Ứng dụng công nghệ xử lý ảnh trong giám sát giao thông

621 TRƯỜNG ĐẠI HỌC VINH KHOA ĐIỆN TỬ VIỄN THÔNG -  - ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP ĐẠI HỌC ĐỀ TÀI: ỨNG DỤNG CÔNG NGHỆ XỬ LÝ ẢNH TRONG GIÁM SÁT GIAO THÔNG Nghệ An tháng 5/2015 Nghệ AN - 2015 KHOA ĐIỆN TỬ VIỄN THÔNG LỜI CẢM ƠN Xử lý ảnh công nghệ quan trọng công nghệ điện tử ứng dụng nhiều lĩnh vực Xuất phát từ cơng nghệ quan trọng đó, em tìm hiểu ứng dụng xây dựng hệ thống giám sát giao thơng Trong suốt q trình học tập hoàn thành đồ án tốt nghiệp này, em nhận hướng dẫn, giúp đỡ thầy cô, anh chị bạn Với lịng kính trọng biết ơn sâu sắc em xin bày tỏ lời cảm ơn chân thành tới quý thầy, cô trường Đại Học Vinh tận tình dạy dỗ suốt năm qua Trong phải kể đến q thầy Khoa Điện Tử Viễn Thông tạo điều kiện cho em thực đồ án tốt nghiệp Em xin chân thành cảm ơn thầy giáo hướng dẫn KS Lê Trần Nam tận tình giúp đỡ em trình chọn đề tài thực đề tài.Với thời gian thực đề tài ngắn, kiến thức hạn hẹp, dù em cố gắng không tránh khỏi sai sót, em mong nhận dẫn thêm quý thầy cô Sinh viên thực Nguyễn Xuân Hải MỤC LỤC LỜI NÓI ĐẦU TÓM TẮT ĐỒ ÁN ABSTRACT CHƯƠNG I: TỔNG QUAN VỀ VẤN ĐỀ NGHIÊN CỨU 1.1 Mục đích nghiên cứu 1.2 Nhu cầu thu nhập liệu giao thông 1.3 Các hệ thống thu nhập số liệu giao thông phổ biến 1.3.1 Cảm biến hồng ngoại (infrared) 1.3.2 Hệ thống cảm ứng áp lực (Pneumatic Road Tube) 1.3.3 Cảm biến từ trường (Magnetic Detector) 1.3.4 Cảm biến áp điện (Piezoelectric) 1.3.5 Bộ dị rada sóng ngắn (Microwave rada) 1.3.6 Bộ dò siêu âm (Ultrasonic Detectors) 1.3.7 Cảm biến vòng dây (Inductive Loop) 1.4 Một số hệ thống giám sát giao thông ứng dụng công nghệ DIP giới 10 1.4.1 Hệ thống giám sát giao thông hãng IBM 10 1.4.2 Hệ thống TRIP – Traffic Research using Image Processing (Anh) 10 1.4.3 Hệ thống Sample Points (Nhật) 10 1.4.4 Hệ thống WADS (Mỹ) 10 1.4.5 Hệ thống ACRC (Anh) 11 1.4.6 Hệ thống IMPACTS (Anh) 11 1.4.7 Hệ thống Autoscopy (Mỹ) 11 CHƯƠNG II: CƠ SỞ KIẾN THỨC VỀ XỬ LÝ ẢNH SỐ 12 2.1 Khái niệm ảnh số 12 2.1.1 Biểu diễn ảnh số 12 2.1.2 Pixel (phần tử ảnh) 13 2.1.3 Gray level (Mức xám) 13 2.1.4 Biểu diễn màu 14 1.1.5 Tổng hợp màu sánh màu 16 2.1.6 Hệ toạ độ màu 17 2.2 Các giai đoạn xử lý ảnh 18 2.2.1 Thu nhận hình ảnh 18 2.2.2 Tiền xử lý ảnh 18 2.2.3 Phân đoạn ảnh 19 2.2.4 Biểu diễn mô tả ảnh 19 2.2.5 Nén ảnh 19 2.2.6 Nhận dạng ảnh 19 2.3 Các phần tử hệ thống xử lý ảnh số 21 2.3.1 Thiết bị thu nhận hình ảnh: 21 2.3.2 Bộ nhớ nhớ 22 2.3.3 Bộ xử lý ảnh chuyên dụng 23 2.3.4 Màn hình hiển thị 23 2.3.5 Máy tính 23 CHƯƠNG III: GIẢI PHÁP CHO HỆ THỐNG GIÁM SÁT GIAO THÔNG BẰNG CÔNG NGHỆ NHẬN DẠNG ẢNH 24 3.1 Mô hình hệ thống giám sát giao thơng 25 3.2 Phát chuyển động 27 3.2.1 Phương pháp 1: so sánh khuôn hình liên tiếp 28 3.2.2 Phương pháp 2: trừ 30 3.2.3 Thuật toán xác định ngưỡng 31 3.3 Cập nhật ảnh 32 3.3.1 Cập nhật trực tiếp điểm 33 3.3.2 Ứng dụng mơ hình xác suất thống kê 35 3.3.3 Xố bóng chuyển động 37 3.4 Phân vùng ảnh 42 3.4.1 Mơ tả tốn 42 3.4.2 Ứng dụng Fuzzy C-Means Clustering 43 3.4.3 Thuật toán phân vùng ảnh xám sử dụng thông tin không gian 45 3.4.4 Phân vùng ảnh xám dùng thông tin vị trí cường độ sáng 46 3.5 Nhận dạng bám đối tượng 47 3.5.1 Bài toán đặt 47 3.5.2 Khái quát toán nhận dạng bám đối tượng 47 3.5.3 Phân loại xe sở phân tích đường bao đối tượng 49 3.5.4 Bám đối tượng chuyển động 50 CHƯƠNG IV: ỨNG DỤNG VÀ XU HƯỚNG PHÁT TRIỂN CỦA ĐỀ TÀI 52 4.1 Ứng dụng hệ thống điều khiển tín hiệu giao thơng thích nghi 52 4.1.1 Định nghĩa biến vào điều khiển 55 4.1.2 Xử lý số tình đặc biệt 57 4.2 Xu hướng phát triển 57 KẾT LUẬN 60 TÀI LIỆU THAM KHẢO 62 DANH MỤC HÌNH Hình 1.1 Hệ thống giám sát giao thông Hình 1.2 Ví dụ Camera quan sát dịng giao thơng Hình 1.3 Camera chụp phương tiện vượt đèn đỏ Hình 2.1 Hệ tọa độ biểu diễn ảnh số 12 Hình 2.2 Phổ màu RGB 15 Hình 2.3 Nguyên tắc tổ hợp màu 15 Hình 2.4 Hệ tọa độ màu RGB 17 Hình 2.5 Các giai đoạn xử lý ảnh số 18 Hình 2.6 Các thành phần hệ thống xử lý ảnh 21 Hình 3.1 xử phạt giao thơng hệ thống giám sát hình ảnh 25 Hình 3.2 Các bước thực hệ thống giám sát giao thông 26 Hình 3.3 Phương pháp phát chuyển động 28 Hình 3.4 Mô tả xe chuyển động ảnh liên tiếp 30 Hình 3.5 Phép trừ ảnh 31 Hình 3.6 Chương trình cập nhật ảnh Matlab 34 Hình 3.7 Tác động bóng chuyển động 37 Hình 3.8 Mơ hình màu biểu diễn không gian chiều RGB 40 Hình 3.9 Sơ đồ khối thuật tốn cập nhật ảnh 42 Hình 4.1 Bố trí camera quan sát ngã tư 52 Hình 4.2 Vị trí camera so với mặt đường 53 Hình 4.3 Thứ tự pha chu kỳ 53 Hình 4.4 Sơ đồ khối camera Bi-iV1 58 LỜI NÓI ĐẦU Xử lý ảnh lĩnh vực quan tâm có nhiều ứng dụng quan trọng Trong xử lý ảnh gồm nhiều giai đoạn khác với mục đích riêng Chẳng hạn việc nâng cao chất lượng ảnh, việc nén liệu ảnh, truyền lưu trữ thiết bị viễn thơng… Song nói đến lĩnh vực xử lý ảnh phần nhận dạng ảnh phần hấp dẫn mang tính công nghệ cao, tương đối phức tạp Sau phát triển thành đồ án tốt nghiệp với đề tài “Ứng dụng công nghệ xử lý ảnh giám sát giao thơng” Như vậy, dịng liệu thu từ camera quan sát giao thơng sau xử lý Cuối ta thu thông tin dịng giao thơng sở để điều khiển giao thơng thích nghi Bài tốn nút giao thông phần giải triệt để, hệ thống ứng dụng trạm thu phí giao thơng, nơi trơng giữ xe… Khi bắt tay vào việc nghiên cứu đề tài này, em cố gắng để hoàn thành công việc giao, song điều kiện thời gian hạn chế nên em không tránh khỏi thiếu sót Em mong góp ý thầy giáo hưỡng dẫn, thầy giáo phản biện thầy cô giáo bạn bè khoa Điện Tử Viễn Thơng, qua em rút kinh nghiệm thực tế bổ ích để sau em xây dựng chương trình hồn chỉnh TÓM TẮT ĐỒ ÁN Bố cục đồ án chia làm chương Chương 1: Tổng quan vấn đề nghiên cứu Đặt vấn đề thực trạng giao thông Việt Nam đưa phương pháp thực Giới thiệu số hệ thống giám sát giao thông giới Chương 2: Cơ sở kiến thức xử lý ảnh Nội dung chương trình bày tảng kiến thức xử lý ảnh Các khái niệm liên xử lý ảnh, thành phần hệ thống xử lý ảnh Chương 3: Giải pháp cho giám sát giao thông công nghệ xử lý ảnh Mô tả thành phần hệ thống giám sát điều khiển giao thơng Trình bày thuật tốn theo bước thực chương trình xử lý ảnh, bắt đầu thuật toán phát chuyển đông, cập nhật nền, phân vùng đối tượng chuyển động, cuối thuật toán nhận dạng bám đối tượng Chương 4: Ứng dụng xu phát triển đề tài Triển khai hệ thống áp dụng cụ thể nút giao thơng ngã tư Trình bày pha cách chuyển pha thích nghi điều khiển luồng giao thơng Cuối chương trình bày việc phát hiển cụ thể hệ thống phần cứng tích hợp Camera thơng minh ABSTRACT This thesis has chapters, they are: Chapter 1: Overview about thesis Plant a problem about real situation of the traffic in Viet Nam and the way to execute Introduce some traffic monitoring systems in the world Chapter 2: Basic knowledge about digital image processing This chapter’s content is the presentation about basic knowledge of digital image processing: concepts, components of basic DIP system Chapter 3: Solution to monitor the traffic by digital image processing Descript components of a traffic monitor and control system Algorithm presentation conform to steps which were performed in image processing chapter, with the beginning is motion detected algorithm, updating bachground, districting motion subjects, and the last is recognized and followed objects algorithm Chapter 4: Applications and expand strend of this topic Deploying this system to apply in a spectific four-way crossroads Present about phases and method to change phases adaptive in traffic-current control In the end of this chapter is the presentation about specific development of this system in intergrated hardware, such as smart camera CHƯƠNG I TỔNG QUAN VỀ VẤN ĐỀ NGHIÊN CỨU 1.1 Mục đích nghiên cứu Trong thời gian gần đây, với phát triển kinh tế, số lượng phương tiện giao thông nhu cầu lại tăng nhanh chóng, dẫn đến tượng bất cập giao thơng ngày tăng Đó gia tăng tai nạn giao thông, tắc nghẽn giao thông, việc không chấp hành luật giao thông… Đây lý cần nhanh chóng có giải pháp nâng cao hiệu hoạt động hệ thống giám sát-điều khiển giao thông, giúp cho phù hợp khai thác tối đa khả sở hạ tầng giao thông Việt Nam Giải pháp bao gồm nhiệm vụ nâng cao độ xác hệ thống thu nhập thơng tin dịng giao thơng tăng cường mức độ thơng minh cho hệ thống điều khiển tín hiệu Ở quốc gia có hệ thống giao thơng phát triển hồn thiện, dịng giao thơng chủ yếu ơtơ, xe chạy theo cách có tổ chức Khi đó, thu thập số liệu dịng giao thơng khơng phải việc khó Thực tế Việt Nam, dịng giao thơng có đặc trưng chủ yếu hỗn hợp tổ chức thấp nên việc có số liệu xác khơng đơn giản Chẳng hạn, tất hệ thống đếm xe triển khai Việt Nam khơng có khả đếm xác số lượng xe máy mà xe máy lại phương tiện chủ yếu dịng giao thơng Hình 1.1 Hệ thống giám sát giao thơng Trên giới, việc phát triển hệ thống ứng dụng công nghệ nhận dạng ảnh thu nhập liệu dịng giao thơng quan tâm từ lâu (những năm 80), kết quan trọng xuất khoảng thời gian gần đây, kết thành tựu cơng nghệ điện tử công nghệ thông tin Những thành báo hiệu xu hướng thiết kế xây dựng hệ thống thu nhập liệu điều khiển giao thông Cho tới có nhiều hệ thống dài, chiều rộng) xe Việc xác định kích thước xe qua ảnh thực sở giả thiết sau: - Kích thước vùng quan sát đường cho trước - Độ phân giải ảnh cho trước - Biết trước khoảng cách từ Camera đến mặt đường - Xác định tỷ lệ biến dạng ảnh vị trí khác khn hình Sau phát tách đối tượng khỏi ảnh, ta thu ảnh nhị phân M chứa đối tượng chuyển động Nhiệm vụ phần nhận dạng đối tượng xem chúng đối tượng ôtô, xe máy đối tượng khác, sau thực việc bám bắt chúng Thuật toán so sánh mẫu áp dụng để nhận dạng đối tượng Phương pháp so sánh đối tượng với số mẫu cho trước Đối tượng nhận có đồng với mẫu - Căn vào hình dạng: Ảnh ơtơ có hình dạng chữ nhật, đường bao ô tô đường thẳng Trong phần lớn đường bao xe máy xe đạp đường cong Như vậy, cách phân tích đường bao ta xác định vật có phải xe hay khơng, xe ôtô hay xe máy - Căn vào diện tích : ta vào diện tích để phân loại ôtô to nhỏ, xe máy hay xe đạp - Các xe khung hình phân biệt với hình dạng, kích thước (chiều dài, chiều rộng, diện tích, chu vi), cường độ sáng, thành phần màu - Giả sử có đối tượng O vào vùng quan sát khung hình thứ FK , sau xác định xe, ảnh O xử lý để lấy giá trị thuộc tính đặc trưng, sau đối tượng đưa vào tập hợp S bao gồm xe chuyển động vùng quan sát Nhiệm vụ chức bám đối tượng xác định vị trí đối tượng O khung thứ k +1 Để làm việc này, tất đối tượng khung hình FK 1 so sánh với đối tượng tập S để tìm cặp có trùng khớp thuộc tính đặc trưng Sau xác định vị trí O khung FK 1 , sở xác định khoảng thời gian hai lần ghi khung hình FK 48 FK 1 ta tính tốc độ chuyển động O Cuối ta thực cập nhật thuộc tính O vào tập hợp S 3.5.3 Phân loại xe sở phân tích đường bao đối tượng Nguyên tắc thực hiện: Khi phát đối tượng O vào vùng quan sát ta thực bước sau: - Lấy đường biên đối tượng - Tính chu vi P đối tượng O, so sánh P tính với giá trị ngưỡng: + O ôtô lớn P >=  LC + O ôtô P >=  C + O xe máy lớn P >=  M Thuật toán hàm classify: INPUT: ảnh đối tượng O[j] OUTPUT: Loại xe Các bước thực hiện: P[j] = Perimeter(O[j]); // tính chu vi O[j] If P[j] >= τLC Then O[j].Type = “Large Vehicle” If P[j] >= τC Then O[j].Type = “Car” If P[j] >= τM Then O[j].Type = “Moto” Thuật toán hàm Perimeter: INPUT : ảnh đối tượng O[j] OUTPUT : xác định số pixel đường biên O[j] Các bước thực : // Xác định biên E đối tượng O[j], E ảnh nhị phân pixel thuộc đường biên đối tượng O[j] có giá trị pixel cịn lại có giá trị E = EdgeDetertion(O[j]); P[j] = 0.0; //Giá trị khởi tạo cho chu vi O[j] For m = to Row(E) 49 For n = to Col(E) If pixel[m,n] = then P[j] = P[i] + 1; 3.5.4 Bám đối tượng chuyển động Để đánh số cho xe chuyển động phạm vi vùng quan sát ta sử dụng thuộc tính sau: I: Cường độ sáng trung bình pixel đối tượng P: Chu vi đối tượng A: Diện tích đối tượng Giả sử khung Fk có đối tượng O vào vùng quan sát Sau xác nhận O xe ta tính thuộc tính I, P, A O Tiếp theo, đưa O vào tập hợp V xe hoạt động vùng quan sát Khi nhận khung Fk 1 , tính giá trị thuộc tính I, P, A cho tất xe khung So sánh thuộc tính xe khung Fk 1 với thuộc tính tương ứng xe tập V Nguyên tắc so sánh sau: Với xe j khung Fk 1 , so sánh giá trị I j với xe tập hợp V, có nhiều xe V có giá trị I j thực phép so sánh thuộc tính Pj , chưa xác định sử dụng thuộc tính cịn lại A Khi tìm đối tượng phù hợp V ta thực thao tác cập nhật lại thuộc tính tính tốn tốc độ xe j Nếu khơng tìm đối tượng phù hợp V xe j coi xe cần bổ xung vào V Thuật toán hàm Tracking: Bước 1: Khởi tạo tập hợp V nhận khung hình F0 V = {}; Bước 2: Khi nhận khung Fk (k>0) thực việc sau N = {}; // Khởi tạo tập N bao gồm xe khung Fk for j = to NumOfVehicle( Fk ) I[j] = SumOfIntensity(j);//Tính tổng cường độ pixel thuộc xe j P[j] = Perimeter(j); 50 A[j] = Area(j); Add(j,N); //Bổ sung xe j vào tập N Bước 3: So sánh xe khung Fk với xe tập V For k = to NumOfVehicle(V) For k = to NumOfVehicle(N) If Match(j,k) Then Static(k);// Tính tham số thống kê cho xe k Update(k,V);//Cập nhật thông tin xe k V Else Classify(j); phân loại xe vừa vào Add(j,V);// Bổ sung xe vào V // xoá xe khỏi vùng quan sát tập V If not Found(k,N) then Delete(k,V); 51 CHƯƠNG IV ỨNG DỤNG VÀ XU HƯỚNG PHÁT TRIỂN CỦA ĐỀ TÀI 4.1 Ứng dụng hệ thống điều khiển tín hiệu giao thơng thích nghi Để minh họa khả ứng dụng hệ thống giám sát giao thông từ việc thu thập liệu dịng giao thơng ứng dụng cơng nghệ xử lý ảnh ta xét mơ hình hệ thống điều khiển tín hiệu nút giao thơng hình sau: Nút giao thơng ngã tư có bố trí sau: Hình 4.1 Bố trí camera quan sát ngã tư Trong đó: - Li vùng cho xe đường vào thứ i rẽ trái - Hi vùng cho xe đường vào thứ i thẳng - Ri vùng cho xe đường vào thứ i rẽ phải - Ci camera giám sát tình trạng giao thơng đường vào i 52 Hình 4.2 Vị trí camera so với mặt đường Việc lắp đặt camera hình 4.1 nhằm đảm bảo cho việc quan sát phương tiện cách tốt nhất, thay đổi kích thước ảnh phương tiện khơng thay đổi nhiều trùng lấn phương tiện nhỏ Hình 4.2 thể rõ điều Vì có đường dành riêng nên dòng rẽ phải cho phép pha Tín hiệu đèn nút điều khiển chu kỳ pha theo tiêu chuẩn dành cho điều khiển tín hiệu National Electronics Manufacturing Association mơ tả hình vẽ: Hình 4.3 Thứ tự pha chu kỳ 53 Thứ tự pha cho đường sau: - Pha khởi tạo cho đường pha dành riêng cho dòng rẽ trái - Trong pha sau pha khởi tạo hai dòng rẽ trái bị dừng lại thay vào dịng thẳng đường với dòng rẽ trái lại Việc chọn dòng rẽ trái tiếp tục cho phép dòng rẽ trái phụ thuộc tình trạng giao thơng thực tế nút - Khi dòng rẽ trái thỏa mãn hết thời gian xanh tối đa cho pha rẽ trái với tất dòng rẽ trái bị dừng lại, dòng xe thẳng bắt đầu cho phép - Trong chu kỳ, mức yêu cầu dòng rẽ trái thấp, điều khiển chuyển sang pha cho dòng thẳng - Trong chu kỳ, có dịng rẽ trái có mức u cầu cao điều khiển chuyển đến pha tương ứng cho phép dịng thơng qua Việc xếp thứ tự pha đảm bảo yêu cầu sau; - Loại bỏ điểm xung đột nguy hiểm nút (điểm cắt, điểm tách) - Giảm tối đa thời gian lãng phí lần chuyển pha Hệ thống nhận dạng ảnh sử dụng để xác định số lượng xe vùng L H đường vào Cụ thể camera Ci thu thập thơng tin dịng phương tiện vùng Li H i Các thông tin thu thập bao gồm: - Số lượng xe vào vùng Li H i - Số lượng xe vùng Li H i - Tốc độ dòng xe vùng Li H i - Số lượng xe khỏi vùng Li H i Tiếp theo ta xây dựng thuật tốn điều tín hiệu giao thơng thích nghi sở sử dụng thơng tin Thuật tốn điều khiển tín hiệu giao thơng xây đựng sở logic mờ, mục đích điều khiển thích nghi tăng số lượng xe thông qua nút pha, điều khiển có khả đưa định mức khác nhau: mức cao định chọn pha kế tiếp, mức thấp định kéo dài pha Như ta xây dựng hai suy diễn mờ, thứ C1 dùng xác định có cần kéo dài thời gian cho pha hay không, thứ hai C2 dùng xác định thứ tự ưu tiên pha 54 4.1.1 Định nghĩa biến vào điều khiển a Đánh giá mức yêu cầu dòng rẽ trái: Mức yêu cầu dịng rẽ trái tính sở mật độ xe vùng dành cho xe rẽ trái đạo hàm V theo thời gian dV Gọi VLi : mật độ xe quy đổi vùng dành cho dòng rẽ trái đường vào I VLi  N S   N L   N M   N B N S Số ô tô vùng Li N L Số ô tô to vùng Li N M Số xe máy vùng Li N B Số xe đạp vùng Li α,β,γ hệ số quy đổi tương ứng loại ô tô to, xe máy xe đạp dV đạo hàm mật dộ xe quy đổi vùng dành cho dòng rẽ trái đường vào i Tiêu chuẩn đại lượng theo công thức sau: VLi  VLi / VLi max dVLi  dVLi / dVLi max Trong : V [0,1] mật độ xe chuẩn hóa cho dịng rẽ trái đường vào i dVLi đạo hàm mật độ xe chuẩn hóa cho dịng rẽ trái đường vào i Vmax mật độ xe quy đổi cực đại Mờ hóa với miền giá trị ngơn ngữ VLi {L,M,H,LP} (thấp, trung bình, cao, cao) Mờ hóa dVLi với miền giá trị ngôn ngữ dVLi {N, Z, P, LP} (âm, không, dương, dương lớn) Mức yêu cầu dòng xe rẽ trái đường vào I RLi nhận số giá trị sau {L,M,H,LP} RLi xác định luật có dạng: If VLi is L AND dVLi is N then RLi is L ……… If VLi is M AND dVLi is M then RLi is M …… 55 If VLi is VH AND dVLi is VH then RLi is VH b Đánh giá mức yêu cầu dòng xe thẳng Tương tự ta tính số lượng xe quy đổi vùng dành cho xe thẳng đạo hàm theo thời gian sau chuẩn hóa đại lượng ta VHi dVHi Khi mức yêu cầu dòng xe thẳng xác định theo luật sau: If VHi is L AND dVHi is N then RHi is L ……… If VHi is M AND dVHi ís M then RHi is M …… If VHi is VH AND dVHi ís VH then RHi is VH c Quyết định kéo dài thời gian đèn xanh hay chuyển pha Thời gian đèn xanh pha i ( Gi ) thay đổi khoảng GiM in , GiM ax  Đầu tiên Gi thiết lập giá trị khởi tạo GiMin , kết thúc khoảng thời gian điều khiển có nhiệm vụ xác định có kéo dài thời gian dành cho pha phát hay khơng, cần thời gian kéo dài thời gian dành cho pha bao nhiêu? Thời gian GiMin = dt*N Khoảng thời gian cho phép giải phóng N xe đợi trước đèn tín hiệu Quyết định kéo dài thời gian pha I đưa sở xử lý thông tin mức yêu cầu dòng xe theo nguyên tắc: yêu cầu dòng xe thuộc pha ngang lớn mức yêu cầu pha cịn lại kéo dìa pha Thời gian kéo dài tối đa GiM ax  GiM in tính theo : GiE  Ci *  GiM ax  GiM in  Trong μCi giá trị thuộc tập mờ yêu cầu dòng xe thuộc pha Như tổng thời gian dành cho pha I Gi  GiMin  GiE d Quyết định chọn pha Trong trường hợp mức ưu tiên dòng xe thuộc pha thấp mức ưu tiên dòng xe khác, điều khiển định chuyển pha Việc lựa chọn pha thực theo nguyên tắc : 56 - So sánh mức ưu tiên pha sở mức ưu tiên dòng thuộc pha theo thứ tự xếp pha chu kỳ Cụ thể, kết thúc pha A xét mức yêu cầu pha B, A1 A2, pha có mức u cầu chọn pha B, pha A1, A2 có mức yêu cầu lớn pha B chọn A1 Kết thúc pha B, xét mức yêu cầu pha C, C1 C2 theo thứ tự ưu tiên C -> C2->C2 Kết thúc pha C xét mức yêu cầu pha D, C1 C2 Kết thúc pha D xét pha A, A1 A2 4.1.2 Xử lý số tình đặc biệt a Các dịng xe đợi thời gian dài Theo nguyên tắc chọn pha trình bày ta thấy tiềm ẩn nguy có pha khơng chọn thời gian dài số lượng xe đợi làm mức yêu cầu thấp pha khác nhiều chu kỳ Ta xử lý tình cách đếm số chu kỳ mà bị bỏ qua, số lần bỏ qua đạt đến giá trị ngưỡng điều khiển chọn pha cho dù mức ưu tiên thấp pha khác b Khi số lượng xe đông Khi số lượng xe q đơng, hệ thống xử lý ảnh khơng đếm xác số lượng xe vùng, cần có chế độ hoạt động khác để đảm bảo q trình giao thơng nút diễn bình thường Hệ thống xử lý ảnh có nhiệm vụ đếm số lượng xe vào vùng Li H i , số lượng xe vào vùng đơn vị thời gian lớn giá trị tới hạn T, hệ thống điều khiển tín hiệu giao thơng chuyển sang hoạt động chế độ Trong chế độ này, thay cố gắng đếm xác số lượng xe vùng Li , H i hệ thống xử lý ảnh cần tính tỷ lệ diện tích bị xe chiếm chỗ tổng diện tích vùng để ước lượng số xe vùng Sau đó, điều khiển xác định mức yêu cầu dòng xe sở số ước lượng 4.2 Xu hướng phát triển Ngày nhiều hệ thống thu thập liệu dịng giao thơng xây dựng sở công nghệ xử lý ảnh Xu hướng phát triển hệ thống tích hợp chức xử lý liệu thu từ camera, kết ta có camera thơng minh có khả thực cơng việc là: thu thập, xử lý liệu truyền kết xử lý cho 57 thành phần khác hệ thống Việc tích hợp chức xử lý liệu vào camera liên quan đến vấn đề sau: - Lựa chọn tảng xử lý liệu phù hợp cho toán: yêu cầu thiết bị phần cứng dùng cho tốn xử lý ảnh có khả xử lý khối liệu lớn với tốc độ cao để đáp ứng yêu cầu thời gian thực Đáp ứng yêu cầu chip xử lý tín hiệu số chuyên dụng DM64xx TI - Cài đặt thuật toán xử lý ảnh mơi trường mới: Trên mơi trường máy tính PC, việc cài dặt thuật toán xử lý ảnh tương đối đơn giản ta sử dụng ngơn ngữ lập trình bậc cao có nhiều thư viện lập trình hỗ trợ thực việc Khi chuyển toán sang thực tảng DSP ta nhận hỗ trợ hơn, ngồi ta cịn phải quan tâm tới vấn đề hạn chế tài nguyên hệ thống: dung lượng nhớ, tốc độ xử lý … Các Camera thông minh thường có kiến trúc chung hình minh họa 4.4 Trong ta thấy có khối chức cảm biến hình ảnh( cơng nghệ CMOS CCD), chíp DSP xử lý ảnh, xử lý truyền thơng, điều khiển cấu chấp hành Camera (PTZ - Pan/Tilt/Zoom), cuối giao diện truyền thông cho phép kết nối với thành phần khác (RS- 232, Ethernet 100BaseT, GSM) Texas Instrument với công nghệ DaVinci nhà sản xuất hành đầu giới cung cấp chíp DSP sử dụng hệ thống xử lý ảnh video Hình 4.4 Sơ đồ khối camera Bi-iV1 58 Camera Bi-iV1 dòng camera thông minh sử dụng DSP TX C6202/C6415 công nghệ mạng Neural tế bào (CNN) cho phép xử lý ảnh tốc độ cực cao ( hàng vạn Frame/s) Hiện camera sử dụng rộng rãi hệ thống yêu cầu tốc độ xử lý cao kiểm soát chất lượng sản phẩm dây truyền sản xuất, sử dụng mắt nhân tạo cho robot… Đặc biệt phải kể đến sản phẩm hợp tác Module NeuroMatrix TM-PCI-4, TME-12/220, camera thiết kế chuyên dụng cho hệ thống thu liệu dịng giao thơng, cung cấp kèm thư viện lập trình ứng dụng (NeuroMatrix NM6403 DSP Processing Library(NMPL)và Harware Abstraction Library (BM1HAL)cho phép người sử dụng cài đặt thuật tốn vào camera ngôn ngữ C++ 59 KẾT LUẬN Sau khoảng thời gian nghiên cứu làm việc nghiêm túc đề tài hoàn thành.Trong đề tài đạt số nội dung sau: Xây dựng kiến trúc tổng thể hệ thống thu nhập liệu dịng giao thơng ứng dụng cơng nghệ nhận dạng ảnh sở phân tích tính thiết bị hệ thống Camera, mạng truyền thơng máy tính xử lý liệu Xây dựng thuật toán xử lý liệu phần mềm xử lý ảnh, sau kiểm tra hiệu mơ Matlap Các thuật tốn xây dựng đề tài có: - Thuật tốn phát chuyển động chuỗi ảnh có khả tự động tính ngưỡng để loại trừ tác động nhiễu - Thuật toán cập nhật ảnh đáp ứng thay đổi môi trường thay đổi độ sáng, trời nắng, trời mưa - Thuật toán phát xóa bóng chuyển động điều kiện xe chuyển động nguồn sáng mạnh mặt trời, đèn cao áp - Thuật toán phân vùng ảnh ứng dụng kỹ thuật Fuzzy C-mean, thuật tốn có khả xử lý trường hợp ảnh có phần trùng lấp - Thuật toán nhận dạng bám xe phục vụ thu thập thông tin số lượng loại xe, tốc độ lưu lượng dòng xe qua vùng quan sát Xây dựng mơ hình hệ thống điều khiển tín hiệu giao thơng ứng dụng Logic mờ có liệu đầu vào thông tin thu thập từ hệ thống xử lý ảnh Hiện nay, đoạn đường cao tốc, cần giám sát tự động việc thực luật giao thông với xe lưu thông, cảnh sát tra giao thông đủ người để “dàn quân” tuyến đường dài Những hệ thống giám sát điều khiển lớn Hệ thống giám sát điều khiển giao thơng sản phẩm tích hợp đa cơng nghệ cao từ tính tốn nhúng, tự động hóa đến truyền thơng, siêu tính tốn, từ thiết kế khí, điện tử, quang học, ánh sáng, nhiệt độ mơi trường đến nối kết mạng lưới, bó máy tính song song hiệu cao…Vì giá nhà thầu nước ngồi bán cho Việt Nam tính cho km đường cần tới hai triệu USD (1110 tỷ cho đoạn 40km HCM- Long Thành - Giầu Dây) thời gian thực lên đến năm 60 Do đó, yêu cầu đặt cho nhà khoa học Việt Nam phải nghiên cứu phát triển giải pháp thay nhập ngoại, để nhập ngoại với giá cao mà chất lượng phải tốt Trước thách thức hồn thiện tính hệ thống giám sát hình ảnh giao thông thông minh thân đặt mục tiêu nghiên cứu nội dung có liên quan đến vấn đề thiết kế chế tạo Camera thông minh chuyên dụng cho hệ thống giám sát điều khiển giao thông Cụ thể tìm kiếm giả pháp tích hợp chức xử lý ảnh vào Camera để xây dựng hệ thống xử lý ảnh mà không cần máy tính PC nhằm tăng độ tin cậy giảm giá thàng hệ thống Tuy cố gắng xong đề tài khơng tránh khỏi cịn nhiều khiếm khuyết, đặc biệt thuật toán chưa tối ưu nên trước mắt hướng nghiên cứu tiếp tục hồn thiện thuật tốn để xây dựng phần mềm hồn chỉnh có tính ứng dụng thực tế đáp ứng nhu cầu giám sát điều khiển dịng giao thơng góp phần giải tình trạng q tải mạng lưới giao thông đô thị lớn Việt Nam 61 TÀI LIỆU THAM KHẢO [1] Lương Văn Bá, Nguyễn Thanh Thủy (2003), Nhập môn xử lý ảnh số, NXB KHKT Hà Nội [2] Phan Xuân Minh, Nguyễn Doãn Phước (2004), Lý thuyết điều khiển mờ, NXB KHKT, Hà Nội [3] Đặng Quang Thạch (2006), Luận văn khoa học: “Ứng dụng công nghệ nhận dạng ảnh thu thập thơng tin dịng giao thơng” [4] Nguyễn Anh Nghĩa, Trương Xn Tính (2005) , Nghiên cứu thử nghiệm hệ thống giám sát giao thơng, Tp Hồ Chí Minh [5] Nguyễn Phùng Quang (2006), Matlab & Simulink, NXB KHKT, Hà Nội [6] Rafael C Gonzalez, Richard E Woods, Steven L Eddins (2003), Digital Image Processing Using Matlab, Prentice Hall 62 ... thống thu thập liệu dịng giao thơng ứng dụng công nghệ xử lý ảnh 1.4 Một số hệ thống giám sát giao thông ứng dụng công nghệ DIP giới Trong bối cảnh khoa học kỹ thuật công nghệ thông tin phát triển... ảnh Các khái niệm liên xử lý ảnh, thành phần hệ thống xử lý ảnh Chương 3: Giải pháp cho giám sát giao thông công nghệ xử lý ảnh Mô tả thành phần hệ thống giám sát điều khiển giao thơng Trình bày... VIỄN THÔNG LỜI CẢM ƠN Xử lý ảnh công nghệ quan trọng công nghệ điện tử ứng dụng nhiều lĩnh vực Xuất phát từ cơng nghệ quan trọng đó, em tìm hiểu ứng dụng xây dựng hệ thống giám sát giao thơng Trong