【文章內(nèi)容簡(jiǎn)介】 ...................................................................................28 本章小節(jié) ................................................................................................................34結(jié) 論 ..............................................................................................................................35 西南交通大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 第 VIII頁(yè)致 謝 ..............................................................................................................................36參考文獻(xiàn) ..............................................................................................................................37 西南交通大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 第 1 頁(yè) 第 1章 緒 論 本論文的背景和意義隨著社會(huì)的發(fā)展和科技的進(jìn)步,人民的生活水平得到很大的提升,汽車(chē)的擁有量大幅提升,交通需求日益增加,城市交通擁堵,交通事故頻繁發(fā)生,交通環(huán)境日益惡化以及能源短缺成為當(dāng)今世界面臨的共同問(wèn)題。在這種情況下,無(wú)論是發(fā)達(dá)國(guó)家還是發(fā)展中國(guó)家,都毫無(wú)例外地承受著不斷加劇的城市交通問(wèn)題的困擾。尤其在我國(guó),由于我國(guó)人口基數(shù)大,城市規(guī)模發(fā)展迅速,迫切需要大量的準(zhǔn)確的交通流信息,我國(guó)面臨的問(wèn)題尤為嚴(yán)重。解決交通問(wèn)題的傳統(tǒng)辦法是修建和擴(kuò)建道路,提高網(wǎng)路的通行能力,但隨著人口的增長(zhǎng),特別是城市人口的急速增長(zhǎng),城市人均占有面積日益減少,可供修建道路的面積也越來(lái)越少,同時(shí)擴(kuò)大網(wǎng)路的速度也遠(yuǎn)遠(yuǎn)不能滿足交通需求增長(zhǎng)的速度。同時(shí)交通系統(tǒng)是一個(gè)十分復(fù)雜的綜合性十分強(qiáng)的系統(tǒng),單從某一方面考慮,都很難解決交通問(wèn)題。在這種復(fù)雜的背景下,怎樣高效的對(duì)交通進(jìn)行管理,就顯的十分重要,由此智能交通就成為研究的熱點(diǎn)問(wèn)題 [6], 使用科學(xué)的方法對(duì)現(xiàn)有的道路進(jìn)行管理，可以最大限度的挖掘道路的承載能力，在相當(dāng)大的程度上改善交通環(huán)境。此時(shí)智能交通系統(tǒng) ITS（Intelligent Transportation System）應(yīng)運(yùn)而生，它把車(chē)輛和道路綜合起來(lái)系統(tǒng)地解決交通問(wèn)題，從而極大地提高了現(xiàn)有道路的利用率。智能交通系統(tǒng)是各國(guó)交通領(lǐng)域競(jìng)相研究和開(kāi)發(fā)的熱點(diǎn),它將先進(jìn)的信息,電子通訊、自動(dòng)控制、計(jì)算機(jī)以及網(wǎng)絡(luò)等技術(shù)有效,綜合的運(yùn)用于整個(gè)交通運(yùn)輸管理體系中。從而建立起一種在大范圍內(nèi)全方位發(fā)揮作用的,實(shí)時(shí)、準(zhǔn)確、高效的交通運(yùn)輸綜合管理和控制系統(tǒng)。同時(shí)智能交通管理系統(tǒng)覆蓋范圍很廣,在交通系統(tǒng)管理方面包括:自適應(yīng)的交通信號(hào)、自動(dòng)事故檢測(cè)、電子收稅系統(tǒng)、電子警察等。在行人系統(tǒng)方面包括:行程規(guī)劃、乘車(chē)人信息、動(dòng)態(tài)路徑指導(dǎo)等。在與安全有關(guān)的管理系統(tǒng)方面包括:智能巡查控制、防撞等。在其他方面包括:救援管理等。ITS 強(qiáng)調(diào)的是系統(tǒng)性、實(shí)時(shí)性、信息交流的交互性以及服務(wù)的廣泛性。它是由若干子系統(tǒng)所組成的，通過(guò)系統(tǒng)集成將道路、駕駛員和車(chē)輛有機(jī)地結(jié)合在一起加強(qiáng)了三者之間的聯(lián)系。ITS 的系統(tǒng)組成大致分為先進(jìn)的交通管理系統(tǒng) ATMS(Advaneed Taffie Management System)、先進(jìn)的交通信息系統(tǒng) ATIS(Advaneed Traffie Information System)、先進(jìn)的公共交通系統(tǒng) APTS(Advaneed Publie Traffie System)、先進(jìn)的車(chē)輛控制系統(tǒng) AVCS(Advaneed Vehiele Control System)、先進(jìn)的車(chē)輛收費(fèi)系統(tǒng) AETCS(Advaneed Eleetronie Toll Colleetion System)、緊急事件管理與救援系統(tǒng)EAMSS(Emergent Affair Management and Succor System)。在這些系統(tǒng)中交通流信息的獲取是一個(gè)核心，交通流信息包括多個(gè)方面，比如車(chē)流量、車(chē)型、車(chē)速、車(chē)流密 西南交通大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 第 2 頁(yè)度以及道路占有率、排隊(duì)長(zhǎng)度等等 [1]。TIS 通過(guò)對(duì)道路交通流信息進(jìn)行實(shí)時(shí)檢測(cè)，了解道路交通的運(yùn)行情況，根據(jù)交通流的動(dòng)態(tài)變化，迅速做出交通誘導(dǎo)控制，減輕道路擁擠程度，減小車(chē)輛行車(chē)延誤，降低發(fā)生交通事故的概率，保證行車(chē)安全，并使交通設(shè)施得到充分利用，實(shí)現(xiàn)交通運(yùn)輸?shù)募s式發(fā)展，最終達(dá)到智能運(yùn)輸系統(tǒng)(ITS)的目的，使現(xiàn)有宏觀交通設(shè)施(道路、橋梁、隧道等) 具有更大的交通運(yùn)輸能力和更高的交通運(yùn)輸安全性。由此可見(jiàn)，道路交通流信息的實(shí)時(shí)采集與處理方法研究無(wú)論對(duì)城市的交通控制、交通管理、交通規(guī)劃、路網(wǎng)建設(shè)，還是對(duì)未來(lái)智能運(yùn)輸系統(tǒng)功能的實(shí)現(xiàn)都具有重要的理論意義和實(shí)用價(jià)值。由于 ITS 能夠顯著的緩解日趨緊張的交通擁阻,提高交通效率,越來(lái)越受有關(guān)部門(mén)的重視。作為 ITS 的基礎(chǔ)部分,車(chē)流量控制系統(tǒng)在 ITS 中占有很重要的地位。目前基于視頻的檢測(cè)法是最有前途的一種方法,它是通過(guò)圖像數(shù)字的方法獲得交通流量信息,主要有以下優(yōu)點(diǎn)：1. 能夠提供高質(zhì)量的圖像信息,能高效、準(zhǔn)確、安全可靠地完成道路交通的監(jiān)視和控制工作。2. 安裝視頻攝像機(jī)破壞性低、方便、經(jīng)濟(jì)?，F(xiàn)在我國(guó)許多城市已經(jīng)安裝了視頻攝像機(jī),用于交通監(jiān)視和控制。 3. 由計(jì)算機(jī)視覺(jué)得到的交通信息便于聯(lián)網(wǎng)工作,有利于實(shí)現(xiàn)道路交通網(wǎng)的監(jiān)視和控制。4. 隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)和圖像處理技術(shù)的發(fā)展,滿足了系統(tǒng)實(shí)時(shí)性、安全性和可靠性的要求。交通流量統(tǒng)計(jì)是合理建設(shè)和管理交通系統(tǒng)的依據(jù),通過(guò)對(duì)公路通行能力與公路交通量的適應(yīng)性分析,從而確定公路建設(shè)的合理規(guī)模,通過(guò)實(shí)時(shí)的車(chē)流量監(jiān)控?cái)?shù)據(jù),可以及時(shí)疏導(dǎo)交通。車(chē)輛檢測(cè)是一切公路交通管理的基礎(chǔ),它可以用于檢測(cè)公路主線車(chē)流量、車(chē)型、車(chē)速、占有率等交通數(shù)據(jù)，是控制公路的車(chē)流出入，確保道路安全暢通的重要手段。同時(shí)它也為交通管理統(tǒng)計(jì)有關(guān)數(shù)據(jù)，為管理者、決策者提供有效的數(shù)字依據(jù)。目前交通檢測(cè)廣泛應(yīng)用于交通疏導(dǎo)、道路資源配置、道路建設(shè)評(píng)估等領(lǐng)域。目前，交通流量檢測(cè)技術(shù)大致可分為三類(lèi) [2]:第一類(lèi)為基于壓電回路的永久埋入式系統(tǒng)，如環(huán)形地埋式線圈檢測(cè)，這類(lèi)系統(tǒng)雖然可靠，但費(fèi)用較高。因?yàn)樾鑼鞲衅饔谰眯月袢氲叵拢湓O(shè)立和維護(hù)都需挖掘路面，費(fèi)時(shí)費(fèi)力且影響交通。第二類(lèi)為近年來(lái)興起的懸掛式系統(tǒng)，如基于閉路電視、微波、雷達(dá)、紅外線或超聲波傳感器的檢測(cè)系統(tǒng)。比如超聲波檢測(cè)，容易受車(chē)輛遮擋和行人的影響，檢測(cè)的精度不高，檢測(cè)距離短。紅外線檢測(cè)受到車(chē)輛本身熱源的影響，抗噪聲的能力不強(qiáng)， 西南交通大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 第 3 頁(yè)檢測(cè)精度也不高。第三類(lèi)為基于圖像處理技術(shù)的交通流量視頻檢測(cè)系統(tǒng)。現(xiàn)在大部分基于視頻處理的車(chē)流檢測(cè)技術(shù)，也只能處理比較簡(jiǎn)單情況，如高速路上的車(chē)流量統(tǒng)計(jì)。工程中普遍使用的虛擬線圈的方法，也因?yàn)樘崛〉能?chē)輛運(yùn)動(dòng)狀態(tài)信息太少而解決不了人車(chē)分類(lèi)等關(guān)鍵問(wèn)題。而城市路口的交通情況非常復(fù)雜，如：車(chē)和行人構(gòu)成的混合交通流，大規(guī)模的遮擋，紅燈期間車(chē)輛停下變成背景，復(fù)雜天氣，晝夜變換等因素，這些都是一個(gè)實(shí)用的路口流量統(tǒng)計(jì)系統(tǒng)必須解決的問(wèn)題。完全基于視頻處理的、高效的路口車(chē)流量統(tǒng)計(jì)系統(tǒng)對(duì)我國(guó)城市交通的發(fā)展具有重要的意義。視頻交通流檢測(cè)系統(tǒng)是一種利用圖像處理技術(shù)實(shí)現(xiàn)對(duì)交通目標(biāo)檢測(cè)的計(jì)算機(jī)處理系統(tǒng)。視頻交通流量檢測(cè)系統(tǒng)利用圖像處理與識(shí)別技術(shù)，通過(guò)視頻信號(hào)檢測(cè)道路交通流量。利用視頻采集卡獲取視頻信號(hào)，由圖像處理設(shè)備將視頻信號(hào)轉(zhuǎn)換成數(shù)字圖像。通過(guò)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(chē)，超車(chē)等等)的實(shí)時(shí)檢測(cè)，實(shí)現(xiàn)自動(dòng)統(tǒng)計(jì)交通路段上行駛的機(jī)動(dòng)車(chē)的數(shù)量、計(jì)算行駛車(chē)輛的速度等各種有關(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)到的交通信息存儲(chǔ)起來(lái)，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)。目前在世界上主要形成了美國(guó)、日本、歐盟三大 ITS 研究基地，此外亞洲的韓國(guó)、新加坡和我國(guó)的香港特區(qū)發(fā)展水平較高。我國(guó)是世界上經(jīng)濟(jì)持續(xù)發(fā)展較快的發(fā)展中國(guó)家，隨著經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展和社會(huì)的不斷進(jìn)步，對(duì)智能交通系統(tǒng)的研究正在轟轟烈烈之時(shí)，很多專(zhuān)家和學(xué)者都投入了大量的精力、時(shí)間，大大推動(dòng)了我國(guó) ITS 的發(fā)展。隨著中國(guó)智能交通系統(tǒng)的發(fā)展，可以肯定的是基于計(jì)算機(jī)視覺(jué)和圖像處理技術(shù)的道路視頻監(jiān)測(cè)系統(tǒng)將在 ITS 中扮演著越來(lái)越重要的角色。因此，對(duì)相關(guān)問(wèn)題的研究具有很大的現(xiàn)實(shí)意義和應(yīng)用價(jià)值。 國(guó)內(nèi)外研究現(xiàn)狀智能交通系統(tǒng)已經(jīng)成為國(guó)內(nèi)外共同關(guān)注的熱點(diǎn)問(wèn)題,在國(guó)際上有許多研究機(jī)構(gòu)在鉆研著這個(gè)課題,也提出了許多解決方法和算法。人們?cè)?20 世紀(jì) 80 年代，就開(kāi)始了對(duì)交通車(chē)輛視頻檢測(cè)系統(tǒng)的研究。近年來(lái)，交通監(jiān)視控制系統(tǒng)越來(lái)越廣泛地采用計(jì)算機(jī)視覺(jué)和圖像處理技術(shù)。該研究涉及的領(lǐng)域也越來(lái)越多，其中包括有沒(méi)有車(chē)輛的到來(lái)、車(chē)流量的大小、車(chē)速的快慢、道路的占有率以及車(chē)牌的識(shí)別等，這些參數(shù)的分析涉及到運(yùn)動(dòng)目標(biāo)跟蹤、模式識(shí)別、網(wǎng)絡(luò)技術(shù)等領(lǐng)域。視頻檢測(cè)技術(shù)就是一種結(jié)合視頻圖像和電腦模式識(shí)別技術(shù)而應(yīng)用于交通領(lǐng)域的新興技術(shù)。 它通過(guò)視頻攝像機(jī)和計(jì)算機(jī)模仿人眼的功能，將連續(xù)的模擬圖像轉(zhuǎn)換成離散的數(shù)字圖像后，在成熟的物理模型和數(shù)學(xué)模型的基礎(chǔ)上編制軟件進(jìn)行分析處理，模擬各種其它形式的車(chē)輛檢測(cè)器獲取交通信息，為交通領(lǐng)域的多種實(shí)際應(yīng)用提供了工作平臺(tái)。目前這方面的難 西南交通大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 第 4 頁(yè)點(diǎn)很多，特別是視頻圖像處理和識(shí)別是相當(dāng)尖端的科技，世界各國(guó)的學(xué)者為此做了大量的工作，也取得了不少的成果。例如:[7]等提出處理樣本點(diǎn)的方法來(lái)檢測(cè)車(chē)輛 :在車(chē)道中取特定的樣本點(diǎn)，在樣本點(diǎn)上求取圖像幀差，通過(guò)樣本點(diǎn)的狀態(tài)來(lái)檢測(cè)車(chē)輛是否出現(xiàn)。然后通過(guò)確定樣本點(diǎn)在每個(gè)車(chē)道中的位置來(lái)進(jìn)行車(chē)輛計(jì)數(shù)。再測(cè)量每個(gè)車(chē)道中車(chē)輛第一次觸發(fā)和第二次觸發(fā)樣本點(diǎn)的相差時(shí)間，以及兩樣本點(diǎn)間的距離來(lái)求解車(chē)輛的速度。此方法應(yīng)用在東京大學(xué)開(kāi)發(fā)的交通監(jiān)控系統(tǒng)中，其車(chē)輛的計(jì)數(shù)誤差小于 5%，速度的誤差小于10%。[8]在檢測(cè)線上應(yīng)用圖像幀差的方法來(lái)檢測(cè)車(chē)輛:每個(gè)車(chē)道上設(shè)置平行于道路的一條檢測(cè)線，每條檢測(cè)線為 3 個(gè)像素寬，根據(jù)車(chē)輛沿車(chē)道線的長(zhǎng)度方向移動(dòng)狀況，分割出運(yùn)動(dòng)車(chē)輛，通過(guò)跟蹤這些分割出來(lái)的運(yùn)動(dòng)車(chē)輛，得到車(chē)輛計(jì)數(shù)、求解車(chē)輛速度。此方法應(yīng)用于瑞典皇家技術(shù)院開(kāi)發(fā)的道路交通監(jiān)視控制系統(tǒng)中，并取得了滿意的效果。Bristo1[9][10]大學(xué)先進(jìn)計(jì)算研究中心研究人員應(yīng)用圖像幀差的方法處理復(fù)雜路口上的多車(chē)道車(chē)輛統(tǒng)計(jì)、車(chē)速檢測(cè)和車(chē)輛跟蹤，即通過(guò)跟蹤圖像序列上分割出來(lái)的車(chē)輛運(yùn)動(dòng)區(qū)域來(lái)完成車(chē)輛的路徑、速度和進(jìn)/出點(diǎn)的監(jiān)視控制。研究人員提出了減少燈光變化對(duì)運(yùn)動(dòng)檢測(cè)的影響和確保運(yùn)動(dòng)檢測(cè)可靠的圖像幀差方法。車(chē)輛檢測(cè)算法具有較強(qiáng)的泛化能力，并可采用專(zhuān)用視覺(jué)傳輸硬件和可編程硬件來(lái)提高處理速度。 和 [11]提出了排隊(duì)狀態(tài)、排隊(duì)長(zhǎng)度、占有周期和占有率檢測(cè)方法。此方法在由輪廓圍成的小區(qū)域上應(yīng)用圖像幀差方法。每一個(gè)輪廓僅有一個(gè)像素寬并且沿車(chē)道的中心線延伸。排隊(duì)檢測(cè)時(shí)，首先確定輪廓區(qū)有沒(méi)有運(yùn)動(dòng)，然后基于邊緣的車(chē)輛檢測(cè)算法檢測(cè)車(chē)輛是否出現(xiàn)，如果車(chē)輛一旦出現(xiàn)且沒(méi)有運(yùn)動(dòng)，則可確定為排隊(duì)狀況，沿輪廓以一定的間隔來(lái)檢測(cè)車(chē)輛，得到用時(shí)間表示的排隊(duì)長(zhǎng)度函數(shù)關(guān)系式的值，即排隊(duì)長(zhǎng)度。占有周期和占有率同樣可根據(jù)排隊(duì)長(zhǎng)度表達(dá)式的值計(jì)算出來(lái)。NEWCAST 大學(xué)的 MGH 和運(yùn)輸工作研究小組提出了用多窗口技術(shù)來(lái)檢測(cè)二值圖像中的車(chē)輛。二值圖像由灰度直方圖分割產(chǎn)生，O 像素表示道路和陰影，1 像素表示出現(xiàn)的車(chē)輛，在車(chē)道的交通場(chǎng)景中設(shè)置上游和下游兩個(gè)窗口，兩個(gè)窗口的位置由操作員在圖像中簡(jiǎn)單地移動(dòng)光標(biāo)來(lái)確定，通過(guò)統(tǒng)計(jì)兩窗口的車(chē)輛運(yùn)動(dòng)規(guī)律來(lái)自動(dòng)計(jì)數(shù)車(chē)輛和檢測(cè)車(chē)輛的速度。此方法應(yīng)用在“用低價(jià)圖像處理進(jìn)行交通分析”系統(tǒng)中，車(chē)輛計(jì)數(shù)器精度為 95%，車(chē)輛平均速度檢測(cè)誤差為 5%至 10%。除此之外在此方面還有很多的研究成果,用于實(shí)際的車(chē)流量檢測(cè)系統(tǒng)中。 通過(guò)以上綜述可以看出:目前世界上基于視頻的車(chē)輛檢測(cè)技術(shù)算法主要是根據(jù)圖像的幀差法、背景差法、邊緣檢測(cè)法來(lái)檢測(cè)車(chē)輛信息，具體實(shí)現(xiàn)是在攝取的圖像中的車(chē)道上 西南交通大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 第 5 頁(yè)作標(biāo)記，根據(jù)標(biāo)記上的灰度值的改變來(lái)統(tǒng)計(jì)車(chē)輛信息。各國(guó)各個(gè)機(jī)構(gòu)都在努力通過(guò)各種途徑來(lái)解決基于視頻圖像處理的車(chē)輛檢測(cè)法中的各種問(wèn)題，但目前還沒(méi)有一個(gè)能普遍應(yīng)用、權(quán)威的算法。 本論文研究?jī)?nèi)容和方法 研究?jī)?nèi)容在對(duì)視頻圖像進(jìn)行分析研究中，車(chē)輛的實(shí)時(shí)檢測(cè)與分割是最基礎(chǔ)的部分，其他的功能都是建立在車(chē)輛檢測(cè)與分割算法的基礎(chǔ)上的。本設(shè)計(jì)是通過(guò)學(xué)習(xí)和總結(jié)前人經(jīng)驗(yàn)的基礎(chǔ)上完成的。本設(shè)計(jì)以實(shí)現(xiàn)計(jì)算視頻中的車(chē)流量為主要目的；以如何更新虛擬線、提取車(chē)輛信息為主要設(shè)計(jì)內(nèi)容。但是提取車(chē)輛信息是最