Chuyên đề tốt nghiệp Camera giao thông

Xây d ng ch ng trình x lý hình nh Camera Client ..... Xây d ng ch ng trình x lý trung tâm Server .... Xây d ng ch ng trình dành cho ng i qu n tr Manager Client .... Danh sách các tác nhâ

Sau 4 n m theo h c t i tr ng, đây là kho ng th i gian quan tr ng đ chúng

em hoàn thi n ki n th c c ng nh ti p xúc d n v i th c t bên ngoài, sau 4 tháng

th c hi n đ tài Camera Giao Thông đã giúp chúng em r t nhi u đ chúng em có thêm kinh nghi m th c t Trong quá trình th c hi n đ tài này chúng em g p r t nhi u khó kh n, b ng N u không có s giúp đ c a b n bè và th y cô thì chúng

em khó có th hoàn thành đ tài này

Tr c tiên chúng em mu n g i l i c m n đ n th y Lê Xuân Tr ng ng i

tr c ti p h ng d n chúng em th c hi n đ tài này Nh ng h ng d n và ý ki n đóng góp c a th y là vô cùng h u ích giúp chúng em hi u r đ tài c ng nh hoàn thi n các khuy t đi m

Chúng em c m n các b n trong tr ng H M TPHCM đã đóng góp nh ng ý

ki n và cung c p nh ng tr i nghi m th c t đ chúng em hoàn thi n đ tài

Và cu i cùng chúng em xin c m n khoa CNTT đã t o đi u ki n cho chúng em

th c hi n đ tài này

M C L C

M C L C i

DANH M C CÁC THU T NG TI NG ANH VÀ CH VI T T T v

DANH M C CÁC HÌNH vi

DANH M C CÁC B NG x

TÓM T T 1

Ch ng 1 T NG QUAN 2

1.1 Gi i thi u 2

1.2 M c đích nghiên c u và ph ng pháp nghiên c u 2

1.2.1 M c đích – tính c p thi t c a đ tài 2

1.2.2 Ph ng pháp nghiên c u 3

1.2.3 K t qu 3

1.3 óng góp khoa h c c a đ tài 4

1.4 B c c báo cáo 4

Ch ng 2 C S LÝ THUY T 6

2.1 Mô hình Client - Server và b giao th c TCP/IP 6

2.1.1 Mô hình Client - Server 6

2.1.2 Giao th c TCP/IP 6

2.1.2.1 Giao th c TCP 7

2.1.2.2 Giao th c IP 7

2.2 X lý hình nh 7

2.2.1 Mô hình ho t đ ng 8

2.2.2 Cách th c x lý 8

2.2.2.1 Phân tích nh 8

2.2.2.2 Phát hi n chuy n đ ng 8

2.2.2.3 X lý chuy n đ ng 9

2.2.3 Chi ti t cách th c x lý 10

2.2.3.1 Phát hi n chuy n đ ng 10

2.2.3.1.1 nh đa m c xám: 10

2.2.3.1.2 C p nh t nh n n: 11

2.2.3.1.3 Phân ng ng: 15

2.2.3.1.4 B l c Erosion: 17

2.2.3.1.5 B l c Dilation: 19

2.2.3.1.6 Vùng chuy n đ ng 22

2.2.3.1.7 M c đ chuy n đ ng 24

2.2.3.2 X lý chuy n đ ng 25

2.2.3.2.1 Tính liên k t đi m nh (Pixel connectivity) 25

2.2.3.2.2 ánh d u các thành ph n k t n i 27

2.2.3.2.3 Theo v t đ i t ng đang di chuy n 28

Ch ng 3 HI N TH C H TH NG 30

3.1 S l c h th ng 30

3.1.1 Mô hình ho t đ ng 30

3.1.2 S l c các ch c n ng 31

3.2 Xây d ng ch ng trình x lý hình nh (Camera Client) 32

3.2.1 Mô hình ho t đ ng 32

3.2.2 Cách th c x lý 33

3.2.3 L p đ t Camera 41

3.3 Xây d ng ch ng trình x lý trung tâm (Server) 42

3.3.1 Mô hình ho t đ ng 42

3.3.2 Cách th c x lý 43

3.3.3 Cách th c g i nh n 44

3.4 Xây d ng ch ng trình b n đ ( Map Client) 44

3.4.1 Mô hình ho t đ ng 44

3.4.2 Cách th c x lý 45

3.4.3 Thu t toán v đ ng 46

3.4.3.1 Thu t toán 8 h ng phân ly 46

3.4.3.2 Thu t toán c p nh t vùng gi i h n và v theo 2 h ng 47

3.5 Xây d ng ch ng trình b n đ trên di đ ng (J2ME Map Client) 48

3.5.1 Mô hình ho t đ ng 48

3.5.2 Cách th c x lý 48

3.6 Xây d ng ch ng trình dành cho ng i qu n tr (Manager Client) 49

3.6.1 Mô hình ho t đ ng 49

3.6.2 Cách th c x lý 49

3.7 C s d li u 51

3.7.1 Mô hình truy n thông 51

3.7.1.1 Danh sách các tác nhân 52

3.7.1.2 Danh sách dòng thông tin 52

3.7.2 Mô hình ý ni m d li u 54

3.7.2.1 Danh sách th c th 55

3.7.2.2 Danh sách các k t h p 55

3.7.2.3 Các liên k t c a k t h p 55

3.7.2.4 Danh sách các thông tin 56

3.7.3 Mô hình v t lý d li u 58

3.7.3.1 Danh sách b ng 59

3.7.3.1.1 B ng Camera 59

3.7.3.1.2 B ng Camera Ke 60

3.7.3.1.3 B ng Duong 60

3.7.3.1.4 B ng Tinh Trang 60

3.7.3.1.5 B ng Vi Tri 61

3.7.3.1.6 B ng ViTri_Duong 61

3.7.3.1.7 B ng ViTri_TinhTrang 61

3.7.3.2 Danh sách tham chi u 62

Ch ng 4 K T QU T C 63

4.1 Ho t đ ng c a h th ng 63

4.2 K t qu th c nghi m 67

Ch ng 5 K T LU N 68

5.1 K t qu đ t đ c 68

5.2 Ki n ngh 68

TÀI LI U THAM KH O 69

DANH M C CÁC THU T NG TI NG ANH VÀ CH VI T T T

Framework M t th vi n l p trình

Computer Vision Th giác máy tính

Artificial Intelligence Trí tu nhân t o

Camera Thi t b đi n t thu hình nh

DANH M C CÁC HÌNH

Hình 2.1 Mô hình TCP/IP 6

Hình 2.2 Mô hình ho t đ ng camera Client 8

Hình 2.3 nh l y t camera 11

Hình 2.4 nh sau khi chuy n thành đa m c xám 11

Hình 2.5 nh đ u tiên trong dãy nh l y làm nh n n 13

Hình 2.6 nh n n sau khi chuy n thành đa m c xám 13

Hình 2.7 nh hi n t i trong dãy nh 14

Hình 2.8 nh n n đã c p nh t l i theo nh hi n t i 14

Hình 2.9 Phân ng ng 15

Hình 2.10 Bi u đ phân ng ng 15

Hình 2.11 nh chuy n thành đa m c xám 16

Hình 2.12 nh sau khi chuy n thành nh nh phân 17

Hình 2.13 Ph n t c u trúc d ng hình vuông 3x3 17

Hình 2.14 Tác đ ng c a Erosion theo c u trúc ph n t d ng hình vuông 3x3 18

Hình 2.15 : B l c erosion v i ô ch a ch m đen t ng tr ng đi m nh tr ng 18

Hình 2.16 nh sau khi chuy n thành nh nh phân 19

Hình 2.17 nh sau khi áp d ng b l c Erosion 19

Hình 2.18 Tác đ ng c a Dilation theo c u trúc ph n t d ng hình vuông 3x3 20

Hình 2.20 nh sau khi áp d ng b l c Erosion 21

Hình 2.21 nh sau khi áp d ng b l c Dilation 22

Hình 2.22 V vùng chuy n đ ng màu xanh trong nh 23

Hình 2.23 nh đ c x lý qua b l c Dilation 23

Hình 2.24 nh Zone Frame ch a vùng chuy n đ ng 24

Hình 2.25 nh k t qu r t chính xác có 3 đ i t ng đ c phát hi n 24

Hình 2.26 K t n i 4 h ng 25

Hình 2.27 K t n i 8 h ng 26

Hình 2.28 Hai thành ph n k t n i d a trên k t n i 4 h ng 27

Hình 2.29 ánh d u các thành ph n k t n i 27

Hình 2.30 nh sau khi s d ng thuât gi i đánh d u các thành ph n k t n i 28

Hình 3.1 Mô hình ho t đ ng chung 30

Hình 3.2 L u đ ho t đ ng chung 31

Hình 3.3: Mô hình ho t đ ng camera client 33

Hình 3.4: nh th 95 trong dãy nh 34

Hình 3.5: nh th 95 sau khi chuy n thành đa m c xám 34

Hình 3.6: Ch n nh đ u tiên trong dãy nh làm nh n n 35

Hình 3.7: nh hi n t i là nh th 95 trong dãy nh 35

Hình 3.8: nh n n sau khi c p nh t theo nh hi n t i th 95 36

Hình 3.9: nh th 95 trong dãy nh 36

Hình 3.10: nh th 95 trong dãy nh sau khi chuy n thành nh nh phân 37

Hình 3.11: nh nh phân sau khi áp d ng phân ng ng 37

Hình 3.12: nh sau khi áp d ng b l c Erosion 38

Hình 3.13: nh sau khi áp d ng b l c Dilation 38

Hình 3.14: nh sau khi qua b l c Erosion và Dilation 39

Hình 3.15: Vùng chuy n đ ng trên nh 39

Hình 3.16: Sau khi áp d ng vùng chuy n đ ng ta có các đ i t ng chính xác 40

Hình 3.17: Sau khi tách t ng đ i t ng áp d ng ánh u Thành Ph n K t N i 40

Hình 3.18: Thông tin theo v t c a hai đ i t ng trong phim 41

Hình 3.19: Ng ng c a m t camera l p đ t t i Xa l Hà N i trong gi cao đi m 41

Hình 3.20 Cách l p đ t Camera 42

Hình 3.21 Mô hình ho t đ ng Server 42

Hình 3.22 L u đ t ch c x lý các k t n i t i Server 43

Hình 3.23 T ch c ho t đ ng c a b n đ 44

Hình 3.24 Mô hình ho t đ ng Map Client 45

Hình 3.25 H t a đ 46

Hình 3.26 Minh h a thu t toán 8 h ng phân ly v i ma tr n 47

Hình 3.27 Minh h a thu t toán v theo 2 h ng v i ma tr n 47

Hình 3.28 Mô hình ho t đ ng J2ME Map Client 48

Hình 3.29 T ch c ho t đ ng c a ng d ng ng i qu n tr 49

Hình 3.30 Mô hình ho t đ ng c a ng d ng ng i qu n tr 50

Hình 3.31 Mô hình truy n thông 51

Hình 3.32 Mô hình ý ni m d li u 54

Hình 3.33 Mô hình v t lý d li u 58

Hình 4.1 Kh i đ ng Server 63

Hình 4.2 Ho t đ ng c a Camera Client 63

Hình 4.3 Ho t đ ng c a Windows Map Client 64

Hình 4.4 Ho t đ ng c a J2ME Map Client 64

Hình 4.5 Ho t đ ng c a Windows Map Client khi thay đ i tình tr ng 65

Hình 4.6 Ho t đ ng c a J2ME Map Client khi thay đ i tình tr ng 65

Hình 4.7 Giao di n form qu n lý k t n i c a ng d ng 66

DANH M C CÁC B NG

B ng 3.1 B ng chuy n đ i giá tr ng ng 41

B ng 3.2 B ng chuy n đ i giá tr 46

B ng 3.3 B ng tác nhân 52

B ng 3.4 B ng dòng thông tin 52

B ng 3.5 B ng th c th 55

B ng 3.6 B ng k t h p 55

B ng 3.7 B ng liên k t c a k t h p 55

B ng 3.8 B ng thông tin 56

B ng 3.9 Danh sách b ng 59

B ng 3.10 B ng camera 59

B ng 3.11 B ng camera k 60

B ng 3.12 B ng đ ng 60

B ng 3.13 B ng tình tr ng 60

B ng 3.14 B ng v trí 61

B ng 3.15 B ng v trí- đ ng 61

B ng 3.17 B ng tham chi u 62

B ng 4.1 K t qu t Video quay lúc 17:58 30/05/2011 xe thông thoáng 67

B ng 4.2 K t qu t Video quay lúc 18:30 09/04/2011 xe thông thoáng ho c ít 67

B ng 4.3 K t qu t Video quay lúc 12:05 24/12/2010 xe thông thoáng và đông 67

B ng 4.4 K t qu t Video quay lúc 16:15 09/04/2011 xe thông thoáng 67

B ng 4.5 K t qu t Video quay lúc 18:12 30/05/2011 xe thông thoáng và đông 67

B ng 4.6 K t qu t Video quay lúc 13:19 28/05/2011 xe thông thoáng 67

B ng 4.7 K t qu t Video quay lúc 17:19 17/07/2011 k t xe 67

TÓM T T

C ng nh nh ng qu c gia đang phát tri n khác, bên c nh nh ng b c phát tri n

v t b c v nhi u m t, đ t n c ta đang ph i đ i m t v i nhi u v n đ mang tính c p thi t c n ph i gi i quy t N n k t xe đ c xem là m t trong s đó Trong nhi u n m qua n n k t xe v n đang di n ra theo chi u h ng gia t ng và ngày càng nghiêm tr ng,

nh h ng không nh đ n s phát tri n kinh t và s c kh e con ng i Th c t cho

th y s l ng ph ng ti n tham gia giao thông chi m m t t l r t l n so v i c s h

t ng giao thông, đi u đó d n đ n tình tr ng “th t c chai” vào m i gi cao đi m có

th gi i quy t đ c v n đ ùn t t v i s l ng ph ng ti n l n nh th là h t s c khó

kh n, ngoài vi c phân ho ch ph m vi ho t đ ng c a các ph ng ti n, tách giao c t

đ ng m c, nâng cao h t ng giao thông chúng ta c n ph i mang l i cho ng i tham gia giao thông s ch đ ng khi l u thông

Cách gi i quy t v n đ c a đ tài này là xây d ng m t h th ng ph n m m đ c cài đ t trên nhi u thi t b , ho t đ ng đ ng b v i nhau và có nhi m v hi n th thông tin tình tr ng giao thông t c th i c a thành ph H Chí Minh H th ng ph n m m bao

g m gói ph n m m dành cho Client Camera đ thu và x lý tín hi u, gói ph n m m dành cho Server trung tâm có nhi m v t ng tác, đ ng b d li u gi a các Client và gói ph n m m t ng tác v i ng i s d ng (bao g m gói ph n m m dành cho ng i

s d ng đi n tho i di đ ng và gói ph n m m đ c l p đ t trên các b n đ l n) Gói

ph n m m dành cho Client Camera s đ c ch y trong các con chip g n bên trong hay tích h p bên ngoài Camera làm nhi m v thu và x lý hình nh t i các nút giao thông

Kh n ng x lý c a gói ph n m m này có đ c nh s k t h p c a nhi u thu t toán x

lý đ h a c p cao khác nhau mang l i kh n ng phân ng ng tr ng thái chính xác sau khi đã áp d ng nhi u thu t toán h tr ph c t p khác K t qu sau khi x lý đ c g i

là ng ng tr ng thái Có 3 ng ng tr ng thái là thông thoáng, xe đông và k t xe M i

m t kho ng th i gian tu n hoàn qui đ nh tr c, cùng v i ID c a Camera ng ng tr ng thái này đ c g i lên Server t i m t trung tâm đi u hành nào đó

Server là m t máy ch đ c cài đ t gói ph n m m Server ch y th ng tr c trên

m t máy tính có nhi m v làm c u n i trung gian truy n t i d li u gi a các Client Có

2 lo i Client ho t đ ng đ c l p nhau nh ng cùng m t ch c n ng bao g m ph n m m

ch y trên đi n tho i di đ ng có h tr Java và m t ph n m m đ c tích h p trong các con chip g n trên các b n đ trung tâm, có nhi m v hi n th thông tin tình tr ng giao thông t i v trí l p đ t Camera Ng i tham gia giao thông có th nh n bi t tình tr ng giao thông t i các v trí l p đ t Camera thông qua các b n đ l n đ c l p đ t nhi u

n i trong thành ph ho c thông qua các b n đ đ c cài đ t trên đi n tho i di đ ng T

đó giúp ng i tham gia giao thông có th ch n cho mình con đ ng đi h p lý nh t,

t o nên s đ ng đ u v m t đ t i các con đ ng và gi m thi u tình tr ng ùn t t giao thông

Ch ng 1 T NG QUAN

1.1 Gi i thi u

Là m t qu c gia đang trên đà phát tri n, trong nh ng n m qua đ t n c ta đã có

nh ng b c phát tri n v t b c v kinh t Song, bên c nh đó chúng ta đang ph i đ i

m t v i nhi u v n đ mang tính c p thi t nh ô nhi m môi tr ng, ti ng n hay tài nguyên thiên nhiên đang d n c n ki t Cùng v i s bùng n c a các ph ng ti n c

gi i đ ng b và t c đ đô th hóa cao, k t c u h t ng giao thông b t c p, tình hình

k t xe t i các thành ph l n n c ta đã và đang tr thành m t trong nh ng v n đ l n

c n ph i gi i quy t u n m 2010 theo th ng kê c a S GTVT t ng ph ng ti n giao thông c a thành ph h n 4,4 tri u chi c, m i ngày thành ph có thêm 1.129 xe g n máy và 117 xe ô tô đ ng ký m i và t ng thi t h i t n n k t xe gây ra là 14.000 t

đ ng (theo th ng kê c a các chuyên gia giao thông trong 2 n m 2008-2009 [15])

D dàng nh n th y, h u h t nh ng đi m k t xe th ng là nh ng ngã ba, ngã t ,

nh ng đo n đ ng tr ng đi m c a thành ph , n i t p trung nhi u h kinh doanh,

tr ng h c hay trung tâm mua s m… ki m soát tình hình k t xe, trong vài n m tr

l i đây Thành ph H Chí Minh c ng nh nh ng thành ph l n khác trong c n c đã

có nhi u d án l p đ t Camera theo dõi tình hình hình giao thông trên đ a bàn N m

2007 Thành Ph H Chí Minh l p k ho ch l p đ t 30 Camera thu c ti u d án “T ng

c ng n ng l c qu n lý giao thông đô th Thành Ph ” [17] đ n nay g n nh đã hoàn

t t nh ng v n đ k t xe v n ch a th t s đ c c i thi n đáng k Qua quá trình phân tích, hi u qu các d án đó ch d ng l i m c theo dõi các ph ng ti n vi ph m giao thông, ho c theo dõi tình hình giao thông t i các khu v c tr ng đi m đ các c nh sát giao thông ch đ ng trong công tác đi u khi n phân lu ng giao thông, nó không th t

s đem l i cho ng i tham gia giao thông s ch đ ng khi tham gia giao thông

V i quy t tâm c i thi n đáng k tình hình giao thông hi n t i c a thành ph b ng cách mang l i s ch đ ng cho ng i tham gia giao thông, nhóm nghiên c u chúng tôi

đã th c hi n d án này Hy v ng s t o ra m t h th ng giám sát, theo dõi tình hình giao thông, đ ng th i c nh báo tình tr ng giao thông t i các đi m tr ng y u c a thành

ph giúp cho ng i tham gia giao thông có s l a ch n h p lý nh t, phân tán m t đ

ph ng ti n giao thông, giúp c i thi n tình hình giao thông hi n t i, qua đó mang l i

s hi u qu trong kinh t và thay đ i di n m o c a thành ph

1.2 M c đích nghiên c u và ph ng pháp nghiên c u

1.2.1 M c đích – tính c p thi t c a đ tài

Nh đã trình bày trên, m c đích h ng t i c a đ tài là t o nên s ch

đ ng cho ng i tham gia giao thông b ng cách thi t l p m t h th ng theo dõi

và hi n th thông tin tình tr ng giao thông t c th i c a Tp H Chí Minh Giúp cho ng i tham gia giao thông có đ c thông tin tình tr ng v con đ ng mà h

s p đi qua đi u đó giúp cho h có th l a ch n cho mình con đ ng thông thoáng h n, gi m thi u s chênh l ch v m t đ ph ng ti n giao thông t i các con đ ng T i Tp H Chí Minh v n ch a có m t h th ng nào có kh n ng làm đ c đi u đó Vì th , vi c xây d ng m t h th ng có kh n ng t đ ng

nh n bi t và thông báo tình tr ng giao thông đ n ng i tham gia giao thông là

h t s c c n thi t trong th i đi m hi n nay

1.2.2 Ph ng pháp nghiên c u

Kh o sát hi n tr ng, phân tích nguyên nhân

Xây d ng h th ng Client – Server đ truy n t i d li u gi a các thi t b v i nhau, m i thi t b ho t đ ng d a trên gói ph n m m đã đ c l p trình tr c:

• Gói ph n m m cài bên trong chip tích h p v i Camera làm nhi m v phân tích hình nh thu đ c t Camera và g i k t qu phân tích lên Server Gói

ph n m m dung các thu t gi i sau đ phân tích:

̇ Phân tích đi m nh

̇ Ph ng pháp l c đi m nh b ng b l c Erosion và Dilation

̇ Ph ng pháp trích xu t nh n n t s thay đ i liên t c c a đi m nh

̇ Theo v t kh i đi m nh chuy n đ ng theo ph ng pháp đánh d u và

Java-• Gói ph n m m ho t đ ng trên máy tính, thi t b đ c l p đ t trên các b ng

l n cho ng i tham gia giao thông theo dõi tình tr ng giao thông Gói ph n

m m đ c l p trình trên ngôn ng C#

Ph ng pháp truy n d li u qua m ng d a trên giao th c TCP/IP

1.2.3 K t qu

• Xây d ng gói ph n m m cung c p thông tin tình tr ng giao thông t c th i

c a Tp H Chí Minh cho ng i tham gia giao thông

• Gi m tình tr ng k t xe

• Ti t ki m th i gian và chi phí cho ng i tham gia giao thông

• Gi m thi u ô nhi m môi tr ng do k t xe gây ra

• Ti t ki m ngu n n ng l ng đang d n c n ki t là các m d u, góp ph n thúc đ y phát tri n n n kinh t đ t n c

1.3 óng góp khoa h c c a đ tài

ứ C i ti n thu t toán 8 h ng áp d ng trong ph ng pháp v đ ng

ứ C i ti n thu t toán theo v t đ i t ng trên th vi n Aforce có th áp d ng cho các bài toán c n theo dõi và tính v n t c đ i t ng

ứ Xây d ng h th ng ph n m m có kh n ng hi n th tình tr ng giao thông t i Tp

H Chí Minh, bao g m:

• H th ng camera t đ ng có kh n ng nh n bi t các v t đang chuy n đ ng

• Gói ph n m m Server ch y d i d ng service có kh n ng truy n t i d li u

ứ Mô t chi ti t thu t toán v đ ng trên b n đ

ứ Mô t ho t đ ng c a h th ng bao g m Camera Client, J2ME Map Client và Windows Map Client, quá trình g i nh n d li u và th hi n k t qu trên

ch ng trình

• Ch ng 3: Hi n th c h th ng

ứ Trình bày cách th c hi n th c h th ng

ứ Quá trình v n hành c a h th ng qua các b c

Ch ng 2 C S LÝ THUY T

2.1 Mô hình Client - Server và b giao th c TCP/IP

Mô hình Client-Server là m t mô hình n i ti ng trong m ng máy tính, đ c áp

d ng r t r ng rãi và là mô hình c a m i trang web hi n có Ý t ng c a mô hình này

là máy con (đóng vài trò là máy khách) g i m t yêu c u (request) đ máy ch (đóng vai trò ng i cung ng d ch v ) x lý và tr k t qu v cho máy khách

2.1.1 Mô hình Client - Server

Thông th ng ch ng trình Server và Client đ c thi hành trên hai máy khác nhau Cho dù lúc nào Server c ng tr ng thái s n sàng ch nh n yêu c u

t Client nh ng trên th c t m t ti n trình liên tác qua l i (interaction) gi a Client và Server l i b t đ u phía Client, khi mà Client g i tín hi u yêu c u t i Server Các ch ng trình Server th ng đ u thi hành m c ng d ng (t ng

ng d ng c a m ng) S thu n l i c a ph ng pháp này là nó có th làm vi c trên b t c m t m ng máy tính nào có h tr giao th c truy n thông chu n c

th đây là giao th c TCP/IP

2.1.2 Giao th c TCP/IP

B giao th c TCP/IP (b giao th c liên m ng) là m t b các giao th c truy n thông cài đ t ch ng giao th c mà Internet và h u h t các m ng máy tính

th ng m i đang ch y trên đó B giao th c này là m t h giao th c cùng làm

vi c v i nhau đ cung c p ph ng ti n truy n thông liên m ng Bao g m b n

t ng: Application, Transport , Internet và Link

Hình 2.1 Mô hình TCP/IP

• T ng ng d ng (Application): bao g m các giao th c cho các d ch v

m ng cung c p nhi u ch c n ng cho các ng d ng khác nhau nh FTP, SMTP…

• T ng v n chuy n (Transport): c ch b o đ m d li u đ c v n chuy n

m t cách tin c y, hoàn toàn không ph thu c vào đ c tính c a ng d ng s

d ng d li u

• T ng m ng (Internet): có ch c n ng chuy n giao d li u gi a các m ng

v i nhau Giao th c IP đ c s d ng l p này

• T ng liên k t (Link): th c hi n các k t n i v t lý, là t ng quy t đ nh đ c tính tín hi u , ch đ truy n và t c đ truy n …

Trong b n t ng trên ta qua tâm đ n hai t ng quan tr ng là Transport và Internet v i hao giao th c t ng ng là TCP và IP

2.1.2.1 Giao th c TCP

TCP (Transmission Control Protocol) là giao th c thu c t ng v n chuy n trong mô hình TCP/IP, là m t giao th c "có liên k t" (connection - oriented), ngh a là c n ph i thi t l p liên k t gi a hai th c th TCP tr c khi chúng trao đ i d li u v i nhau M t ti n trình ng d ng trong m t máy tính truy nh p vào các d ch v c a giao th c TCP thông qua m t c ng (port) c a TCP S hi u c ng TCP đ c th hi n b i 2 bytes

2.1.2.2 Giao th c IP

M c đích chính c a IP là cung c p kh n ng k t n i các m ng con thành liên m ng đ truy n d li u.Vai trò c a IP là xác đ nh con đ ng t máy g i đ n máy nh n, qu n lý các v n đ l u thông trên m ng IP là giao

th c không liên k t (connectionless) có ngh a là không c n giai đo n thi t

l p liên k t tr c khi truy n d li u

Nh ng có l khía c nh ph c t p nh t c a IP là vi c đánh đ a ch

và đ nh tuy n ánh đ a ch là công vi c c p đ a ch IP cho các máy đ u

cu i, cùng v i vi c phân chia và l p nhóm các m ng con c a các đ a ch

IP Vi c đ nh tuy n IP đ c th c hi n b i t t c các máy ch , nh ng đóng vai trò quan tr ng nh t là các thi t b đ nh tuy n liên m ng

2.2 X lý hình nh

Quá trình x lý hình nh ban đ u đóng vai trò quan tr ng trong h th ng, đ có

đ c k t qu nh mong mu n chúng ta ph i qua nhi u giai đo n x lý

2.2.1 Mô hình ho t đ ng

Quá trình x lý đ c mô hình hóa nh sau:

Hình 2.2 Mô hình ho t đ ng camera Client 2.2.2 Cách th c x lý

Nh ng thông tin thu đ c t camera là m t dãy các frame ( nh) liên ti p nhau cho nên ta c n x lý t ng nh trong dãy nh Sau đây là các b c chính trong vi c x lý camera

2.2.2.1 Phân tích nh

Vi c phân tích nh là công đo n tách t ng t m nh trong dãy nh mà camera thu đ c Tr c tiên đi u đó ph thu c vào ch t l ng c ng nh

v trí l p đ t c a camera Sau đó ta s d ng b th vi n l p trình DirectShow đ có th tách t ng t m nh trong dãy nh mà camera thu

đ c

2.2.2.2 Phát hi n chuy n đ ng

Công đo n phát hi n chuy n đ ng là công đo n r t quan tr ng trong

vi c theo dõi và phân tích lu ng giao thông Phát hi n chuy n đ ng giúp ta tách các đ i t ng (c th là các ph ng ti n giao thông) ra kh i các vùng

khác trong b c nh K t qu c a phát hi n chuy n đ ng là c s là ti n đ giúp ta có th x lý c ng nh theo dõi các đ i t ng th c hi n công

đo n này ta d a vào qui trình và các thu t toán x lý tu n t sau đây:

• t ng t c công đo n phát hi n chuy n đ ng thì t t c các nh l y t camera ph i đ c chuy n sang d ng nh đa m c xám (Grayscale) tr c tiên

• Cách ti p c n thông th ng nh t c a phát hi n chuy n đ ng là ta d a vào nh n n là nh mà không có b t kì đ i t ng nào di chuy n Sau đó

ta so sánh gi a nh hi n t i v i nh n n đó đ phát hi n ra vùng nào trong nh là vùng chuy n đ ng [14]

• Xác đ nh đ c vùng nào trên nh là vùng chuy n đ ng và vùng nào

là vùng t nh ta s d ng ph ng pháp d a vào giá tr ng ng do ta qui

• Xác đ nh m c đ chuy n đ ng hay ph n tr m chuy n đ ng giúp ta có

th d a vào đó mà quy t đ nh có nên x lý và theo dõi các đ i t ng Thu t toán này d a trên s l ng đi m nh thay đ i trong hình

2.2.2.3 X lý chuy n đ ng

X lý chuy n đ ng là công đo n cu i cùng trong vi c theo dõi và phân tích lu ng giao thông ây là công đo n giúp ta theo dõi chính xác t ng

đ i t ng cùng v i các thông tin c n thi t nh quãng đ ng, th i gian và

v n t c Sau đây là các thu t toán trong công đo n x lý chuy n đ ng:

đ i t ng đang chuy n đ ng và s l ng c a các đ i t ng t i th i đi m

đó

• Theo v t t ng đ i t ng chuy n đ ng nh m tính toán đ c quãng

đ ng, th i gian, v n t c c a t ng đ i t ng Qua đó tính toán v n t c trung bình c a các đ i t ng trong m t kho ng th i gian nh t đ nh và tìm đ c tình tr ng k t xe d a trên v n t c trong kho ng nào đó và cu i cùng g i thông tin lên Server

2.2.3 Chi ti t cách th c x lý

2.2.3.1 Phát hi n chuy n đ ng

Cách ti p c n thông th ng nh t c a phát hi n chuy n đ ng là ta d a vào nh n n là nh mà không có b t kì đ i t ng nào di chuy n Sau đó so sánh gi a nh hi n t i v i nh n n đó đ phát hi n ra vùng nào trong nh

là vùng chuy n đ ng[14]

2.2.3.1.1 nh đa m c xám:

- M t nh đa m c xám đ n gi n là nh mà ch a nh ng s c thái màu c a màu xám T ng t c cho quá trình x lý ta chuy n t t

c nh sang d ng nh đa m c xám vì khi so sánh nó v i các lo i

nh màu khác thì nó ch a ít thông tin h n đ cung c p cho m i

đi m nh[10]

- M t nh màu bình th ng 24-bit ch a m t giá tr 8-bit cho

m i màu trong ba màu chính là đ , xanh lá cây và xanh da tr i

Nh ng s d ng nh màu nh v y thì th i gian x lý s r t lâu và không c n thi t Do đó nh c a chúng ta l y t camera s đ c chuy n đ i thành nh đa m c xám Nó là nh ch ch a 8-bit mà

có 256 s c thái màu c a màu xám đi t đen đ n tr ng Vi c s

d ng nh đa m c xám là nh ng cách thông th ng hi n nay t rong vi c x lý nh

- Có r t nhi u ph ng pháp trong vi c chuy n sang nh đa

m c xám Trong đó ph ng pháp đ sáng (luminosity) th ng

đ c dùng Ph ng pháp này tính các tr ng s khác nhau c a m i thành ph n màu trong h màu RGB Thêm vào đó m t chúng ta

nh y c m v i màu xanh lá cây so v i các màu khác Vì th tr ng

s màu xanh lá cây s cao nh t Chúng ta s d ng thu t gi i BT709 theo công th c sau:

0.2125 R + 0.7154G + 0.0721B (2.1)

( Trong đó R là màu đ , G là màu xanh lá cây và B là màu xanh

da tr i )

kì đ i t ng nào di chuy n thì gi i pháp là ta s l y nh đ u tiên trong dãy nh

c a Video Nh ng n u nh n n đó có đ i t ng di chuy n và sau đó nó bi n

m t thì vi c so sánh phát hi n đ i t ng không chính xác n a Do đó chúng ta

ph i c p nh t l i nh n n[14]

- T i th i đi m b t đ u chúng ta s l y nh đ u tiên làm nh n n Sau đó c sau m t th i đi m (ví d là hai hình) chúng ta s c p nh t l i nh n n này m t

l n theo h ng gi m d n s khác nhau so v i nh hi n t i b ng cách thay đ i màu đi m nh c a nh n n theo m t m c trên m t nh

• Sau đây là thu t toán c p nh t nh n n

- Thu t toán này nh n đ u vào là nh n n và nh hi n t i nh ng đã đ c chuy n thành nh đa m c xám Sau đó duy t t ng đi m nh trong hai t m

nh N u s đi m nh khác nhau gi a nh hi n t i so v i nh n n mà d ng thì t ng đi m nh c a nh n n lên 1 đ n v còn ng c l i gi m 1 đ n v

- Trong đó framePerBackgroundUpdate là s nh dùng trong vi c c p nh p

do diff = *curFrame - *backFrame

if diff > 0 then (*backFrame)++;

if diff < 0 then (*backFrame) ;

Hình 2.5 nh đ u tiên trong dãy nh l y làm nh n n

Hình 2.6 nh n n sau khi chuy n thành đa m c xám

Hình 2.7 nh hi n t i trong dãy nh

Hình 2.8 nh n n đã c p nh t l i theo nh hi n t i

2.2.3.1.3 Phân ng ng:

- tách riêng r các vùng trên nh t ng đ ng các đ i t ng ra kh i

vùng đ c xem nh n n c a nh ta dùng ph ng pháp phân ng ng

(thresholding) Ph ng pháp này d a vào giá tr ng ng do ta qui đ nh đ

phân ra vùng nào là n n (background) và vùng nào là ti n

c nh(foreground)

Hình 2.9 Phân ng ng

- D li u đ u vào là nh đa m c xám và d li u đ u ra là m t nh nh

phân nh nh phân là nh ch có 2 màu là đen và tr ng i m nh màu

đen th ng có giá tr là 0 còn nh ng giá tr màu tr ng là 1 ho c 255

Nh ng đi m nh màu đen t ng tr ng cho n n còn nh ng đi m nh màu

tr ng t ng tr ng cho ti n c nh[11]

- phát hi n ra các vùng nào là vùng chuy n đ ng và vùng nào là vùng

t nh (hay n n) ta k t h p ph ng pháp giá tr ng ng này v i vi c so sánh

đi m nh gi a nh hi n t i và nh n n nh đã nói ph n trên

(2.2) (v i T1 = -T2 và 0 < T2 <= 255)

- Trong đó hàm f(a) ánh x giá tr đi m nh a thành m t trong hai giá tr

là 0 ho c 255 d a vào vi c so sánh v i hai giá tr ng ng trên và ng ng

d i

Hình 2.10 Bi u đ phân ng ng

- Thu t toán c a x lý này là duy t qua t t c các đi m nh, th c hi n phép tr đi m nh c a nh hi n t i so v i đi m nh c a nh n n ta s có

m t giá tr g i là diff Sau đó so sánh giá tr này v i giá tr ng ng mà ta qui đ nh đây ta s d ng 2 giá tr ng ng là T1 và T2 T1 qui đ nh là -15

và T2 qui đ nh là 15 Sau đó ta so sánh diff v i T1 và T2 N u diff n m trong kho ng (T1,T2) thì đi m nh c a nh k t qu s là màu đen (n n) còn ng c l i s là màu tr ng (đ ng)

else

then *curFrame = 0;

Hình 2.12 nh sau khi chuy n thành nh nh phân 2.2.3.1.4 B l c Erosion:

- K t qu c a phân ng ng là nh nh phân nh ng có các đi m nh tr ng xem nh là đi m nh chuy n đ ng d th a n m đ c l p ho c r i rác Cho nên vi c áp d ng b l c Erosion giúp ta lo i b các đi m nh tr ng d th a

Nh v y vi c phát hi n chuy n đ ng đ i t ng chính xác h n

- Erosion nh n d li u nh p vào là nh c n l c và ph n t c u trúc (structuring element) D a vào ph n t c u trúc này mà Erosion s tác đ ng chính xác lên nh nh phân[7]

- Ta s d ng b l c Erosion v i ph n t c u trúc d ng hình vuông kích

th c 3x3 Trong ví d mô hình thì nh ng đi m nh ti n c nh ( màu tr ng)

đ c bi u di n là giá tr 1 ng c l i nh ng đi m nh n n (màu đen) đ c

bi u di n giá tr 0 Ta có công th c:

H(i , j) ∈ {0,1} (2.3)

Hình 2.13 Ph n t c u trúc d ng hình vuông 3x3

- Ta xem xét tu n t m i đi m nh màu tr ng c a nh nh phân nh p vào

i v i m i đi m nh màu tr ng đó (ta g i là đi m nh đ u vào) ta đ t ph n

c 3x3 lên trên nh nh phân và đ t sao cho

trung tâm c a ph n t c u trúc ngay t i đi m nh đ u vào đó N u các đi m

nh trong nh nh phân (xung quanh đi m nh đ u vào) t ng ng v i các

đi m nh trong c u trúc ph n t đ u là đi m nh tr ng thì đi m nh đ u vào

đó s đ c b qua Nh ng n u có b t kì đi m nh nào trong nh nh phân là màu đen thì đi m nh đ u vào s b thi t l p thành màu đen[7]

Hình 2.14 Tác đ ng c a Erosion theo c u trúc ph n t d ng hình

vuông 3x3

(2.4)

- Trong đó I { H là nh k t qu c a b l c Erosion, p là đi m nh màu

tr ng I là nh g c ban đ u còn H là c u trúc ph n t , K t qu Erosion là khi

Hp là t p h p con c a I [12] Chúng ta xem ví d sau

Hình 2.15 : Ví d b l c erosion v i ô ch a ch m đen t ng tr ng đi m

nh tr ng

Hình 2.16 nh sau khi chuy n thành nh nh phân

Hình 2.17 nh sau khi áp d ng b l c Erosion

Hình 2.18 Tác đ ng c a Dilation theo c u trúc ph n t d ng hình

vuông 3x3

- Ta xem xét tu n t m i đi m nh màu đen c a nh nh phân nh p vào

i v i m i đi m nh màu đen đó (ta g i là đi m nh đ u vào) ta đ t ph n

t c u trúc hình vuông kích th c 3x3 lên trên nh nh phân và đ t sao cho trung tâm c a ph n t c u trúc ngay t i đi m ành đ u vào đó N u có ít nh t

m t trong s các đi m nh trong nh nh phân (xung quanh đi m nh đ u vào) t ng ng v i các đi m nh trong c u trúc ph n t là đi m nh tr ng thì đi m nh đ u vào đó s đ c thi t l p là màu tr ng Nh ng n u t t c các

đi m nh trong nh nh phân t ng ng đ u là màu đen thì đi m nh đ u vào s b b qua[8]

Hình 2.19: Ví d b l c Dilation v i nh ban đ u có m t đi m nh tr ng

Hình 2.20 nh sau khi áp d ng b l c Erosion

Hình 2.21 nh sau khi áp d ng b l c Dilation 2.2.3.1.6 Vùng chuy n đ ng

- Do kho ng cách c a camera đ i v i các đ i t ng trong hình c ng nh

do góc camera so v i m t đ ng d n đ n vi c phát hi n chuy n đ ng c a ta không chính xác Ngoài ra ta không mu n phát hi n chuy n đ ng toàn b các vùng c a hình ( nh cây, lá, các v t khác ….) mà ta ch mu n đ i t ng

c n đ c phát hi n là các ph ng ti n giao thông trên đ ng nên ch c n

đ nh ngh a m t hay nhi u vùng chuy n đ ng ngay trên đo n đ ng trong

nh

- Vi c tính kho ng cách camera hay góc c a camera so v i m t đ ng đ

có th phát hi n chính xác đ i t ng r t ph c t p đòi h i áp d ng r t nhi u công th c toán h c và v t lý đ n gi n h n ta c n v ra các vùng chuy n

đ ng ngay trong nh theo t l t ng đ i không quá g n c ng không quá xa

Nh v y mà vi c phát hi n đ i t ng có th chính xác h n

- Nh ta th y m t nh sau khi đ c x lý qua các b c trên s tìm đ c các vùng nào là vùng chuy n đ ng ( là nh ng vùng có đi m nh liên ti p nhau màu tr ng) nh ng có b t l i l n là có nh ng vùng chuy n đ ng nh cây, lá … ta không c n x lý cho nên gi i pháp đ nh ngh a các vùng chuy n

đ ng s giúp ta x lý nhanh h n và t p trung vào các đ i t ng mà chúng ta

c n phát hi n

- Thu t toán c a chúng ta có d li u đ u vào là nh nh phân đã đ c x

lý qua các b c trên Gi s chúng ta ch v m t vùng chuy n đ ng lên nh

Ta t o ra m t nh có kích th c gi ng v i kích th c c a nh đ u vào ta g i

đó là Zone Frame Nh ng trong Zone Frame này ta ch thi t l p các đi m

nh t i v trí theo kích th c c a vùng mà ta đã v thành màu tr ng Sau đó

ta duy t h t đi m nh c a nh đ u vào và dùng toán t bit “&” gi a đi m

nh c a nh đ u vào và đi m nh c a nh Zone Frame Cho nên k t qu chúng ta s t o ra m t t m nh mà các đi m nh màu tr ng ch t p trung trong vùng chuy n đ ng mà ban đ u ta đã qui đ nh

Hình 2.22 V vùng chuy n đ ng màu xanh trong nh

Hình 2.23 nh đ c x lý qua b l c Dilation

Hình 2.24 nh Zone Frame ch a vùng chuy n đ ng

Hình 2.25 nh k t qu r t chính xác có 3 đ i t ng đ c phát hi n 2.2.3.1.7 M c đ chuy n đ ng

- Tính toán m c đ chuy n đ ng nh m giúp ta ki m tra xem có nên th c

hi n các thao tác x lý chuy n đ ng hay không M c đ chuy n đ ng giúp

ta bi t đ c nh đó có bao nhiêu ph n tr m chuy n đ ng N u m c đ chuy n đ ng là 0.1 có ngh a là 10% s khác nhau c a nh đó so v i nh

n n Ví d nh tr c khi x lý chuy n đ ng ta ki m tra m c đ chuy n

đ ng c a nh đó ph i t 2% tr lên thì m i x lý

- Thu t toán tính toán m c đ chuy n đ ng là ta duy t h t t t c các đi m

nh c a nh nh phân sau đó ta l y giá tr t i đi m nh đó & 1 (&-toán t bit AND) N u đi m nh nào có k t qu là 1 ch c ch n đi m nh đó là màu

tr ng sau đó ta tính t ng các k t qu đó s đ c s l ng đi m nh thay đ i

L y s l ng đi m nh thay đ i chia cho kích th c t m nh s ra đ c m c

đ chuy n đ ng

2.2.3.2 X lý chuy n đ ng

l y và đánh d u các đ i t ng chuy n đ ng ta c n ph i s d ng ph ng pháp tính liên k t đi m nh và thu t gi i đánh d u các thành ph n k t n i Thu t

gi i này giúp ta t o các kh i (blob) và thông tin chi ti t c a kh i đó (t a đ ,

tr ng tâm, ) M t kh i t ng tr ng cho m t đ i t ng đang chuy n đ ng Sau

đó chúng ta d a vào k t qu này đ theo v t m t đ i t ng

2.2.3.2.1 Tính liên k t đi m nh (Pixel connectivity)

- Tính liên k t đi m nh mô t m i quan h gi a hai hay nhi u

đi m nh

- Gi s chúng ta xem xét hai đi m nh đ c coi là k t n i nhau thì các giá tr đi m nh c a chúng ph i cùng m t b giá tr V

Nh tr ng h p này là nh nh phân nên V = {1}

- Có 2 tiêu chu n cho vi c xét k t n i các đi m nh k v i nhau

• K t n i 4 h ng c a m t đi m nh: đi m nh s là trung tâm

và xung quang nó bao g m 4 đi m nh k là trái, ph i, trên và

i v i đi m nh p v i t a đ (x,y) thì công th c tính k t n i 4 h ng nh

sau:

N4(p) = {(x+1,y), (x-1,y), (x,y+1), (x-1,y-1)} (2.7)

• K t n i 8 h ng c a m t đi m nh: đi m nh s là trung tâm và xung quang

nó bao g m 8 đi m nh k là trên bên trái, trên, trên bên ph i, trái, ph i, d i bên trái, d i và d i bên ph i

- Ví d v nh nh phân mà có 2 thành ph n k t n i theo k t n i 4 h ng

N u k t n i 8 h ng thì h p 2 thành ph n k t n i này thành m t thành ph n

k t n i [12]

Hình 2.28 Hai thành ph n k t n i d a trên k t n i 4 h ng 2.2.3.2.2 ánh d u các thành ph n k t n i (Connected components labeling)

- Thu t gi i này duy t t t c đi m nh trong nh và nhóm các đi m nh thành các thành ph n d a trên ph ng pháp tính liên k t đi m nh Và m i

thành ph n nh v y t ng đ ng m t kh i hai nói cách khác là m t đ i

t ng đang chuy n đ ng

Hình 2.29 ánh d u các thành ph n k t n i

- Thu t gi i đánh d u các thành ph n k t n i duy t t t c đi m nh t trên

xu ng và t trái qua ph i đ nh n d ng đ c các vùng đi m nh nào k t n i

v i nhau[13] Ví d nh vùng c a các đi m nh k nhau có cùng giá tr V (

- Sau khi k t thúc vi c duy t các đi m nh thì nh ng nhãn nào mà t ng

đ ng v i nhau đ c s p x p thành vùng và đánh d u các vùng theo các nhãn duy nh t

- D a theo các nhãn này s bi t đ c có bao nhiêu vùng và t ng ng có bao nhiêu đ i t ng đang chuy n đ ng Nh v y mà ta tính toán đ c t a

đ , tr ng tâm, kích th c c a t ng đ i t ng đang chuy n đ ng Nh vào

k t qu đó ta có th ch x lý chuy n đ ng đ i v i các đ i t ng có kích

th c do ta qui đ nh tr c Ta hi n th các đ i t ng đó lên nh nh sau:

Hình 2.30 nh sau khi s d ng thuât gi i đánh d u các thành ph n

k t n i 2.2.3.2.3 Theo v t đ i t ng đang di chuy n

D a vào k t qu c a thu t gi i đánh d u các thành ph n k t n i ta có th theo v t t ng đ i t ng Sau đó tính đ c quãng đ ng, th i gian và v n t c

c a t ng đ i t ng Thu t toán theo v t nh sau:

• Tính kho ng cách gi a tr ng tâm c a đ i t ng đó trong nh th N so v i

tr ng tâm c a t t c các đ i t ng trong nh th N + 1 Trong các kho ng cách

đó thì kho ng cách nào là ng n nh t thì ta xác đ nh đ c đ i t ng đó trong frame th N + 1 và c p cho nó m t ID nh n d ng i t ng nào đã phát hi n ta

s b qua và xét ti p các đ i t ng còn l i (n u có)

* 1