Vision-based ego-lane analysis system: dataset and algorithms

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dc.contributor.advisor-co1Aguiar, Edilson de
dc.contributor.advisor1Santos, Thiago Oliveira dos
dc.contributor.authorBerriel, Rodrigo Ferreira
dc.contributor.referee1Souza, Alberto Ferreira de
dc.contributor.referee2Schwartz, William Robson
dc.date.accessioned2017-04-13T14:00:19Z
dc.date.available2017-04-15T06:00:05Z
dc.date.issued2016-08-03
dc.date.submitted2016-08-03
dc.description.abstractLane detection and analysis are important and challenging tasks in advanced driver assistance systems and autonomous driving. These tasks are required in order to help autonomous and semi-autonomous vehicles to operate safely. Decreasing costs of vision sensors and advances in embedded hardware boosted lane related research – detection, estimation, tracking, etc. – in the past two decades. The interest in this topic has increased even more with the demand for advanced driver assistance systems (ADAS) and self-driving cars. Although extensively studied independently, there is still need for studies that propose a combined solution for the multiple problems related to the ego-lane, such as lane departure warning (LDW), lane change detection, lane marking type (LMT) classification, road markings detection and classification, and detection of adjacent lanes presence. This work proposes a real-time Ego-Lane Analysis System (ELAS) capable of estimating ego-lane position, classifying LMTs and road markings, performing LDW and detecting lane change events. The proposed vision-based system works on a temporal sequence of images. Lane marking features are extracted in perspective and Inverse Perspective Mapping (IPM) images that are combined to increase robustness. The final estimated lane is modeled as a spline using a combination of methods (Hough lines, Kalman filter and Particle filter). Based on the estimated lane, all other events are detected. Moreover, the proposed system was integrated for experimentation into an autonomous car that is being developed by the High Performance Computing Laboratory of the Universidade Federal do Espírito Santo. To validate the proposed algorithms and cover the lack of lane datasets in the literature, a new dataset with more than 20 different scenes (in more than 15,000 frames) and considering a variety of scenarios (urban road, highways, traffic, shadows, etc.) was created. The dataset was manually annotated and made publicly available to enable evaluation of several events that are of interest for the research community (i.e. lane estimation, change, and centering; road markings; intersections; LMTs; crosswalks and adjacent lanes). Furthermore, the system was also validated qualitatively based on the integration with the autonomous vehicle. ELAS achieved high detection rates in all real-world events and proved to be ready for real-time applications.eng
dc.description.resumoA detecção e análise da faixa de trânsito são tarefas importantes e desafiadoras em sistemas avançados de assistência ao motorista e direção autônoma. Essas tarefas são necessárias para auxiliar veículos autônomos e semi-autônomos a operarem com segurança. A queda no custo dos sensores de visão e os avanços em hardware embarcado impulsionaram as pesquisas relacionadas a faixa de trânsito –detecção, estimativa, rastreamento, etc. – nas últimas duas décadas. O interesse nesse tópico aumentou ainda mais com a demanda por sistemas avançados de assistência ao motorista (ADAS) e carros autônomos. Embora amplamente estudado de forma independente, ainda há necessidade de estudos que propõem uma solução combinada para os vários problemas relacionados a faixa do veículo, tal como aviso de saída de faixa (LDW), detecção de troca de faixa, classificação do tipo de linhas de divisão de fluxo (LMT), detecção e classificação de inscrições no pavimento, e detecção da presença de faixas ajdacentes. Esse trabalho propõe um sistema de análise da faixa do veículo (ELAS) em tempo real capaz de estimar a posição da faixa do veículo, classificar as linhas de divisão de fluxo e inscrições na faixa, realizar aviso de saída de faixa e detectar eventos de troca de faixa. O sistema proposto, baseado em visão, funciona em uma sequência temporal de imagens. Características das marcações de faixa são extraídas tanto na perspectiva original quanto em images mapeadas para a vista aérea, que então são combinadas para aumentar a robustez. A estimativa final da faixa é modelada como uma spline usando uma combinação de métodos (linhas de Hough, filtro de Kalman e filtro de partículas). Baseado na faixa estimada, todos os outros eventos são detectados. Além disso, o sistema proposto foi integrado para experimentação em um sistema para carros autônomos que está sendo desenvolvido pelo Laboratório de Computação de Alto Desempenho (LCAD) da Universidade Federal do Espírito Santo (UFES). Para validar os algorítmos propostos e cobrir a falta de base de dados para essas tarefas na literatura, uma nova base dados com mais de 20 cenas diferentes (com mais de 15.000 imagens) e considerando uma variedade de cenários (estrada urbana, rodovias, tráfego, sombras, etc.) foi criada. Essa base de dados foi manualmente anotada e disponilizada publicamente para possibilitar a avaliação de diversos eventos que são de interesse para a comunidade de pesquisa (i.e. estimativa, mudança e centralização da faixa; inscrições no pavimento; cruzamentos; tipos de linhas de divisão de fluxo; faixas de pedestre e faixas adjacentes). Além disso, o sistema também foi validado qualitativamente com base na integração com o veículo autônomo. O sistema alcançou altas taxas de detecção em todos os eventos do mundo real e provou estar pronto para aplicações em tempo real.
dc.description.sponsorshipFAPES
dc.formatText
dc.identifier.citationBERRIEL, Rodrigo Ferreira. Vision-based ego-lane analysis system: dataset and algorithms. 2016. 102 f. Dissertação (Mestrado em Informática) - Universidade Federal do Espírito Santo, Centro Tecnológico, Vitória, 2016.
dc.identifier.urihttp://repositorio.ufes.br/handle/10/6775
dc.languageeng
dc.publisherUniversidade Federal do Espírito Santo
dc.publisher.countryBR
dc.publisher.courseMestrado em Informática
dc.publisher.departmentCentro Tecnológico
dc.publisher.initialsUFES
dc.publisher.programPrograma de Pós-Graduação em Informática
dc.rightsopen access
dc.subjectEgo-Lane anlysiseng
dc.subjectLane estimationeng
dc.subjectKalman filtereng
dc.subjectParticle filtereng
dc.subjectDriver assistance systemseng
dc.subjectImage processingeng
dc.subjectFiltro de partículaspor
dc.subjectSistemas avançados de assistência ao motorista (ADAS)por
dc.subjectFaixa de trânsitopor
dc.subjectAnálise da faixa de trânsitopor
dc.subjectSistema de assistência ao motoristapor
dc.subjectFiltro de Kalmanpor
dc.subjectDatasetpor
dc.subject.br-rjbnProcessamento de imagens
dc.subject.br-rjbnKalman, filtragem de
dc.subject.br-rjbnBanco de dados
dc.subject.br-rjbnVeículos autônomos
dc.subject.cnpqCiência da Computação
dc.subject.udc004
dc.titleVision-based ego-lane analysis system: dataset and algorithms
dc.typemasterThesis
frapo.hasFundingAgencyFAPES
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