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基于SVM与HOG特征的交通标志检测与识别

news 2025/10/30 12:07:26

一、系统架构

1.1 整体流程

1.2 核心模块说明

颜色分割：利用HSV空间抑制光照影响（H分量阈值范围[30°,150°]，S分量>0.4）
形态学处理：闭运算填充空洞，开运算去除噪声（3×3结构元素）
候选区域检测：MSER算法提取稳定区域，结合几何约束（面积>500，宽高比0.8-2.0）
HOG特征提取：64×64窗口，9个方向bin，单元格大小8×8
SVM分类器：RBF核函数，C=100，gamma=0.05（通过网格搜索优化）

二、关键算法实现

2.1 颜色分割模块

function mask = hsv_segmentation(img)hsv = rgb2hsv(img);h = hsv(:,:,1)*180;  % 转换为0-180度s = hsv(:,:,2);v = hsv(:,:,3);% 颜色阈值（适应中国交通标志主色）red_mask = (h > 0 & h < 20) | (h > 160 & h < 180);blue_mask = (h > 100 & h < 140);yellow_mask = (h > 20 & h < 40);combined_mask = red_mask | blue_mask | yellow_mask;mask = combined_mask & (s > 0.4) & (v > 0.3);% 形态学处理se = strel('disk',1);mask = imclose(mask,se);mask = imopen(mask,se);
end

2.2 HOG特征提取

function features = extract_hog(img)% 图像预处理img_gray = rgb2gray(img);img_resized = imresize(img_gray, [64 64]);% HOG参数设置cell_size = 8;block_size = 2;num_bins = 9;% 提取HOG特征hog_feat = extractHOGFeatures(img_resized, 'CellSize', [cell_size cell_size], ...'BlockSize', [block_size block_size], 'NumBins', num_bins);% 特征归一化features = hog_feat / norm(hog_feat);
end

2.3 SVM分类器训练

% 加载数据集（示例使用GTSRB子集）
load('traffic_sign_dataset.mat'); % 包含train_data/train_labels% 数据划分
cv = cvpartition(size(train_data,1),'HoldOut',0.3);
train_set = train_data(cv.training,:);
test_set = train_data(cv.test,:);
train_labels = train_labels(cv.training);
test_labels = train_labels(cv.test);% 训练SVM模型
svm_model = fitcsvm(train_set, train_labels, ...'KernelFunction', 'rbf', ...'BoxConstraint', 100, ...'KernelScale', 'auto');% 交叉验证评估
cv_model = crossval(svm_model, 'KFold', 5);
accuracy = 1 - kfoldLoss(cv_model);
disp(['交叉验证准确率: ', num2str(accuracy*100), '%']);

三、检测识别流程

3.1 候选区域检测流程

MSER区域提取：检测图像中稳定极值区域

regions = detectMSERFeatures(gray_img, 'RegionAreaRange', [200 8000]);

区域过滤：
- 面积阈值：200-8000像素
- 几何约束：圆形度C∈矩形度R∈
- 颜色一致性：与分割掩膜重叠度>70%

3.2 分类决策流程

function label = classify_region(region_img, svm_model)% 特征提取hog_feat = extract_hog(region_img);% 分类预测[~, score] = predict(svm_model, hog_feat);[~, max_idx] = max(score);% 类别映射（示例）label_map = containers.Map({1,2,3}, {'禁止', '指示', '警告'});label = label_map{max_idx};
end