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智能小车视频信号分解与处理.rar

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    编号:20180913212650197    类型:共享资源    大小:18.88MB    格式:RAR    上传时间:2018-09-13
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    智能 小车 视频信号 分解 处理
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    编号 毕业设计(论文)题目 智能小车视频信号 分解与处理 二级学院 计算机科学与工程 专 业 软 件 工 程 班 级 110030801 学生姓名 陈玉龙 学号 11003080105 指导教师 评阅教师 时 间 重庆理工大学论文 智能小车视频信号分解与处理0摘 要随着社会的不断进步以及城市化建设的逐步普及,越来越多的家庭开始拥有汽车,汽车的数量也越来越多,在带给我们便利和迅捷的同时,也让我们不得不面对日益提升的交通密度、日益严重的交通堵塞和交通安全等难题,对我们的交通运输管理提出了巨大的挑战。为了解决这些难题,为了大范围、全方位、系统、实时、准确、高效地进行交通运输管理,于是产生了智能交通系统(ITS)这一新的研究和应用领域。而智能交通系统必须面对的首要问题就是对交通信息的采集和处理,也就是对汽车进行检测和跟踪。在众多的车辆检测和跟踪方法中,视频检测和跟踪以其高效、低廉、维护简单等优点,具有更好和更为广泛的应用前景,因此对智能小车视频信号的分解与处理的研究将有巨大的价值和意义。本论文旨在研究智能小车视频信号的分解与处理,主要涉及到背景图像的获取、目标的检测和分割、目标的实时跟踪以及轨迹的绘制等方法的研究。在背景图像的获取研究方面,介绍了三种当前使用得比较多的获取方法,并对其中的优缺点进行了比较和阐述。在目标的检测和分割研究方面,通过背景建模,利用相邻序列图像估计视频中不变的或有规律变化的背景,将输入图像和背景图像进行比较,从中分割出前景运动目标。并对目前常见的运动目标的检测方法进行了介绍和优缺点的比较和阐述。在目标的实时跟踪以及轨迹绘制研究方面,由于车辆运动中外环境会不断变化,车辆的轮廓也会出现不规则变化,考虑到车辆是长方形的,可以采用中心点的思想,对车辆边缘轮廓上的所有点进行统计,求出这些点的中心点,用其中心点及其周围四个点来表示运动物体,根据中心点位置移动绘制车辆轨迹。关键词:智能交通系统 背景图像 目标检测和分割 实时跟踪 轨迹绘制重庆理工大学论文 智能小车视频信号分解与处理1AbstractWith the development of society and the popularization of urbanization, more and more families have owned the car, and the number of car is increasing, at the same time when it brings us convenience and high speed life, there are also comes some tough problems that we have to face to, such as the increasing of the traffic density, the severe of traffic jam and security of traffic, it’s a big challenge for the management of traffic transport. In order to settle such tough problems down, and for extensiveness ,omnibearing ,system , real time , accurate , efficient management of traffic transport , there came up with a new research and apply field named Intelligent Transport System (ITS ). In ITS , the first issue we have to face is the collection and disposal of traffic information , the detection and tracking of car . Among this kinds of detection and tracking of car methods ,due to the advantages of it’s efficient , low price and maintain easy detection and tracking on video has a better and wider apply future , which means the research of intelligent car video signal is valuable and meaningful . This paper aims to do a research of intelligent car video signal ,major involved in the image acquisition ,detection and division of target ,real time following of target and path drawing .In the image acquisition, I introduced three methods which used widely, compared it’s advantages with disadvantages, and find out the best method .In the detection and division of target, i use the sequential serial image to estimate the background on video which is constant or changes orderly ,compared the input image with the background to get the division of foreground moving target through building the model of background .And introduced some methods which is common and use frequently ,compared it’s advantages with disadvantages too.In the real time following of target and path tracking ,the outer environment would change frequently ,and the outline of car would change irregularly ,because the car is a rectangle , we can use the thought of middle point and count all the point on the outline , work the middle point out ,and express the moving car with this middle 重庆理工大学论文 智能小车视频信号分解与处理2point and the other four point from outline ,drawing the moving track with this middle point . Key words: ITS ,Background Image ,Target detection and division ,Real time following ,Draw path 重庆理工大学论文 智能小车视频信号分解与处理3目 录摘 要 ...............................................................1Abstract............................................................2目 录 ..............................................................31绪论 ..............................................................51.1 本课题研究意义 ...............................................51.1.1 智能交通的背景、现状和意义 .............................51.1.2 车辆检测和跟踪技术的发展趋势 ...........................61.2 本论文的结构 .................................................72关键技术 ..........................................................92.1 常用目标检测算法 .............................................92.1.1 帧差法 .................................................92.1.2 背景差分法 ............................................102.1.3 运动场估计法 ..........................................112.2 常用目标跟踪算法 ............................................132.2.1 基于模型的跟踪 ........................................132.2.2 基于动态轮廓跟踪 ......................................132.2.3 基于区域跟踪 ..........................................132.2.4 基于特征的跟踪 ........................................142.3 其他技术 ....................................................142.3.1 灰度图像处理 ..........................................142.3.2 高斯平滑 ..............................................142.3.3 二值化处理 ............................................152.3.4 开闭和运算 ............................................152.4 本章小结 ...................................................153 系统需求分析 .....................................................163.1 系统功能需求分析 ............................................163.2 系统处理流程分析 ...........................................17重庆理工大学论文 智能小车视频信号分解与处理43.7 本章小结 ...................................................184 系统设计 .........................................................204.1 系统架构 ....................................................204.1.1 总体结构 ..............................................204.1.2 系统流程 ..............................................214.2 文件打开模块的设计 .........................................224.3 背景提取模块的设计 ..........................................224.4 智能小车检测与跟踪模块的设计 ................................254.5 绘制轨迹模块的设计 ..........................................284.6 本章小结 ...................................................285 系统实现 .........................................................295.1 环境配置 ...................................................295.2 文件打开模块的实现 .........................................345.3 背景提取模块的实现 .........................................345.4 智能小车检测与跟踪模块的实现 ...............................345.5 轨迹绘制模块的实现 .........................................355.6 本章小结 ....................................................356 应用示例 .........................................................366.1 示例概述 ...................................................366.2 示例实现过程 ...............................................366.3 本章小结 ....................................................407 结束语 ...........................................................417.1 本文工作总结 ................................................417.2 进一步的研究课题及展望 .....................................42参考文献 ...........................................................44重庆理工大学论文 智能小车视频信号分解与处理51绪论1.1本课题研究意义1.1.1智能交通的背景、现状和意义随着社会的不断进步以及城市化建设的逐步普及,整个社会对交通运输的需求日益增加,越来越多的家庭开始拥有汽车,汽车的数量也越来越多,城市公路交通系统的压力不断地增大。大量的公路交通问题显现出来,如堵车,交通事故等频频发生。为了解决这些棘手的难题,同时大范围、全方位、系统、实时、准确、高效地进行交通运输管理,提高现有道路的利用率、提高道路交通的安全程度,于是将先进的信息技术、数据通讯传输技术、电子传感技术、控制技术以及计算机技术等有效地集成起来,产生了智能交通系统(ITS)这一新的研究和应用领域。西方国家在这方面的发展是相当早的,在 20 世纪 80 年代末,就已经制定并实施了开发计划。欧洲的研究是由官方与民间并行进行的,1994 年完成了DRIVE 计划,用于提高道路设施的服务水平。该计划主要进行需求管理、车辆辅助驾驶、城市间综合交通情况管理、单个城市综合交通管理等内容的研究。而美国,于 1991 年,国会投票通过了旨在利用高新技术和合理最优交通分配方案来使整个交通网络变得高效的“综合地面运输效率方案” ,并为此拨款 6.6 亿美元,用于进行相关的研究工作。地方政府还和联邦政府共同提供经费,在全美一共建立了 3 个致力于从事智能交通系统研究的研究中心。2001 年,美国在华盛顿召开了智能交通系统的全国范围的高层讨论会,为智能交通系统的在二十一世纪前十年的发展制定了总体规划。日本和新加坡等国家也分别制定了其相应的计划。日本财政 2001 年度预算中用于智能交通系统计划的资金就达到了 883 亿日元。目前有五个机构致力于并负责智能交通系统相关的活动,并联合其他组织和机构共同来促进智能交通系统的发展。而且智能交通系统的商品化发展已经逐渐形成产业。新加坡于1995 年,就已经组织完成了诸如绿波系统、交通扫描系统、道路信息管理系统等项目。已经拥有了一个比较成熟的综合工作平台。我国政府非常的重视智能交通系统的发展,在 1996 年就已经组织和开始了重庆理工大学论文 智能小车视频信号分解与处理6这一领域的国际交流与合作,支持这一领域在我国的研究和发展。1999 年,科技部联合公安部、建设部、交通部等十来个国家相关部委,基于推动交通系统的智能化发展同时提供组织机制保障的考虑,组织研究成立了我国的智能交通系统协调小组。2000 年,完成了中国智能交通系统体系框架的研究和规范标准,建立了与国际接轨的智能交通系统标准体系,为我国的智能交通系统的发展提供了纲领性的指导文件,并且确定了诸如通信协议、系统构成、功能模块和接口等内容。2005 年,于上海召开第一届“中国智能交通年会” ,为智能交通技术的各方面都提供了可靠的支持,例如从开发研究、产品开发到最后的产业化等方面。然而我国在智能交通系统方面的开发和应用尚处于起步阶段,只是进行了一些有成效的基础性工作。在系统的实际开发和应用方面,已经有了一些成功的成果,并在局部地区形成了智能交通系统的雏形,或实现了智能交通系统的部分功能。其中最主要的是电子收费系统,在全国,已经有很多的省份或城市开始采用或试行这种先进的管理方式。此外,在引进国外先进技术和产品的同时,也开始与国外的厂商建立合资企业,生产智能交通系统的产品。最近几年来,我国在交通基础设施建设方面取得了令人瞩目的成就,各种城际高速公路逐渐落成,并且始终保持着前所未有的高速的发展速度。随着我国经济水平的持续快速提高,我国的汽车数量不断地在增大,伴随着城市化进程的不断加快,出现了各种各样的交通问题。交通对城市经济的发展的重要性更加显露出来,也让我们不得不面对各种新的挑战。例如:(1)城市公路交通不断增大的压力。根据行业年度报告,2004 年年底,我国已经达到了 2742 万辆的汽车保有量,达到了 12.4%的增长率。现有的城市公路交通设施已经没有办法满足车辆数量增长的需求了。(2)消耗巨大的能源问题。现目前,我国公路交通运输的主要动力能源仍然依靠的是石油和天然气。2005 年,我国的石油消耗量达到了惊人的 2.5 亿吨。石油和天然气资源是不可再生的,而且我国的石油天然气资源又比较有限,再加上石油和天然气是重要的战略物质,按照如此的消耗量,不单单会消耗掉我们的油气资源,同时还会增加我国对于国外油气资源的依赖性。(3)交通事故频发、拥堵严重、市民缺乏安全感。据统计,2005 年,我国重庆理工大学论文 智能小车视频信号分解与处理7交通事故共发生了 45 万余起,共造成 9 万 8 千余人死亡,47 万人受伤,直接的经济损失就达到了惊人的 18.1 亿元。(4)环境污染问题。汽车尾气污染已经是一个众所周知的问题,近年来城市热岛效应频频发生,大气污染,空气质量差等更严重的影响着老百姓的身体健康,也制约了城市的发展,大大降低了城市的形象。而智能交通技术的出现,给我们带来了希望。首先,公路交通的利用效率提高了,公路交通的安全性也提高了。据专家估计,采用智能交通系统后,每年可减少 30%~70%的交通事故死亡人数,减少交通的拥堵现象,提高公路交通利用率。其次,降低了能源的消耗率。拥堵现象减少了,汽车中途绕道行驶的现象减少了,油耗自然也跟着减少了。再者,提高了公路交通网络的使用频率,提高了运输效率,达到了效益最大化,对经济的高速发展也产生了积极的影响。最后,还可以带来新的市场,提供大量的就业岗位,促进就业。因此,对智能交通系统技术的研究是大势所趋,对我们的经济发展有着巨大的作用,深远的意义。1.1.2车辆检测和跟踪技术的发展趋势早期的交通情况监测采用的是人工的方式,需要雇佣大量的工作人员在城市的各个角落、各条干道上进行统计,不但耗时耗力,而且统计数据单一。第二代交通情况监测采用的是能够进行自动检测的感应器——地感线圈,以此来减少人力的投入。这种监测方式是通过埋在路下的电感环在车辆驶过时触发监视仪后的自动拍摄来实现监测。但是这种方式的缺点是仪器容易损坏、维修不易,而且地感线圈的安装位置固定,检测的精度低,检测参数少,无法识别出监测车辆的基本信息,只能进行简单的车流量的统计。而且此检测设备需要在关闭相应道路的情况下才能进行感应器的安装与维修,感应器使用寿命有限,需要重新翻开路面才可以再次进行安装或维修,不利于公路的保养和维护。第三代交通情况监测采用了视频检测和图像识别的技术,这种技术下的检测器一般安装在路边或者架空安装,对道路交通不会造成明显干扰,也不会受重庆理工大学论文 智能小车视频信号分解与处理8到例如修天然气管道、下水管道以及公路改建等因素的影响。视频交通检测系统一般是由电子摄像机、数字图像采集卡和计算机等组成。首先,由摄像机对一定区域范围内的道路进行摄像,获取的图像再经传输线路导入数字图像采集卡,进行模数转换和格式转换等,再交由计算机进行数字图像的处理,实时识别出经过这一区域范围的车辆,并判别其车型,对其他交通控制参数作进一步的推导。还可以根据需要由计算机向监控系统中的主控机提供信号,并根据此信号确定控制方式,接着发出控制命令给执行机构。而且由于是对摄像机获取的图像进行识别和监测,因此可以可以进行远程无线的监测,不但可以监测车流量,对于车辆的基本信息同样可以进行监测,有利于进行交通管制。最重要的是,此视频交通监测系统不用破坏路面,对基本交通影响大不,而且拆装简便,成本相较于感应线圈低很多,现在已经逐步取代环形线圈监测系统成为主要的监测手段。在现代交通控制系统中视频交通检测系统占有很重要的地位,可以说是未来的智能交通系统发展的基础。但是目前存在着很多的问题,比如,图像处理的实时性差、整个系统软硬件对车辆的检测精度的限制等等。尽管如此,伴随着数字图像处理技术的日益进步以及微电子产业技术的发展,视频交通检测技术将会得到更加广泛的应用和不断的提高。因此,视频交通检测技术得到了世界各国从事智能交通系统研究人士的高度重视,有着广阔的应用前景。视频车辆检测系统在现代交通系统中有着很重要的地位,可以说是未来的智能交通系统发展的基础。基于视频技术的交通检测技术重点研究的是如何提高图像识别的准确性和实时性。目前,基于图像处理的视频交通检测技术正处于研究的开发阶段,随着技术的不断完善,不但可以解决交通拥堵的顽疾,还可以预测和发现交通事故。因此,基于视频技术的交通检测技术的研究,必将成为未来交通检测技术的一部分,并产生重要影响。基于视频技术的交通检测是计算机视觉技术应用于智能交通系统的一个典型的实例,基于视频技术的交通检测通过摄像机拍摄道路交通图像,采用图像处理技术对道路交通图像进行处理,自动检测车辆。应用广泛,可用于路口交通监控系统、车辆自动导航系统、车辆辅助驾驶系统、停车场车辆调度监控系统等等,机动灵活,优点繁多,有很大的应用前景。具体如下:
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