b. Giảm ùn tắc giao thông
2.5 Một số hệ thống giám sát giao thông sử dụng CAMERA IP
IP
2.5.1 Hệ thống NVR - Network Video Recording
Các hệ thống bao gồm các giải pháp phần mềm và phần ứng mới được thiết kế
cho các dòng Camera Ip mạnh giúp cho việc quản lý, lưu trữ, tổ chức, điều khiển và tìm kiếm video được gọi là Network Video Recorders hay NVRs. Một Network Video Recorder (NVR) là một giải pháp tập trung, kết nối mạng ghi nhiều IP camera cùng một lúc. Bản chất của nó là một máy chủ mạng và các giải pháp lưu trữđó là thiết kế đặc biệt cho các ứng dụng video và mạng IP camera (mặc dù máy
ảnh analog có thểđược bao gồm). Công nghệ này sử dụng các chuẩn IP mở, vì vậy nó dễ dàng kết nối, tương thích và linh hoạt hơn. Đây là những thiết bị kết nối IP dùng để kết hợp các Camera IP.
NVRs cho phép xem, kiểm soát, và ghi lại video từ tất cả các Camera IP của bạn thông qua một giao diện tập trung - giao diện web kết nối, vì vậy bạn có thể xem, thao tác và quản lý các video từ bất kỳ thiết bị kết nối IP, bao gồm máy tính để bàn,
PDA không dây, điện thoại di động và vv.
NVR vừa khắc phục được các hạn chế của DVR vừa cho ta nhiều thuận lợi trong việc quản lý Camera IP. Bạn có thể ghi âm và truy cập video trực tiếp từ xa và lưu trữ video files từ hàng chục (thậm chí hàng trăm) của camera IP. Kể từ khi NVRs là nền tảng của camera IP, chúng có thể được quản lý từ xa thông qua mạng LAN, VPN hoặc kết nối Internet một cách an toàn. Với các thiết bị được cung cấp đủ
mạnh, NVR có khả năng mở rộng thay thế an toàn, đáng tin cậy và linh hoạt cho công nghệ tích hợp DVR. Ngày nay hàng loạt các IP camera và các phần cứng tương thích NVR tồn tại, các tổ chức, doanh nghiệp lớn cũng như doanh nghiệp vừa và nhỏ có thể dễ dàng sử dụng giải pháp này.
Ưu điểm của NVR
• Khả năng mở rộng – Với kiến trúc IP và cơ sở hạ tầng đúng, NVR có thể hỗ trợ một số lượng không hạn chế các Camera IP và người dùng.
• Khả năng tương thích – Camera IP sử dụng mạng mở và hình ảnh chuẩn, làm cho chúng tương thích với tất cả các loại Camera khác nhau và thiết bị mạng khác nhau. Không có hệ thống sở hữu độc quyền. Người mua có thể trộn và kết hợp thiết bị do các nhà sản xuất khác nhau và có thể sử thiết bị IP sẵn có.
• Độ tin cậy - IP camera và máy chủ NVR đã được chứng minh trong vô số các trường hợp trên toàn thế giới (cả trong nhà và ra ngoài, và ở vùng khí hậu khắc nghiệt và ôn đới).
• Truy cập từ xa linh hoạt - công nghệ NVR cho phép người dùng truy cập video từ bất kỳ vị trí bất kỳ lúc nào với một trình duyệt Web đơn giản, máy tính xách tay, PDA hay
điện thoại di động.
• Tối đa khả năng sử dụng ổđĩa - cài đặt phát hiện chuyển động, phát hiện sự kiện, và lịch trình cho phép ghi, sử dụng đĩa cách tiết kiệm nhất.
• Linh hoạt Add-on - Khi nhu cầu mở rộng hệ thống tăng, người từng bước có thể thêm Camera, máy khách và máy chủ NVR.
• Tương lai - thiết bị IP, các Camera IP và hệ thống NVR sẽđược sử dụng rộng rãi trong nhiều thập kỷ tới.
Một sốứng dụng thường gặp của NVR và Camera IP
gồm: • Tại các sòng bạc • Trông giữ trẻ em • Theo dõi nhà tù • Ngôi nhà điện tử • An ninh, quốc phòng • Sân vận động và đấu
• Các trung tâm buôn bán, siêu thị
• Trường học và đại học cơ sở • Địa điểm máy ATM • Bãi đậu xe • Giao thông đi lại • Các địa điểm du lịch • Các cơ sở y tế
• Xây dựng các trang web • Các văn phòng
• Các phòng thí nghiệm
Các tính năng tiêu biểu của NVR
Các phần mềm NVR thường có tính năng: ghi video linh hoạt và khả năng phát lại, giao diện thân thiện cho việc quản lý và cấu hình, phần mềm chuyển động phát hiện, báo thức và chức năng cảnh báo, điều khiển Camera.
Phần cứng của máy chỉ video cho phép nhiều người dùng từ xa truy cập an toàn tất cả
các máy ảnh thông qua một địa chỉ IP. Điều này đơn giản hoá việc truy cập, cho phép người dùng kết nối với Camera IP sử dụng bất kỳ thiết bị hỗ trợ HTTP nào (sử dụng một trình duyệt Web tiêu chuẩn mà không có plug-in). Các máy chủ video cho phép nhân viên CNTT tập trung để kiểm soát người sử dụng truy cập và phần quyền truy cập. Trong khi tốc độ ghi âm thường được đặt ở 30 khung hình/giây, một số nhà cung cấp NVR 480 khung hình/giây cho video chất lượng cao siêu. Hình ảnh độ phân giải và khung hình /giây tùy thuộc vào CameraIP được sử dụng.
Các tính năng khác điển hình bao gồm:
• Báo động và thông báo (qua điện thoại di động, máy nhắn tin, trình duyệt, máy tính để
àn pop-up) • Lên lịch ghi.
• Hoàn thành hệ thống và cơ sở dữ liệu bản ghi sự kiện • 3GPP hỗ trợ (điện thoại di động truy cập)
• Nhiều giám sát hỗ trợ
• Truy cập từ xa để cấu hình, người sử dụng quản lý, sao lưu video, xem trực tiếp và tập tin tìm kiếm
• Hỗ trợ cho các nhà sản xuất khác nhau camera IP
NVRs cũng tăng cường tính năng tích hợp video kỹ thuật số cho phép thao tác trên các camera IP kết nối với hệ thống. Người dùng cũng có thểđiều chỉnh cài đặt để phát hiện chuyển động hoặc khung sự kiện và lưu lại chỉ khi cần thiết. Điều này tiết kiệm không gian lưu trữ.
Truy cập di động
Các ứng dụng NVR di động cho phép người dùng xem và điều khiển trực tiếp Camera IP từ mạng điện thoại di động, Pocket PC, điện thoại thông minh và thiết bị kích hoạt từ
Web. Người dùng có thể truy cập trực tiếp hoặc ghi nguồn cấp dữ liệu, tìm kiếm lưu trữ
cho các file video đặc biệt, kiểm PTZ, lưu ảnh chụp nhanh, zoom kỹ thuật sốở trên các đối tượng, tăng cường video, và nhận được thông báo khi phát hiện chuyển động cụ thể hoặc các khung sự kiện xảy ra. Tất cả các thao tác này thực hiện qua một kết nối không dây.
Hình 2.6: Giải pháp NVR
2.5.2 Hệ thống Video Management (VMS)
Hệ thống quản lý video là trung tâm của các giải pháp giám sát video, thu nhận video từ Camera, lưu trữ các video và quản lý phân phối video đến người xem. Có bốn lựa chọn cơ bản trong hệ thống quản lý video. Hầu hết các tổ chức đều chọn một trong bốn. Tuy nhiên, một số công ty có thể có nhiều loại khác nữa khi họ chuyển đổi từ
một hay nhiều trong bốn loại này thành loại khác của họ. Bốn loại hệ thống quản lý video là :
• DVRs : có mục đích xây dựng các máy tính kết hợp phần mềm, phần cứng và lưu trữ
video tất cả trong một. Theo thiết kế ban đầu, DVRs chỉ chấp nhận nguồn cấp dữ liệu từ
camera tín hiệu tương tự. Ngày nay, hầu như tất cả các DVR đều hỗ trợ từ xa, xem qua Internet. DVR là rất đơn giản để cài đặt nhưng chúng hạn chếđáng kể tính linh hoạt của người dùng trong việc mở rộng và thay đổi phần cứng. DVRs ngày nay vẫn còn là lựa chọn phổ biến nhất với những người mua chuyên nghiệp. Tuy nhiên, sự ưa chuộng DVR đang có xu hướng giảm để di chuyển đến một trong ba loại dưới đây.
• HDVRs (hoặc DVRs lai) : là DVRs có hỗ trợ IP camera. Họ có tất cả các chức năng của một DVR liệt kê ở trên cộng với họ có thêm hỗ trợ IP và các Camera có độ phân giải cao (megapixel). Hầu hết các phần mềm DVR có thểđược nâng cấp để trở thành HDVRs.
nâng cấp như vậy chắc chắn là một xu hướng đáng kể và hấp dẫn vì những chi phí di chuyển thấp (hỗ trợ cả camera tương tự và IP camera ).
• NVRs : giống như DVRs trong tất cả các cách trừ hỗ trợ Camera. Trong khi đó, DVR một chỉ hỗ trợ máy ảnh có tín hiệu tương tự, một NVR chỉ hỗ trợ IP camera. Để hỗ
trợ máy ảnh tương tự với một NVR, cần một bộ mã hóa để chuyển đổi.
• Phần mềm giám sát IP Video : là một phần mềm ứng dụng, giống như Word hoặc Excel. Không giống như DVRs hoặc NVRs, IP video giám sát phần mềm không đi kèm với bất kỳ phần cứng hoặc ổ đĩa lưu trữ nào. Người dùng phải tải và cài đặt PC / Server cho phần mềm. Phần mềm này cung cấp nhiều lựa chọn hơn và chi phí thấp hơn so với cách sử dụng giải pháp DVR /NVR. Tuy nhiên, nó đi kèm với ý nghĩa phức tạp hơn và tốn thời gian để thiết lập và tối ưu hóa hệ thống. Phần mềm giám sát IP video là xu hướng mới nhất trong các hệ thống quản lý video hiện nay và là sự lựa chọn thường xuyên nhất cho các giải pháp có số lượng camera rất lớn (hàng trăm hoặc nhiều hơn).
Chương III . XỬ LÝ HÌNH ẢNH TRONG GIÁM SÁT GIAO THÔNG THÔNG MINH
Giám sát chuyển động (đếm xe, đo tốc độ, phát hiện vi phạm), các kĩ thuật xử lý nhận dạng biển số xe: xác định đinh danh xe ứng dụng trong thu phí, quản lý vào ra bãi đỗ xe,..., các kĩ thuật xử lý.
3.1 CÁC DẠNG BÀI TOÁN XỬ LÝ HÌNH ẢNH TRONG GIÁM SÁT GIAO THÔNG
¾ Phát hiện và bắt đối tượng chuyển động :
Các đối tượng chuyển động (ở bài toán giám sát giao thông là các phương tiện xe cộ tham gia giao thông) sẽ được phát hiện và đánh dấu bởi các hình tròn hoặc hình chữ nhật bao bên ngoài như hình vẽ dưới đây.
Hình 3.7 Phát hiện và bắt các đối tượng chuyển động ¾ Nhận dạng đối tượng
Tìm đặc điểm trên các đối tượng chuyển động. Các đặc điểm được đánh dấu, lưu trữ là những đặc điểm để phân biệt đối tượng này với đối tượng khác.
Hình 2.8 Một ví dụ về việc tìm các điểm đặc biệt trên phương tiện
¾ Theo dõi đối tượng :
3.2 GIÁM SÁT CHUYỂN ĐỘNG
a) Phát hiện đối tượng dựa vào nhóm chuyển động (Motion-base grouping)
Hình 2.10 Biểu đồ theo dõi phương tiện giao thông bằng cách nhóm các điểm
đặc biệt của phương tiện
Việc nhóm các điểm đặc biệt trên phương tiện dựa trên sự ràng buộc chuyển
động. Các điểm chuyển động cùng nhau được nhóm lại thành một thực thể phương tiện giao thông duy nhất. Nhưng lại có rất nhiều phương tiện trong làn giao thông nên để phân biệt giữa chúng là cả vấn đề. Việc nhóm lại phải làm sao cho phân biệt phương tiện này với phương tiện bên cạnh trong cùng một làn xe và tốc độ gần như
nhau. Do đó việc phân biệt đối với các phương tiện trong trường hợp đông đúc phải có nhiều ràng buộc phân biệt hơn, còn trong trường hợp thưa thớt không cần phải
đưa ra quá nhiều ràng buộc làm chậm quá trình tính toán.
Đối với trường hợp mà đường nhiều làn thì ta chia ra các làn đường ra bằng 4
Hình 2.11 Chia các làn đường để phân biệt các phương tiện.
Hình 2.12 Ví dụ của việc nhóm các điểm trên phương tiện
b) Các cách theo dõi, giám sát đối tượng
Theo dõi các đối tượng chuyển động trong video là một lĩnh vực rất phổ biến trong mấy năm trở lại đây. Các yếu tố sau có ảnh hưởng đến việc theo dõi các đối tượng trong video của Camera IP giao thông :
• Sựđa dạng của các loại phương tiện như : xe máy, xe chở khách, xe bus, xe tải …
• Điều kiện giao thông như tắc nghẽn giờ cao điểm, vận tốc các làn xe…
• Điều kiến ánh sáng như trời sáng, chiều, tối, nắng, u ám, mưa … Có 4 phương pháp theo dõi thường dùng sau :
¾ Theo dõi dựa theo mô hình 3D (3D Model based tracking)
Hệ thống theo dõi xe cộ dựa trên mô hình 3D đã được nghiên cứu bởi nhiều nhóm nghiên cứu. Hệ thống này nhấn mạnh tới việc tìm quĩ đạo chuyển động, mô hình vật thể với độ chính xác cao và số lượng nhỏ phương tiện.
¾ Theo dõi dựa theo vùng (Region based tracking)
Ý tưởng ởđây là xác định những vùng ảnh, thực ra là từng phương tiện sau đó theo dõi chúng theo phép đo tương quan chéo.Khởi tạo quá trình này rất đơn giản bằng “kĩ thuật trừ nền”. Phương pháp lọc nền thích hợp Kalman cho phép ước lượng nền theo thời tiết, ảnh hưởng của điều kiện ánh sáng.Các đối tượng xe cộ
(foreground objects) được phát hiện bằng cách trừ ảnh từ nền hiện tại ước lượng
được, tìm từng pixel nơi mà sự khác biệt tạo thành các ngưỡng và sau đó tìm các thành phần liên quan.
Tuy nhiên phương pháp này chỉ thích hợp với luồng giao thông thưa. Khó khăn sẽ xảy ra trong 2 trường hợp.Trường hợp thứ nhất đó là, bóng của các xe cộ có thể
gây ra nhiều sự nhầm lẫn. Để giải quyết vấn đề này ta lại phải có thêm một thông tin về mầu của bóng để có những biện pháp xử lý. Trường hợp thứ 2 đó là giờ cao
điểm, trong điều kiện này các phương tiện sẽ sít lại gần nhau và ảnh không còn
được cách ly nữa, việc phân tách các phương tiện trở nên rất khó khăn. Một loạt các phương tiện sẽ bị “vón cục” trên nền và có thể sẽ bịđếm thiếu số phương tiện.
¾ Theo dõi dựa trên đường viền linh hoạt (Active contour based tracking):
Ý tưởng là sẽ cập nhật liên tục đường viền của vật thể. Ý tưởng này hay hơn phương pháp “Theo dõi dựa theo vùng” bởi vì sự phức tạp tính toán ít hơn.
Có một phương pháp tiếp cận khác trong việc theo dõi đó là thay vì theo dõi cả
vật thể ta theo dõi bằng các điểm riêng biệt hoặc đường viền trên vật thể (như cái chắn gió đằng sau của ôtô …). Phương pháp này thuận lợi ở chỗ vẫn tìm được sự
khác biệt giữa các phương tiện với nhau cho dù có các khó khăn khác như: bóng của xe, giờ cao điểm các xe bị lẫn vào nhau… đồng thời việc đếm xe, đo vận tốc cũng thuận tiện.
3.3 ĐO VẬN TỐC XE
Bài toán này gồm 2 bước : Hiệu chỉnh và ước lượng tốc độ
A. Hiệu chỉnh
Giai đoạn này trải qua 3 bước : (1)Phát hiện đường
(2)Điểm triệt tiêu và biến đổi đường thẳng cho ảnh. (3)Tính toán các yếu tố kích thước của tuyến đường.
Trong phần này, tất cả các xử lý liên quan đến ảnh ta giới hạn ở một vùng quan tâm xác định, thông thường là các vùng chữ nhật.
¾ Phát hiện biên của tuyến đường
Phát hiện biên đường bao gồm phát hiện biên của ảnh nền và áp dụng phép biến đổi
Houghđể phát hiện các đường. a) Tính toán nền :
‘Bản đồ nền’ được định nghĩa là giá trị trung bình của chuỗi ảnh
B = ∑ Ij
Giá trị trung bình này có tác dụng khử chuyển động, tăng cường ranh giới các đường cong và đường sọc.
b) Phát hiện cạnh :
Để tính Gradient của ảnh nền G = ( ∂uB, ∂vB) ta sử dụng toán tử Sobel
Tính độ lớn của ảnh theo công thức : M = |G| = ((∂uB)2 + (∂vB)2 )1/2
Góc ảnh theo công thức : Θ = arg(G), ởđây −180 < Θ(u, v) ≤ 180 là góc tạo bởi vector gradient tại (u, v) và trục u. Độ lớn ảnh khử các cạnh gần như nằm ngang (trong khoảng 22,5o ngang). Vì vậy các Camera nên được bố trí dọc theo trục đường. Tính ngưỡng tối ưu tM của độ lớn ảnh M sử
dụng thuật toán chọn ngưỡng biểu đồ mức xám của Otsu và áp dụng ngưỡng này cho độ lớn ảnh. Kết quả cho ta một ảnh nhị phân T. xem hình vẽ minh họa
c) Phát hiện vạch đường :
Áp dụng một biến thể của thuật toán Hough chuẩn : Mọi đường thẳng trong mặt phẳng uvđều có thể biểu diễn trong tọa độ cực bởi công thức
p = u cosθ + v sinθ.
Trong đó θ là góc của đường vuông góc đi qua gốc tọa độ, p là