel 算子来得到。
    (1) 纹理清晰的区域,边缘强度变化大;
    (2) 纹理模糊的区域,边缘强度变化小。

  3. 模糊度计算公式:

Db(i,j)=Ie1(i,j)Ie2(i,j)D_b(i,j) = \frac {I_{e1}(i,j)} {I_{e2}(i,j)}Db(i,j)=Ie2(i,j)Ie1(i,j)

模糊严重的区域上值小。
在背景是强纹理区域时,雨滴的模糊度DbD_bDb 比周围小;
在背景是均匀区域时,雨滴的模糊度比周围大。

  1. 雨滴区域判断

(1) 非纹理块中,有一个或多个像素满足以下条件:
Db(i,j)−Db(k,l)>TnD_b(i,j) - D_b(k,l) > T_nDb(i,j)Db(k,l)>Tn

(2) 纹理块中,有一个或多个像素满足以下条件:
Db(k,l)−Db(i,j)>TtD_b(k,l) - D_b(i,j) > T_tDb(k,l)Db(i,j)>Tt

Tn=0.78,Tt=2.1T_n=0.78, T_t=2.1Tn=0.78,Tt=2.1


在这里插入图片描述

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个人理解:
(1)在弱纹理区域
某点像素模糊度比周边要大
(2)在强纹理区域
某点像素模糊度比周边要小

周围像素满足
∣Db(i,j)−Db(k,l)∣&lt;Tc(Tc=0.1)| D_b(i,j) - D_b(k,l) | &lt; T_c (T_c=0.1)Db(i,j)Db(k,l)<Tc(Tc=0.1)
的添加到雨滴候选区域。
fig5c 中展示了雨滴候选区域的最终结果。

2.1.3 雨滴判断

2.1.3.1

我们通过整合多帧的检测结果,背景的移动大,雨滴移动小,来移除假的候选区域。
(1)在 Rt(i,j)R_t(i,j)Rt(i,j) 中雨滴候选区域设置为1。
(2)SR(i,j)SR(i,j)SR(i,j) 代表Rt−n+1(i,j)R_{t-n+1}(i,j)Rtn+1(i,j),Rt−n+2(i,j)R_{t-n+2}(i,j)Rtn+2(i,j),Rt(i,j)R_{t}(i,j)Rt(i,j)TrT_rTr 设置为 2, nnn 设置为3。

2.1.3.2

护栏、桥梁的栏杆、墙的边界会被错误检测。为了去除这种区域,用光流方向来验证雨滴候选区域。
在车道标记上检测到的运动等会聚在消失点。
另一方面,在雨滴上检测到的运动是不稳定的。
出于这样的原因,我们在雨滴候选区域上检测光流,在15帧兴趣像素为中心的block上计算方差。在实验中,block设为11x11。
fig6的a到c显示了光流,d(蓝圈)显示了雨滴区域光流方向的直方图,e(绿圈)展示了车道线的光流方向直方图。



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背景中的光流方向与它周围相似,并且 在连续帧中变化不大。
雨滴上的光流有不同方向。
出于这个原因,当光流方向变化小时雨滴候选区域被去除。

2.2 夜晚的雨滴检测方法

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