Đang tải... (xem toàn văn)
Hư hỏng mặt đường dạng ổ gà là một dạng hư hỏng gây nguy hiểm trên các tuyến đường quốc lộ. Dạng hư hỏng này cần được xử lý càng sơm càng tốt khi nó xuất hiện. Xử lý ảnh đã được đề xuất nhằm nhận biết và xác định mức độ hư hỏng của ổ gà, diện tích chiếm chỗ của ổ gà, từ các ảnh chụp trực diện mặt đường. Một số yếu tố gây ảnh hưởng đến kết quả của việc tính diện tích ổ gà từ ảnh chụp như độ sáng, độ tương phản, độ phân giải của ảnh chụp. Yêu cầu đặt ra là phải tìm hiểu và khắc phục được những yếu tố trên. Bài báo tiến hành khảo sát kết quả tính diện tích ổ gà, có xét đến tác động của một số yếu tố cơ bản gây ảnh hưởng đến chất lượng ảnh. Kết quả cho thấy, giải pháp xử lý ảnh đề nghị có thể đáp ứng được sự thay đổi trong phạm vi hữu hạn của các yếu tố ảnh hưởng cơ bản
KHẢO SÁT YẾU TỐ ẢNH HƯỞNG TỚI NHẬN DIỆN DIỆN TÍCH Ổ GÀ BẰNG XỬ LÝ ẢNH INVESTIGATE THE AFFECTS TO RECOGNIZE POTHOLES ON SURFACE ROAD BY IMAGE PROCESSING TS Lê Anh Thắng, Ks Nguyễn Thành Vinh TÓM TẮT Hư hỏng mặt đường dạng ổ gà dạng hư hỏng gây nguy hiểm tuyến đường quốc lộ Dạng hư hỏng cần xử lý sơm tốt xuất Xử lý ảnh đề xuất nhằm nhận biết xác định mức độ hư hỏng ổ gà, diện tích chiếm chỗ ổ gà, từ ảnh chụp trực diện mặt đường Một số yếu tố gây ảnh hưởng đến kết việc tính diện tích ổ gà từ ảnh chụp độ sáng, độ tương phản, độ phân giải ảnh chụp Yêu cầu đặt phải tìm hiểu khắc phục yếu tố Bài báo tiến hành khảo sát kết tính diện tích ổ gà, có xét đến tác động số yếu tố gây ảnh hưởng đến chất lượng ảnh Kết cho thấy, giải pháp xử lý ảnh đề nghị đáp ứng thay đổi phạm vi hữu hạn yếu tố ảnh hưởng Từ khóa: Hư hỏng mặt đường, nhận dạng ổ gà, xử lý ảnh, tính toán diện tích, yếu tố ảnh hưởng phức tạp toán thực tế Các nghiên cứu nước cần thực bước, từ đơn giản đến phức tạp để phát triển bền vững.Ý thức nhiệm vụ này,một công cụ xử lý ảnh nghiên cứu để nhận dạng xác định diện tích ổ gà từ ảnh chụp trực diện mặt đường Các ảnh chụp trích lọc từ camera gắn trực tiếp vào phương tiện giao thông, ghi hình lúc xe di chuyển Hình thể sơ đồ trình tự bước xác định diện tích ổ gà Ảnh, có từ camera, chuyển ảnh nhị phân trước tính diện tích Hình thể ảnh ổ gà điển hình trước sau tách ổ gà Hình 2a hình màu có kích thước 640x480 với độ sáng Br=97 Hình 2b hình nhị phân sau khử nhiễu để lại hình ổ gà Diện tích đo đạc ổ gà 533cm2 ABSTRACT Pavement distress such as pothole is a dangerous form of damage on the highway Pothole should be fixed as soon as possible when it appears Image processing was proposed to identify and determine the damage level of pothole, invasion area of potholes, from the frontal image of a pavement surface There are several factors that affect the results of the calculation of the area of potholes from photos such as brightness, contrast, resolution of the photo The requirement is to understand and overcome these factors This paper surveyed the estimated pothole areas, have considered the impact of a number of fundamental factors affecting image quality Results shows image processing proposed can meet the changes in the finite range of fundamental factors Hình Sơ đồ chung xác định diện tích ổ gà [1] Keywords: Damaged road surfaces, potholes recognition, image processing, computational area, affects TS Lê Anh Thắng Giảng viên, Bộ môn Công trình giao thông, Đại Học Sư Phạm Kỹ Thuật, Tp.HCM Email: leanhthang@gmail.com Điện thoại: 0938308076 Ks Nguyễn Thành Vinh Học viên cao học, Bộ môn Cầu đường, Khoa kỹ thuật Xây dựng, Trường Đại Học Bách Khoa, Tp.HCM Email: ntvinh.cc@gmail.com Điện thoại: 0901368111 Giới thiệu Tự động hóa thu thập liệu hư hỏng mặt đường bê tông nhựa Việt Nam cần quan tâm sớm tốt Nhập công nghệ tiên tiến từ nước cho việc quản lý đường cần chi phí đầu tư lớn Chi phí giảm thiểu, nghiên cứu nước đáp ứng Hình Ảnh ổ gà (a) ảnh gốc, (b) ảnh ổ gà sau xử lý Tuy nhiên, chất lượng ảnh không mong muốn Có nhiều yếu tố ảnh hưởng đến chất lượng ảnh làm sai lệch kết xác định đặc tính ổ gà Các yếu tố thường tồn khách quan trình lấy ảnh Các yếu tố tác động liệt kê thời tiết, tốc độ phương tiện giao thông, độ gồ ghề mặt đường, độ phức tạp dạng hư hỏng Để đánh giá chất lượng ảnh, yếu tố độ sáng, độ tương phản, độ phân giải ảnh yếu tố thường sử dụng Các yếu tố chọn để khảo sát đánh giá ảnh hưởng chúng đến kết xác định đặc trưng ổ gà, mà cụ thể diện tích ổ gà Diện tích ổ gà, xác định phương pháp xử lý ảnh, tiến hành so sánh đánh giá với số liệu đo thủ công trường Thông qua trình khảo sát so sánh, sai số diện tích ổ gà nằm bước xác định Ngoài ra, yếu tố ảnh hưởng nhận diện để tìm hướng giải Phương pháp lấy ảnh Công cụ để lấy thủ công ảnh ổ gà gồm thước dây thép để đo khoảng cách từ máy chụp ảnh tới mặt đường, máy chụp ảnh có độ phân giải 2560x1920 Ảnh dùng để tính toán ảnh có kích thước 640x480 Kích thước 640x480 độ phân giải tối thiểu Khoảng cách từ camera tới mặt đường 1m Trong trường hợp ảnh trích lọc từ camera, điều kiện để lấy ảnh diện tích ổ gà chiếm ảnh nên dao động từ 2% đến 55% Trị số giới hạn xác định cách vẽ hình tròn đường kính với chiều cao ảnh, hình tròn chiếm tối đa khoảng 55% diện tích ảnh, tương đương từ 170cm2(2%) đến 4694cm2(55%) Gọi h khoảng cách từ camera tới ổ gà cần chụp (h=100cm), s diện tích ổ gà Ta có tỉ số giới hạn phần tính diện tích ổ gà là: 1.7≤ s/h≤46.9 (1) Hiệu chỉnh kiểm tra độ xác Để hiệu chỉnh thuật toán xác định diện tích ảnh chụp, hình vẽ có diện tích xác định chụp lại để tính diện tích Cách lấy ảnh trình bày Phần diện tích ổ gà hiệu chỉnh theo cách lấy ảnh, S4, xác định theo biểu thức sau: 𝑆𝑆1 𝑆𝑆3 (𝑐𝑐𝑐𝑐2 ) (2) 𝑆𝑆4 = 𝑆𝑆2 Trong đó, S : diện tích mẫu thử (cm2), biết S : diện tích ảnh mẫu thử (pixel) S : diện tích ảnh ổ gà (pixel) S , S xác định giải thuật xử lý ảnh Hình thể hình phóng lớn ảnh nhị phân, minh họa cho giải thuật tính diện tích mẫu ảnh đơn vị pixel Vùng màu đen vùng tương ứng với giá trị 0, vùng màu trắng vùng tương ứng với giá trị Diện tích vùng trắng tính tổng điểm ảnh có giá trị 1, có đơn vị pixel 200x200 R=100 C.vuông 400x400 Hình Ảnh nhị phân xác định trước số pixel vật Kết so sánh với thuật toán xử lý ảnh tổng hợp Bảng Có thể thấy sai số ba hình mẫu 0% Bảng Giá trị pixel thu Hình Tính toán Thực tế Sai số (%) Tròn 31415 31415 Vuông 40000 40000 Tam giác 80000 80000 Diện tích tính toán từ ảnh ổ gà Hình 550cm2 Sai số 3.2% Với sai số này, ta nói thuật toán xác định kích thước ổ gà thông qua sử lý ảnh xác Sai số phát sinh biến động chất lượng ảnh thu mức độ phức tạp ảnh có chứa ổ gà Thuật toán với thông số hiệu chỉnh tùy theo cách lấy ảnh, trình bày Hình 1, sử dụng để khảo sát phần sau Khảo sát yếu tố ảnh hưởng tới trình tách ổ gà 4.1 Độ sáng ảnh Độ sáng ảnh tổng hợp độ sáng điểm ảnh ảnh Độ sáng, thay đổi phạm vi [0,255], thể qua biểu đồ histogram Ảnh có độ sáng tốt hay không phụ thuộc vào thời điểm chụp lấy ảnh, ảnh hưởng ánh sáng mặt trời, chất lượng thiết bị thu ảnh [2][3] Thông số đại diện cho độ sáng trung bình ảnh Br Cách thức thay đổi độ sáng ảnh thể Hình Ảnh ban đầu, Hình 2a, có độ sáng trung bình Br=97 Dựa vào thước đo sáng tối, ta giảm độ sáng lần (Br=50) tăng độ sáng hai lần (để Br=150 200) Với cách làm này, ảnh hưởng độ sáng ảnh giá khảo sát cách toàn diện Hình Thang đo sáng tối ảnh Hình Tổng số ô màu trắng 86 ô tương đương 86 pixel Độ xác thuật toán kiểm tra ảnh sau Các ảnh gồm ba hình khác khác biết trước diện tích theo đơn vị pixel Hình thể trình tăng giảm độ sáng ảnh ban đầu, bên cạnh biểu đồ mức sáng tương ứng nó, biểu đồ histogram Diện tích ổ gà xác định sau thay đổi độ sáng ảnh, thể tương ứng Hình Ảnh ổ gà với độ sáng khác sau tách ổ gà phương pháp phân ngưỡng tự động: (a) Ảnh có độ sáng trung bình Br=97, (b) Ảnh có độ sáng trung bình Br=50, (c) Ảnh có độ sáng trung bình Br=150, (d) Ảnh có độ sáng trung bình Br=200 Căn vào diện tích ổ gà tính toán được, ứng với độ sáng khác nhau, ảnh với độ sáng trung bình từ 50 đến 150 không gây ảnh hưởng tới trình tách ổ gà phân ngưỡng tự động Độ xác dao động khoảng 95% 4.2 Độ phân giải ảnh Thay đổi độ phân giải ảnh, số lượng điểm ảnh ảnh thay đổi Độ phân giải ban đầu ảnh 640x480 Hình cho ta thấy ảnh sau tách ổ gà hình có độ phân giải thay đổi khác Độ phân giải ảnh khảo sát gồm 1280x960, 2560x1920, 320x240 Độ phân giải 2560x1920 độ phân giải tối đa Camera sử dụng để lấy ảnh Tương ứng với diện tích sai số so với diện tích tính toán ban đầu 543cm2, 553cm2, 626cm2 1.27%,0.45%, 13.82% Ảnh có độ phận giải thấp, 320x240, cho kết có độ xác không tốt Khi tăng dần độ phân giải ảnh lên, ta thấy độ xác tăng lên (dao động 90%) Tuy nhiên, ảnh có độ phân giải lớn tốc độ xử lý chậm Mất 18 giây để hoàn tất trình xử lý, độ phân giải 2560x1920 Trong cần 1giây cho ảnh 320x240, với cấu hình máy tính sử dụng (a) (b) (c) (d) Hình Ảnh trước sau tách ổ gà độ phân giải khác (a) Ảnh có độ phân giải 640x480 (b) Ảnh có độ phân giải 1280x960 (c) Ảnh có độ phân giải 2560x1920 (d): Ảnh có độ phân giải 320x240 4.3 Độ tương phản ảnh Độ tương phản thể thay đổi cường độ sáng đối tượng so với nền, hay nói cách khác độ tương phản độ điểm ảnh hay vùng ảnh so với Hai đối tượng có độ sáng đặt khác cho cảm nhận khác Ảnh có độ tương phản thấp ảnh có mức xám chênh lệch không nhiều, ta cần làm giãn để thấy rõ khác biệt [4] Hình thể ảnh ổ gà với độ tương phản khác biểu đồ mức sáng Hình Ảnh ổ gà độ tương phản khác (a) Ảnh ban đầu với Br=97 (b) Ảnh sau giảm 20% đột tương phản với Br=105 (c) Ảnh sau giảm 50% độ tương phản với Br=113 (d) Ảnh sau tăng 25% độ tương phản với Br=86 (e) Ảnh sau tăng 50% độ tương phản với Br=70 Trong khoảng tăng giảm 50% độ tương phản so với ảnh ban đầu, ta thấy hình ảnh ổ gà sau tách không thay đổi Độ tương phản không ảnh hưởng tới kỹ thuật nhận diện ổ gà xác định diện tích ổ gà 4.4 Kích thước ổ gà Hình ảnh ổ gà cho thay đổi kích thước phạm vi 1.7 ≤ 𝑠𝑠/ℎ ≤ 46.94 Việc phóng to hay thu nhỏ thực cách vẽ đường ngang từ mép tới mép ổ gà ban đầu, tỷ lệ kích thước ổ gà thay đổi dựa kích thước đường ngang Hình thể hình ảnh ổ gà thay đổi có diện tích 113 cm2, 403cm2 2252 cm2, 4219 cm2 Diện tích tính toán tương ứng cho trường hợp là, 124cm2, 376cm2 2389cm2, 4315cm2 Sai số tương ứng 8.9%, 6.7%, 5.7%, 2.2% (a) (b) (c) Tài liệu tham khảo (d) Hình Ảnh ổ gà trước sau tách độ lớn khác (a) Ổ gà với diện tích 113cm2 (b) Ổ gà với diện tích 403cm2 (c) Ổ gà với diện tích 2252cm2 (d) Ổ gà với diện tích 4219cm2 Ta thấy ổ gà lớn, độ xác tách ổ gà cao Những ổ gà bé ổ gà ban đầu, nằm giới hạn tỷ lệ s/h lại cho kết có độ xác không cao Kết luận Quá trình xử lý ảnh, trình bày tóm tắt thành dạng sơ đồ Hình 1, hiệu chỉnh theo phương pháp lấy ảnh Xác định mức độ gây ảnh hưởng ổ gà mặt đường phân làm hai bước, bao gồm việc nhận diện ổ gà ảnh tính diện tích Do nhiều chịu yếu tố tác động, chất lượng ảnh không mong muốn Điều gây ảnh hưởng đến bước nhận diện tách ổ gà từ ảnh Một số yếu tố độ sáng, độ phân giải, độ tương phản, kích thước ổ gà khảo sát Diện tích ổ gà tính toán có mức độ sai số nhỏ, bé 10%, giới hạn kết luận yếu tố Với kết này, thấy yếu tố khảo sát, phạm vi thay đổi hợp lý chúng, không ảnh hưởng đáng kể đến độ xác trình nhận diện tách ổ gà từ ảnh chụp Lê Anh Thắng, Nguyễn Thành Vinh (2015), Đề xuất thủ tục nhận diện diện tích ổ gà, Tạp chí GTVT số tháng 8, ISSN 23540818,57-59 Hsien-Che Lee (2005), Introduction to Color Imaging Science, Cambridge University Press p 57 Ji-Hee Han, Sejung Yang, Byung-Uk Lee (2011), A Novel 3D Color Histogram Equalization Method with Uniform 1-D Gray Scale Histogram, IEEE Trans on Image Processing, Vol 20, No 2, 506-512 Nguyễn Quang Hoan (2006), Xử lý ảnh, Học Viện Công Nghệ Bưu Chính Viễn Thông, 25-26