基于圖像處理的車型識別
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基于圖像處理的車型識別方法 基于圖像處理的車型識別方法摘要車型自動識別是特征識別領(lǐng)域內(nèi)重要且實用價值頗高的一個應(yīng)用理論,此課題具有一定的實際價值和廣闊的應(yīng)用前景。按一般的車型識別流程的組成思路,整個識別過程可大致分為三大部分:車型圖像預(yù)處理,特征的提取和車型識別。本文首先描述了數(shù)字圖像處理在智能交通中的原理和應(yīng)用,并大致介紹了幾種不同圖像中特征的提取方法,本文主要采用差影法除去背景圖像直接得出車型具體輪廓,然后對已得圖像進(jìn)行中值濾波消除其干擾處理等圖像處理技術(shù),緊接著用數(shù)學(xué)形態(tài)學(xué)方法修補(bǔ)處理后的圖像,最后得了車型的長與高等幾何特征數(shù)據(jù),按統(tǒng)計得到的標(biāo)準(zhǔn)判定其相應(yīng)分類,完成車型類型的判定,并通過Matlab 仿真實地檢測并得到結(jié)果。由多次實地檢測的結(jié)論得出,此算法快捷且識別速度快,雖然有天氣影響,但識別準(zhǔn)確率很高。關(guān)鍵詞:車型識別,圖像預(yù)處理,特征提取,差影法,Matlab基于圖像處理的車型識別方法 VEHICLE TYPE RECOGNITION METHOD BASED ON IMAGE PROCESSINGABSTRACTThe automatic recognition of automobile type is in the field of feature recognition and high value to an application of the theory and practical, this subject has a certain practical value and broad application prospect. According to the general model of the identification process, the whole process can be divided into three parts: vehicle image preprocessing, feature extraction and vehicle identification.This paper generally describes the digital image processing principle and application in intelligent transportation, and outlines several different feature extraction methods, this paper mainly adopts subtraction method to background image directly to specific vehicle contour and gray, and to have image median filter to eliminate the noise processing, followed by using mathematical morphology method to repair the image. Finally, we get the image models of long and high geometric features, according to the statistics of the standards for the design of the corresponding classification,vehicle type judgment, and through MATLAB simulation field testing and results. It is concluded that the algorithm is fast and fast, although it has the effect of weather, the recognition accuracy is very high.Key words: vehicle recognition, image preprocessing, feature extraction, subtraction, Matlab基于圖像處理的車型識別方法 1目 錄1 緒論 -31.1 本課題研究背景及意義 -31.2 各方面國內(nèi)外的研究現(xiàn)狀 -41.2.1 智能交通系統(tǒng)的國內(nèi)外研究現(xiàn)狀 -41.2.2 車型識別技術(shù)的國內(nèi)外研究現(xiàn)狀 -61.2.3 背景差影法的國內(nèi)外研究現(xiàn)狀 -71.3 本文研究目的與主要研究內(nèi)容 -82 動態(tài)汽車識別理論基礎(chǔ) -92.1 引言 -92.2 識別模式與 ITS -92.3 車牌識別技術(shù)概念 -102.4 車輛車型識別技術(shù)方法介紹 -112.4.1 運(yùn)用壓力感應(yīng)處理器 -122.4.2 超聲波測距技術(shù) -122.4.3 基于視頻圖像識別技術(shù) -132.4.4 感應(yīng)線圈環(huán)測量技術(shù) -132.5 文章小結(jié) -143 車輛特征的提取 -14基于圖像處理的車型識別方法 23.1 概述 -143.2 主要采用的差影法介紹 -153.3 實測特征提取過程 -163.3.1 圖像預(yù)處理 -163.3.2 圖像差分處理 -173.3.3 形態(tài)學(xué)處理 -183.3.4 填充目標(biāo)圖像 -193.3.5 掃描得具體參數(shù) -213.4 本章小結(jié) -224 圖像特征參數(shù)提取及車型分類 -234.1 特征參數(shù)的選擇 -234.2 分類標(biāo)準(zhǔn)的設(shè)定 -234.3 車型識別 -244.4 測試結(jié)果和分析 -254.5 本章小結(jié) -255 總結(jié)與展望 -285.1 總結(jié) -285.2 展望 -28參考文獻(xiàn) -28致謝 -31附錄 -32基于圖像處理的車型識別方法 31 緒論1.1 本課題研究背景及意義在我們的日常生活中,隨著計算機(jī)技術(shù)的飛速發(fā)展,不斷提高傳感器的性基于圖像處理的車型識別方法 4能上限,所有的系統(tǒng)軟件和應(yīng)用大量的業(yè)務(wù)開發(fā)和推廣的軟件,電腦系統(tǒng)以及更新轉(zhuǎn)變?yōu)閺囊郧皢我坏臄?shù)值計算應(yīng)用領(lǐng)域到文字處理,圖形、圖像處理,語音處理的人工智能與模式識別領(lǐng)域。經(jīng)過三十多年的研究幾代人的不斷努力,這門學(xué)科在不斷發(fā)展。在語音識別,藍(lán)色巨人和 BIM 以及其他企業(yè),有各種各樣的語音識別產(chǎn)品的語言版本的問世,連續(xù)語音識別等其他已相當(dāng)成熟,并已開始移向?qū)嵱没?、商品化。在圖像處理與識別,成果方面也是非常的豐富多彩,特別是在軍事,醫(yī)學(xué),地質(zhì),氣象以及其他領(lǐng)域,都取得了可觀的成績。車輛識別包括在識別模式范圍內(nèi),是該領(lǐng)域中的難點(diǎn)并且具有非常實用的應(yīng)用前景。在實際運(yùn)用方面上,車型別系統(tǒng)的研究和開發(fā)在道路收費(fèi)、車輛監(jiān)測中具有很明顯的實用價值。大背景下,社會經(jīng)濟(jì)的告訴發(fā)展,人們富裕了,買車用車的速度超過了社會道路的鋪設(shè)速度,較發(fā)達(dá)地區(qū)交通已經(jīng)擁堵得不成樣子了,人們的公路出門體驗大打折扣,智能交通系統(tǒng)的發(fā)展進(jìn)步勢在必行。智能交通系統(tǒng) 29(Intelligent Transportationsy Stem,ITS)是電子智能化運(yùn)輸系統(tǒng)未來的發(fā)展方向,通信技術(shù)和機(jī)器視覺集成應(yīng)用在交通管理系統(tǒng),并建立一個實時,準(zhǔn)確,高效的綜合發(fā)展的未來方向運(yùn)輸管理系統(tǒng)。其在美國,日本和歐洲的開發(fā)較早,應(yīng)用程序的實際水平也更高,在本世紀(jì)初,中國已經(jīng)開始大力開展 ITS 的研究工作。它的開發(fā)和應(yīng)用大大增加了智能交通管理的程度,如判定路面損壞的程度,識別車輛的類型,車輛流量等。數(shù)字圖像是在它的一個重要的信息載體,和圖像處理技術(shù)對具有重要影響 ITS 該汽車的性能是交通系統(tǒng)的主要目的,并且車輛類型識別被廣泛應(yīng)用于公路管理和公路收費(fèi)系統(tǒng)。目前,在實踐中,傳統(tǒng)的電磁感應(yīng)線圈的識別模型是多,但由于其在人行道固有損傷,維修困難,獲得一個單一的參數(shù)等原因,使得它的發(fā)展受到很大的限制。車牌識別技術(shù)不斷的應(yīng)用于實際狀況,但對不按照交通法規(guī)任意改裝、遮蓋、亂掛車牌等亂象而言,也是無計可施,在不斷科技的發(fā)展中,完全智能化交通勢在必行,單一的車牌識別已經(jīng)完全不能滿足人們所需要解決的實際問題。汽車是交通系統(tǒng)的主要目的,汽車的類型的知識被廣泛應(yīng)用于高速公路管基于圖像處理的車型識別方法 5理和高速公路收費(fèi)系統(tǒng)之中。在實踐中采用傳統(tǒng)的電磁感應(yīng)線圈識別模型較多,然而,由于其對路面固有損傷,維修困難,獲得參數(shù)比較唯一等原因,其發(fā)展受到很大的限制,“車牌識別”雖然也逐步被應(yīng)用,但一些違規(guī)遮擋,涂更改,車牌現(xiàn)象就是改不了,僅靠車牌識別是不完全為了解決這些問題的。本文以差分圖像的方法和數(shù)學(xué)形態(tài)學(xué)為核心,通過采集轎廂圖像進(jìn)行處理,這是不容易提取作弊行為的出現(xiàn),為車輛種類幾何特征的識別設(shè)計相應(yīng)分類器。1.2 各方面國內(nèi)外的研究現(xiàn)狀1.2.1 智能交通系統(tǒng)的國內(nèi)外研究現(xiàn)狀從上世紀(jì)末到當(dāng)下,美國、西歐和日本已著手大力發(fā)展和鉆研智能交通系統(tǒng)的各方面運(yùn)用。在北美,已經(jīng)建成的“馳萬達(dá)”道路就是很典型的現(xiàn)代化例子,此公路由電子化高速公路、智能車兩部分組成并由國際道路運(yùn)輸智能規(guī)劃。整個只能構(gòu)架由電子監(jiān)控和指揮服務(wù)中樞組成,實際運(yùn)用在車輛速度傳感器,運(yùn)輸監(jiān)管器,GSP 衛(wèi)星導(dǎo)航設(shè)備,期間用來分析和引導(dǎo)車輛返回車載導(dǎo)航地圖的所有交通速度信息,由交通狀況顯示并用無線電波發(fā)射出去給總服務(wù)器處理。在車輛中,駕駛員也可以接收來自監(jiān)控中心的話音提示信息通過特定的頻率相位鎖定 FM 無線接收器。因此,在駕駛?cè)f達(dá)路面上行駛的汽車司機(jī)一般是簡單,安全,駕駛過程中,你可以得到智能處理中心的指導(dǎo)和計算機(jī)監(jiān)控中心的幫助。在智能交通系統(tǒng)的研究領(lǐng)域里,日本在較早的實有建樹,通過科技部門的大力配合下,制定并實施“公路、運(yùn)輸、車輛領(lǐng)域的信息化實施方針”,這是由導(dǎo)航系統(tǒng)、自動不停車收費(fèi)系統(tǒng)、安全駕駛輔助系統(tǒng)等九大發(fā)展領(lǐng)域和 20 客戶服務(wù)功能共同構(gòu)建,為駕乘人員和旅客合理處理出并提供最方便的交通線路和各種交通信息的功能。在通過下表來比較具有代表性國家和區(qū)域等相關(guān)技術(shù)發(fā)展成都如何,如下表 1-1 所示?;趫D像處理的車型識別方法 6表 1-1 ITS 定義標(biāo)準(zhǔn)及主要內(nèi)容在不同國家的差異我國普遍使用電子信息互換控制的交通路口,只是智能交通系統(tǒng)的初階,早在上世紀(jì)末,由于改革開放經(jīng)濟(jì)迅速增長,對交通運(yùn)輸高流量的不斷增長的需求,道路數(shù)量與能承受的汽車數(shù)量的矛盾日益突出,所以道路基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)項目ITS 定義 ITS 主要內(nèi)容美國結(jié)合運(yùn)用了資源獲取處理技術(shù)、信息互換技術(shù)、智能控制技術(shù)在交通運(yùn)輸系統(tǒng)領(lǐng)域上,顯著減緩交通運(yùn)輸?shù)膿矶拢岣哌\(yùn)作效率交通運(yùn)輸管理 車輛控制及安全運(yùn)輸需求管理 公共運(yùn)營自動化付費(fèi)商業(yè)車輛管理突發(fā)狀況管理日本利用先進(jìn)的信息和通信科技創(chuàng)造一個行人,車輛和道路道路設(shè)施集成系統(tǒng)導(dǎo)航系統(tǒng) 提高商用車運(yùn)營自動化收費(fèi) 路人安全維護(hù) 安全行駛輛運(yùn) 突發(fā)狀況 交通最佳管理 提高道路管理效率公共運(yùn)輸?shù)募訌?qiáng)歐盟運(yùn)用電子,運(yùn)輸,通信和其他汽車技術(shù)與公路基礎(chǔ)設(shè)施的操作,進(jìn)而完善運(yùn)輸?shù)暮侠砹鲿臣翱焖?,同時提高運(yùn)輸安全穩(wěn)定性,減少交通堵塞程度和改善用戶舒適度交通管理道路信息行駛中實時信息汽車控制貨車及車隊管理電子化收費(fèi)基于圖像處理的車型識別方法 7速度飛快,特別是高速公路和高等級公路貫穿于全國各地。但汽車發(fā)展速度較大的超越了道路的鋪設(shè)素的,更多道路基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)早已不可能解決日益矛盾激化國內(nèi)交通運(yùn)輸方面的各類突出問題。同時,在智能交通系統(tǒng)的研究里我國也開始緩慢起步。1995 年之后,中國積極參與國際 ITS 的各大科創(chuàng)交流和理論創(chuàng)新活動,一些初步的科創(chuàng)技術(shù)已在高速公路緩慢測試進(jìn)行,并取得了一些成果。目前,北京,上海等科研院所等大型城市都投資于它的力量,并推出了一系列的研究 25。1.2.2 車型識別技術(shù)的國內(nèi)外研究現(xiàn)狀車輛自動識別系統(tǒng)作為智能交通系統(tǒng)的重要組成部分(ITS),智能識別系統(tǒng)在國外得到了充分的實際運(yùn)用,猶如公路的安全檢查、道路導(dǎo)航系統(tǒng)、城市對道路的監(jiān)管系統(tǒng)等。識別系統(tǒng)中也發(fā)展到大多用無線技術(shù)進(jìn)行終端連接,在城市道路中體現(xiàn)了不可替代的強(qiáng)大功能。當(dāng)下實用一般以下兩種的模式識別方式 8:當(dāng)車輛通過鋪置有感應(yīng)接收器的道路上,不同汽車經(jīng)過,輪胎滾過壓力感應(yīng)器后,都會傳送出不同的感應(yīng)電壓和電流信號,經(jīng)過大量試驗和測試,可以預(yù)先設(shè)定具體的電壓電流信號對應(yīng)的汽車具體參數(shù),得到信號之后,傳入預(yù)設(shè)定計算內(nèi)進(jìn)行信息處理,通過編程算法實現(xiàn),便可得出所需要的信息,當(dāng)然該方法缺點(diǎn)很明顯,如建設(shè)復(fù)雜等之類的。原理簡圖如下圖 1-1。廣泛的型號,形狀差別并不大,得到的感應(yīng)信號差別或許很小導(dǎo)致識別精度大打折扣。汽車經(jīng)過壓力傳感器的速度是隨機(jī)的,速度過大可能造成較大干擾。數(shù)據(jù)庫的不及時更新,趕不上多樣的車輛生產(chǎn),從而用很難識別一些別樣的車型。感應(yīng)線圈環(huán)存在糅雜的施工鋪設(shè)程序,存在一定局限性和 5的錯誤判斷率。基于圖像處理的車型識別方法 8圖 1-1 利用感應(yīng)線圈的車型識別原理簡圖利用圖像分析法。首先對車輛圖像源的獲取,通過對圖像進(jìn)行處理和電子化識別,得到所需要的信息,處理方法就有很多種,典型的方法就是對圖像進(jìn)行模糊處理,得到汽車部分輪廓和大小的數(shù)據(jù),通過數(shù)據(jù)庫的對比,預(yù)設(shè)定參數(shù)對應(yīng)的車型,通過編程算法實現(xiàn)對車輛的精度識別,在社會上較為普遍和易于實施的識別方法,具有不錯的經(jīng)濟(jì)和社會效益。此系統(tǒng)是由檢測技術(shù)、圖像獲取技術(shù)和圖像處理技術(shù)三者合理運(yùn)用相結(jié)合,在以實現(xiàn)檢測和識別目標(biāo)對象類別。在視頻系統(tǒng)另一方面里,提供的圖像和流量參數(shù)給交通控制中心,它屬于同一個信息收集部。因此,目前國內(nèi)外專家一致認(rèn)為,視頻車輛檢測系統(tǒng)分為廣義車輛檢測的范疇。結(jié)構(gòu)原理簡圖如 1-2。圖 1-2 系統(tǒng)硬件結(jié)構(gòu)簡圖1.2.3 背景差影法的國內(nèi)外研究現(xiàn)狀差影法普遍存在于生活中的各項科技產(chǎn)品中,例如,它可以在監(jiān)視系統(tǒng)中使用,在銀行金庫和相機(jī)在很短的時間間隔拍攝圖像,圖像的畫面做減法,如基于圖像處理的車型識別方法 9果圖像差超過預(yù)設(shè)的閾值,說明異常情況發(fā)生,那么他們就應(yīng)該敲響的警鐘。在遙感影像動態(tài)監(jiān)測,圖像的差別可以用森林火災(zāi),水災(zāi)發(fā)現(xiàn),監(jiān)測災(zāi)情的變化和估算的損失,也可用于河口和海岸泥沙淤積和監(jiān)控河流,湖泊,近海污染監(jiān)測。使用差分圖像識別耕地和作物不同覆蓋范圍。用差影法技術(shù)來除去目標(biāo)背景的干擾項有不錯的效果,在實際運(yùn)作中有很大的實用性,利于高速公路收費(fèi)站,因為背景都是相同的車道,連續(xù)幾幀的照片做差影法,就可以得到經(jīng)過車輛的具體輪廓,得到參數(shù)進(jìn)行算法識別后得到所需要的信息。1.3 本文研究目的與主要研究內(nèi)容本文主要研究的目的是通過圖像處理技術(shù),經(jīng) MATLAB 軟件仿真,識別出目標(biāo)圖像中汽車的具體幾個車型,例如 SUV、面包車、轎車等??傊n題的主要研究內(nèi)容是,本課題設(shè)計出的汽車類型自動識別系統(tǒng),能夠準(zhǔn)確、快速的識別出幾個常見車型,這里面要求基于 MATLAB 的算法編程簡練、運(yùn)算量小不復(fù)雜,且運(yùn)用 MATLAB 仿真得出具體輪廓圖像清晰明了。本論文主要進(jìn)行圖像處理方法選擇和汽車車型分類設(shè)計的工作。以下部分就從研究目的與內(nèi)容展開論述。基于圖像處理的車型識別方法 102 動態(tài)汽車識別理論基礎(chǔ)2.1 引言車輛識別技術(shù)不僅是學(xué)術(shù)話題的圖像識別模式,也是一個在不斷發(fā)展的智能化現(xiàn)代所需要的實用技術(shù),有很寬的開放潛力。動態(tài)識別技術(shù)對智能交通、基于圖像處理的車型識別方法 11物流運(yùn)作以及對公共場所的監(jiān)管有較為深遠(yuǎn)的影響,對智能交通系統(tǒng)(ITS)和智能技術(shù)的發(fā)展有很大的影響。2.2 識別模式與 ITS在不斷的科技發(fā)展中,模式識別技術(shù)因涉及領(lǐng)域廣,不同程度的得到創(chuàng)新和發(fā)展,通過這個技術(shù)已經(jīng)能智能化的處理很多實際問題,解放大量勞動力,經(jīng)濟(jì)效益顯著。主要具體內(nèi)容是由下圖 2-1 中各個模式識別系統(tǒng)中的組成單元完成,模式識別系統(tǒng)的單元組成和功能:(1)該單元可直接用于接收實用信息,當(dāng)然換個用法也可作為數(shù)據(jù)采集單元;(2)特性參數(shù)判定及獲取,主要有基本單元提取并使用測量模式;(3)預(yù)處理單元,在某些情況下,有必要對接收到的特征參數(shù)進(jìn)行更多不同的處理甚至初級掃描和分類,最后再送入分類識別服務(wù)中心;(4)描述單位是在模式識別系統(tǒng)中最重要的組成;(5)結(jié)尾處理單元,特定情況下,使用從核心處理單元的輸出數(shù)據(jù)才能被應(yīng)用;圖 2-1 模式識別系統(tǒng)流程簡圖為了實現(xiàn)自動化和智能交通系統(tǒng)管理,模式識別技術(shù)自動化技術(shù)作為一個重要的領(lǐng)域,發(fā)揮著不可磨滅的重要地位。目前,典型的模式識別技術(shù)被施加到 ITS 中,其主要內(nèi)容是車牌識別和車型識別的核心技術(shù)?;趫D像處理的車型識別方法 122.3 車牌識別技術(shù)概念眾所周知,車輛牌照是等同于汽車本身的詳細(xì)身份,汽車監(jiān)管主要是通過車輛已經(jīng)登記的車輛對應(yīng)相應(yīng)牌照來進(jìn)行監(jiān)管。因此,識別系統(tǒng)中最初是通過識別到具體車牌,然后對照車輛管理服務(wù)器系統(tǒng)得到信息,但目前很多地區(qū)也是用著人工人眼識別獲得圖像的目標(biāo)車牌,人工確認(rèn)圖案后,手動的輸入到處理服務(wù)器中,工作枯燥繁雜且存在一定不可消除的人為誤差。根據(jù)這種情況,車牌制式的自動識別系統(tǒng)出現(xiàn)了。在我國,車牌識別的相關(guān)研究早已開始,起初因研究相對緩慢,不能結(jié)合實際良好的處理解決問題。本世紀(jì)初,隨著智能化處理數(shù)據(jù)的飛速發(fā)展,車牌識別技術(shù)相應(yīng)得到了更新。同時市場進(jìn)一步更新也有了更多的科技需求才能滿足現(xiàn)狀,這樣的研究已經(jīng)被越來越多的人的關(guān)注,如今國家對這個領(lǐng)域投入了足夠的精力,相信在未來該技術(shù)會被完善得更好。2.4 車輛車型識別技術(shù)方法介紹車輛識別技術(shù)是模式識別領(lǐng)域內(nèi)一部分,它是很典型的模式識別方式。因此,因汽車類別識別技術(shù)在汽車交通科學(xué)中具有的重要性,這個技術(shù)是需要進(jìn)一步研究并發(fā)展的。有許多不同的方法和應(yīng)用中的車輛識別的基準(zhǔn),其通常具有以下的研究方向:2.4.1 運(yùn)用壓力感應(yīng)處理器壓力傳感器系統(tǒng)包括數(shù)據(jù)測量電路,參數(shù)檢測電路和處理電路的測量參數(shù),并且其一般的工作流是由以下幾部分組成:1)使用壓力傳感器來收集支承端點(diǎn)在鋼梁的負(fù)載狀態(tài)的大小;2)基于測量獲得的支撐反作用力的參數(shù)值,還測量鋼梁支撐反作用力參數(shù),對下測量車輛軸距及提前預(yù)知閾值大小,最終確定近似車輛軸距的范圍;3)汽車輪距數(shù)值的大小是通過相應(yīng)測量得到的平衡原理端點(diǎn)支持反作用力的參數(shù)值,通過計算機(jī)運(yùn)用數(shù)學(xué)公式得出結(jié)果;基于圖像處理的車型識別方法 134)如上所述使用參數(shù)獲得的軸距和輪距來分類車輛。這個技術(shù)手段其構(gòu)成結(jié)構(gòu)簡單,低成本高效率,并無視黑夜白天體現(xiàn)完整的模式識別能力。2.4.2 超聲波測距技術(shù)超聲波發(fā)送振幅范圍的大小決定了傳感器的工作范圍,它的工作原理是通過超聲波信號進(jìn)行車輛和路面反射測量,以確定在傳感器和車輛或道路之間的距離,因此,當(dāng)在道路上的車信號在沒有車輛運(yùn)行時候是不一樣的,我們通過這個不同找到規(guī)律用于檢測車輛。聲音信號由傳感器接收,傳感器將所述聲音信號轉(zhuǎn)換成電信號,然后由信號分析處理服務(wù)器處理得出數(shù)據(jù),處理后將獲得車輛計數(shù)和道路占有率的信息。確定車輛是否通過的工作原理是通過檢測接收的超聲波的頻率變化。運(yùn)用超聲波距離測量原理:發(fā)射裝置向空間任意一方向發(fā)射超聲波,同時裝置內(nèi)計時器開始計時,超聲波遇到期間任意障礙物便產(chǎn)生反彈聲波,又專用元件檢測并感應(yīng),同時計時結(jié)束,理論上已知音速,反彈的時間,便可得到所測距離。這種方法是回聲測距方法。超聲波轉(zhuǎn)換器也被稱為基于超聲波測距原理超聲換能器,我們常說的超聲波探頭。超聲波探測器可以接收從各種車輛被反射的回波信號,然后把該回波信號接收轉(zhuǎn)入中轉(zhuǎn)器,分析過后可得到相應(yīng)數(shù)據(jù),通過預(yù)設(shè)定參數(shù)對應(yīng)相關(guān)的車型,以確定車輛類型,該技術(shù)的缺點(diǎn)是低精度,容易受到外界噪聲等其他因素干擾。2.4.3 基于視頻圖像識別技術(shù)視頻圖像的技術(shù)是基于部分視頻信息,對車輛識別。該技術(shù)是根據(jù) CCD 攝像機(jī)的圖象信息,在正常情況下,攝像機(jī)可以準(zhǔn)確地捕捉圖像的汽車主體側(cè)身圖像,圖像尺寸為 384288 彩色圖像,該圖像的視頻信號切換然后送入圖像卡,并通過 A / D 轉(zhuǎn)換成存儲在數(shù)據(jù)存儲器中。計算機(jī)圖像卡存儲器中的數(shù)字圖像被讀入存儲器,通過計算機(jī)圖像處理,降噪和邊緣檢測等,車輛的長度,高度和其他數(shù)字信息一并得到,并進(jìn)一步計算車頂?shù)南鄬ξ恢?,即根?jù)下式:正面坐標(biāo)-頂板中心的坐標(biāo)和車長,長高比(車長車輛高度),頂部長度比等相關(guān)參數(shù)來數(shù)學(xué)幾何運(yùn)算,這些數(shù)據(jù)收集和分析,我們可以得出的具體汽車類別?;趫D像處理的車型識別方法 14車輛自動識別系統(tǒng)的視頻圖像的系統(tǒng)技術(shù)優(yōu)勢明顯,但天氣等第三類因素干擾過大,在一些最惡劣的天氣條件會受到明顯影響,例如,霧,雷雨天,夜晚,雪天等,如在這樣的天氣中得到的圖像,很可能掩蓋拍攝照片的車號,計算機(jī)不易識別和造成誤判 17。2.4.4 感應(yīng)線圈環(huán)測量技術(shù)這個技術(shù)可以是基于壓力對于電磁感應(yīng)的基本原理,該系統(tǒng)主要由陸地輔助元件和應(yīng)答器組成 18。下面大致介紹了此技術(shù)的一些細(xì)節(jié)過程。在一些汽車必定經(jīng)過的區(qū)域道路之下,預(yù)先鋪設(shè)相關(guān)的感應(yīng)器件,有汽車運(yùn)行通過感應(yīng)線圈,必定會產(chǎn)生壓力差,感應(yīng)裝置通過壓力變化得出初始電信號,將該信號放大之后交由計算機(jī)處理中心處理,通過分析接收到的車輛信息之后并且在處理計算機(jī)產(chǎn)生脈沖信號,再將其送入輔助裝置,從而產(chǎn)生強(qiáng)磁場信號,其次路邊上的應(yīng)答器接收相關(guān)磁場信號,透過預(yù)設(shè)程序可譯碼出不同車輛的具體參數(shù),然后把最終信息交由服務(wù)中心對照數(shù)據(jù)庫直接得出最終需要信息。上面的方法是超聲波傳感器、感應(yīng)線圈等技術(shù)結(jié)合在一起,設(shè)計感應(yīng)物理信息較多,操作起來容易受外界干擾,且對車型相應(yīng)的分類標(biāo)準(zhǔn)不好確定具有隨機(jī)性,所以可以說該系統(tǒng)的穩(wěn)定性較差。出于安全考慮,車輛檢測系統(tǒng)一般都安排在車道的兩側(cè),但不得不因需要使用壓力傳感器和電磁感應(yīng)線圈技術(shù)系統(tǒng)而必須重新鋪設(shè)路面,帶來很多不必要的建設(shè),缺乏隨機(jī)適應(yīng)性。此外,由于惡劣的工作環(huán)境中,特別是使用激光、壓力傳感器或電磁感應(yīng)線圈系統(tǒng)的,使部件的使用壽命大大降低。壓力傳感器和電磁感應(yīng)線圈土壤埋在道路,很容易受到腐蝕和振動的影響,從該方面,有許多局限性。相比之下,利用視頻圖像的技術(shù),你不需要進(jìn)行路面改造,節(jié)省了很多麻煩,探測范圍較大,在實際施工中可以更加靈活地運(yùn)用。此外,該方法也可以使用原來的監(jiān)控系統(tǒng),節(jié)省成本和時間,這是目前的一種方法更為實際?;趫D像處理的車型識別方法 152.5 文章小結(jié)本章節(jié)介紹了模式識別技術(shù)領(lǐng)域和 ITS 的概念,汽車模式識別里面主要包括車牌識別和車型識別,同時也介紹了幾種常見的車型識別方法。3 車輛特征的提取3.1 概述當(dāng)今,車輛信息采集系統(tǒng)常用的一般如下幾種,有紅外線探測系統(tǒng)、超聲波探測系統(tǒng)、圖像攝影識別系統(tǒng)種種,都不同程度的運(yùn)用在城市公路車輛的各區(qū)域檢測系統(tǒng)中,其次多數(shù)公路更多的會采用圖像攝影識別系統(tǒng)。由于這個技術(shù)基于智能識別領(lǐng)域,起初并不常用,但由于科技的發(fā)展,硬件與軟件的共同高速更新,圖像處理識別技術(shù)便占據(jù)了主流。在這里,本文采用最基本的服務(wù)軟件 MATLAB,上述已經(jīng)介紹過 MATLAB 的強(qiáng)大,這里不作過多闡述,我們現(xiàn)在需要使用的是 MATLAB 紅的多尺度、多分辨率的中值濾波分析,這種技術(shù)快捷方便,實現(xiàn)起來簡單,能準(zhǔn)確的實現(xiàn)提取汽車車型的特征信息。理論上來說,車輛識別的整體過程包括圖像源的獲取、數(shù)據(jù)處理、后處理數(shù)據(jù)分析識別等步驟,其理論系統(tǒng)運(yùn)作簡圖如圖 3-129。基于圖像處理的車型識別方法 16圖 3-1 車型識別流程簡圖3.2 主要采用的差影法介紹在本文中,我查詢了多種方法,最后選擇差影法來進(jìn)行車輛特征的提取,好處很明顯,在 MATLAB 中程序簡單,操作快捷,便于理解,獲取圖像源簡單等好處。對于收費(fèi)道路,這在一般是相對固定的拍攝位置,背景變化不大,用差影法來除去過量的背景,得到車輛輪廓。差影法類似是對兩幅圖像做減法,“減掉”除被測對象的多余背景干擾項,從而得到所需要的圖像和輪廓并輸出,數(shù)學(xué)表達(dá)式就像最基礎(chǔ)的 a-b=c 一樣,F(xiàn)a 所選擇對象的上一幀背景圖,檢測到目標(biāo)得下一幀圖像是 Fb,做減法之后得出 Fc,如下:基于圖像處理的車型識別方法 17Fc( i , j)=Fb( i , j)-Fa( i , j);式中 : i , j 為像素點(diǎn)坐標(biāo), i =1 , ,m ; j =1 , ,n ;83.3 實測特征提取過程3.3.1 圖像預(yù)處理通過編碼程序完成圖像的讀入,灰度化和中值濾波處理。圖像灰度化的目的是將彩色圖像轉(zhuǎn)變成只有單一像素信息的圖像,而中值濾波可以保持需要目標(biāo)輪廓的情況下,模糊并抹去背景這個干擾項。通過查閱相關(guān)文獻(xiàn)資料,考慮到這次實地測試所得的圖像,我們選取的模板大小為 5 pixel 5 pixel , 決定采用模板較大為 55 時在本課題中濾波效果稍微更好。具體 MATLAB 程序如下圖 3-2:圖 3-2 程序圖基于圖像處理的車型識別方法 18上述程序得到圖片的變化過程如下圖 3-3,有得出結(jié)果看出,文章中中值濾波處理 5x5 是沒錯的,得圖清晰,之后做差得圖也是目標(biāo)輪廓最清晰的。圖 3-3 輸入圖片預(yù)處理過程3.3.2 圖像差分處理上述過程用除去了圖像中噪聲干擾,用中值濾波處理后得兩圖像差影后的結(jié)果圖如下圖 3-3 所示。由結(jié)果可見差影后得圖效果好,隨含顆粒噪聲干擾項,這可能是由于在獲取原圖片時, 光線的微變被曝光 、上下幀兩圖出現(xiàn)除目標(biāo)對面外更多的干擾物和拍照時輕微抖動等影響而產(chǎn)生的。具體 MATLAB 程序如下圖:圖 3-4 做差得出結(jié)果圖及程序圖基于圖像處理的車型識別方法 193.3.3 形態(tài)學(xué)處理許多形態(tài)學(xué)算法都是以膨脹和腐蝕這兩種運(yùn)算為基礎(chǔ)的,后續(xù)過程具體就運(yùn)用到了這兩種算法它們具有填充圖像內(nèi)細(xì)小的像素空洞,連接顯示明顯物體和平滑較大物體邊界的作用 9。具體 MATLAB 程序如下,得到預(yù)處理如圖 3-4。圖 3-5 腐蝕膨脹得圖及程序圖3.3.4 填充目標(biāo)圖像我們已經(jīng)獲得了該模型的形狀邊緣輪廓,之后將充滿該邊緣輪廓圖等填充,作為之后具體參數(shù)獲取的形態(tài)。填充操作是基于像素邊界上的一種像素區(qū)域的動作。它也是形態(tài)的一個共同的操作,并且可以由 MATLAB 內(nèi)部函數(shù)及數(shù)學(xué)公式來實現(xiàn)圖象的橫縱向填充。該功能將二值化圖像中光亮區(qū)域包圍的黑色區(qū)域變成亮區(qū)。通過此功能可以很好的完成對周圍不完整的區(qū)域進(jìn)行邊緣填充,就可以得到圖的形狀的完整的模型。填充圖像后,檢測目標(biāo)對面的具體輪廓會變得很亮,背景被完全模糊處理,圖像邊緣還處于毛坯狀態(tài),存在參差不全的狀態(tài),如果特征參數(shù)提取會影響模型的有效性特征值,所以進(jìn)行圖像開運(yùn)算、閉運(yùn)算操作去除邊緣毛刺,模型輪廓平滑整齊。先腐蝕后膨脹是開運(yùn)算,本測試選擇是開運(yùn)算。得到預(yù)處理圖像如圖 3-6?;趫D像處理的車型識別方法 20圖 3-6 預(yù)處理最終得到圖形上述過程具體 MATLAB 程序如下圖 3-7:基于圖像處理的車型識別方法 21圖 3-7 程序圖3.3.5 掃描得具體參數(shù)圖 3-8 掃描點(diǎn)示意圖如圖所示用相關(guān)程序掃描出 5 個點(diǎn),得出各個點(diǎn)左邊。A(b1,a1),基于圖像處理的車型識別方法 22B(b2,a1),C(b4,a4),D(b3,a3),E(b3,a2)??傻贸鋈缦戮唧w參數(shù):車頂長度 d=b2-b1;整體車長度 f=b4-b3;整體車高度 h=a2-a1;車頭高度 hmin=a2-a4;車尾高度 hmax=a2-a3。3.4 本章小結(jié)本章介紹了車輛特征提取系統(tǒng)的概念,通過實地測量,詳細(xì)分析和介紹圖像每一步驟的處理方式和得到結(jié)果?;趫D像處理的車型識別方法 234 圖像特征參數(shù)提取及車型分類4.1 特征參數(shù)的選擇汽車的相關(guān)特征參數(shù)眾多,可檢測的參數(shù)也很多,外觀有車牌可以判斷,形狀來說,寬度、高度、軸距等多個參數(shù)和其他不同參數(shù),針對每一種相關(guān)特征參數(shù)的采取和識別都是非常不同的。實際情況中,用感應(yīng)線圈來衡量的最短軸距,但不能有效地防止非法私自加長的未經(jīng)授權(quán)的用戶和擴(kuò)大車廂的現(xiàn)象。本文選則了車輛的高度與長度比,車輛的頂部長度與車輛的長度比,和對車頂作中垂線,車身被這中垂線分成兩部分之比,對車輛進(jìn)行車型的識別。本章節(jié)通過對車輛長與高的比值,粗略的對車輛的種類進(jìn)行了中小型和大型車的分類,然后通過車頂長度和車身比等其他比值細(xì)分出四類具體車型。綜上所述在特征參數(shù)方面,通過圖像處理和可以從圖像中獲取的長、高、基于圖像處理的車型識別方法 24車頂長等參數(shù),透過比值和數(shù)學(xué)公式進(jìn)行常見的四種車型分類,在程序設(shè)計方面也比較快捷簡便。4.2 分類標(biāo)準(zhǔn)的設(shè)定表 4-1 汽車參數(shù)大致范圍表 8車輛類型(實例) 長(m)高(m)長高比軸距比轎車(豐田-卡羅拉)4.1-4.4 1.3-1.5 0.31-0.32 0.56-0.59SUV(奧迪 Q7) 4.5-5.2 1.7-2.0 0.37-0.38 0.53-0.58面包車(長安之星2)3.7-4.21.7-1.90.44-0.450.66-0.67大型客車(匯通大客車)10-13.52.5-3.20.23-0.250.68-0.75進(jìn)行人工統(tǒng)計各類汽車的長、高、軸距,進(jìn)行范圍分類,上表 4-1 是查閱一些特定車型的具體數(shù)據(jù),并進(jìn)行軸距比范圍計算。通過上表得出,通過長高比分成兩類,界限是 0.32,客車與轎車在車頂長度與整體車長比值方面有較大區(qū)別,取界限為 0.75,面包車與 SUV 上在車頭高度與車尾高度比值上有較大區(qū)別,取界限為 0.8,原理框架如下圖 4-1.基于圖像處理的車型識別方法 25圖 4-1 原理框架簡圖圖上其中 d=車頂長度; f=整體車長度;h=整體車高度;hmin=車頭高度;hmax=車尾高度。4.3 車型識別這里我們接著第 3 章的內(nèi)容下去,已知第 3 章已經(jīng)通過 MATLAB 程序掃描處理后得差影圖像得出目標(biāo)汽車的幾何特征參數(shù),也通過各方面調(diào)查得知幾種車型的具體參數(shù),不同車型在不同參數(shù)上有不同范圍,把原理框架圖透過 MALTAB設(shè)定相應(yīng)的數(shù)學(xué)式表達(dá)出來,便能通過如下圖 4-1 MATLAB 函數(shù)編程計算得出:基于圖像處理的車型識別方法 26圖 4-1 程序圖 4.4 測試結(jié)果和分析算法已經(jīng)確定,通過實地檢測該算法是否能實現(xiàn)具體識別車型,但由于人工取景誤差大,圖像識別系統(tǒng)比較簡單,大部分實地測量由于影差法的局限性,背景因風(fēng)吹草動等外界原因,車型具體輪廓很難提取出,導(dǎo)致算法太過理論,難以結(jié)合實際誤差進(jìn)行判斷,下表 4-1 為結(jié)果分析。表 4-1 實地測量結(jié)果數(shù)量 錯誤的數(shù)量 正確率有具體輪廓組24 7 70%基于圖像處理的車型識別方法 27輪廓清晰組 15 2 87%實地取材 138 組,通過圖像預(yù)處理有 24 組有具體車型輪廓,其實 15 組是車型輪廓比較清晰的,通過上表可知,錯誤的數(shù)量 7 個里面 5 個屬于不是清晰的車型輪廓,實測證明,只有有良好的圖源,良好的提取出清晰的車型輪廓,識別率是很高的。4.5 本章小結(jié)本章如要介紹的車型識別系統(tǒng)程序的設(shè)計和實現(xiàn),分別介紹了參數(shù)選擇、范圍標(biāo)準(zhǔn)預(yù)設(shè)定、程序算法確定、得出結(jié)論的部分細(xì)節(jié)和步驟,最后通過MATLAB 軟件仿真得出結(jié)果。基于圖像處理的車型識別方法 285 總結(jié)與展望5.1 總結(jié)本文采用的算法和選擇的圖像處理方法基本完成了識別任務(wù)設(shè)計,該算法簡單便捷,透過簡單的 MATLAB 軟件實現(xiàn),差影法干擾抑制能力越強(qiáng),速度快,硬件實現(xiàn)是容易的,識別精度也不低,操作和理解起來比較容易。實地測試表明,目標(biāo)測量圖像和其背景圖采集質(zhì)量的要求很高,就按正常人的攝影水準(zhǔn)難以完全做到目標(biāo)原圖和背景圖在短時間內(nèi)完成,就會造成差影之后會出現(xiàn)更多不確定性的事物出現(xiàn),從而影響判斷,即圖像差影法算法是要求非常高的,在固定的背景,干擾物體較少的情況下,能大大提高識別效率,如單純的公路背景圖,所以這種方法很適合車型識別。但在一些背景復(fù)雜,有灰塵、運(yùn)動中的行人等干擾情況下其識別效果還不理想,也使得后期算法無法準(zhǔn)確進(jìn)行,影響到了最終的識別的準(zhǔn)確通過率。在課題的研究過程中,觸摸到了從未接觸過的軟件-MATLAB,知道了MATLAB 廣闊的適用彈性和它強(qiáng)大且涉及領(lǐng)域極廣的運(yùn)用功能,學(xué)會MATLAB 基本操作和對編碼的基本認(rèn)識,給我打開一個全新的運(yùn)用窗口,了解到了小小編碼的無限魅力所在。 一、 畢業(yè)設(shè)計(論文)的目的與要求:1. 培養(yǎng)學(xué)生綜合運(yùn)用所學(xué)基礎(chǔ)課、技術(shù)基礎(chǔ)和專業(yè)課的知識,分析和解決工程技術(shù)問題的工作能力。2. 鞏固、深化和擴(kuò)大學(xué)生所學(xué)基本理論、基本知識和基本技能。3. 要求學(xué)生在熟練掌握計算機(jī)技術(shù),圖像處理的前提下,了解不同類型汽車特征提取方法,已經(jīng)在此基礎(chǔ)上了解不同類型汽車自動識別方法。4. 本課題進(jìn)行過程中能鍛煉學(xué)生的調(diào)查研究、查閱文獻(xiàn)和收集資料、理論分析、試驗測試的能力;并重點(diǎn)鍛煉了學(xué)生 Matlab 程序設(shè)計的能力、圖像處理與分析的能力;在學(xué)期結(jié)束時撰寫論文和設(shè)計說明書的能力進(jìn)行鍛煉。5. 培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新能力和團(tuán)隊精神,樹立良好的學(xué)術(shù)思想和工作作風(fēng)。 2畢業(yè)設(shè)計(論文)的內(nèi)容:掌握圖像處理與識別的基礎(chǔ)流程與方法,研究不同類型汽車的特征提取方法,并根據(jù)所提取的特征識別汽車的類型,在試驗測試中,要求至少對 4 種不同的車型進(jìn)行識別。本課題主要采用理論與實驗測試相結(jié)合的研究方式,為多種不同類型汽車自動識別系統(tǒng)的設(shè)計與開發(fā)提供了一定的理論依據(jù)。三、畢業(yè)設(shè)計(論文)課題應(yīng)完成的工作:1開題報告;2與課題有關(guān)的外文翻譯(一萬字符以上);3掌握不同類型汽車特征提取及自動識別方法;4以 Matlab 為工具實現(xiàn)相關(guān)算法;5進(jìn)行實例測試與分析。四畢業(yè)設(shè)計(論文)進(jìn)程的安排:序 號 設(shè)計(論文)各階段名稱 日 期 備 注 1 調(diào)研報告準(zhǔn)備和開題報告 2015 年 12 月 15 日 2016 年 1 月 15 日2 外文翻譯 2016 年 2 月 22 日 2016 年 2 月 28 日3 以 Matlab 為工具實現(xiàn)汽車類型特征提取及自動識別2016 年 3 月 1 日 2016 年 4 月 15 日4 實例測試與分析 2016 年 4 月 16 日 2016 年 4 月 30 日5 撰寫論文及答辯 2016 年 5 月 1 日 2016 年 5 月 31 日五應(yīng)收集的資料及主要參考文獻(xiàn): 1 李晉秀,趙建濤.一種圖像處理的汽車類型識別算法J.西安工業(yè)大學(xué)學(xué)報, 2009,29(3):275-278.2 王振峰.圖像處理技術(shù)在汽車類型自動識別中的應(yīng)用研究D.中國農(nóng)業(yè)大學(xué)碩士學(xué)位論文,2000.3 馬寧.基于神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的汽車識別研究D.哈爾濱工程大學(xué)碩士學(xué)位論文,2002.4 周偉.MATLAB 小波分析高級技術(shù)M,西安:西安電子科技大學(xué)出版社, 2006,1-130.5 梅麗鳳, 王艷秋.藍(lán)和惠一種新型車型自動識別系統(tǒng)J,制造業(yè)自動化,2006, 28 (12):68-71.6 蔡智湘.車型自動分類技術(shù)的分析和前景展望J,濰坊學(xué)院學(xué)報,2004.7,14(4):120-122.7 張鐵.基于視頻的車型識別系統(tǒng)的實現(xiàn)D,四川;四川大學(xué),2004.8 曹治錦,唐慧明.視頻圖像中的車型識別J,計算機(jī)工程與應(yīng)用 2004,(24):226-228.六、任務(wù)執(zhí)行日期:自 20XX 年 12 月 15 日 起,至 20XXX 年 6 月 1 日 止。學(xué) 生(簽字) 指導(dǎo)教師(簽字) 系 主 任(簽字) 目錄1 課題背景 .21.1 研究背景 21.2 研究意義 22 文獻(xiàn)調(diào)研 .33 課題目標(biāo) .44 課題內(nèi)容 .44.1 課題內(nèi)容介紹 44.2 技術(shù)路線 54.3 可行性分析 64.4 關(guān)鍵技術(shù)分析 65 日程安排 .76 參考文獻(xiàn) .821 課題背景1.1 研究背景智能交通系統(tǒng)( Intelligent TransportationSy stem , ITS)是未來交通系統(tǒng)的發(fā)展方向,是將先進(jìn)的計算機(jī)技術(shù)、通訊技術(shù)、機(jī)器視覺等集成運(yùn)用于交通管理系統(tǒng)而建立的一種實時 、準(zhǔn)確、高效的綜合交通運(yùn)輸管理系統(tǒng)。ITS在美國、日本和歐洲研發(fā)較早,實際應(yīng)用程度也較高,我國也已于本世紀(jì)初開始大力進(jìn)行 ITS 的研究工作。ITS 的發(fā)展應(yīng)用大力增加了交通管理的智能化程度,如判別路面破損程度、識別車輛類型、檢測車流量等。數(shù)字圖像是 ITS 中重要的信息載體,圖像處理技術(shù)對 ITS 的效能有著重要的影響。汽車是交通系統(tǒng)中的主要對象,汽車類型的識別廣泛應(yīng)用于公路管理及公路收費(fèi)系統(tǒng)中。目前,采用傳統(tǒng)的電磁感應(yīng)線圈識別車型在實際中較多,但由于其固有的對路面破壞、維護(hù)困難、獲取參數(shù)單一等原因,使其發(fā)展受到了很大的限制。此外,“車牌識別”也在逐步應(yīng)用,但對一些違規(guī)遮擋、涂改、改掛車牌的現(xiàn)象卻無能為力,特別是對未來的無人值守收費(fèi)系統(tǒng),僅依靠車牌識別則不能完全解決這些問題。1.2 研究意義汽車識別的復(fù)雜性與挑戰(zhàn)性并沒有影響人們對這一課題的研究熱情,這與汽車識別的應(yīng)用價值和重要理論的意義分不開的。從應(yīng)用的角度講,汽車識別系統(tǒng)的研究和開發(fā)在道路收費(fèi)、車輛監(jiān)測中具有很明顯的實用價值。32 文獻(xiàn)調(diào)研在我們的日常生活中,隨著計算機(jī)技術(shù)的快速發(fā)展,傳感器性能的不斷提高,以及各類系統(tǒng)軟件和應(yīng)用軟件的大量開發(fā)和推廣,計算機(jī)己經(jīng)從先前單純的數(shù)值計算,應(yīng)用到文字處理、圖形圖像處理、語音處理、人工智能及模式識別等各個領(lǐng)域。但計算機(jī)對聲音、圖像等外界信息的直接感知上的局限性,已越來越成為計算機(jī)進(jìn)一步應(yīng)用發(fā)展的障礙,也與其高超的運(yùn)算能力形成鮮明的對比。因此著眼于拓寬計算機(jī)的應(yīng)用領(lǐng)域,提高計算機(jī)感知外部信息能力的新學(xué)科模式識別便應(yīng)運(yùn)產(chǎn)生。經(jīng)過幾代研究人員三十多年的不斷努力,這一學(xué)科正不斷發(fā)展成熟。在語音識別方面,藍(lán)色巨人 BIM 以及其他公司己經(jīng)有多種語言版本的語音識別產(chǎn)品問世,連續(xù)語音識別已相當(dāng)成熟,并己開始走向了實用化、商品化。而在圖像處理與識別方面成果也豐富多彩,特別是在軍事、醫(yī)學(xué)、地質(zhì)、氣象等領(lǐng)域都取得了可喜的實用成果。汽車識別作為模式識別學(xué)科的一個分支,是模式識別領(lǐng)域中一個困難而又十分具有實際應(yīng)用價值和廣闊應(yīng)用前景的研究課題。近些年來隨著國家公路建設(shè)的飛速發(fā)展,為支持國家公路建設(shè)迅速回收資金而設(shè)立了大大小小的收費(fèi)站,在收費(fèi)的過程中產(chǎn)生了這樣或那樣的經(jīng)濟(jì)問題,如收人情費(fèi)、私設(shè)小金庫、道路堵塞等,如何做到對收費(fèi)的科學(xué)管理,堵塞工作人員的經(jīng)濟(jì)漏洞,并獲得各種車輛流量的科學(xué)數(shù)據(jù),為國家的道路規(guī)劃提供合理的理論依據(jù),這就成為當(dāng)前一個急需解決的問題。隨著我國交通基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)的不斷投入和飛速發(fā)展,公路里程快速增長,橋梁數(shù)目不斷增多,路橋的交通流量變得越來越大。通暢的交通帶來了經(jīng)濟(jì)的快速4增長,許多地方為發(fā)展本地區(qū)經(jīng)濟(jì),大力發(fā)展交通,修建了高等級公路。由于修建公路采用的是“借貸修路,滾動發(fā)展”的策略,為償還貸款,地方政府報經(jīng)省人民政府批準(zhǔn)后,在公路、橋梁上設(shè)置收費(fèi)站,對車輛收取通行費(fèi)。無論采取哪種收費(fèi)方式,都必須先對車輛進(jìn)行分類,才能確定應(yīng)當(dāng)收取的通行費(fèi)。當(dāng)前,車輛類別的判定一般由人工來完成,其突出的優(yōu)點(diǎn)是誤判少、可靠性好,但也存在弊端。因此,對車輛進(jìn)行自動分類識別,解決車輛在路上暢通行駛,實現(xiàn)路橋的現(xiàn)代化管理,并且杜絕人工收費(fèi)所造成的收費(fèi)款額流失成為魚待解決的問題。電子技術(shù)和計算機(jī)技術(shù)的發(fā)展,為解決這個問題提供了可靠的技術(shù)保障。路橋自動收費(fèi)系統(tǒng)的誕生和應(yīng)用,不僅能充份體現(xiàn)出公路路橋口現(xiàn)代化管理的先進(jìn)水平,同時還會緩解目前路橋收費(fèi)口造成的交通擁擠堵塞現(xiàn)象,堵塞人工收費(fèi)造成收費(fèi)款額流失的漏洞,從而產(chǎn)生較大的社會效益和經(jīng)濟(jì)效益。車輛自動識別分類技術(shù)是路橋自動收費(fèi)系統(tǒng)的重要組成部分,是一門集模式識別、工業(yè)測控技術(shù)、電子技術(shù)、系統(tǒng)工程技術(shù)于一體的綜合技術(shù)。它對在特定地點(diǎn)和時間的車輛進(jìn)行識別和分類,作為交通管理、收費(fèi)、調(diào)度、統(tǒng)計的依據(jù)。國外由于公路建設(shè)起步早,對于車輛自動分類技術(shù)的研究開始的也早。國內(nèi)進(jìn)入九十年代才。開始這方面的研究,如交通部科學(xué)研究院、西安公路所、上海交通大學(xué)、西安交通大學(xué)、北京理工大學(xué)等,部分系統(tǒng)已投入正式運(yùn)營。3 課題目標(biāo)(1). 培養(yǎng)學(xué)生綜合運(yùn)用所學(xué)基礎(chǔ)課、技術(shù)基礎(chǔ)和專業(yè)課的知識,分析和解決工程技術(shù)問題的工作能力。(2). 要求學(xué)生在熟練掌握計算機(jī)技術(shù),圖像處理的前提下,了解不同類型汽車特征提取方法,以及在此基礎(chǔ)上了解不同類型汽車自動識別方法。(3).本課題進(jìn)行過程中能鍛煉學(xué)生的調(diào)查研究、查閱文獻(xiàn)和收集資料、理論分析、試驗測試的能力;并重點(diǎn)鍛煉了學(xué)生 matlab 程序設(shè)計的能力、圖像處理與分析的能力。(4).整理各類文檔,撰寫畢業(yè)論文。54 課題內(nèi)容4.1 課題內(nèi)容介紹掌握圖像處理與識別的基本流程與方法。研究不同類型汽車的特征提取方法,并根據(jù)所提取的特征識別汽車的類型,在試驗測試中,要求至少對 4 種不同的車型進(jìn)行識別。4.11 圖像特征提取及車型分類汽車的相關(guān)參數(shù)較多,就外形而言,就有車長、車寬、車高、軸距、輪距、軸數(shù)等多個參數(shù),不同的參數(shù),其圖像處理算法和分類效果有很大的區(qū)別。在現(xiàn)如今的實際應(yīng)用當(dāng)中,用線圈測量軸距的方法最多,但不能有效防止有些違法用戶私自加長,加寬車箱等現(xiàn)象。本文選擇最典型的,無法以大改小的車長、車高兩大基礎(chǔ)幾何特征設(shè)計算法。4.12 圖像處理及算法圖像處理是為了某種目的對圖像的強(qiáng)度(灰度)分布做某些特殊的加工和分析,主要分為兩大類,一是光學(xué)處理,一是數(shù)字圖像處理。從數(shù)學(xué)的角度來講,圖像識別使一個從高維特征向量空間到一維空間的非線性映射,Kolmogorov 定理理保證任一個連續(xù)函數(shù)或映射可由一個三層網(wǎng)絡(luò)來實現(xiàn)。BP 網(wǎng)絡(luò)是一個多層前饋網(wǎng)絡(luò),盡管存在一些問題,如局部極小值、學(xué)習(xí)速度較慢等,但是,由于網(wǎng)絡(luò)容易構(gòu)造,對輸入的數(shù)據(jù)沒有什么要求,理論研究的深入,在實踐中有廣泛的深入應(yīng)用,不少研究學(xué)者用它來進(jìn)行圖像識別。針對本課題深入研究的系統(tǒng)中特定幾種汽車的汽車識別問題,綜合考慮上面的因素,我們選用 BP 網(wǎng)絡(luò)模型來設(shè)計分類器。4.13 汽車識別的軟環(huán)境鑒于本算法軟件的實驗性與探索性,因此本軟件的全部在由 VC 開發(fā)的Matlab 系統(tǒng)軟件平臺上設(shè)計完成。Matlba 是 MathWorkS 公司的產(chǎn)品,它是一種交互式、面向?qū)ο蟮某绦蛟O(shè)計語言,廣泛應(yīng)用于工業(yè)界與學(xué)術(shù)界,主要用于矩陣運(yùn)算,同時在數(shù)值分析、自動控制模擬、數(shù)字信號處理、動態(tài)分析、繪圖等方面也具有強(qiáng)大的功能,他本身除了具有強(qiáng)大的圖形繪制和輸出功能,同時還發(fā)布了圖像、小波、神經(jīng)元網(wǎng)絡(luò)等大量的工具箱,大大的方便了我們的解決問題的工作。64.2 技術(shù)路線提出課題 緒論研究現(xiàn)狀圖像處理BP 網(wǎng)絡(luò)模型理論基礎(chǔ)研究分析車型識別Matlab 系統(tǒng)軟件汽車圖像的獲取及格式轉(zhuǎn)換系統(tǒng)算法程序確定圖像獲取及數(shù)字處理74.3 可行性分析自己查詢編寫 Matlab 軟件的編碼,經(jīng)過自己查閱資料、進(jìn)行文獻(xiàn)調(diào)研,實現(xiàn)對至少 4 種車型的識別,已經(jīng)對這項課題有了大致了解。另外,在有導(dǎo)師的指導(dǎo),完成這項課題是完全可行的。4.4 關(guān)鍵技術(shù)介紹4.41 數(shù)字圖像處理圖像處理是為了某種目的對圖像的強(qiáng)度(灰度)分布做某些特殊的加工和分析,主要分為兩大類,一是光學(xué)處理,一是數(shù)字圖像處理。本文主要設(shè)計數(shù)字圖像處理系統(tǒng)。所謂數(shù)字圖像處理,就是利用數(shù)字計算機(jī)或其他數(shù)字硬件,對圖像進(jìn)行加工和分析,以期提高圖像的實用性,達(dá)到人們要求的某些預(yù)期效果。就其處理目的來講一般分為三大類,一類是增強(qiáng)有用信息,抑制無用信息,使圖像視覺質(zhì)量提高,以便于計算機(jī)對其做進(jìn)一步的處理;一類是提取、描述、分析圖像所包含的某些特征或特殊的信息,以便計算機(jī)對圖像做進(jìn)一步的分析和理解,經(jīng)常作為模式識別、計算機(jī)視覺等的預(yù)處理;另一類是圖像數(shù)據(jù)的壓縮,以便于圖象數(shù)據(jù)的存取和傳輸。4.42 Matlab 軟件MATLAB 將數(shù)值分析、矩陣運(yùn)算、編程技術(shù)、圖形處理結(jié)合在一起,為用戶提供了一個強(qiáng)有力的科學(xué)及工程問題的分析計算和程序設(shè)計工具,它還提供了方案設(shè)計夾裝結(jié)構(gòu)特征提取車型的識別總結(jié)實例測試研究結(jié)果及后續(xù)改進(jìn)測試結(jié)果分析8專業(yè)水平的文字處理、符號計算、實時控制和可視化建模仿真等功能,是具有多種語言功能和特征的新一代軟件開發(fā)平臺。 MATLAB 已發(fā)展成為適合多種工作平臺,眾多學(xué)科、功能強(qiáng)大的大型軟件。在歐美等國家的高校,MATLAB 已成為線性代數(shù)、數(shù)字信號處理、數(shù)理統(tǒng)計、時間序列分析、動態(tài)系統(tǒng)仿真等高級課程的基本教學(xué)工具。成為相關(guān)專業(yè)學(xué)生必須掌握的基本技能。在設(shè)計研究單位和工業(yè)開發(fā)部門,MATLAB 被廣泛的應(yīng)用于研究和解決各種具體問題。在中國,MATLAB 也已開始日益受到重視,因為無論哪個學(xué)科或工程領(lǐng)域都可以從 MATLAB 中找到合適的功能。 Matlab 有以下優(yōu)點(diǎn):(1)編程效率高,比 C 語言等更加接近我們思維習(xí)慣和書寫習(xí)慣;(2)方便使用,在編程和調(diào)試過程中它是一種比 VB 還要簡單的語言;(3)較強(qiáng)的擴(kuò)充力,有豐富的庫函數(shù),一些復(fù)雜的數(shù)學(xué)運(yùn)算可以直接調(diào)用;(4)語言簡單,內(nèi)涵豐富,(5)高效方便的矩陣和數(shù)組運(yùn)算。Matlab軟件有非常友好的編譯環(huán)境,并且進(jìn)行編譯的語言也很簡單,容易應(yīng)用,在數(shù)據(jù)和圖片這方面也有相當(dāng)大的處理能力。由于 Matlab 軟件的簡單方便化,它在各個方面也有很多的應(yīng)用,尤其是在模塊集合工具箱方面的應(yīng)用更為廣泛。4.43 特征選取方法特征的提取方法要考慮到車輛特征的具體情況,不能只從理論角度思考,通過對車型圖像的參數(shù)提取或變換,得到一組能真正反映車輛信息的特征值。特征值有兩種提取方法,一種是根據(jù)某些原理進(jìn)行特征提取,比如把同一識別對象在不同波段的攝像得到的灰度作為它的特征,這種應(yīng)用在農(nóng)田估產(chǎn)、森林資源調(diào)查中廣泛應(yīng)用。另一種就是要求對待識別的圖像的各種特征都充分理解,然后把這種特征轉(zhuǎn)化為文字或數(shù)值來識別。 對于車型的特征提取,從技術(shù)角度來說,所能提取的特征信息越多,就越能詳細(xì)準(zhǔn)確的分類車型,但是從使用角度來說,為了能夠快速識別車型,特征參數(shù)就不能太多,而且一些冗余特征信息也會影響車型識別的準(zhǔn)確度。為了能準(zhǔn)確快速的識別車型,所提取的特征值必須具有代表性和較小的冗余度,同時還有滿足不同條件下,特征值的穩(wěn)定性?;谝陨弦螅卣髦颠x取要滿足以下三個特點(diǎn): 第一,區(qū)別性,不同的車型其特征值有較明顯的差異。 第二,相似性,對于相同的車型其特征值都會比較接近。第三,簡單性,特征值個數(shù)越多,車型識別系統(tǒng)就會越復(fù)雜,因此特征值的選取要盡可能少。 以上提出的三個特點(diǎn),區(qū)別性是基本的特點(diǎn),是特征值選取的關(guān)鍵,相似性則是為了保證識別的準(zhǔn)確率,簡單性是為了保證車型識別的速度。95 日程安排序號 設(shè)計(論文)各階段名稱 日期 備注1 調(diào)研、開題報告準(zhǔn)備及撰寫 12 月 22 日1 月 15日2 外文翻譯 2 月 22 日2 月 28日3 以 matlab 為工具實現(xiàn)汽車類型表情特征提取及自動識別3 月 1 日4 月 15 日4 實例測試與分析 4 月 16 日4 月 30日5 撰寫論文及答辯 5 月 1 日5 月 31 日6 參考文獻(xiàn)101Total Course Highway of Domastic Has Amounted to 45,400 KilometersN.Guangming Daily,2006-12-10:4.2Hontani H.Koga T.Character Extraction Method Without Prior Knowledge on Size and Position Information.VehicleC/ElectronicsConference,2001.Proceedings of the IEEE International,2001:67.3Pun T.Entropic Thresholding.A New ApproachJ.Computer Vision,Graphics Image Process,2001,16:210.4CUI Yi.Imagery Processing and Analysis-mathematics Morphology M ethod and ApplicationM.Beijing:The Science Press,2002.5CUI Jiang.Research on the Image Recognition Technique for MovingVehiclesD.Nanjing:Nanjing University of Aeronautics and Astronautics, 2003.6LI Jin-hui,Lou Wei,JIANG Shou-shan.A Study on Road Surface Defects Detecting Technology with CCDCamera J.Journal of Xian Institute of Technology,2002,22(2):95.7YU Hong-jun.Research on the Recognition of the Vehicle Style and Recognition of the Vehicle Plate D . Xian: Highway College of Chang an University,2005.8.李晉秀,趙建濤.一種圖像處理的汽車類型識別算法J.西安工業(yè)大學(xué)學(xué)報,2009,29(3):275-2789.王振峰.圖像處理技術(shù)在汽車類型自動識別中的應(yīng)用研究D.中國農(nóng)業(yè)大學(xué)碩士學(xué)位論文,2000.10. 馬寧.基于神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的汽車識別研究D.哈爾濱工程大學(xué)碩士學(xué)位論文,2002.11李介谷、施鵬飛、劉重慶、謝式絢編著,圖像處理技術(shù),上海交通大學(xué)出版社,上海,1988.12章毓晉,圖像處理和分析,清華大學(xué)出版社,1997.13徐建華編著,圖像處理與分析,科學(xué)出版社,1992.14吳維從編著,計算機(jī)圖像處理,上海科學(xué)技術(shù)出版社,1989.1115吳敏金著,圖像形態(tài)學(xué),上??茖W(xué)技術(shù)文獻(xiàn)出版社,1991.16吳健康編著,數(shù)字圖象分析,人民郵電出版社,1989.17劉榴娣,劉明奇,黨長民編著,實用數(shù)字圖像處理,北京理工大學(xué)出版社,1998.18沈庭芝,方子文編著,數(shù)字圖像處理及模式識別,北京理工大學(xué)出版社,1998.19潘祖善,何紹雄,賈學(xué)堂編,濾波技術(shù),上海交通大學(xué)出版社,1997.20沈清,湯霖編著,模式識別導(dǎo)論,國防科技大學(xué)出版社,1991.21薛東輝、朱耀庭、朱光喜、熊艷,分形方法用于有噪聲圖像邊緣檢測的研究,通信學(xué)報,1996,17(1):7-11.22陳凌、陳云霞,改進(jìn) Hnogh 變換及并行計算,電子學(xué)報,19%,24(10):111-11423李文彪、潘士先,弱正則化邊緣檢測,自動化學(xué)報,1996,22(5),545-553.24舒昌獻(xiàn),莫玉龍,基于軟化形態(tài)學(xué)的邊緣檢測,中國圖象圖形學(xué)報,1999,2(4,2):141-142.25葉衍,張凌,曹明明,何久保,基于特征分布的圖象信息抽取,中國圖象圖形學(xué)報,1998,3(3,3):189 一 192.26奕新,朱鐵一,二次濾波法提取邊緣信息方法及其應(yīng)用,青島海洋大學(xué)學(xué)報,1999,l,(29,l):107 一 110.27高雁飛,幾種 CCD 圖像邊緣的高精度檢測方法分析,西安工業(yè)學(xué)院學(xué)報,1998,6,(18,2):92 一 98.28張啟忠,楊紀(jì)春,羅志增,模糊邊緣檢測技術(shù)在機(jī)器人觸覺圖象處理中的應(yīng)用,傳感器技術(shù),1998,(17,l)6 一 7川李應(yīng),唐增銘,宋新科,計算機(jī)視覺在汽車噸位辨識中的應(yīng)用,福州大學(xué)學(xué)報,1998,12,(26,6)25 一 27.
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