Đang tải... (xem toàn văn)
1. Lý do chọn đề tài Sự phát triển nhanh chóng của các thiết bị thu nhân ảnh hiện đại như máy ảnh số, máy quay số…, lượng thông tin dưới dạng hình ảnh do con người tiếp nhận và xử lý ngày càng lớn, để lượng thông tin này trở nên có ích hơn con người cần xử lý nó đó là lý do tạo điều kiện cho sự phát triển mạnh mẽ của các kỹ thuật xử lý hình ảnh. Thị giác máy tính là một trong những công nghệ được ứng dụng rộng rãi hiện nay trong nhiều lĩnh vực của đời sống xã hội, ngày nay công nghệ xử lý ảnh đã mang lại những tiến bộ vượt bậc như nhận dạng vân tay, nhận dạng khuôn mặt, nhận dạng đối tượng …v.v. Cùng trong bối cảnh đó, hệ thống camera giám sát giao thông ngày càng được sử dụng một cách rộng rãi với mục đích hỗ trợ các cơ quan chức năng quản lý, người tham gia giao thông trên các trục đường và điểm nút giao thông. Hiện nay tại TP Đà Nẵng dự án “Nâng cấp hệ thống tín hiệu và điều khiển giao thông TP Đà Nẵng” đã hoàn thành và đi vào hoạt động. Dự án có quy mô gồm Trung tâm điều hành giao thông, lắp đặt mới, nâng cấp hàng trăm nút tín hiệu giao thông, các camera quan sát tại các nút giao thông, lắp đặt hệ thống cáp quang ngầm nối trung tâm điều khiển với các nút tín hiệu giao thông. Hệ thống có những ưu điểm như có thể điều chỉnh vòng quay tín hiệu đèn xanhvàng đỏ theo thời gian ngắn, dài hoặc chỉ bật đèn vàng, tùy theo thực tế giao thông trên từng tuyến đường, từng nút giao thông và từng thời điểm trong ngày. Tuy nhiên việc điều khiển đèn phụ thuộc vào thực trạng giao thông trong từng thời điểm. Do vậy việc kết hợp hệ thống đèn tín hiệu giao thông và hệ thống camera quan sát nhằm ước lượng số lượng các phương tiện tham gia giao thông sẽ giải quyết tốt bài toán điều khiển đèn giao thông một cách thông minh và hiệu quả hiện nay tại Việt Nam và TP. Đà Nẵng. 2. Mục tiêu và nhiệm vụ nghiên cứu • Mục tiêu: nghiên cứu các thuật toán phát hiện, theo vết, phân loại đối tượng chuyển động trong các hình ảnh video. • Nhiệm vụ: xác định các phương tiện đang chuyển động tại điểm nút hoặc trên đường giao thông qua tín hiệu của camera giám sát từ đó tính toán lưu lượng các đối tượng phương tiện giao thông, làm cơ sở điều kiển đèn tín hiệu giao thông một cách thông minh. 3. Đối tượng và phạm vi nghiên cứu • Đối tượng nghiên cứu: dữ liệu các đoạn video được quay từ một camera tĩnh ghi lại với chuẩn AVI (Audio Video Interleave) và các phương pháp điểu khiển đèn tín hiệu giao thông. • Phạm vi nghiên cứu: liên quan đến lĩnh vực thị giác máy tính và sử dụng bộ công cụ lập trình Embarcadero RAD Studio XE8 tích hợp tiện ích xử lý ảnh VisionLab, VideoLab. 4. Phương pháp nghiên cứu Thu thập các tài liệu tổng quan về xử lý ảnh, xử lý video. Thu thập tài liệu, thông tin về các nội dung liên quan đến đề tài. Tìm hiểu Embarcadero RAD Studio XE8 và thành phần xử lý ảnh VisionLab, VideoLab lập trình xử lý ảnh; Tìm hiểu các phương pháp phát hiện đối tượng chuyển động; Tìm hiểu phương pháp dò vết đối tượng; Tìm hiểu phương pháp phân loại đối tượng; Tìm hiểu phương pháp điểu kiển đèn tín hiệu giao thông. 5. Dự kiến kết quả Nắm vững và cài đặt thành công các thuật toán: phát hiện chuyển động bằng phương pháp trừ nền, theo vết đối tượng, trên cơ sở đó xây dựng thành công chương trình tính toán lưu lượng các phương tiện tại các điểm nút giao thông nhằm điều chỉnh tín hiệu đèn giao thông một cách thông minh. 6. Ý nghĩa khoa học và thực tiễn của đồ án Ý nghĩa: Ứng dụng công nghệ xử lý ảnh và thị giác máy tính vào trong thực tế. Xác định chính xác lưu lượng phương tiện tại các điểm nút giao thông để điều kiển đèn tín hiệu giao thông. Tạo cơ sở nhằm nghiên cứu tiếp trong tương lai. Báo cáo được tổ chức thành 3 chương Chương 1: Tổng quan về thị giác máy tính. Trong chương này, tôi giới thiệu tổng quan về thị giác máy tính, xử lý ảnh số, xử lý video. Ngoài ra thì tôi giới thiệu thêm một số vấn đề cơ bản và ứng dụng của thị giác máy tính trong các lĩnh vực của khoa học và đời sống. Chương 2: Một số phương pháp phát hiện, theo vết các đối tượng chuyển động trong xử lý ảnh. Trong chương này tôi giới thiệu về một số phương pháp phát hiện, theo vết các đối tượng thông qua các dữ liệu video từ các công trình nghiên cứu khoa học trong nước và thế giới về vấn đề giải quyết các bài toán xử lý ảnh nhằm ứng dụng trong lĩnh vực giao thông, phân tích các ưu, nhược điểm của từng phương pháp để tìm cách cải tiến, phục vụ cho đề tài nghiên cứu của bản thân. Chương 3: Xây dựng ứng dụng ước lượng phương tiện tham gia giao thông và kết quả thực nghiệm. Chương này chủ yếu nói về vấn đề phân tích bài toán, hướng giải quyết bài toán ước lượng phương tiện tham gia giao thông. Đề xuất phương pháp được lựa chọn để giải quyết bài toán điều kiển giao thông kết hợp kết quả phân tích, xử lý hình ảnh giám sát giao thông. Sau đó tiến hành cài đặt chương trình thử nghiệm để kiểm tra phương pháp đề xuất, đồng thời rút ra được kinh nghiệm cho hướng phát triển sau này. Cuối cùng là kết luận và đề xuất một số hướng nghiên cứu tiếp tục trong thời gian đến.
TRƯỜNG ĐẠI HỌC DUY TÂN KHOA ĐIỆN – ĐIỆN TỬ NGUYỄN ĐĂNG TỒN BÀI TỐN PHÂN LUỒNG GIAO THƠNG VÀ THEO DÕI ĐỐI TƯỢNG TRONG ĐIỀU KHIỂN ĐÈN TÍN HIỆU GIAO THÔNG BẰNG CAMERA ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP CHUYÊN NGÀNH ĐIỆN TỰ ĐỘNG Đà Nẵng, 2022 TRƯỜNG ĐẠI HỌC DUY TÂN KHOA ĐIỆN – ĐIỆN TỬ ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP BÀI TỐN PHÂN LUỒNG GIAO THƠNG VÀ THEO DÕI ĐỐI TƯỢNG TRONG ĐIỀU KHIỂN ĐÈN TÍN HIỆU GIAO THƠNG BẰNG CAMERA CHUYÊN NGÀNH: ĐIỆN TỰ ĐỘNG GVHD : TS.TRẦN THUẬN HOÀNG SVTH : NGUYỄN ĐĂNG TOÀN LỚP : K23 EDT2 MSSV : 232117310 Niên khóa 2017-2022 LỜI CẢM ƠN Đồ án tốt nghiệp nhiệm vụ yêu cầu bắt buộc sinh viên phải thực trước tốt nghiệp, giúp cho sinh viên tổng kết kiến thức học suốt trình học tập, phần hỗ trợ cơng việc mà làm tương lai sau trường Đến nay, việc nghiên cứu thực đồ án em hoàn thành Trong suốt q trình nghiên cứu, ngồi nổ lực thân cịn có hướng dẫn tận tình T.S Trần Thuận Hoàng giảng viên khoa Điện – Điện tử, người chịu trách nhiệm hướng dẫn đề tài này, đem lại cho em nhiều kinh nghiệm kiến thức bổ ích mà em tin hành trang quý báu cho công việc tương lai sau em Mặc dù cố gắng tìm hiểu nghiên cứu kinh nghiệm kiến thức hạn chế nên khơng thể tránh khỏi thiếu sót Em mong nhận giúp đỡ thầy cô để em hồn thiện thân Em xin gửi lời cảm ơn chân thành đến quý Thầy Cơ Trường Đại Học Duy Tân tận tình dạy bảo, truyền đạt kiến thức cho em suốt q trình học Em kính gửi đến thầy Trần Thuận Hoàng lời cảm ơn chân thành sâu sắc nhất, cảm ơn thầy tận tình theo sát dẫn cho em trình thực đồ án Sự hướng dẫn, góp ý tận tình thầy nguồn động viên to lớn giúp em nhiều trình thực đề tài Sau cùng, em xin kính chúc q Thầy Cơ Khoa Điện - Điện Tử thật dồi sức khỏe để tiếp tục thực sứ mệnh cao đẹp truyền đạt kiến thức cho hệ mai sau Em xin chân thành cảm ơn! LỜI CAM ĐOAN Tôi xin cam đoan: Bản đồ án em hoàn thiện mức độ thực nghiệm hướng dẫn TS Trần Thuận Hoàng Và đạt số kết theo yêu cầu ban đầu đặt Em xin cam đoan kết em nghiên cứu thực nghiệm với anh chị hướng dẫn Trung Tâm Điện Điện tử (CEE), chưa công bố tài liệu Đà Nẵng, Ngày tháng 12 năm 2022 Giảng viên hướng dẫn Sinh viên thực Nguyễn Đăng Toàn MỤC LỤC MỞ ĐẦU 1 Lý chọn đề tài Mục tiêu nhiệm vụ nghiên cứu .1 Đối tượng phạm vi nghiên cứu .2 Phương pháp nghiên cứu .2 Dự kiến kết Ý nghĩa khoa học thực tiễn đồ án .2 CHƯƠNG TỔNG QUAN VỀ THỊ GIÁC MÁY TÍNH 1.1 Xử lý ảnh 1.1.1 Khái niệm xử lý ảnh 1.1.2 Tổng quan hệ thống xử lý ảnh 1.1.3 Các vấn đề xử lý ảnh .9 1.2 Video 10 1.2.1 Sơ lược Video 10 1.2.2 Các định dạng video 11 1.3 Các ứng dụng thị giác máy tính 14 1.3.1 Chuẩn đoán y khoa .14 1.3.2 Giám sát an ninh 15 1.3.3 Theo dõi giao thông 15 1.3.4 Robot 16 CHƯƠNG CÁC PHƯƠNG PHÁP PHÁT HIỆN, THEO VẾT VÀ PHÂN LOẠI ĐỐI TƯỢNG 18 2.1 Giới thiệu 18 2.2 Một số phương pháp phát đối tượng 19 2.2.1 Một số kỹ thuật trừ ảnh 19 2.2.2 Kỹ thuật trừ 20 2.3 Phương pháp phân loại đối tượng 24 2.3.1 Bài toán phân loại đối tượng .24 2.3.2 Một số vấn đề liên quan đến phân loại đối tượng 25 2.3.3 Phương pháp phân loại dựa chuyển động 27 2.4 Phương pháp theo vết đối tượng .28 2.4.1 Tổng quan theo vết đối tượng 28 2.4.2 Chính xác hoá đối tượng tương ứng - Object matching 29 2.4.3 Dự đoán chuyến động đối tượng 30 2.5 Kết luận 31 CHƯƠNG XÂY DỰNG ỨNG DỤNG ƯỚC LƯỢNG PHƯƠNG TIỆN ĐIỀU KIỂN ĐÈN TÍN HIỆU GIAO THÔNG 32 3.1 Giới thiệu toán 32 3.2 Hệ thống tín hiệu điều khiển giao thông 33 3.2.1 Cấu trúc hệ thống điều khiển giao thông .33 3.2.2 Thời lượng tín hiệu giao thơng .34 3.2.3 Một số đánh giá đề xuất: 34 3.3 Phương pháp giải vấn đề phát hiện, theo vết, phân loại phương tiện giao thông 35 3.3.1 Tách phần đường 35 3.3.2 Loại bỏ 36 3.3.3 Lọc nhiễu bọt 37 3.3.4 Tách đường viền 38 3.3.5 Gán nhãn đường viền 39 3.3.6 Lần vết, bám phương tiện .39 3.3.7 Phân loại phương tiện 40 3.4 Lưu đồ thuật toán 41 3.5 Mơ hình giám sát, ước lượng điều kiển 43 3.6 Kết thực nghiệm 43 3.7 Kết luận 46 KẾT LUẬN 48 Các kết đạt 48 Các hạn chế .48 TÀI LIỆU THAM KHẢO DANH MỤC HÌNH ẢNH Hình 1.1 Sơ đồ nhóm chức thị giác máy tính Hình 1.2 Sơ đồ hệ thống xử lý ảnh Hình 1.3 Sơ đồ cấu trúc hệ thống xử lý ảnh Hình 1.4 Định dạng FLV (Flash Video Format) 11 Hình 1.5 Định dang WMV 12 Hình 1.6 Định dạng MP4 phổ biến 13 Hình 1.7 Sơ đồ hoạt động Gamma Camera .15 Hình 1.8 Ứng dụng thị giác máy tính lĩnh vực An ninh 15 Hình 1.9 Dẫn hướng robot .17 Hình 2.1 Ảnh kết giai đoạn trừ 21 Hình 2.2 Các đường viển mục tiêu dụng cho việc trích rút đặc trưng chuyển động 27 Hình 3.1 Cấu trúc hệ thống đèn điều khiển 33 Hình 3.2 Kết việc loại bỏ 36 Hình 3.3 Ảnh đối tượng chuyển động chưa lọc nhiễu 37 Hình 3.4 Ảnh đối tượng chuyển động lọc nhiễu 38 Hình 3.5 Mơ hình hệ thống giám sát giao thơng camera .43 Hình 3.6 Kết thực nghiệm với đoạn video 43 Hình 3.7 Frame 58 ước lượng phương tiện di chuyển: đối tượng .44 Hình 3.8 Frame 71 ước lượng phương tiện di chuyển: đối tượng .44 Hình 3.9 Frame 87 ước lượng phương tiện di chuyển: đối tượng .45 Hình 3.10 Frame 97 ước lượng phương tiện di chuyển đối tượng 45 Hình 3.11 Frame 128 ước lượng phương tiện di chuyển đối tượng 45 Hình 3.12 Frame 137 ước lượng phương tiện di chuyển đối tượng (trường hợp có 01 đối tượng di chuyển chớm vào khung hình) .45 Hình 3.13 Frame 140 ước lượng phương tiện di chuyển đối tượng (trường hợp có 02 đối tượng di chuyển chớm vào khung hình) .46 Hình 3.14 Frame 244 ước lượng phương tiện di chuyển đối tượng 46 Hình 3.15 Frame 255 ước lượng phương tiện di chuyển đối tượng 46 DANH MỤC BẢNG BIỂU Bảng 3.1 Phân tích kết khung hình đoạn Video 44 MỞ ĐẦU Lý chọn đề tài Sự phát triển nhanh chóng thiết bị thu nhân ảnh đại máy ảnh số, máy quay số…, lượng thông tin dạng hình ảnh người tiếp nhận xử lý ngày lớn, để lượng thông tin trở nên có ích người cần xử lý lý tạo điều kiện cho phát triển mạnh mẽ kỹ thuật xử lý hình ảnh Thị giác máy tính công nghệ ứng dụng rộng rãi nhiều lĩnh vực đời sống xã hội, ngày công nghệ xử lý ảnh mang lại tiến vượt bậc nhận dạng vân tay, nhận dạng khuôn mặt, nhận dạng đối tượng …v.v Cùng bối cảnh đó, hệ thống camera giám sát giao thơng ngày sử dụng cách rộng rãi với mục đích hỗ trợ quan chức quản lý, người tham gia giao thông trục đường điểm nút giao thông Hiện TP Đà Nẵng dự án “Nâng cấp hệ thống tín hiệu điều khiển giao thơng TP Đà Nẵng” hồn thành vào hoạt động Dự án có quy mơ gồm Trung tâm điều hành giao thông, lắp đặt mới, nâng cấp hàng trăm nút tín hiệu giao thơng, camera quan sát nút giao thông, lắp đặt hệ thống cáp quang ngầm nối trung tâm điều khiển với nút tín hiệu giao thơng Hệ thống có ưu điểm điều chỉnh vịng quay tín hiệu đèn xanh-vàng- đỏ theo thời gian ngắn, dài bật đèn vàng, tùy theo thực tế giao thông tuyến đường, nút giao thông thời điểm ngày Tuy nhiên việc điều khiển đèn phụ thuộc vào thực trạng giao thông thời điểm Do việc kết hợp hệ thống đèn tín hiệu giao thơng hệ thống camera quan sát nhằm ước lượng số lượng phương tiện tham gia giao thơng giải tốt tốn điều khiển đèn giao thông cách thông minh hiệu Việt Nam TP Đà Nẵng Mục tiêu nhiệm vụ nghiên cứu Mục tiêu: nghiên cứu thuật toán phát hiện, theo vết, phân loại đối tượng chuyển động hình ảnh video