關(guān)鍵詞：智能交通系統(tǒng)；動(dòng)態(tài)背景刷新；圖像處理 中圖分類(lèi)號(hào)：TP274 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A Improved Traffic Flow Measuring System Based on Video LUO Xin, ZHU Qing-xing (Computer Science College, University of Electronic Science and Technology, Chengdu 610054,China) Abstract: With the rapid development of the modern economy, the research and realization of the intelligent traffic system is becoming more and more important. The technology of the detection of the vehicles is the key to the series of technologies for the intelligent traffic system. The research on the technology for the detection of the vehicles based on image processing is just the hot of the field. Based on image processing, we developed the system which detected the vehicle on the detected line by the value of RGB color, in order to realize the count of vehicles. Installation of the system is very simple, maintenance of the system is easy and the cost of the system is also low. The recognition rate of the system can reach over 95%. Key words: Intelligent traffic system; Dynamic background refresh; Image processing 1 引言 隨著現(xiàn)代經(jīng)濟(jì)的高速發(fā)展，交通運(yùn)輸?shù)谋Ｕ暇惋@得尤其重要，對(duì)交通管理的要求也越來(lái)越高，將計(jì)算機(jī)科學(xué)與通信等高新技術(shù)運(yùn)用于交通監(jiān)控管理與車(chē)輛控制的智能交通系統(tǒng)ITS(Intelligent traffic system，ITS)也隨之應(yīng)運(yùn)而生。實(shí)時(shí)獲取交通車(chē)流量的車(chē)輛檢測(cè)技術(shù)是ITS的基礎(chǔ)。 目前，實(shí)時(shí)交通流量車(chē)輛檢測(cè)技術(shù)可分為三類(lèi)。第一類(lèi)為基于壓電回路的永久埋入式系統(tǒng)，這類(lèi)系統(tǒng)雖然可靠，但費(fèi)用較高。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監(jiān)測(cè)系統(tǒng)。第三類(lèi)為基于圖像處理技術(shù)的交通流量車(chē)輛檢測(cè)系統(tǒng)。采用圖像處理技術(shù)車(chē)輛檢測(cè)方法具有明顯的優(yōu)越性：檢測(cè)的覆蓋范圍大，檢測(cè)的參數(shù)多；安裝簡(jiǎn)單，維護(hù)方便，不破壞路面，工程造價(jià)低；適用面廣，可適用于路段、交叉路口等；可以適應(yīng)多種氣候條件等。因此，基于視頻圖像處理技術(shù)的交通流量車(chē)輛檢測(cè)技術(shù)已成為人們研究的熱點(diǎn)。 我們開(kāi)發(fā)的這套系統(tǒng)基于視頻圖像處理技術(shù)中的檢測(cè)區(qū)域思想、色差算法以及動(dòng)態(tài)背景刷新策略，系統(tǒng)識(shí)別率達(dá)95％以上。 2 系統(tǒng)設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn) 系統(tǒng)利用攝像機(jī)按PAL制式把道路車(chē)流行駛情況拍攝下來(lái)，并傳輸至計(jì)算機(jī)，利用計(jì)算機(jī)進(jìn)行實(shí)時(shí)處理。采用PAL制式視頻流和檢測(cè)線技術(shù)來(lái)統(tǒng)計(jì)車(chē)流量會(huì)不會(huì)因?yàn)檐?chē)速太快而導(dǎo)致車(chē)輛通過(guò)檢測(cè)線時(shí)車(chē)輛與檢測(cè)線相交的圖片沒(méi)有被采集到呢?如果發(fā)生這種情況，就會(huì)出現(xiàn)有車(chē)輛被漏識(shí)的情況，那么系統(tǒng)還得提高拍攝速度。采用PAL制式每秒鐘可拍攝25幀，也就是說(shuō)兩幀間隔時(shí)間為t=1/25s(秒)，我們可假設(shè)車(chē)輛最短車(chē)長(zhǎng)為d=3m(米)，最大車(chē)速v：180km/h(公里/小時(shí))。則車(chē)輛在t時(shí)間內(nèi)行駛的距離為s=180*1000/60/60*(1/25)=2(米) 第一步：在所拍圖片序列中設(shè)定主檢測(cè)線和輔助檢測(cè)線。在視頻圖片中的每條車(chē)道上設(shè)置兩條線段，靠近道路前方的一條線段稱(chēng)為主檢測(cè)線，另一條稱(chēng)為輔助檢測(cè)線。通過(guò)后面介紹的方法相應(yīng)地確定兩塊獨(dú)立的檢測(cè)線區(qū)域。 第二步：生成背景；第一種方法，抽取檢測(cè)線區(qū)域附近沒(méi)有車(chē)輛的圖片，認(rèn)定為最初的背景。第二種方法，根據(jù)后面介紹的生成背景算法自動(dòng)生成背景。 第三步：隨著圖片序列的不斷更新，動(dòng)態(tài)地刷新檢測(cè)線區(qū)域的背景，不斷取得檢測(cè)線區(qū)域附近的前景與背景比較，判斷檢測(cè)車(chē)輛，實(shí)現(xiàn)車(chē)流量統(tǒng)計(jì)。 2．2 車(chē)流量統(tǒng)計(jì)原理 利用后面講述的車(chē)輛檢測(cè)算法進(jìn)行流量統(tǒng)計(jì)。當(dāng)檢測(cè)線區(qū)域的內(nèi)容被認(rèn)定為背景時(shí)，主檢測(cè)線的顏色設(shè)定為白色，當(dāng)檢測(cè)線區(qū)域的內(nèi)容被認(rèn)定為車(chē)輛時(shí)，主檢測(cè)線的顏色設(shè)定為紅色。當(dāng)主檢測(cè)線顏色由白變紅時(shí)，說(shuō)明本車(chē)道檢測(cè)區(qū)域來(lái)了一輛車(chē)，本車(chē)道車(chē)流量計(jì)數(shù)器加1。其它主檢測(cè)線顏色變化情況，計(jì)數(shù)器不變。 2．3 車(chē)輛檢測(cè)算法實(shí)現(xiàn)原理 2．3．1 基本思想 在視頻圖片中的每條車(chē)道上設(shè)置兩條檢測(cè)線段，通過(guò)下面介紹的方法相應(yīng)地確定兩塊獨(dú)立的檢測(cè)區(qū)域。利用下面介紹的動(dòng)態(tài)背景刷新策略確定的檢測(cè)區(qū)域的背景RGB顏色值與當(dāng)前圖片中檢測(cè)區(qū)域的前景ROB顏色值的變化量來(lái)確定檢測(cè)區(qū)域附近有無(wú)車(chē)輛通過(guò)。 2．3．2 設(shè)定檢測(cè)區(qū)域 設(shè)置檢測(cè)線時(shí)應(yīng)遵循以下三條原則：①檢測(cè)線一定要設(shè)定在車(chē)道內(nèi)，線段寬度應(yīng)與公路車(chē)道寬度基本一致，②線段方向應(yīng)與車(chē)道方向基本一致，③輔助檢測(cè)線應(yīng)與主檢測(cè)線平行，與主檢測(cè)線的距離略大于車(chē)身后玻璃的寬度。 單靠一條檢測(cè)線段來(lái)作為檢測(cè)區(qū)域，車(chē)輛誤識(shí)率還比較高。經(jīng)過(guò)我們的試驗(yàn)，我們發(fā)現(xiàn)，以檢測(cè)線為基礎(chǔ)，再自動(dòng)把靠近檢測(cè)線與檢測(cè)線只有一個(gè)象素距離的所有象素也當(dāng)作比較區(qū)域，效果要好得多。我們把這樣得到的檢測(cè)區(qū)域稱(chēng)為檢測(cè)線區(qū)域，為區(qū)分兩塊獨(dú)立的檢測(cè)線區(qū)域，我們把由主檢測(cè)線確定的檢測(cè)區(qū)域稱(chēng)為主檢測(cè)線區(qū)域，由輔助檢測(cè)線確定的檢測(cè)區(qū)域稱(chēng)為輔助檢測(cè)線區(qū)域。 2．3．3 生成背景 如攝像機(jī)位置保持不變，則所拍攝到的背景圖像基本保持不變。假設(shè)對(duì)于一個(gè)圖像序列，在時(shí)間軸上提取某個(gè)圖像位置上的像素，得到一個(gè)關(guān)于時(shí) 我們的車(chē)輛檢測(cè)算法可以利用這個(gè)原理來(lái)自動(dòng)生成檢測(cè)線區(qū)域最初的背景。 2．3．4 動(dòng)態(tài)背景刷新 對(duì)于自適應(yīng)的車(chē)輛檢測(cè)算法來(lái)說(shuō)，檢測(cè)線區(qū)域的背景需要根據(jù)實(shí)際情況動(dòng)態(tài)刷新。實(shí)際背景路面顏色值一般都會(huì)發(fā)生變化，若采用固定的背景進(jìn)行車(chē)輛檢測(cè)，一旦實(shí)際背景與固定背景的差別過(guò)大，則無(wú)論在檢測(cè)線區(qū)域采到的是背景還是車(chē)輛，都與固定背景的差別超過(guò)閥值，也就都被識(shí)別成車(chē)輛。這樣，就會(huì)降低系統(tǒng)的識(shí)別成功率，因此，必須實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)的動(dòng)態(tài)背景刷新，以反映真實(shí)的背景變化。 背景變化一般存在兩種：緩慢變化(如太陽(yáng)光線強(qiáng)度由強(qiáng)到弱等)與突然變化(如灑水車(chē)通過(guò)在道路上留下一片水漬等)。本系統(tǒng)采取的策略是：當(dāng)檢測(cè)線區(qū)域中連續(xù)10幀圖片的內(nèi)容都被確定為不是車(chē)輛時(shí)，則取其中色差值最小的那一幀圖片中的檢測(cè)線區(qū)域的當(dāng)前RGB顏色值作為最新的檢測(cè)線區(qū)域上的待比較的背景顏色值；當(dāng)檢測(cè)線區(qū)域中連續(xù)200幀圖片的內(nèi)容都被確定為車(chē)輛時(shí)，則可認(rèn)為此時(shí)背景發(fā)生了突變，取當(dāng)前幀中的檢測(cè)線區(qū)域的 RGB顏色值作為最新的檢測(cè)線區(qū)域上的待比較的背景顏色值。 在實(shí)驗(yàn)中，我們還發(fā)現(xiàn)：系統(tǒng)在拍攝視頻流時(shí)，由于光線交叉反射的原因，并不能保證所得到的圖片序列會(huì)保持同一種亮度。這也會(huì)導(dǎo)致系統(tǒng)誤識(shí)。為了解決這一問(wèn)題，系統(tǒng)假設(shè)視頻流中總有一小塊區(qū)域圖像內(nèi)容不會(huì)發(fā)生改變，亦即是說(shuō)，總會(huì)有一小塊區(qū)域只有背景，沒(méi)有在運(yùn)動(dòng)的車(chē)輛。只要適當(dāng)調(diào)整攝像頭位置，這個(gè)假設(shè)總可以變成現(xiàn)實(shí)。系統(tǒng)依據(jù)這一原理，對(duì)動(dòng)態(tài)生成的背景還要進(jìn)行調(diào)整。 實(shí)驗(yàn)證明，這種背景刷新策略和背景更正算法是非常有效的。 2．3．5 車(chē)輛檢測(cè)RGB色差算法。 利用當(dāng)前幀中主檢測(cè)線區(qū)域的RGB顏色值與用前面的動(dòng)態(tài)背景刷新策略生成的背景中相應(yīng)位置的RGB值進(jìn)行比較，得到的色差總值如為C，若 僅采用主檢測(cè)線區(qū)域來(lái)判斷有無(wú)車(chē)輛還有不足之處：車(chē)身后部的玻璃容易被誤識(shí)為背景，而增加一次計(jì)數(shù)，為了消除這種誤識(shí)現(xiàn)象，我們?cè)黾恿说诙€(gè)檢測(cè)線區(qū)域：輔助檢測(cè)線區(qū)域(判斷輔助檢測(cè)線區(qū)域有無(wú)車(chē)輛仍然采用前面介紹的算法)。在設(shè)置輔助檢測(cè)線時(shí)，應(yīng)堅(jiān)持一條原則：輔助檢測(cè)線與主檢測(cè)線的距離在圖片中應(yīng)略大于車(chē)身后玻璃的寬度。因此，改進(jìn)后的車(chē)輛識(shí)別算法思想為：同時(shí)檢測(cè)主檢測(cè)線區(qū)域和輔助檢測(cè)線區(qū)域，當(dāng)它們的色差值都大于色差閥值C。時(shí)，則認(rèn)定當(dāng)前檢測(cè)線區(qū)域有車(chē)輛通過(guò)。反之，則沒(méi)有車(chē)輛通過(guò)。通過(guò)這一改進(jìn)，可以很好地解決車(chē)窗后玻璃的誤識(shí)問(wèn)題。 2．4 車(chē)長(zhǎng)和車(chē)速的測(cè)定 根據(jù)智能交通管理系統(tǒng)的需要，本系統(tǒng)還可大致估計(jì)車(chē)身長(zhǎng)度和車(chē)輛運(yùn)行速度等參數(shù)。 本系統(tǒng)經(jīng)過(guò)大量的實(shí)驗(yàn)，其識(shí)別正確率可達(dá)到95％以上。下面是一組實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)。 3 結(jié)束語(yǔ) 本系統(tǒng)與以前的同類(lèi)系統(tǒng)相比對(duì)檢測(cè)區(qū)域進(jìn)行了改進(jìn)，用兩條有一定間距的平行線作為兩個(gè)相對(duì)獨(dú)立的檢測(cè)區(qū)域同時(shí)測(cè)算，去除了車(chē)窗玻璃的誤識(shí)情況，并對(duì)色差閥值與車(chē)道寬度的比例作出了認(rèn)定，而且對(duì)動(dòng)態(tài)背景刷新策略作出了較好的改進(jìn)。本系統(tǒng)仍然有待進(jìn)一步改進(jìn)。我們以后的工作準(zhǔn)備從以下兩個(gè)方面著手： 1)如何去除車(chē)輛陰影的誤識(shí)?受天氣影響，當(dāng)某車(chē)道有車(chē)經(jīng)過(guò)時(shí)，可能會(huì)給鄰近車(chē)道投下陰影，從而造成鄰近車(chē)道車(chē)輛的誤識(shí)。 2)車(chē)長(zhǎng)和車(chē)速參數(shù)算法思想的進(jìn)一步改進(jìn)。前面提到的算法只是一個(gè)估計(jì)值，并不十分準(zhǔn)確。因?yàn)椴⒉荒鼙ＷC車(chē)輛撞擊主檢測(cè)線和輔助檢測(cè)線時(shí)是車(chē)身的同一個(gè)位置。 參考文獻(xiàn) [1] 郭蘭英．鎖相技術(shù)的環(huán)形線圈車(chē)輛檢測(cè)器的研究[J]．西安交通大學(xué)學(xué)報(bào)，1998，18(3)：110～112．<