Ứng dụng công nghệ xử lý ảnh thời gian thực trong bài toán tự động giám sát giao thông tại việt nam

NG D NG CÔNG NGH X LÝ NH TH I GIAN TH C TRONG BÀI TOÁN T NG GIÁM SÁT GIAO THÔNG T I VI T NAM KS Lê Qu c Anh, TS Phan T ng Lai Trung tâm KHKT & CNQS PGS TS Lê Hùng Lân, ThS Nguy n V n Ti m Tr ng H GTVT Hà N i Tóm t t Trong báo chúng tơi trình bày nh ng k t qu kh quan vi c áp d ng công ngh x lý nh th i gian th c cho toán t ng giám sát giao thông t i Vi t Nam, c th c hi n khuôn kh tài KC-03-21 Tr ng tâm c a toán m s l ng xe ô tô, xe máy ng ph m t kho ng th i gian nh t nh, tính v n t c trung bình c a dòng giao thơng tính chi u dài hàng i x y ách t c b!ng chu"i nh thu nh n c t# camera th i gian th c Trên c$ s$ phân tích gi i thu t ã c áp d ng h th ng t ng giám sát giao thông t i m t s n %c th gi%i, báo a gi i pháp c i ti n nâng cao xác, phù h p v%i i u ki n giao thông t i Vi t Nam S n ph&m c a trình nghiên c'u m t h th ng ch $ng trình máy tính hồn ch(nh, k t qu th nghi m b %c )u ng ph Hà N i cho th y i u ki n bình th ng ban ngày có 90%-95% s l ng xe c phát hi n m, v n t c c a dòng xe c*ng tính c v%i xác 90%-93% tu+ thu c vào i u ki n môi tr ng ,t v n Trong gi i quy t toán qu n lý, i u hành i u n giao thông khơng th thi u c vai trò thơng tin v l u l ng t c dòng xe có c nh ng thông tin n c th gi i ã s d ng nhi u lo i c m bi n nh c m bi n áp l c, vòng t , quang, g n ây s d ng công ngh x lý nh camera Cơng ngh có u i m ch có linh ho t cao, không ph i can thi p nhi u ch u nh ng nh h ng liên quan c a c s h t ng ng sá, c ng ng m, ti c Vi t Nam, c i m dòng giao thơng a ph ng ti n không ch y thành xe v i giãn cách rõ ràng ng, nên h u nh không áp d ng c b t k m t lo i c m bi n nói (tr nh ng tr ng h p c bi t nh t i tr m thu phí, ) Các ph n m m m xe qua x lý nh c a n c tiên ti n th gi i c ng không áp d ng c Vi t Nam lý 41 Trong báo a m t gi i pháp k! thu t x lý nh m i, cho phép m tri n l n v"ng u tiên có thi t b o, m xe Vi t Nam, tháo g# hàng lo t v n qu n lý, i u hành giao thơng có liên quan $ng d ng công ngh x lý nh th i gian th c giám sát giao thông d a vào s h tr tính tốn c a máy tính th c hi n thu t toán x lý nh trích l"c thơng tin c n thi t t chu i nh giao thông thu c b i camera Các thông tin c a c p nh t liên t c th i gian th c s% h tr &c l c cho công tác qu n lý giao thông nh s l ng xe c i ng, v n t c c a t ng xe, chi u dài hàng i x y ách Camera t&c, ho c cao h n n a nh n d ng bi n s xe, Mơ hình chung c a h th ng giám sát giao Chu i nh ã s hố thơng b'ng cơng ngh x lý nh camera c ho nh hình Thu t tốn x lý nh M t h th ng giám sát giao thông nh v y s% bao g(m m t s a thông tin b c x lý nh ti n x v giao thông lý nh, phát hi n i t ng vùng quan Hình Mơ hình h th ng giám sát giao thôngd a công ngh x lý nh sát c a camera, tách i t ng kh)i nh n n, nh n d ng i t ng b&t bám i t ng Mơ hình chung c a tốn có th c minh ho nh hình Camera K t qu Chu i nh B&t bám Hình S it Ti n x lý nh Phát hi n Nh n d ng Tách ng it it ng ng ( dòng mơ t ti n trình x lý c a h th ng Xây d ng h th ng x lý nh b'ng máy tính, tr c tiên ph i s hố c b*c nh ó S hố to m t ph+ng xy g"i l y m,u nh s hoá theo biên g"i l ng t hoá m*c xám Sau s hố nh c cho d i d ng ma tr n (1) 42 f (0,0 ) f ( x, y ) = f (1,0 ) f (0,1) f (1,1) f (0, M − 1) f (1, M − 1) (1) f ( N − 1,0 ) f ( N − 1,1) f ( N − 1, M − 1) ó: f(i,j) giá tr m*c xám c a nh t i i m có to (i,j) M i ph n t c a f(x,y) c g"i m t pixel Lân c n c a m t pixel t i to (x,y) i m có to nh sau: (x,y-1); (x,y+1); (x-1,y); (x+1,y); (x-1,y-1); (x-1,y+1); (x+1,y-1); (x+1,y+1) (2) 2.1 Ti n x lý nh ây trình th c hi n u tiên c a h th ng Giai o n g(m trình lo i b) nhi u chuy n -i nh v d ng n gi n x lý nâng cao xác cho giai o n sau .nh thu c t camera th ng nh RGB 24 ho c RGB 32, ta mu n chuy n -i v d ng nh xám n gi n, công th*c chuy n -i nh sau: Giá tr m u = 0.299*R + 0.587*G + 0.114* B (3) Sau ó, nh c quét b'ng b l"c Median lo i b) nhi u theo công th*c: f(x,y) = Median{M[i,j], (i,j)∈ W} (4) ó W lân c n c a i m nh (x,y) nh nh ngh/a (2) 2.2 Phát hi n tách it ng ây b c u tiên quan tr"ng nh t toán này, i t ng c phát hi n tách kh)i hình n n ti n trình x lý s% u vào cho b c x lý ti p theo Có m t s ph ng pháp th c hi n ch*c n ng v i u, nh c i m khác Trong báo này, chúng tơi trình b y m t thu t toán c ánh giá hi u qu nh t, v a m b o vi c phát hi n tách i t ng m t cách y , xác, v a mb o c chi phí th i gian áp *ng th i gian th c, ngồi thu t tốn có u i m t thích nghi c v i thay -i c a i u ki n ánh sáng môi tr ng tác ng lên nh Tuy nhiên, có m t h n ch ó tr c th c hi n thu t toán, ta ph i kh i t o nh tham chi u, nh ban u c a hi n tr ng giao thơng mà khơng có i t ng xe ó Thu t tốn c a nh sau: G"i nh tham chi u t i th i i m t Bt Vt m t nh nh phân ch*a i t ng c phát hi n tách Giá tr Vt c tính nh sau: Vt (i, j ) = if f t (i, j ) − Bt (i, j ) ≤ T (5) otherwise Nh v y, n u nh d li u vào ft khơng có ch*a i t ng nào, nh tham chi u nh d li u trùng nhau, giá tr Vt b'ng Còn n u nh d li u có ch*a i t ng, vùng nh ch*a i t ng s% có giá tr khác so v i nh tham chi u, t i v trí ó giá tr c a Vt b'ng v trí khác b'ng Camera c coi t c nh, 43 nhiên th c t ln b rung ho c dao ng m t kho ng nh), ngồi hình nh thu c b thay -i b i s thay -i ánh sáng t nhiên i u ki n khác lo i tr Chính th mà phép tr t i ta ph i cho thêm giá tr ng #ng T nhi u gây b i nguyên nhân Và c ng mơi tr ng ln bi n -i mà nh tham chi u ph i c c p nh t liên t c m b o ln (ng nh t v i hình n n c a nh d li u hi n t i Công th*c c p nh t nh tham chi u nh sau: (6) Bt +1 = (BtVt + (1 − Vt ) f t )(1 − α ) + Bt α α h'ng s có giá tr t 0-1 Nh v y vùng c a nh d li u hi n t i mà không ch*a i t ng s% cc p nh t tr l i nh tham chi u Giá tr α s% cho bi t t0 l c p nh t nh tham chi u 2.3 Nh n d ng b t bám it ng Sau phát hi n tách i t ng kh)i nh, ta thu c nh nh phân V ch0 ch*a i t ng ph ng ti n giao thông ang xét Nhi m v c a ph n nh n d ng t ng i t ng xem chúng i t ng ôtô, xe máy i t ng khác, sau ó th c hi n vi c b&t bám chúng Trong ph n s d ng ph ng pháp so sánh m ,u nh n d ng t ng i t ng Ph ng pháp s% so sánh i t ng v i m t s m,u cho tr c i t ng s% c nh n d ng có s gi ng nh t v i m t m,u M c tiêu c a tốn tính c v n t c c a t ng i t ng chuy n ng m t s thơng tin khác, v y th c ch t c a toán tr thành toán b&t bám nhi u m c tiêu chuy n ng qua chu i nh thu nh n t camera M i i t ng vào khung hình camera, ta b&t u phát hi n bám theo cho t i kh)i khung hình D a vào th i gian bám i t ng chi u dài c a khung hình ta có th tính v n t c di chuy n c a i t ng có th b&t bám c i t ng, ta ph i g&n c m i liên k t gi a i t ng d li u hi n t i v i i t ng d li u tr c ó hay nói cách khác ph i nh n bi t c i t ng hai nh d li u liên ti p có m t hay không Các b c ti n hành thu t toán nh sau: B c 0: Kh i t o c s d li u r ng D mà s% ch*a i t ng M i i t ng s% c gán vào m t l p th c th g(m thu c tính: v trí, hình dáng, kích th c, ch ng lo i, t-ng th i gian b&t bám, B c 1: Th c hi n trích l"c i t ng t d li u nh hi n th i B c 2: V i m i i t ng thu c th c hi n so sánh v i i t ng D: N u khơng trùng kh p, có ngh/a i t ng m i b&t u vào khung hình camera, v y l u vào D thu c tính N u tìm th y, có ngh/a v,n ang di chuy n t m hình camera, v y c p nh t l i thu c tính c a D B c 3: Nh ng i t ng l i D mà ch a c c p nh t d li u i u ó có ngh/a nh hi n t i không ch*a i t ng này, v y n th i i m ã kh)i khung hình camera, ta có th a k t lu n v xố kh)i c s d li u D B c 4: L p l i b c cho d li u nh k ti p Mơ hình h th ng tốn nh hình 44 .nh tham chi u nh d li u vào Phát hi n tách xe Hình Mơ hình h th ng t K t qu t C p nh t ng giám sát giao thông c H th ng ch y th nghi m bao g(m camera k! thu t s v i thơng s 25 hình/giây, h m u RGB 24 kích c# t ng nh 320x240 pixel, máy tính có c u hình Pentium(R) CPU 2.40GHz, RAM 128MB Camera c n i ghép v i máy tính qua c-ng giao ti p USB D li u quay th c t m ts ng ph Hà N i truy n vào máy tính Hình minh ho giao di n c a ch ng trình hình th hi n k t qu sau bóc tách i t ng xe kh)i hình n n Hình Giao di n ch ng trình k t qu c a toán t ng giám sát giao thông m th công cho So sánh k t qu sau 20 phút th c hi n c a ch ng trình v i k t qu th y, s l ng xe ô tô xe máy c b&t bám m i u ki n ánh sáng t t 90%-95%, v i v n t c dòng xe 90%-93% K t lu n Trên ây ã trình bày m t s th i gian th c i v i v n h ng nghiên c*u hồn theo chúng tơi s% ti p t c th k t qu nghiên c*u ban u v toán x lý nh camera t ng giám sát giao thông K t qu thu c cho th y tồn có th áp d ng th c t t i Vi t Nam Th i gian ti p nghi m s n ph1m v i i u ki n khác v ng 45 sá, th i ti t, m t dòng xe, hồn ch0nh m t s v n lo i xe, nh n d ng bi n s xe, khác nh nh n d ng ch ng Tài li u tham kh o [1] BELLE L TSENG, CHING-YUNG LIN AND JOHN R.SMITH, (2002), Real-time Video Surveillance for Traffic Monitoring using Virtual Line Analysis, Proc IEEE International Conference on Multimedia and Expos, Switzerland [2] CHRISTOPHER JOHN SETCHELL, (1997), Application of Computer Vision to Road-traffic Monitoring, PhD thesis in the Faculty of Engineering, Department of Electrical and Electronic Engineering, University of Bristol, UK [3] COHEN AND MEDIONI G., (1999), Detecting and tracking moving objects in video surveillance, IEEE Conference on Computer Vision and Pattern Recognition [4] CUCCHIARA R., PRATI A., VEZZANI R., (2004), Real Time Motion Segmentation From Moving Cameras, Real-Time Imaging, vol 10,3,127-143 [5] CUCCHIARA R., PRATI A., VEZZANI R., (June 16-22, 2003), Object Segmentation in Videos from Moving Camera with MRFs on Color and Motion Features, Proceedings of IEEE-CS Conference on Computer Vision and Pattern Recognition (IEEE CVPR 2003), Madison, Wisconsin, USA, vol 1, 405-410 [6] CUCCHIARA R., GRANA C., PRATI A., (May 31, 2002), Detecting Moving Objects and their Shadows: an evaluation with the PET2002 dataset, Proceeding of Third IEEE International Workshop on Performance Evaluation of Tracking and Surveillance (PETS 2002) in conj with ECCV 2002, Copenhagen, Denmark, 18-25 [7] JOHN F.J, (1989), Traffic monitoring in Great Britain, Second International Conference on Road Traffic Monitoring, 1-4 [8] KOREN C., SCHVAB J., (1989), Traffic survey system in Hungary, Second International Conference on Road Traffic Monitoring, 10-13 [9] LEE S.C, (1989), Road Traffic Monitoring in Hong Kong, Second International Conference on Road Traffic Monitoring, 14-18 46 ... ng giám sát giao Chu i nh ã s hoá thơng b'ng cơng ngh x lý nh camera c ho nh hình Thu t tốn x lý nh M t h th ng giám sát giao thông nh v y s% bao g(m m t s a thông tin b c x lý nh ti n x v giao. .. ngh x lý nh th i gian th c giám sát giao thông d a vào s h tr tính tốn c a máy tính th c hi n thu t toán x lý nh trích l"c thơng tin c n thi t t chu i nh giao thông thu c b i camera Các thông. .. g(m m t s a thông tin b c x lý nh ti n x v giao thông lý nh, phát hi n i t ng vùng quan Hình Mơ hình h th ng giám sát giao thôngd a công ngh x lý nh sát c a camera, tách i t ng kh)i nh n n, nh n