（测试计量技术及仪器专业论文）基于视频的车型自动识别系统的实现.pdf

郑卅l 大学倾士学位论文摘要 摘要 本文系河南省杰出人才创新基金资助项目。 目前，智能交通系统( i t s ，m t e l l i g e n t ，r h n s p o r t a t i o ns y s t e m ) 是世界上交通运输科学 技术的前沿，国际上公认的i t s 的服务领域有：先进的交通管理系统、出行信息服务 系统、商用车辆运营系统、电子收费系统、公共交通运营系统、应急管理系统、先进 的车辆控制系统。基于非接触i c 卡的不停车收费系统( n o s t o pe 1 e c t m n i ct 0 1 l c o l l e c t i o ns y s t e m 简称n s e t c s ) 作为自动电子收费方式的代表，是解决这一问题的 有效途径，可以有效提高高速公路的通行能力和服务水l 。 车辆类型是高速公路收费标准的重要依据，车型识别系统是基于非接触i c 卡的 不停车收费系统的重要组成部分。基于非接触i c 卡的不停车收费系统采用信息融合 技术产生收费判决，即车型识别系统输出的车型信息、车牌识别系统输出的车牌数据 以及非接触i c 卡中的已存信息三者信息融合产生收费判决，使得系统的收费i j 靠性 大大提高。本文研究了基于视频的车型自动识别系统，系统通过对摄像机采集的视频 图像进行运动目标检测分割、特征提取与选择、模式识别等处理，达到实时车型识别。 以下几点论述了作者在课题研究过程中的主要工作及创新点： ( 1 ) 设计并实现了基于d i r e c t s h o w 的视频处理系统，并给出了核心的软件代码。 ( 2 ) 研究了现有的图像处理的技术和算法，并把它们应用到了车型识别系统中， 有效地消除了图像处理中的各种干扰。 ( 3 ) 研究和分析了运动目标检测的主要算法，指出了各自的优缺点，提出丫一 种新的基于图像块和h v s 彩色图像差值技术的高速运动目标检测算法。 ( 4 ) 特征提取。获取车辆轮廓，在计算车长、车高、车辆轮廓周长、车辆轮廓 面积、车长高比、圆形度、外接矩形与面积比等特征的同时，计算出车辆形状的7 个不变矩特征，这样由于不变矩特征的引入使得车辆在图像中的升i 同位置均可扶得较 好的识别效果。另外还提出了根据f r e e m a n 链码快速计算图像形状不变矩的算法。 ( 5 ) 深入研究了模式识别技术的基本理论和现有主要方法，存对比分析的基础 上设计了基于支持向量机的车型识别系统。 关键词：车型识别：运动目标检测；f r e e m a n 链码；不变矩；支持向量机；d i r e c t s h o w 1 1 郑州大学硕士学位论文 a b s t r a c t t h em e s i si ss u p p o r t e db yt h ei i l l l o v a t i o nf o u n d a t i o no fe x c e l l e n ti n t e l l e c t u a ii n h e n a np r o v i n c e t bd a t em t e l i i g e n t1 h n s p o n a t i o ns y s t e m ( i t s ) h a sb e c o m eo n eo ft h em o s tp o p u l a r w o r l d w i d er e s e a r c hf i e l d s i nt r a m ct e c h n o l o g yt h er e s e a r c ht o p i c s a c k n o w l e d g e d i n t e m a t i o n a l l yi n c l u d ea d v a l l c e dt m m cm a n a g e m e n ts y s t e m a d v a n c e dt m m ci n f b 珊a t i o n s e r v i c es y s t e m ，c o m m e r c i a lv e h i c l et r a n s p o r t a t i o na n dm a n a g e m e n ts y s t e m ，e l e c t m n i ct o u s y s t e m ，p u b l i c 仃a i l s p o r t a t i o nm a n a g e m e n ts y s t e m ，e m e 唱e n c ym a n a g e m e n ts y s t e m ，a n d a d v a n c e dc a rm o n i t o r i n gs y s t e m a sar 印r e s e n t a t i o no fe l e c 仃o n i ca u t o m a t i ct o l ls y s t e m ， t h en o n s t o p p i n ge l e c 仃o n i ct b l ls y s t e m ( n s e t c s ) b a s e du p o nn o n c o n t a c t i n gi n t e g r a t e c i r c u i t ( i c ) c a r di s au s e f i l lm e t l l o dt os o l v et h i sp r o b l e mb e c a u s ei tc a ne 色c t i v e l y i m p m v et h et r a 皿s p o n a t i o na n ds c r v i c eo f h i g h w a y s s i n c ec a rm o d e li s l ee s s e n t i a lb a s et od e t e m i n et h eh i g b w a yt 0 1 l ，c a rm o d e l i d e n t 讯c a t i o n s y s t e m( c m i s ) i sa n i m p o r t a n tp a r t o ft h en s e t c sb a s e do n n o n - c o n t a c t i n gi cc a r d ，w h i c hn o r m a l l ya d o p t si n f o n l l a t i o n 如s i o nt e c l l l l o l o g yt om a k ea d e c i s i o n t h es y s t e mn s e st h ei n f b n a t i o no ft h ec a rm o d e le x p o n e db yc m i s ，l i c e n s e p l a t ee x p o r t e db yl i c e n s e p l a t er e c o 舭i t i o ns y s t e m ，a t l dt h ed a t as a v e di nt h e n o n c o n t a c t i n gi cc a r dt oo b t a i nt o l ld e c r e ea n dh e n c eg r e a t l yi m p m v e st h er e l i a b i l i t yo f t h es y s t e m t h et l l e s i sp r c s e n t e dar e a l t i l n ec m i sb a s e do nt h ev i d e oi m a g ea c q u i r e d 矗o m v i d e oc a m e r a sb ye m p l o y i n gm o v i n go b j e c td e t e c t i o na l g o r i t h i n ，f e a t u r ee x 廿a c t i o na n d p a t t e mr e c o g n i t i o na l g o r i t h m t h em a i nw o r k si nm i sm e s i sa r es u n h n a r i z e da sf b l l o w s ： 1 d e s i 印e da n di m p l e m e n t e d av i d e o i m a g ep m c e s s i n gs y s t e m b a s e do n d i r e c t s h o w ，a 1 1 dp r e s e n t e dt h ek e m e ls o 脚a r ec o d e 2 s t i l d i e dt h ee x i s t i n gd i g i t a li m a g ep r o c e s s i n gt e c l l l l o l o g ya i l da l g o r j t h m s ，a n d a p p l i e dt h e mt oc a rm o d e lr e c o 弘i t i o ns y s t e mt os u p p r e s sa l lk i n d so f n o i s e 3 r e v i e w e d 也em a i nm o v i n go b j e c td e t e c t i o na l g o r i t h m sa n dt h e i ra d v a n t a g e sa n d d i s a d v a n t a g e s d e v e l o p e dan e wa l g o r i t h mf o rt h ed e t e c t i o no fh i 曲- s p e e dm o v i n go b j e c t s b a s e do np i c t i l r eb l o c k sa n dh v sc o l o rs p a c eo fi m a g ed i a c r e n c e st e c h n i q u e s 4 f e a t l l r ee x 缸a c t i o n s e v e nc a ri m 刮g ei n v 撕a n tm o m 肋t sa r ee x t r a c t e d 仔o mt h ec a r h i 郑州大学碗十学位论文 a b s t r a c t o u t i i n ee x c 印tf o rt 1 1 en o m a lf e a t u r e ss u c ha st h ec a rl e n g t h ，c a r h e i g h t ，c a ro u t l i n ep e r i m e t e r ， a r e as u r i d u i n d e db yc a ro u t l i n e ，r a t i ob 咖e e nc a rl e n 酵ha n dc a rh e i g h t ，r o u n d n e s s ，鼬d r a t i ob e t w e e nt 1 1 ec i r c u m r e c t a n 百ea r e aa n dt h ea r e as u r m u n d e db yc a ro u t l i n e ah 蟾h p e r f o 硼a n c ew a sa c h i e v e dt oi d e n t i 母t h ec a r a td i f r e r e n tp o s i t i o n si nm ep i c t u r eb e c a u s eo f t h eu t i l i z a t i o no f t l l e s ec a ri m a g ei n v 撕a i l tm o m e n t sf c a t i l r e s p r e s e m e daf a s ta l g o r i t h mf o r c o m p u t a t i o no fs h 印em o m e n t sb a s e d o nf r e e m a nc h a i nc o d e 5 s t u d i e db a s i ct h e o r i e sa 1 1 dm a i na l g o r i t b m so fp a t t e mr e c o 驴i t i o na n dp r e s e n t e da c a rm o d e li d e n t i f i c a t i o ns ”t e mb a s e do ns u p p o nv e c t o rm a c h i n e ( s v m ) k e y w o r d s ：c a rm o d e li d e n t m c a t i o n ；m o v i n go b j e c td e t e c t i o n ；f r e e m a nc h a i n c o d e ；m v a r i a n tm o m e n t ；s u p p o r t 、t o rm a c h i n e ；d i r e c t s h o w 部州凡学硕上学位论文邦重声明 郑重声明 本人的学位论文是在导师指导下独立撰写并完成的，学位论文没有剽窃、抄袭等 违反学术道德、学术规范的侵权行为，否则，本人愿意承担由此产生的切法律责任 和法律后粜，特此郑重声明。 学位论文作者( 签名) ：专乞佯。 2 0 0 6 年5 月2 0 【：_ 郑州人学硕上学位浩文 第一章0 【高 1 1 选题的来源与背景 第一章引言 本文选题来源于河南省杰出人才创新基金重大科研项目非接触智能i c 不 停车收费系统的开发与应用研究。主持人张元教授。本人作为张元教授的研究生， 参与了该项目，对其中的车型自动识别系统做了研究及实现工作。 本文内容正是对本人所做工作的论述。 近年来，随着人口的增长，交通需求日益增加，交通拥堵、交通事故频发、交 通环境恶化、收费制式混乱、交通管理落后以及能源短缺等成为当前世界各国面临 的共同问题。而以计算机技术、信息刚络、通讯技术、电子技术等为代表的现代高 新技术的迅速发展为根本解决道路交通问题提供了强力的技术支撑。以现代高技术 为核心的智能交通系统( i t s ，i n t e l l i g e n tt r 蛆s p o r t a t i o ns y s t e m ) 应运而生。 i t s 是目前世界上交通运输科学技术的前沿，发达国家都先后投入了大量的资 金和人员加紧研究，希望在未来的市场上占据有利的地位。我国也加入了研究和开 发i t s 的行列，建立了我国的i t s 结构产业。国际上公认的i t s 的服务领域有：先 进的交通管理系统、出行信息服务系统、商用车辆运营系统、电子收费系统、公共 交通运营系统、应急管理系统、先进的车辆控制系统。 1 i 停车电子自动收费系统( n os t o pe 1 e c t m n i ct o l ic o l l e c t i o ns y s t e m 简称 n s e t c s ) 是智能交通系统( i t s ) 的重要内容，采用电子收费系统可以从根本上解 决人工收费而造成的交通堵塞和拥挤问题，大大提高道路的通行能力，减少车辆因 停车收费而造成的能源消耗及尾气排放带来的环境污染。 e t c 电子卅i 停车收费技术自9 0 年代初期出现以来，先后在北美、欧洲、u 本、 澳洲、新加坡等地广泛应用，我国也在九五期间，由交通部组织了“嘲络环境下不 停车收费系统行业联合攻关”项目研究。由交通部公路科学研究所、西安公路科学 研究所承担前期科研任务，并在广东省交通厅、北京市交通厅、江苏省交通厅等展 开示范工程建设。与此同时，全国各大高等院校、研究机构也纷纷开展了e t c 电 子小停车收费技术的研究。 郑州大学硕上学位论文 第一章t j l 苦 但是，由于我国国情彳i 同，国民信用体制的不完善和我国高速公路收费体制的 原因，使得e t c 电子不停车收费技术在我国的推广应用遇到了很大的困难。各地 ( 如广东、重庆、上海等地) 已经上马的e t c 电予不停车收费系统纷纷停止使用 或改做它用。尽管造成这种局面的原因是多方面的，但倒卡、换卡、收费车辆使用 免费卡、大型车辆使用小型车辆收费卡等不良和欺诈现象的大量存在，是e t c 电 子彳i 停车收费面临的主要问题，是导致e t c 电子不停车收费在我国不能有效推广 的主要原因。 非接触智能i c 卡不停车电子自动收费系统是在充分研究了我国国情的基础上 开发出来的，该系统将非接触智能i c 卡技术、射频识别技术、模式识别技术、图 像处理技术、计算机网络技术、信息融合技术、数据库技术以及数据安全技术等各 种先进技术有机的结合为一个整体，目前，存国内使用的高速公路收费系统中，这 样较为完善的实现多项技术交叉综合运用的还未见报道，因此，该系统具有较强的 自身特点和首创性。 1 。2 非接触智能i c 卡不停车收费系统简介 1 2 1 不停车收费系统的车道级功能描述 不停车收费系统车道级结构示意图如图1 1 所示。 图1 1 不停车收费系统车道级结构示意图 一主要设各 1 车道控制机 小停车收费系统的控制中枢，由工控机构成，上面安装有不停车收费系统软件 用于控制各子系统协调一致地工作。 2 郑州大学倾士学位论文 第章弓 言 2 自动车辆识别( a v i ) 子系统 包括车载i c 卡和i c 膏阅读器。主要功能是i c 卡阅读器对i c 卡进行读写操作， 并经串行u 将相关收费信息数据传送至车道控制机。 3 牌照识别子系统 对过往车辆的车牌进行识别，正确识别率可达9 9 以上。该子系统集视频采集、 自动调光、车牌定位、字符识别、图像压缩、数据传输于一体，独立运行于小停车 收费系统之外，存节省了车道控制机软硬件资源的同时，大大提高了系统的坚固性 和稳定性。 4 交通报警灯、费额显示器一体机 用于存高速公路出口处交通指示、费额显示和语音报价。该子系统集交通灯、 黄闪报警器、费额显示器的功能于一体，信息明显，占地少。 5 监控系统和车型识别系统 用于不停车收费车道的现场监控和车型识别。该子系统还可以通过高速网络与 高速公路管理部门的监控中心相连，以完成远程监控与图像传输。 6 前线圈与后线圈 前线圈用于启动车牌识别系统进行车牌照识别；后线圈检测车辆通过，控制栏 杆机落杆。 7 栏杆机 当为合法车辆时由车道控制机控制抬杆、当车辆通过时由后线圈控制落杆。 二工作过程 车型识别系统和视频监控系统处于全天候工作状态，一旦有车辆通过，即可捕 获到运动目标，进行车型自动识别。当持有i c 卡的车辆经过e t c 收费车道时，前 地感线圈感应汽车通过，并将信号传送到车辆控制器，由车辆控制器控制启动车牌 识别系统。阅读器在4 到1 0 米的椭圆形区域内发射2 4 5 g h z 的微波，当车辆继续 前进到该区域时，i c 卡将该微波反射回阅读器，阅读器以无线的方式读取随车i c 卡中记录的车牌号码、预存款金额、标识号、车型和车主等信息，并传送到车道控 制机中，此时车牌识别系统和车型识别系统的识别结果也已出来，车道控制机根据 i c 卡中的信息、车牌识别系统和车型识别系统的识别结果、数据库服务器中的相关 记录信息，进行数据融合，当判断为合法车辆时，计算余额，修改i c 卡中的数据， 并进结果写入数据库，然后，车道控制机发出指令，有车道控制器控制显示牌显示 郑州人学硕士学位论文 数据、栏杆机打开、红绿灯亮。如果是非法车辆余额不足，车道控制机发出报警， 同时抓拍图像。待人工处理。当车辆继续前进经过后地感线圈时，由车辆控制器控 输出一个命令控制栏杆机落杆。 把i c 卡中的信息、车牌识别的信息、车型识别的信息和数据库服务器中的相 关记录信息融合在一起，以期各种信息互相印证，共同证实或者反证实车辆的身份 解决了车辆身份判别这一e t c 电子不停车收费中一直未能解决的重点和难点问题。 系统车道级数据流图如图1 2 所示。 i 不停车收莹系统i 0 l 非接触i c 卡车型识别“牌照识别信息管理系统 j r l _ 一 l r i 获取数据l1 识剐结果li 数据服务器l ii 1 。 l 7 l 堡皇壁鱼r i f 姗懿莉r 1 栽姻r _ 叫糕上恃 图1 2 不停车收费系统数据总体流程图 1 2 2 非接触智能i c 卡不停车收费系统的网络体系结构 不停车收费系统的网络体系结构是一种多层次服务器客户机模式的刚络体系 结构。整个刚络系统分为四个层次：车道级、收费站级、收费管理分中心级、省级 收费管理中心级。车道级是不停车收费系统的基础和数据来源。收费站数据库服务 器负责收集各个车道上传的收费数据并把它们发送到收费分中心。收费管理分中心 是某一路段的收费结算管理中心，负责收集各收费站上传的收费信息，负责结算、 下传相关收费控制信息如费率表、黑名单、阕络同步时钟等。收费管理中心是一个 省域的高速公路收费结算管理中心。其功能与收费结算管理分中心相似，在省内高 速公路联网比较少的情况下，也可以只设置一个省级收费结算管理中心，而不设置 收费管理分中心。 4 瓣惹曩 郑州大学硕上学位论文 第一章0 言 图i 3 非接触智能i c 卡不停车收费系统的网络体系结构 1 3 车型识别系统简介 车型识别系统是高速公路不停车收费系统的重要组成部分，是门集计算机图 像处理技术、模式识别、工业测控技术、电子技术、系统工程技术于一体的综合技 术。它对特定地点和时间的车辆进行识别和分类，并以之作为交通管理、收费、调 度、统计的依据。车型的自动分类在部分发达国家已经是比较成熟的技术，但由于 诸多原因这些系统在我国其识别率等指标难以满足使用要求。要实现我国公路收费 自动化、管理规范科学化，车型自动识别方法的研究势在必行。 车型自动识别系统可以用硬件或软件实现，也可以软硬件结合实现。目前，已 有的识别方法有如下几种： 1 利用磁感应线圈、压电传感器、红外线收发装置等判断车辆到来，获取通行 车辆的轮数、前、后轮距、轴距、车高等特征，然后实现车辆分类。例如文献1 2 “。 2 选用地感线圈作为传感器，获得大量样本车辆感应曲线，对曲线数据进行分 析，得到感应强度、高度、左右比重、上下比重、上升沿、下降沿、车长、凸凹性、 峰值等特征，再利用模糊模式识别算法对车辆进行分类降”。这类装置通常被埋存 路面下或直接安装在路面上，尽管具有较高的识别正确率，计算量较小，但足安装 郑州人学硕卜学位论文 笫一章引茸 和维护都必然损坏路面，装置本身的使用寿命较短，获取的交通信息也比较少，有 时对天气和交通速度比较敏感。因此尽管有一定实用价值，但是并没有推广开来。 3 用可见光、红外、超声、激光等对汽车拍照，应用图像处理技术，获取车型 特征，然后实现车辆分类。红外、超声、激光等方法由于成本较高，目前用得比较 多的是用c c d 摄像机和图像采集卡来获得静态汽车图像或视频图像。例如文献【6 “j ， 均采用c c d 拍摄静态汽车图像，通过一定的图像处理的方法，获得汽车轮廓，再 应用神经删络、小波分析识别车型。再如文献【”川，采用了基于视频图像的车型识 别技术，通过差影法去除背景，再应用变换法、神经网络、小波分析等方法识别车 型。但是从试验结果来看，这种技术还很不成熟，如何将图像处理及模式识别的新 技术应用到车型识别系统中，进一步提高车型识别的效率，还需作大量的研究工作。 1 4 本文研究的主要内容及结构安排 本文研究了基于视频的车型识别技术，该技术通过对摄像机采集的视频图像进 行运动目标检测分割、特征提取与选择、模式识别等处理，达到实时车型识别。其 中采用了先进的图像处理与模式识别技术，提出了一种有效的基于图像块和h v s 彩色图像差值相结合的新的运动目标检测、分割算法、基于8 邻域链码的图像1 i 变 矩计算方法、基于支持向量机的模式分类等技术。实验证明，该系统具有较好的淤 别效果。论文共分6 章，章节内容安排如下： 第一章绪论。介绍了本课题的来源和背景，对非接触智能i c 卡不停车收费系 统和车型识别系统作了简单介绍，最后给出了本论文的结构安排。 第二章基于视频的车型识别系统结构设计。介绍了基于视频的车型识别系统 结构设计，给出了车型识别系统硬件组成和车型识别系统软件的设计与实现。 第三章图像预处理技术。介绍了运动目标检测和提取中用到的图像处理的基 础知识。 第四章视频序列中运动目标检测与分割。本章重点介绍高速公路视频监控序 列中汽车的检测与分割。 第五章车型特征提取。本章介绍车型特征提取与选择算法，为后续分类器设 计的提供依据。 第六章基于支持向量机的车型识别器设计与实现。本章首先介绍了模式识别 6 郑州大学硕+ 学位论文第一章引言 基础知识，接着介绍丫支持向量机这一新的模式识别方法和理论，并用支持向最机 实现了车型识别。 第七章总结与展望。总结了论文，指出了有待进一步研究的问题。 郊州人学硕士学位论文第二章摹于视频的车型识别系统结构设计 第二章基于视频的车型识别系统结构设计 2 1 车型识别系统功能设计 基于视频的车型识别系统对通过e t c 车道的汽车类型进行自动识别，为高速公 路收费提供依据。系统主要通过数字图像处理、模式识别的方式实现目标的识别。具 体来说包括：视频捕获，运动目标检测、分割，图像预处理，图像特征提取、图像分 类等技术。系统流程如图2 1 所示： 厂 f 图2 1 车型识别系统流程 2 2 车型识别系统硬件组成 车型识别系统硬件有c c d 摄像机、视频采集卡、图像处理计算机组成。 2 2 1c c d ( c h a r g e c o u p l e dd e v i c e ) 摄像机 c c d 是c h a r g ec o u p l e dd e v i c e ( 电荷耦合器件) 的缩写，它是2 0 世纪7 0 年代初发 展起来的新型高精度、高灵敏度的半导体成像器件，具有抗强光、畸变小、体积小、 寿命长、抗震动、高分辨率、易与计算机连接等优点，已成为空间光学、微光夜视、 x 光成像系统、遥感等系统中不可缺少的器件。近年来，随着微细加工技术的发展， c c d 器件的性价比逐步提高，受到越来越多的关注。以c c d 摄像机、视频采集卡 郑州大学硕士学位论文第二章基于视频的车型识别系统结构设计 和p c 机结合进行视频采集的方式应用非常广泛。 c c d 摄像机有尺寸、像素、水平分辨率、灵敏度、扫描制式等多项技术指标 本系统应选择视场角较大( 尺寸较大) 的c c d 摄像机。 2 2 2 视频采集卡 在基于p c 机的数字图像处理系统中，视频采集卡是图像采集部分和图像处理部 分的接口，普通c c d 摄像机输出的是模拟视频信弓，只有将其数字化后才能存计算 机中处理，视频采集卡的主要任务是将模拟视频图像转换成适合于计算机处理的数字 视频信号，它一般具有a d 转换模块、摄像机控制接口、总线接口等功能模块。 根据所使用驱动模型的不同，目前市场上大致有两种视频采集卡：v f w ( d e o f o r w i n d o w s ) 采集卡和w d m ( w i n d o w sd r i v c r m o d e l ) 采集卡。由于v f w 本身的局 限性，基于v f w 驱动模型的视频采集卡正逐步被基于w d m 驱动模型的采集卡所 替代。与v f w 不同，w d m 更可以被看作是一整套用于解决设备控制问题的系统 架构。w d m 视频采集架构被设计为与d i r e c t s h o w 无缝集成，使得在d i r e c t s h o w 开 发环境中，可以通过w d m 视频采集过滤器( w d mv i d e oc 印t u r ef i l t e r ，属 d i r e c t s h o w 系统的过滤器) 非常简便地对从w d m 采集卡采集进来的视频数据进行 控制。当然，为保持兼容性，d i r e c t s h o w 还是保留了支持v f w 卡的过滤器，但功 能远不及支持w d m 的过滤器强大。 基于w d m 的采集卡有很多，本系统选用了基于b t 8 7 8 芯片的w d m 采集卡， 基于b t 8 7 8 的采集卡是目前使用非常广泛、网上资源比较丰富的低端采集卡。 2 2 3 图像处理计算机 图像处理计算机指安装了车型识别系统软件的计算机。它承担着视频捕扶，运动 目标检测、分割、图像预处理、车型特征提取、车型分类等重要任务。后面分章节对 有关算法进行介绍。 郝州大学硕士学位论文 第二章基于视频的车型识别系统结构设计 2 3 车型识别系统软件设计与实现 2 3 1 视频捕获系统的设计与实现 由于系统要完成实时的车型识别任务，所以要解决的首要问题就是如何实时的从 视频流中获取图像。要实现计算机视频捕获一般有3 种方法：1 ) 使用硬件提供商提供 的s d k 开发包来进行开发，但这种方式缺乏灵活性，一旦更换硬件，整个程序都要 重写：2 ) 使用v f w 中的a v i c a p 窗口类，v f w 是m i c r o s o 矗1 9 9 2 年推出的关于数字 视频的一个软件包，它能使应用程序数字化并播放从传统模拟视频源得到的视频剪 辑。但是它们是基于老式的1 6 位v f w 体系构架之上的；3 ) 通过d i r e c t s h o w 实现视 频捕获。它是微软公司提供的一套在w i n d o w s 平台上进行媒体流处理的开发包。它 为多媒体流的捕捉和回放提供了强有力的支持。同时，w d m 驱动视频捕捉构架不仅 解决了老式v f w 构架的种种局限性，还可与d i r e c t s h o w 无缝集成，从而大大扩展了 视频应用的功能。 l d i r e c t s h o w 的体系结构 d i f e c t s h o w 本质上是基于c o m 组建模型且规定了一组接口的多媒体应用框架。 在d i r e c t s h o w 中最基本的概念是过滤器。一个过滤器( f i l t e r ) 就是一个c o m 对象， 具有特定的功能，过滤器对象通过其输入针和输出针之间的有序连接构成过滤器图表 ( f i l t e rg r a p h ) ，过滤器图表由过滤器图表管理器( f i l t c rg m p hm a n a g e r ) 对象管理， 用户通过过滤器图表管理器提供的接口就可以实现多媒体的回放、采集等功能” 1 “。 d i r e c t s h o w 中的过滤器按实现的功能可分为三种基本类型：源过滤器( s o u r c e f i l t e r ) 、变换过滤器( t r a n s f o n nf i l t e r ) 及渲染过滤器( r e n d 硎n gf i l t e r ) 。源过滤器主要 负责获取数据，数据源可以是文件、因特l 叫计算机里的采集卡( w d m 驱动的或v f w 驱动的) 、数字摄像机等。变换过滤器主要负责数据格式的转换。渲染过滤器主要负 责数据的最终去向，将数据送给显卡、声卡进行多媒体的演示，或者输出到文件进行 存储。f i l t e r 一般有一个或多个p i n 组成，f i l t e r 之间通过p i n 相互连接，构成一条顺 序的链路。s o u r c ef i l t e r 只有输出p i n 没有输入p i n ，t r a l l s f o 蛐f i l t e r 既有输出p i n 也 有输入p i n ，r e n d e r i n gf i l t e r 只有输入p i n 没有输出p i n 。下图2 2 是d i r c c t s h o w 的体 系结构图。 1 0 郑州人学硕上学位论文 第上章基于视频的车型识别系统结构设计 图2 2d i r e c t s h o w 的体系结构图 开发d i r e c t s h o w 应用程序，一般有3 个阶段。第一个阶段，创建一个f i l t e rg r a d h m a n a g e r 组件，通过a p i 函数c o c r e a t e i n s t a n c e 创建。第二阶段，根据实际的应用， 创建一条完整的f i l t e r 链路，该过程可以调用f i l t e r g r a 曲的接口方法手工编程实现、 也可以调用f i l t e rg r a p hm a n a g e r 的接口方法实现智能连接。第三个阶段，调用f i l t e r g r 印hm a n a g e r 上的各个接口方法进行控制，并完成f i l t e rg r a p hm a n a g e r 与应用程序 的事件交互。 d i r e c t s h o w 应用程序开发过程中的常用c o m 接口有： i g m p h b u i l d e r 构造过滤器管理器的接口，建立和管理一系列的过滤器，用来层层 过滤和处理源媒体流； i m e d i a c o n t r o l 用来控制多媒体流在过滤器图表中的流动，如流的启动和停止； i m e d i a e v e n t 可以捕获播放过程中发生的事件到应用程序中。如e cc o m p l e t e ( 播放完成) 等 i m e d i a e v e n t e xi m e d i a e v e n t 接口的扩展，支持当f i l t e rg f a p hm a n a g e r 有事件要 发出时，用窗口消息的方式通知应用程序。 i b a s i c d e o 控制视频数据流的基本属性。 i b a s i c a u d i o 控制音频数据流的基本属性：音量和均衡。 i d e o w i n d o w 用来控制视频窗口的属性； 1 m e d i a s e e k i n g 媒体查找接口，用于媒体流的定位，为控制多媒体数据播放提供 精确控制； i b a s e f i l t e r 接口从h n e d i a f i l t e r 接口继承，可以定义一个具体的过滤器指针，用 郑州火学硕士学位论文第二章基于视频的车型识别系统结构设计 于对多媒体数据的处理； i p i n 接口用来管理两个过滤器之间的针脚，从而连接过滤器。 i c a p t u r e g r a p h b u i l d e r 2 接口它是组件c 印t i l r eg r a p hb u i l d e r 的一个接口，用来简 化f i l t e rg r a d h 的创建。 2 视频监控系统的实现 系统使用s a m p l eg r a b b e rf i l t e r 抓帧过滤器抓取视频帧，然后对每一帧应用具体 的图像处理算法。视频监控系统的f i l t e r g r a d h 如下： 图2 _ 3 系统f i l t e rg r a p h 图 它的创建过程如下： 1 ) 初始化c o m 组件。 c o i n i t i a l i z e ( n u l l ) ； 2 ) 创建f i l t e rg r a p hb u i l d e f 与c a p t u r eg r 印hb u i l d e r i g r a p h b u i l d e r +m g m p h = n u l l ； i c a p t u r e g r a p h b u i l d e r 2 + p b u i l d e f n u l l ； c o c r e a t e i n s t a n c e ( c l s i d f i l t c r g r a p h ，n u l l ，c l s c t x i n p r o c s e r v e r ， i i d j g r a p h b u i l d e r ，( v o i d + 4 ) & m g r a p h ) ； c o c r e a t e i n s t a i l c e ( c l s i d - c 印t i l r e g r 叩h b u i l d e r 2 ，n u l l ，c l s c t ) ( _ i n p r o c ， i i i ) _ i c a p t i l r e g r a p h b u i l d e r 2 ，( v o i d4 + ) & p b u i l d e r ) ； p b u i l d e r _ s e 瞟i l t e r g m p h ( m g m p h ) ； 3 ) 在f i l t e rg r a p h 加入视频源过滤器 创建一个系统枚举组件 h r e s u i jh r ： i c r e a t e d e v e n u m4 p s y s d e v e n _ i l i n = n u l l ； h r = c o c r e a t e i n s t a n c e ( c l s i i ) _ s y s t e m d e v i c e e 肌m ，n u l l ，c l s c t x i n p r o c s e r v e r d _ i c r e a t e d e v e n m ，( v o i 扩+ ) & p s y s d e v e n u m ) ； i f a i l e d o l r ) ) 1 2 郑州大学硕士学位论文 第二章基于视频的车型识别系统结构设计 r e n l n lt m e ： 指定枚举的类型目录，获得n l l i l l m o n i k e r 接口 i e n 啪m o n i k e r4 p e n 岫c a t _ n u l l ； h i = p s y s d e v e n u m 一 c r e a t e c l a s s e 肌m e m t o “c l s i d - v i d e o i n p u t d e v i c e c a t e g o 吼 & p e n u m c a t ，0 ) ； i 舢f = s o k ) 使用i e n u m m o n i k e r 接口枚举所有的设备标识，因系统只有一个视频设备，因 没用循环 i m o n i k e r4 p m o n i k e r = n u l l ； u l o n gc f e t c h e d ： i f ( p e n u m c a t - n e x t ( 1 ，& p m o n i k e r ，& c f e t c h e d ) 一s _ 0 k ) 仓0 建f i l t e r 实侈0 h f p m o n i k e r - b i n d t b o b j e c t ( n u l l ，n u l l ，i i d j b a s e f i l t e l ( v o i d + 4 ) & m p f i l t e r ) m g r a p h - a d d f i l t e r ( m p f i n l ”v i d e od e v i c e ”) ； p m o n i k e r _ r e l e a s e ( ) ； ) p e n 砌c a t r e l e a s e 0 ； p s y s d e v e 姐m 一 r e l e a s e ( ) ； 4 ) 在f i l t e rg r a p h 加入a v id e c o m p r e s s o rf i l t e r 和s a m p l eg r a b b e rh l t e r i b a s e f i l t e r + p a v i d e c o m p r e s s o r f 州l l ； c o c r e a t e i n s t a n c e ( c l s i d l a v i d e c ，n u l l ，c l s c t ) c p r o c s e r v e r ， i i d 一a s e f i l t e r ，( v o i d + 4 ) p a v i d e c o m p r e s s o r f ) ； m g r a p h 一 a d d f i l t e r a v i d e c o m p r e s s o r f ，l ”a v id e c o m p r c s s o r ”) i b a s c f i l t e r 4 p g r a b b e r f 孙m l l ； c o c r c a t e i n s t a i l c e ( c l s i d _ s 釉p l e g m b b e r ， c l s c t ) l i n p r o c s e r v e r ， i i d i b a s e f i l t e r ，( v o i d + + ) & p g f a b b e r f ) ； i3 塑型查兰堡主兰生堡苎i 兰二墨j 里兰型堕堕至型羔竖坚堑墨竺塑! ! ! l m g r a p h a d d f i l t e r ( p g r a b b c r f s a m p l eg r a b b e r ”) ； p a v i d e c o m p r e s s o r f 一 r e l e a s e ( ) ； 5 1 连接各f i l t e r 。 h b u i l d e r _ r e n d e r s t r e 锄( & p i n c