基于视频的车流量检测算法研究.doc
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1、西 南 交 通 大 学 毕业设计(论文) 基于视频的车流量检测算法研究 年 级: 2006 级 学 号: 20062225 姓 名: 安伟 专 业: 自动化 指导老师: 侯进 二零一零年六月 西南交通大学本科毕业设计(论文) 第 I 页 院 系 信息科学与技术学院 专 业 自动化 年 级 2006 级 姓 名 安伟 题 目 基于视频的车流量检测算法研究 指导教师 评 语 指导教师 (签章) 评 阅 人 评 语 评 阅 人 (签章) 成 绩 答辩委员会主任 (签章) 年 月 日 西南交通大学本科毕业设计(论文) 第 II 页 毕毕 业业 设设 计计 任任 务务 书书 班 级 自动化 2 班 学生
2、姓名 安伟 学 号 2006 专 业 自动化 发题日期:2010 年 1 月 1 日 完成日期:2010 年 6 月 15 日 题 目 基于视频的车流量检测算法研究 题目类型: 工程设计 技术专题研究 理论研究 软硬件产品开发 一、一、设计任务及要求设计任务及要求 车流量信息是交通控制中的重要信息,其检测在智能交通系统中占有重要地位。基于视频 图像处理技术的车流量检测系统,通过安装在道路旁边或者中间隔离带的支架上的摄像机和图 像采集设备将实时的视频信息采入,经过对视频图像的处理分析可以进行车流量的实时检测。 基于视频的车流量检测系统有易安装、维护及实现方便等明显的优势,非常有利于交通系统的 管
3、理及控制。具体要求如下: 1. 对图像进行预处理 2. 进行车流量的统计 3. 人机界面简单清楚友好 二、二、应完成的硬件或软件实验应完成的硬件或软件实验 采集视频图像,对图像进行分析处理,完成车流量的统计,与实际通过车辆数目比较,分 析本系统的正确检测率。 三、三、应交出的设计文件及实物(包括设计论文、程序清单或磁盘、实验装置或产品等)应交出的设计文件及实物(包括设计论文、程序清单或磁盘、实验装置或产品等) 1. 毕业设计论文(必须完全符合学校规范,内容严禁有丝毫的抄袭剽窃) 2. CD-R(含论文,程序,程序使用说明书,演示视频,盘面注明姓名,专业,日期) 3. 英文翻译按学校规定,导师无
4、特殊要求 西南交通大学本科毕业设计(论文) 第 III 页 四、四、指导教师提供的设计资料指导教师提供的设计资料 1. 研究介绍(包括课题背景、动机、内容、意义) 2. 计划说明书 3. 部分英文文献资料 五、五、要求学生搜集的技术资料(指出搜集资料的技术领域)要求学生搜集的技术资料(指出搜集资料的技术领域) 1. 本课题相关领域国内外重要论文及资料 2. 图像处理知识与 VC+编程学习指南 六、六、设计进度安排设计进度安排 第一部分 查阅资料,学习相关编程语言 ( 4 周) 第二部分 编制程序并进行调试 ( 10 周) 第三部分 撰写毕业论文 ( 2 周) 评阅及答辩 毕业论文修改和参加答辩
5、 ( 1 周) 指导教师: 年 月 日 系主任审查意见: 审 批 人: 年 月 日 注:设计任务书审查合格后,发到学生手上。 西南交通大学本科毕业设计(论文) 第 IV 页 西南交通大学信息科学与技术学院 2009 年制 西南交通大学本科毕业设计(论文) 第 V 页 摘 要 在智能交通管理系统中,实时的交通流参数检测起着越来越重要的作用。交通 流参数包括车流量、车速、车道占有率等,参数检测的方式也有多种,但基于图像 处理的视频车辆检测技术以其检测区域大、系统设置灵活等突出的优点,成为智能 交通系统领域的一个研究热点。因此,基于视频的交通流量检测技术成为其研究领 域的重要方面和基础。 本文是在阅
6、读和学习国际国内智能交通系统基础上,首先介绍了智能交通系统 的背景和意义,视频检测技术的优越性,智能交通系统在国内外研究的现状。经过多 年的不断发展,目前已经提出了很多相关的算法和解决方案.本文在学习和理解这些 成果的基础上,采用设置虚拟线的方法来实现车流量统计的算法。本文在研究过程中 主要采用了图像数字化,图像锐化,图像分割,背景相减,虚拟线圈更新,虚拟线圈内车 辆的检测等算法。其中图像分割,背景相减,虚拟线圈的更新是本文的核心内容并作 了详细的介绍。其中背景相减介绍了四种常用的算法,并分析了各种算法的优缺点, 结合各种的算法的优缺点,最后本文采用自适应背景相减法,该算法能够很好的提取 出目
7、标图像,不过由于外界各种因素比较敏感,同时会出现许多伪运动目标点,不利 于目标的准确检测,影响检测准确度,这有待于日后进一步的研究和学习。本文设计 了一种实时可靠的基于虚拟检测线的交通流量检测算法,该算法能够一定的程度上的 在复杂路况条件下精确的对车流量进行检测。 关键词:视频检测技术; 车流量统计; 虚拟线圈更新; 自适应背景相减法 西南交通大学本科毕业设计(论文) 第 VI 页 Abstract In the Intelligent Traffie System,parameter measurement of real-time traffic flow is becoming more
8、 and more important.Traffic flow parameter includes vehicle flow, vehicle velocity, road-occupied rate and so on. There are many kinds of ways to measure parameters, but the technology of video vehicle detection based on image processing has been a hot field in Intelligent Traffic System, because it
9、 has prominent advantage that the detectiong field is extensive and the system setting is flexible .Therefore, the detection technology of traffic flow based on video becomes an importance of aspect and foundation. Based on reading and learning the Intelligent Traffic System of home and abroad, the
10、background of the Intelligent Traffic System, the advantages of video detection technolog and the studing situation of the Intelligent Traffic System in national and international are introduced firstly. After years of constant development, it has made a lot of relevant algorithms and solutions. Bas
11、ed on learning and uderstanding these results, those methods are used to set the virtual line to achieve the algorithm of traffic volume statistic. In this paper, the main course of the study is to use the algorithms of digital image, image enhancement, image segmentation, background subtraction, vi
12、rtual loop update, virtual loop detection within the vehicle. Image segmentation, background subtraction, virtual loop update are the core of this paper and described in detail. Background subtraction introduces four common algorithms, and analyzes the advantages and disadvantages of each algorithm,
13、 combines with the advantages and disadvantages of various algorithms. Finally, in this paper, we use an adaptived-background subtraction. The algorithm can extract a good target image, but it is more sensitive to the external factors, while the emergence of many pseudo-moving target, which is not c
14、onducive to the precise of target detection and effect the accuracy of detection, so it is subject for further research and study. This paper presents a reliable real-time traffic flow algorithm based on virtual test line detection. To some extend, this algorithm can detect the traffic flow precisly
15、 under the condition of complexity. Keywords: video detection technolog; traffic flow statistics; virtual loops update; adaptived-background subtraction 西南交通大学本科毕业设计(论文) 第 VII 页 目 录 摘 要IV ABSTRACT.V 第 1 章 绪 论1 1.1 本论文的背景和意义.1 1.2 国内外研究现状.3 1.3 本论文研究内容和方法.5 1.3.1 研究内容5 1.3.2 研究方法5 1.4 本论文的结构安排.6 第 2
16、章 系统总体设计7 2.1 总体设计7 2.2 系统开发环境8 2.2.1 Visual Studio 2008 介绍8 2.2.2 OpenCV1.1 介绍9 2.2.3 WinAVI Video Converter 介绍.10 2.3 系统环境配置.11 2.4 本章小节15 第 3 章 基于视频车流量的算法研究16 3.1 算法综述16 3.2 算法的详细实现.16 3.2.1 图像数字化16 3.2.2 图像锐化19 3.2.3 像素分类20 3.2.4 图像分割20 3.2.5 背景相减22 3.2.6 虚拟线的更新24 3.2.7 虚拟线的车流量检测25 3.3 本章小节27 第
17、4 章 软件的实现28 4.1 软件的实现28 4.2 本章小节34 结 论35 西南交通大学本科毕业设计(论文) 第 VIII 页 致 谢36 参考文献37 西南交通大学本科毕业设计(论文) 第 1 页 第 1 章 绪 论 1.1 本论文的背景和意义 随着社会的发展和科技的进步,人民的生活水平得到很大的提升,汽车的拥有量 大幅提升,交通需求日益增加,城市交通拥堵,交通事故频繁发生,交通环境日益恶化 以及能源短缺成为当今世界面临的共同问题。在这种情况下,无论是发达国家还是发 展中国家,都毫无例外地承受着不断加剧的城市交通问题的困扰。尤其在我国,由于 我国人口基数大,城市规模发展迅速,迫切需要大
18、量的准确的交通流信息,我国面临的 问题尤为严重。解决交通问题的传统办法是修建和扩建道路,提高网路的通行能力, 但随着人口的增长,特别是城市人口的急速增长,城市人均占有面积日益减少,可供修 建道路的面积也越来越少,同时扩大网路的速度也远远不能满足交通需求增长的速度。 同时交通系统是一个十分复杂的综合性十分强的系统,单从某一方面考虑,都很难解 决交通问题。在这种复杂的背景下,怎样高效的对交通进行管理,就显的十分重要,由 此智能交通就成为研究的热点问题6, 使用科学的方法对现有的道路进行管理,可 以最大限度的挖掘道路的承载能力,在相当大的程度上改善交通环境。此时智能交 通系统 ITS(Intelli
19、gent Transportation System)应运而生,它把车辆和道路综合起来 系统地解决交通问题,从而极大地提高了现有道路的利用率。智能交通系统是各国 交通领域竞相研究和开发的热点,它将先进的信息,电子通讯、自动控制、计算机以 及网络等技术有效,综合的运用于整个交通运输管理体系中。从而建立起一种在大范 围内全方位发挥作用的,实时、准确、高效的交通运输综合管理和控制系统。 同时智能交通管理系统覆盖范围很广,在交通系统管理方面包括:自适应的交通 信号、自动事故检测、电子收税系统、电子警察等。在行人系统方面包括:行程规划、 乘车人信息、动态路径指导等。在与安全有关的管理系统方面包括:智能巡
20、查控制、 防撞等。在其他方面包括:救援管理等。 ITS 强调的是系统性、实时性、信息交流的交互性以及服务的广泛性。它是由 若干子系统所组成的,通过系统集成将道路、驾驶员和车辆有机地结合在一起加强 了三者之间的联系。ITS 的系统组成大致分为先进的交通管理系统 ATMS(Advaneed Taffie Management System)、先进的交通信息系统 ATIS(Advaneed Traffie Information System)、先进的公共交通系统 APTS(Advaneed Publie Traffie System)、先进的车辆 控制系统 AVCS(Advaneed Vehiel
21、e Control System)、先进的车辆收费系统 AETCS(Advaneed Eleetronie Toll Colleetion System)、紧急事件管理与救援系统 EAMSS(Emergent Affair Management and Succor System)。在这些系统中交通流信息 的获取是一个核心,交通流信息包括多个方面,比如车流量、车型、车速、车流密 西南交通大学本科毕业设计(论文) 第 2 页 度以及道路占有率、排队长度等等1。 TIS 通过对道路交通流信息进行实时检测,了解道路交通的运行情况,根据交 通流的动态变化,迅速做出交通诱导控制,减轻道路拥挤程度,减小车
22、辆行车延误, 降低发生交通事故的概率,保证行车安全,并使交通设施得到充分利用,实现交通 运输的集约式发展,最终达到智能运输系统(ITS)的目的,使现有宏观交通设施(道路、 桥梁、隧道等)具有更大的交通运输能力和更高的交通运输安全性。由此可见,道路 交通流信息的实时采集与处理方法研究无论对城市的交通控制、交通管理、交通规 划、路网建设,还是对未来智能运输系统功能的实现都具有重要的理论意义和实用 价值。 由于 ITS 能够显著的缓解日趋紧张的交通拥阻,提高交通效率,越来越受有关部 门的重视。作为 ITS 的基础部分,车流量控制系统在 ITS 中占有很重要的地位。目前 基于视频的检测法是最有前途的一
23、种方法,它是通过图像数字的方法获得交通流量信 息,主要有以下优点: 1. 能够提供高质量的图像信息,能高效、准确、安全可靠地完成道路交通的监 视和控制工作。 2. 安装视频摄像机破坏性低、方便、经济。现在我国许多城市已经安装了视频 摄像机,用于交通监视和控制。 3. 由计算机视觉得到的交通信息便于联网工作,有利于实现道路交通网的监视 和控制。 4. 随着计算机技术和图像处理技术的发展,满足了系统实时性、安全性和可靠 性的要求。交通流量统计是合理建设和管理交通系统的依据,通过对公路通行能力与 公路交通量的适应性分析,从而确定公路建设的合理规模,通过实时的车流量监控数 据,可以及时疏导交通。 车辆
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