視頻流中車輛識(shí)別與分類

1、視頻流中車輛識(shí)別與分類摘要隨著汽車逐漸融入人們的生活，在改變?nèi)嗣裆罘绞降耐瑫r(shí)，也讓我們感到 非常有必要建立交通流監(jiān)控系統(tǒng)。 本文，在介紹基礎(chǔ)理論知識(shí)的基礎(chǔ)上， 說明了 交通監(jiān)控系統(tǒng)中車輛識(shí)別與分類的設(shè)計(jì)思想， 以及對(duì)應(yīng)的算法。也針對(duì)如何提高 系統(tǒng)的穩(wěn)定性等，提出了一些建議關(guān)鍵詞：交通流；車輛識(shí)別；車輛分類2AbstractGradually integrated into people's lives, the car is changing the lifestyle of the people, and it makes us feel very necessary to est

2、ablish traffic flow mon itoring system. In this paper, I will explain design ideas Traffic Monitoring Sy stem vehicle identification and classification, as well as the corresponding algor ithm based on the description on the basis of theoretical knowledge.Besides I will put forward some suggestions

3、on how to improve the stability of the syste m.Keywords: traffic flow; vehicle identification; vehicle classification目 錄一、弓 I 言4.二、智能交通系統(tǒng)中的識(shí)別與檢測(cè)技術(shù) 52.1智能交通系統(tǒng)簡介5.2.2我國智能交通系統(tǒng)概況62.3車輛識(shí)別與檢測(cè)技術(shù)在智能交通系統(tǒng)中的應(yīng)用 6三、視頻交通流檢測(cè)和車輛識(shí)別系統(tǒng)概述 .73.1系統(tǒng)構(gòu)成8.3.2系統(tǒng)工作原理8.四、視頻交通流檢測(cè)及車輛識(shí)別系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn) 84.1軟件功能概述9.4.2功能模塊設(shè)計(jì)9.4.2.1系統(tǒng)初始化模塊.

4、9.4.2.2圖象采集模塊9.4.2.3圖象預(yù)處理9.4.2.4圖象分割模塊 104.2.5特征提取模塊（特征描述） 錯(cuò)誤！未定義書簽。4.2.6流量檢測(cè)模塊： .錯(cuò)誤！未定義書簽。4.2.7測(cè)量車速度算法.錯(cuò)誤！未定義書簽。4.2.8類型識(shí)別模塊 錯(cuò)誤！未定義書簽。4.3系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)錯(cuò)誤！未定義書簽。4.4提高系統(tǒng)實(shí)時(shí)性的措施錯(cuò)誤！未定義書簽。五總結(jié)錯(cuò)誤！未定義書簽。致謝錯(cuò)誤！未定義書簽。參考文獻(xiàn)錯(cuò)誤！未定義書簽。10隨著我國經(jīng)濟(jì)的迅猛發(fā)展，人民的生活水平也得到了極大的提高。 汽車也在 這個(gè)時(shí)候逐漸進(jìn)入了千家萬戶。我國汽車人均占有率也相較丁改革開放前有了很 大的提高。汽車在給人民生活帶來了巨大的

5、便利，也在悄然地改變著人們的生活 方式。但是，另一方面，交通事故也在頻繁發(fā)生，給許多家庭造成了巨大的悲傷 的同時(shí)，也給治安帶來了很大的壓力。對(duì)交通進(jìn)行監(jiān)控就顯得尤為重要。目前國內(nèi)針對(duì)交通監(jiān)控主要是采用視頻監(jiān)控的方法， 很多城市為了更好地監(jiān) 控交通情況，也相繼建立了視頻交通流系統(tǒng)。 其中，視頻流中車輛識(shí)別與分類技 術(shù)是最為核心的技術(shù)。只有能夠講系統(tǒng)檢測(cè)到的車輛能夠做一一識(shí)別，并準(zhǔn)備分 類，才能做到真正意義上的交通監(jiān)控。視頻交通流檢測(cè)及車輛識(shí)別系統(tǒng)是一種利用圖象處理技術(shù)實(shí)現(xiàn)對(duì)交通目標(biāo) 檢測(cè)和識(shí)別的計(jì)算機(jī)處理系統(tǒng)。通過對(duì)道路交通狀況信息與交通目標(biāo)的各種行為 （如違章超速，停車，超車等等）的實(shí)時(shí)檢測(cè)，

6、實(shí)現(xiàn)自動(dòng)統(tǒng)計(jì)交通路段上行駛的 機(jī)動(dòng)車的數(shù)量、計(jì)算行駛車輛的速度以及識(shí)別劃分行駛車輛的類別等各種有關(guān)交 通參數(shù)，達(dá)到監(jiān)測(cè)道路交通狀況信息的作用。 同時(shí)，將檢測(cè)和識(shí)別到的交通信息 存儲(chǔ)起來，為分析和交通管理提供依據(jù)，因此它也是一個(gè)交通信息的管理系統(tǒng)。目前網(wǎng)絡(luò)交通視頻監(jiān)控系統(tǒng)可分為三個(gè)部分：視頻監(jiān)控前端、傳輸網(wǎng)絡(luò)和監(jiān)控中心：1、視頻監(jiān)控前端監(jiān)控前端主要由前端監(jiān)控?cái)z象機(jī)（防護(hù)罩、攝象機(jī)、鏡頭、支架）、等主要設(shè) 備組成，假如原有模擬監(jiān)控系統(tǒng)，可能還有視頻矩陣等設(shè)備。由采用有先進(jìn)的圖 像壓縮標(biāo)準(zhǔn)，每路視頻在網(wǎng)絡(luò)中占用的帶寬低，同時(shí)，經(jīng)過特殊算法處理的畫質(zhì) 看起來更加活晰，細(xì)膩。適合交通行業(yè)對(duì)圖像高活晰，高

7、時(shí)實(shí)性的特殊要求。2、通訊網(wǎng)絡(luò)交通視頻監(jiān)控系統(tǒng)采用標(biāo)準(zhǔn)的 TCP/IP協(xié)議，可直接運(yùn)行在交通部門的內(nèi)部網(wǎng) 上。前端攝像機(jī)的視頻信號(hào)利用視頻光端機(jī)通過光纜傳輸?shù)椒止?jié)點(diǎn)，在分節(jié)點(diǎn)可以直接傳輸上網(wǎng)，或者分節(jié)點(diǎn)有矩陣時(shí)，也可以把矩陣連接到DVR上，然后再 傳輸上網(wǎng)。3、監(jiān)控中心監(jiān)控系統(tǒng)在監(jiān)控中心中心安裝一臺(tái)中心視頻監(jiān)控系統(tǒng)服務(wù)器，該系統(tǒng)配合主 要完成現(xiàn)場圖像接收，用戶登錄管理，控制信號(hào)的協(xié)調(diào)，圖像的實(shí)時(shí)監(jiān)控，錄象 的存儲(chǔ)、檢索、回放、備份、恢復(fù)等。在監(jiān)控中心，視頻監(jiān)控系統(tǒng)服務(wù)器將數(shù)字視頻還原成模擬圖像，將視頻信號(hào) 轉(zhuǎn)到指揮忠心電視墻上，指揮調(diào)動(dòng)人員還可以選擇以操作臺(tái)微機(jī)作為監(jiān)控終端， 對(duì)全部路面信息集

8、中調(diào)用監(jiān)控?？蓪?shí)現(xiàn)多畫面實(shí)時(shí)監(jiān)控，遠(yuǎn)程控制攝像機(jī)云臺(tái)、 和違章抓拍等操作。二、智能交通系統(tǒng)中的識(shí)別與檢測(cè)技術(shù)“智能交通系統(tǒng)”是20世紀(jì)80年代中期迅速發(fā)展起來的一門新學(xué)科， 它研 究21世紀(jì)的新型交通運(yùn)輸模式，是當(dāng)前交通運(yùn)輸學(xué)科的一個(gè)前沿領(lǐng)域，因此了 解智能交通的發(fā)展有重要意義。2.1智能交通系統(tǒng)簡介智能交通系統(tǒng)(Intelligent transportation System,簡稱ITS)是最近10年來提 出的新概念，其含義是綜合運(yùn)用先進(jìn)的通訊信息、網(wǎng)絡(luò)、自動(dòng)控制、交通工程等 技術(shù)，改善交通運(yùn)輸系統(tǒng)的運(yùn)行情況，提高運(yùn)輸效率和安全性，減少交通事故， 降低環(huán)境污染，從而建立一個(gè)智能化的、安全、

9、便捷、舒適、環(huán)保的綜合交通運(yùn) 輸體系。隨著社會(huì)經(jīng)濟(jì)的發(fā)展、車輛的普及以及人口、經(jīng)濟(jì)活動(dòng)的郊外化，無論發(fā)達(dá) 國家還是發(fā)展中國家，都毫無例外地承受著不斷加劇的交通擁擠、交通事故、環(huán) 境污染、能源短缺等交通問題的困擾。解決交通問題的方法有兩個(gè)：一是擴(kuò)建道 路，二是提高道路的利用率。擴(kuò)建道路成本較高、占用土地，而且在城市內(nèi)部可 供使用的土地和空間有限。交通系統(tǒng)是一個(gè)很大的復(fù)雜系統(tǒng)，不能簡單從單一方 面入手找到解決的合理方案，智能交通系統(tǒng)就是在這樣的背景下應(yīng)運(yùn)而生的。它把車輛和道路珠合起來系統(tǒng)地解決交通問題,從而極大地提高了現(xiàn)有道路的利用率從信息處理的角度看，ITS系統(tǒng)包括：數(shù)據(jù)采集、數(shù)據(jù)處理、數(shù)據(jù)利用

10、?，F(xiàn) 在利用的數(shù)據(jù)采集技術(shù)主要有環(huán)型線圈式檢測(cè)技術(shù)、遠(yuǎn)程交通微波檢測(cè)技術(shù)和視 頻檢測(cè)技術(shù)。其中環(huán)型線圈是目前應(yīng)用的主要方式，優(yōu)點(diǎn)是系統(tǒng)可靠，計(jì)數(shù)、測(cè) 速精度較高且不受天氣影響；缺點(diǎn)是線圈在安裝和維護(hù)時(shí)必須直接埋入車道、阻 礙交通，道路施工時(shí)，線圈也要做相應(yīng)的調(diào)整或重新埋置， 感應(yīng)線圈易受到冰凍、 鹽堿或繁忙交通的影響。微波檢測(cè)技術(shù)也有一定的應(yīng)用范圍，它的優(yōu)點(diǎn)是多道性、 側(cè)向安裝、價(jià)格低、使用方便；缺點(diǎn)是檢測(cè)信息參數(shù)較少、不直觀。視頻檢測(cè)技 術(shù)現(xiàn)在已基本成熟，它具有如下特點(diǎn)：不破壞路面；安裝簡便，可安放在現(xiàn)場或 指揮中心；可靠性強(qiáng)，故障率低：適用丁路段、路口、高速公路進(jìn)出口等地點(diǎn)； 覆蓋范圍大，

11、檢測(cè)精度高；適應(yīng)多種氣候條件；可同時(shí)檢測(cè)多個(gè)車道，可以對(duì)通 過的車輛計(jì)數(shù)；可統(tǒng)計(jì)平均車速、道路占有率等信息；可以用各種曲線圖表方式顯示交通信 息；可通過網(wǎng)絡(luò)傳輸數(shù)據(jù)。正是由丁視頻檢測(cè)技術(shù)同其它檢測(cè)方式相比有許多不 可替代的優(yōu)點(diǎn)，決定了它必將成為未來車輛檢測(cè)的主要技術(shù)。2.2我國智能交通系統(tǒng)概況我國智能交通系統(tǒng)已從探索進(jìn)入到實(shí)際開發(fā)和應(yīng)用階段。從公路智能交通系 統(tǒng)看，主要應(yīng)用在城市內(nèi)部交通和高速公路兩方面。 在城市內(nèi)部交通方面，北京 實(shí)施了 科技奧運(yùn)智能交通應(yīng)用試點(diǎn)示范工程，廣州、中山、深圳、上海、天 津、重慶、濟(jì)南、宵島、杭州等作為智能交通系統(tǒng)示范城市也各自進(jìn)行了有益的 嘗試；在高速公路方面，

12、2007年底，我國內(nèi)地已有27個(gè)省區(qū)實(shí)現(xiàn)了省區(qū)內(nèi)不同 范圍的收費(fèi)系統(tǒng)聯(lián)網(wǎng)。京津冀，長三角地區(qū)正逐步展開跨省區(qū)的收費(fèi)系統(tǒng)的建設(shè)， 其中北京市已經(jīng)基本完成了有關(guān)建設(shè)任務(wù)。 在民航和鐵路方面，智能化建設(shè)已經(jīng) 形成完善的體系。2.3車輛識(shí)別與檢測(cè)技術(shù)在智能交通系統(tǒng)中的應(yīng)用視頻交通流檢測(cè)技術(shù)是智能交通系統(tǒng)的重要組成部分，智能系統(tǒng)的很多功能 都依賴丁視頻交通流檢測(cè)和車輛識(shí)別系統(tǒng)的功能。目前我國在這方面的研究和發(fā)達(dá)國家相比，還有很大的差距。隨著視頻交通檢測(cè)技術(shù)的發(fā)展，國內(nèi)的科研人員 也不斷提出了很多用丁車輛檢測(cè)的新理論和新技術(shù)。近年來，很多國內(nèi)視頻車輛檢測(cè)技術(shù)已經(jīng)應(yīng)用在城市交通路口監(jiān)測(cè)和高速公路車速測(cè)量等方

13、面。國內(nèi)也有很多機(jī)構(gòu)長期從事視頻車輛檢測(cè)技術(shù)的研究， 對(duì)車輛檢測(cè)中的車輛計(jì)數(shù)、分類和測(cè) 速等基本交通參數(shù)的提取都進(jìn)行了大量的研究工作。 車輛檢測(cè)中常用的圖像處理 方法有灰度差法，背景差法，幀差法，邊緣檢測(cè)法等，針對(duì)各方法自身的特點(diǎn)， 結(jié)合所要解決的問題國內(nèi)學(xué)者提出了一些新方法。 這些方法都有助丁我國的智能 交通系統(tǒng)的建立與發(fā)展。三、視頻交通流檢測(cè)和車輛識(shí)別系統(tǒng)概述視頻交通流量檢測(cè)及車輛識(shí)別系統(tǒng)是一個(gè)集圖象處理系統(tǒng)和信息管理系統(tǒng) 為一體的綜合系統(tǒng)。視頻流檢測(cè)與分類識(shí)別系統(tǒng)是現(xiàn)在所倡導(dǎo)的智能交通、智能城市的重要組成部分，它融合了計(jì)算機(jī)技術(shù)、電子信息技術(shù)、大數(shù)據(jù)處理等技術(shù)， 是城市交通系統(tǒng)的非常重要

14、的一個(gè)環(huán)節(jié)。 對(duì)丁加強(qiáng)治安情況，監(jiān)控車流量等，都 發(fā)揮了重要的作用。計(jì)算機(jī)圖象處理主要由圖象輸入，圖象存儲(chǔ)和刷新顯示，圖象 輸出和計(jì)算機(jī)接口等幾大部分組成，這些部分的總體構(gòu)成方案及各部分的性能優(yōu) 差直接影響處理系統(tǒng)的質(zhì)量。圖象處理的目標(biāo)是代替人去處理和理解圖象，因此實(shí)時(shí)性,靈活性,精確性是對(duì)系統(tǒng)的主要要求。視頻交通流檢測(cè)和車輛識(shí)別系統(tǒng)的主要工作原理如下，1）通過按照在各個(gè)交通路口的數(shù)字化電子警察等設(shè)備，收集設(shè)備周邊的一 些視頻以及音頻信息，并作保存。2）利用交通流檢測(cè)系統(tǒng)中事先設(shè)置好的算法和一些特征去進(jìn)行數(shù)據(jù)選擇3）將選擇的數(shù)據(jù)進(jìn)行處理，對(duì)視頻中出現(xiàn)的車輛進(jìn)行識(shí)別和分類，并將識(shí) 別和分類的信息

15、做保存3.1系統(tǒng)構(gòu)成通過攝象機(jī)將道路交通流圖像捕捉下來，再將這些捕捉到的序列圖像送入計(jì) 算機(jī)進(jìn)行圖象處理、圖象分析和圖象理解，從而得到交通流數(shù)據(jù)和交通狀況等交 通信息，這是系統(tǒng)的基本工作流程。圖1系統(tǒng)構(gòu)成圖3.2系統(tǒng)工作原理系統(tǒng)工作時(shí)，首先要進(jìn)行初始化。設(shè)定系統(tǒng)用到的參數(shù)，比如圖像的采集幀 率、計(jì)算中用的闌值、檢測(cè)線和檢測(cè)區(qū)域等。如果使用的CCD攝像機(jī)是模擬的， 需要把視頻圖像轉(zhuǎn)換為數(shù)字視頻。把捕捉的數(shù)字化的視頻序列存入計(jì)算機(jī)內(nèi)存或 幀緩存中等待下一步處理。進(jìn)行圖像處理時(shí)首先要進(jìn)行圖像預(yù)處理，目的是去除 干擾噪聲。對(duì)預(yù)處理彳爰的圖像進(jìn)行圖像分割， 對(duì)丁運(yùn)動(dòng)目標(biāo)通常使用幀差法。 對(duì) 分割后的目標(biāo)

16、圖像進(jìn)行特征提取，通過相應(yīng)的算法進(jìn)行分類識(shí)別和計(jì)算2,提取出車輛的數(shù)目、車輛的速度等交通參數(shù)，同時(shí)把獲得的數(shù)據(jù)存入數(shù)據(jù)車。 對(duì)數(shù) 據(jù)庫中的交通參數(shù)使用交通控制的算法進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析，輸出相關(guān)的報(bào)表和圖表供 操作控制人員使用。四、視頻交通流檢測(cè)及車輛識(shí)別系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)4.1軟件功能概述(1) 能夠?qū)ΡO(jiān)視區(qū)域內(nèi)的路段上通過車輛的數(shù)目進(jìn)行標(biāo)實(shí)時(shí)計(jì)數(shù)。(2) 能夠?qū)ΡO(jiān)視區(qū)域內(nèi)的運(yùn)動(dòng)車輛進(jìn)行實(shí)時(shí)速度測(cè)量。(3) 能夠?qū)ΡO(jiān)視區(qū)域內(nèi)的運(yùn)動(dòng)車輛進(jìn)行車輛類型識(shí)別。(4) 能夠?qū)z測(cè)和識(shí)別獲得的交通數(shù)據(jù)存入數(shù)據(jù)庫。(5) 能對(duì)數(shù)據(jù)庫的數(shù)據(jù)進(jìn)行統(tǒng)計(jì)輸出。(6) 對(duì)系統(tǒng)測(cè)量到的車輛數(shù)目和每輛車的速度能實(shí)時(shí)處理并顯示。(

17、7) 能夠?qū)囕v的長度，車輛的車頭間距，車輛排隊(duì)長度等交通流數(shù)據(jù)進(jìn)行 統(tǒng)計(jì)。4.2功能模塊設(shè)計(jì)視頻交通流檢測(cè)及車輛識(shí)別系統(tǒng)是由：系統(tǒng)初始化模塊；圖象采集模塊；圖象預(yù)處理模塊；圖象分割模塊；特征提取模塊； 流量統(tǒng)計(jì)模塊； 類型識(shí)別模塊；數(shù)據(jù)管理模塊；系統(tǒng)維護(hù)模塊組成。下面列出主要功能模塊。4.2.1系統(tǒng)初始化模塊為系統(tǒng)設(shè)定初值，包括設(shè)定圖象輸入?yún)?shù)(采集圖像的分辨率，圖象采集卡 視頻端口的制式、亮度、對(duì)比度，每秒采集的幀數(shù)等)、檢測(cè)區(qū)域的大小和個(gè)數(shù)、 速度檢測(cè)標(biāo)線以及象素間距與實(shí)際路長的比例系數(shù)、各種車輛類型的特征量、圖像二值化及檢測(cè)區(qū)域內(nèi)特征點(diǎn)的閾值等，并建立識(shí)別的匹配摸板。4.2.2圖象采集模塊將攝像機(jī)傳輸來的視頻圖象按初始化設(shè)置的要求捕捉下來并將其數(shù)字化，然 后存儲(chǔ)到內(nèi)存里。采集圖像的數(shù)字化是通過安裝在計(jì)算機(jī)上的視頻捕捉卡來實(shí) 現(xiàn)的，而圖象捕捉控制是由軟件來完成。捕捉軟件可以按每秒125幀(PAL制線)或130幀(N制)來捕捉圖像并存貯在幀緩存或計(jì)算機(jī)內(nèi)存里以備預(yù)