智能化交通視頻圖像技術(shù)研究

鄭世聰

摘 要：中國城市化快速發(fā)展帶來了諸多嚴(yán)重的"城市病"，特別是在交通領(lǐng)域，所面臨的形勢(shì)與矛盾日益嚴(yán)峻。為此，結(jié)合當(dāng)前各類高新技術(shù)，特別是物聯(lián)網(wǎng)傳感器技術(shù)的研究，誕生了諸多基于各類傳感器（如射頻、電磁感應(yīng)、紅外、視頻等）的智能交通系統(tǒng)（ITS），而在這些形式各樣的系統(tǒng)當(dāng)中基于視頻圖像處理的智能交通系統(tǒng)與其它傳統(tǒng)系統(tǒng)相比優(yōu)勢(shì)明顯，可有效解決城市交通管理中的各類問題。本文就智能化交通視頻圖像技術(shù)進(jìn)行分析。

關(guān)鍵詞：智能化交通；視頻圖像；技術(shù)

一、視頻圖像系統(tǒng)的組成和原理

比較典型的視頻圖像系統(tǒng)的組成和原理見圖1。

由圖1 看出，該系統(tǒng)由CCD（或COMS）攝像機(jī)、模數(shù)圖像采集卡、電子計(jì)算機(jī)、數(shù)模轉(zhuǎn)換和輸出設(shè)備、外設(shè)和控制執(zhí)行設(shè)備等組成。CCD（或COMS）攝像機(jī)采集測(cè)量目標(biāo)和光學(xué)圖像，將該圖像轉(zhuǎn)換成電荷信號(hào)，通過標(biāo)準(zhǔn)外部接口并由模數(shù)采集卡將該圖像采集、處理轉(zhuǎn)換成電子計(jì)算機(jī)能夠識(shí)別的圖像信號(hào)進(jìn)行運(yùn)算、分析處理后，通過外設(shè)進(jìn)行輸出，生成報(bào)表或控制其他控制執(zhí)行機(jī)構(gòu)，獲得可靠的數(shù)據(jù)結(jié)果。

其工作原理是由CCD（或COMS）攝像機(jī)獲得測(cè)量目標(biāo)的物理圖像，由專業(yè)的圖像處理系統(tǒng)對(duì)拾取的目標(biāo)圖像的像素情況、亮度、色彩等圖像特征信息處理后轉(zhuǎn)換成數(shù)字圖像信號(hào)。圖像系統(tǒng)把該信號(hào)進(jìn)行運(yùn)算處理，由電子計(jì)算機(jī)生成各式報(bào)表，或通過外設(shè)進(jìn)行相應(yīng)的控制運(yùn)動(dòng)。

二、視頻圖像技術(shù)的特點(diǎn)

2.1 圖像信息直觀實(shí)時(shí)。視頻圖像技術(shù)的圖像是目標(biāo)的物理圖像，能保持其實(shí)物的本質(zhì)特征如顏色、灰度及其表面粗糙度等逼真可現(xiàn)。

2.2 經(jīng)濟(jì)。簡(jiǎn)單的視頻圖像系統(tǒng)，其組成主要有目標(biāo)攝像機(jī)和電子計(jì)算機(jī)組成，系統(tǒng)結(jié)構(gòu)相對(duì)簡(jiǎn)單，運(yùn)營成本低廉，很方便實(shí)施和應(yīng)用。

2.3 準(zhǔn)確。視頻圖像技術(shù)可對(duì)目標(biāo)攝像機(jī)采集的視頻圖像進(jìn)行處理，如進(jìn)行傾斜校正、渲染各種效果、放大和縮小等。視頻圖像在檢測(cè)車輛通行、違章等方面的精度很高，遠(yuǎn)高于其他測(cè)量技術(shù)。

2.4 高效。由于視頻圖像技術(shù)所測(cè)量的是目標(biāo)的視頻圖像，其圖像的資源比較豐富，除了可對(duì)目標(biāo)的參數(shù)測(cè)量外，還可以對(duì)圖像內(nèi)的其他目標(biāo)進(jìn)行測(cè)量和監(jiān)測(cè)，如除了用于城市道路交通中的車輛視頻檢測(cè)的目標(biāo)攝像外，還可以對(duì)城市道路狀況進(jìn)行了解、分析和管理。

2.5 擴(kuò)展性強(qiáng)。視頻圖像技術(shù)利用日益發(fā)展成熟的網(wǎng)絡(luò)，可以將目標(biāo)視頻圖像資源共享，隨意增加測(cè)量目標(biāo)，還可將圖像壓縮二次處理應(yīng)用。

2.6 易于管理。視頻圖像技術(shù)將圖像資料錄像記錄，更加方便管理。

三、視頻圖像技術(shù)在智能交通中的應(yīng)用

智能交通系統(tǒng)在交通數(shù)據(jù)的采集和違章事故的檢測(cè)方面優(yōu)先得到了發(fā)展。交通數(shù)據(jù)主要包括車流量、車速、道路占有率、車輛類型等；違章事故的檢測(cè)數(shù)據(jù)主要有車輛違章信息、交通事故等。這樣的檢測(cè)技術(shù)對(duì)提高警務(wù)執(zhí)法能力、交通運(yùn)輸能力、緩解交通堵塞、減少交通事故的發(fā)生有著極其重要的作用。

3.1視頻圖像車輛檢測(cè)系統(tǒng)

采用電子計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的圖像處理和識(shí)別技術(shù)，可以在整個(gè)檢測(cè)過程中獲得連續(xù)的動(dòng)態(tài)交通圖像，從而獲得交通參數(shù)，即車輛的行駛狀態(tài)、方向及違章等信息。該系統(tǒng)是在車輛的通道上方安裝實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)CCD攝像機(jī)，經(jīng)過檢測(cè)主機(jī)進(jìn)行視頻處理、壓縮，通過專用數(shù)字網(wǎng)絡(luò)遠(yuǎn)傳于指揮中心，中心控制軟件將上傳的檢測(cè)圖像進(jìn)行處理，去除天氣、行人及環(huán)境的背景變化等造成的影響，通過分析、處理，獲得疊加有交通數(shù)據(jù)的視頻圖像，進(jìn)行分類應(yīng)用。

3.2電子警察圖像檢測(cè)系統(tǒng)

該系統(tǒng)由實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)的CCD攝像機(jī)對(duì)動(dòng)態(tài)的交通物理圖像進(jìn)行實(shí)時(shí)采集，克服天氣、行人與環(huán)境等因素干擾，由計(jì)算機(jī)對(duì)采集的圖像實(shí)時(shí)檢測(cè)、分析、處理，較好地實(shí)現(xiàn)了道路交通信息、車輛行駛狀態(tài)、路況等情況的數(shù)據(jù)采集。

電子警察圖像檢測(cè)系統(tǒng)的組成與原理如圖2所示，系統(tǒng)能夠?qū)崿F(xiàn)的主要功能見表1。

其工作原理是：依據(jù)交通信號(hào)控制系統(tǒng)輸出的信號(hào)，系統(tǒng)對(duì)特定路面的車輛速度與方向進(jìn)行視頻檢測(cè)，采用視頻檢測(cè)加感應(yīng)線圈檢測(cè)技術(shù)結(jié)合（也可采用微波雷達(dá)進(jìn)行測(cè)速）方式，在夜間照明條件差的地方，由閃光燈進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)補(bǔ)光，如禁行車道的視頻信號(hào)傳輸給工控計(jì)算機(jī)的同時(shí)，紅綠燈的控制信號(hào)傳輸給檢測(cè)識(shí)別單元，由圖像檢測(cè)單元檢測(cè)到有車輛通過禁行車道。檢測(cè)到車輛超過該路段的最高限速，或違反工控主機(jī)設(shè)定的行駛方向等違章行為時(shí)，主機(jī)控制違章檢測(cè)控制單元控制閃光燈驅(qū)動(dòng)閃光，由近景CCD攝像機(jī)抓拍該方向的全景圖片，為交管部門執(zhí)法提供依據(jù)。在違章車輛的圖像上，記錄有車輛違章的地點(diǎn)、時(shí)間及違章的參數(shù)特征等，根據(jù)實(shí)際需要生成違法處罰通知單，通過網(wǎng)絡(luò)自動(dòng)上傳給管理部門合理利用，由此來規(guī)范駕駛?cè)藛T遵章守法，減少交通事故的發(fā)生，確保道路暢通無阻。管理中心軟件提供完善的交通量統(tǒng)計(jì)功能，可以提供車流量、平均車速、車道占有率、平均車長(zhǎng)、車輛間距等查詢統(tǒng)計(jì)和圖表繪制，給決策部門提供交通規(guī)劃的基礎(chǔ)數(shù)據(jù)參考。

3.3車輛牌照識(shí)別

計(jì)算機(jī)識(shí)別車輛牌照的流程有車輛圖像采集、車牌定位、字符分割、字符識(shí)別、輸出識(shí)別結(jié)果等5個(gè)步驟。圖像的采集方式目前通行兩條技術(shù)路線：自然光圖像采集識(shí)別和紅外光圖像采集識(shí)別。自然光圖像采集識(shí)別是白天利用自然光線，夜間采用輔助照明光源，用彩色CCD攝像機(jī)采集車輛的真彩圖像，經(jīng)分析、處理識(shí)別車牌。紅外光圖像采集識(shí)別是利用車牌反光或紅外光的物理特性，用紅外攝像機(jī)采集車輛的灰度圖像，由于紅外光的物理特性，該圖像上幾乎只能看見車牌，然后用黑白圖像處理方法識(shí)別車牌。

四、結(jié)束語

數(shù)字視頻圖像的測(cè)量能夠代替人的眼睛去進(jìn)行檢測(cè)和判斷，因此它是一種具有發(fā)展?jié)摿Φ男屡d測(cè)量技術(shù)，可廣泛應(yīng)用于社會(huì)和各個(gè)行業(yè)的多個(gè)方面，如智能化生產(chǎn)、環(huán)保、機(jī)械加工的測(cè)量等。所以，今后數(shù)字視頻圖像技術(shù)在和諧社會(huì)的智能化建設(shè)中，將會(huì)越來越廣泛地得到普及和應(yīng)用。

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