（检测技术与自动化装置专业论文）基于视频的车辆检测系统研究.pdf

串黼科学控术走学颤 学位论义摘矍 摘要 随着城市化的进展和汽车的蒋及，交通运输问题日益严重，就要运用各种高 毅技求系缆的嬲抉道路交遴闻题，由此产，主薪的磺究和应瘸领域智能交通系 统( i t s ) 。i t s 中首要的问题是交通信息的采集和处理，也就是车辆检测问题。 在众多车辅检测方法中，视频检测具有直观性、大范围检测、安装方便和维护费 用相对较低等优点，成为最有前途的采集交通信息的技术，以指译车辆运行。视 频检测也是计算机视觉和图像处理领域的个研究热点。 本文从事基于褫频的车辆检凋系统的研究，冀茸酶琵设计出通用于大蔷积、 多目标的复杂场景，能排除干扰，具备实时和自邋应能力的车辆检测系统，为道 路交通管瑾提 盐嚣为有效的依据，献两疆嵩交运镣理匏螽渤能、骥彳弋讫水平。本 文主要工作内容如下： l 。遴过霹程额流薤毽技术静辑究，运羯了一糖基予d i r e c t s h o w 接术豹逶蜇 视频流回放和帧提取的方法。通过d i r e c t s h o w 技术，我们可以捕捉任何格式的 睾蘩频数据，英中媛频数豢霹鞋存在本遗矮盘上氇可是网络援频滚、甚至是逡接麸 视频采集卡得到的视频数据：同时压缩方法也可以任意的m j p e g 、m p e g i 、 醚p 芝g l l 、鹾p e g 。4 等等。菠建d i r e e t s h o w 撼援稷频滚跑戳往袋臻图像采集卡 采集序列阁像帧和v f w 捕捉视频流的方法更具有通用性，功能礅为强大。 2 。褒充分调磷现有事辆检测募法的慕破上，挺出一张毫效豹，实对躲基于 时空图像分析的视频车辆检测算法。我们通过比较检测线上像素的狄度值变化来 判凝车辆是否通过，然后进荨亍时空图像分拆，把一系列检测线圈像按照时阍序列 进行重构，从时交的一维细缝图像中产生三维世界的二维时空图像，然后对二维 财窆图像避行图像处理，获撂具体交通参数。用时空图像分析取代传统的图像序 列分析，较好的解决了以往干扰信号对车辆检测造成的影响。 3 对观有车辆检测算法中的闽值选择技术和背景更新策略进行了对比分析， 掇出了一种适用予本系统中的动态阂值选择技术秘背景聪薪策略，傈证了系统的 自适应性。 4 完成了视额车辆检测系统酌框架设计程软件编写。浚系统软件渣c s 框 架组成，能对保存着交通信息的视频文件进行实时车辆捻测，取得交通参数并保 存天数摇痒中，并能遴一步对数攒统计分氍。逶遥实验诞镑，该系统实时性强， 具备良好的抗干扰和自适应能力，识别讵确率可达9 0 以上。 荚毽诱：d i r e c t s h o w , 事凝捡测，蛰豫处瑾，露窆强缘，动态飒壤选努，鸳景更 新 中田科学技术人学坝i 学位论义蒜文摘赞 a b s t r a c t m o r ea n dm o r eg a r si nc i t i e s b r i n gu pl o t s o fp r o b l e m st ot r a f f i c ，i no r d e rt o r e s o l v ei t ，an e wr e s e a r c ha n da p p l i c a t i o n f i e l d i n t e l l i g e n tt r a n s p o r t a t i o ns y s t e m c o m e si n t ob e i n g t h eb a s a lq u e s t i o no fi t si sc o l l e c t i n ga n dp r o c e s s i n go ft r a f f i c i n f o r m a t i o n ，i e 。v e h i c l e d e t e c t i o n ，i ns o m a n ym e t h o d so n v e h i c l e d e t e c t i o n ， v i d e o b a s e dd e t e c t i o ni s o u t s t a n d i n ga n dh a ss e v e r a la p p a r e n ta d v a n t a g e ss u c ha s e a s i l yi n t e r v e n e da n dl o w e rc o s t s i ti so n eo ft h em o s tp r o m i s i n gn e wt e c h n o l o g i e s f o r l a r g e s c a l ed a t ac o l l e c t i o na n di m p l e m e n t a t i o n o fv e h i c l eg u i d a n c em o r e o v e r , i ti s a l s oah o t s p o ti nr e s e a r c hf i e l do f c o m p u t e rv i s i o na n d i m a g ep r o c e s s i n g t h i sp a p e ri st od e s i g nv i d e o - b a s e dt r a f f i c m o n i t o r i n gs y s t e m ，w h i c hc a l l b e a p p l i e dt oi t sa n di m p r o v et h em a n a g e m e n to f t r a f f i c ，i nt h i sp a p e r , w ew i l ld e s c r i b e r e s e a r c h e sa sf e l l l o w ： 1 i nt h i sp a p e r , b a s e do nr e s e a r c h i n go nm i c r o s o f tm u l t i m e d i at e c h n o l o g y , w e u s et h em i c r o s o f td i r e c t s h o wt op e r f o r mh i g h - q u a l i t yp l a y b a c ka n df l a m eg r a b b e ro f m u l t i m e d i as t r e a m s i t s u p p o r t s aw i d ev a r i e t yo ff o r m a t s ，i n c l u d i n gm - j p e g 、 m p e g l 、m p 若g ，l l 、h d p e g 。4 t h em u l t i m e d i as t r e a m sc a nb ef r o mh a r dd i s k 、 i n t e r n e t 、v i d e oc a p t u r ed e v i c ea n de t c ，t h em e t h o do fc a p t u r em u l t i m e d i as t r e a m s u s i n g d i r e c t s h o wi sm o r ee f f e c t i v ea n dp o w e r f u lt h a no t h e r s 2 t h em e t h o d so fv e h i c l ed e t e c t i o ni nv i d e o b a s e dt r a f f i c m o n i t o r i n gs y s t e m h a v eb e e na n a l y z e d t h i sp a p e r p r e s e n t s a ne f f e c t i v ea n dr e a l t i m ea p p r o a c ht od e t e c t v e h i c l eb a s e do nv i d e oi m a g e w ed e t e c tt h ep r e s e n c eo fv e h i c l e sb yc o m p a r i n gt h e g r a y v a l u eo ft h e s a m p l ep o i n t s o fv e h i c l ew i t ht h a to ft h er o a d + w i t h2 d s p a t i o - t e m p o m la n a l y s i s ，w ec a ng e tt h ep a n o r a m i c v i e wi m a g e ( p v i ) b y c o m b i n i n ga s e q u e n c e o fi m a g eo nt h ed e t e c t i o nl i n e a l o n g t i m ea x i s a f t e rw eu s e i m a g e p r o c e s s i n g o nt h ep v | 。w ec a ng e tt h ev e h i c l e sp a r a m e t e r , u s i n g2 ds p a t i o t e m p o r a l i m a g e i n s t e a do f i m a g e s e q u e n c e t od e t e c tv e h i c l ec a l ls e t t l et h ed i s t u r bs i g n a l 3 b a s e do na n a l y z i n go ft h et h r e s h o l ds e l e c t i o nt e c h n i q u ea n dt h eb a c k g r o u n d u p d a t i n gt e c h n i q u et h a th a db e e na p p l i e di nv e h i c l ed e t e c t i o n ，t h i sp a p e rp r o p o s ea n e w d y n a m i cb a c k g r o u n du p d a t i n g a n dd y n a m i ct h r e s h o l ds e l e c t i o nt e c h n i q u e i tc a n b eu s e di nt h es y s t e ma n dc o n f o r mt h es y s t e mm o r ea d a p t a b l e 4 w ec o m p l e t e dt h ed e s i g no fv i d e o ”b a s e dt r a f f i cm o n i t o r i n gs y s t e ma r c h i t e c t u r e a n dt h es o f t w a r ep r o g r a m m i n g t h i ss y s t e mi sc o m p o s e do fc sa r c h i t e c t u r ea n d c a nd e t e c tv e h i c l e sf r o mm u l t i m e d i af i l et h a th a st r a 臻cv i d e o 。i tc a ns a v et h et r a f f i c p a r a m e t e r i n t od a t a b a s ea n da n a l y z et h ed a t a a c c o r d i n gt oo u re x p e r i m e n t s ，t h i s 中簿科学投术大学颤 学位论文蒜文摘要 s o f t w a r es y s t e mi sr e a l - t i m ea n dh a sg o o da b i l i t yo fs e t t t i n gd i s t u r b s i g n a l a n d a d a p t a b i l i 吼t h ev e h i c l ed e t e c t i o n r a t ei sh i g h e rt h a n9 0 k e y w o r d s ：d i r e c t s h o , ；v e h i c l ed e t e c t i o n ，i m a g ep r o c e s s i n g s p a t i 0 4 e m p o r a ti m a g e ， d y n a m i c t h r e s h o l ds e l e c t i o nt e c h n i q u e b a c k g r o u n d u p d a t i n gt e c h n i q u e 1 1 1 中犀科学技术人学f l j ) 3l 论= 【_第一茚：绪论 1 1 背景介绍 第一章绪论 随着社会经济的高速发展，现有的交通道路网络与管理设施已经不能满足同 盏增长的交通蹩的需要，交通拥挤和堵塞现象r 戆严重，交通污染与攀敌越来麒 ；l 嫠社会的普遍关注。嚣瓣，交运拥挤鞠交蠲事故己成为全溶交递运输韭掰嚣羧 豹共阉翊题。 我国是一个经济持续发展的发展中国家，改革开放以来，城市化与汽车化发 展十分迅猛，交通流量迅速增加，交通阻塞、环辘污染等问题相应恶化，基础设 施静桶淆与管遴中的弊端逐澈显露出来：改革开放竣聚，道路交暹设施及管理设 麓虽然毒鞍大敬双，坦跟甭上祝动车增长速度。总体水平与发达豳家有较大差距， 特别是大多数城市路网结构不合理，道路功能不完善，道路系统不健全：我国交 通管理设施缺乏，管理水平不高。即使各地都建立了交通控制中心，大多只是蜜 现了篮视功能，两遴没裔发挥控制功能瓣效应；蠡 予交逶粕鳍、车速下降以及车 浸羞、车凝技术牲8 低等原鬏，城审的大气顷量恶化，已逐步出笼烟煤污染转变 为机幼车尾气污染：同时，擎辆状况差也直接影响到城市交通，并已成为制约我 国城市交通的麓要因素。 罄子我国蟊前的交通袄穗，戳往稷仪莜嚣修建更多携遴潞、扩大交逶潞弼麓 模已经不能壤决聂蕊增长豹交通甓求，褥是痰该利用裹耨技术采改造现有的道路 运输系统及其管理体系，从而大幅度地提高了路网的通行能力和服务质量。所以， 从我国的实际情况出发，发展智畿交通系统( i n t e l i i g e n tt r a n s p o r ts y s t e m s ) 对缓解我国的交通危橇獒有夏大的现实意义。 零世纪8 0 年霞未9 0 年弋初如现豹餐缝运输系统f i t s ，i n t e l l i g e n t t r a n s p o r t a t i o ns y s t e m s ) i 1 1 ，许多发达国家和发展中国家相继提出备自的发展战略， 并试图通过发耀i t s 带动本国基于车辆、通讯、电子、计算机以及网络等高新 技术的经济大发展。i t s 通谶对有关交透信怠的实霹采集、传输稻簸理，挹援当 蘸交遂运行获况和颧溅米寒数交遴状援，借驹多攀孛手段和设冬，对各转交通情况 进行处理，通过有力的信息交流手段，使用户迅速获知交通信息，从而有效地提 高了交通效率和安全，并使交通设施得到充分利用，实现交通运输的集约式发展。 i t s 主要有六个组成部分社l ：壳迸的交通管理系统( a t m s ：a d v a n c e dt r a f f i c m a n a g e m e n ls y s t e m ) 、先避豹出嚣者接息系统( a t i s ：a d v a n c e dt r a v e l e r i n f o r m a t i o ns y s t e m ) 、先进的车辆控制系统( a v c s ：a d v a n c e dv e h i c l ec o n t r o l s y s t e m ) 、新型货运系统m f t s ：n e wf r e i g h tt r a n s p o r t a t i o ns y s t e m ) 、自动道路 系绞( a h s ：a u t o m a t e dh i g h w a ys y s t e m ) 和智能公共交通( i t ：i n t e l l i g e n tt r a n s i t ) 。 目前i t s 技术中，研究较多的是a t m s 和a t i s 。 a t m s 是i t s 的基础，包括三个步骤：( 1 ) 车辆搛涮：( 2 ) 分析车流量、 平均速度、驳到长囊等交遥参数：( 3 ) 报攥遵熬躲交道情况，妻鼙戈l 学驶路线， 缓媲拥塞，减少出行时渊。a t m s 可以随为交通管理者提供了有力的支持，交 通管理者需要在充分了解现翁道路交通运行状况的基础上。做出相应的管理决 策，矮中的实时信怠采集与处理能力使管理者能够全面地了解交道运行状况，能 毒翔遽处理各种道路交遴冥索情况，萁发布信息熊力又馒警淫及瓣将决篆传达纶 交通行为辔。这罩的实时信息采集与处理就是通过车轴检测器柬实现的。在道路 上设旨的车辆检测器可以识别车辆运行状况及障碍物，并通过通讯手段实时地传 达给交通管理人员及驾驶员。 本章罄先奔绥了主要豹凡耱车辆检溅方法豹比较，讨论现存鞔频攀辆检测系 统的特点，最詹概况本文主要工 乍内容。 1 2 车辆检测方法的分类 车辆检测器的种类很多，工作服理番异，但可概括为两大基本功能：为检 测车辆的j 莩在或出现，二为检测车辆的运动或通过。饺一车辆检测器楚少应具有 上述两个基本功能之一。若按照车辆裣测器的工作原璜进行分类，可分为电接触 式、光电式、泡磁感应式、趣声波式、纽羚线式等多秘类型。曩游其有代表性鹣 是按检测器的工作方式及工作时的电磁波波长范豳，将检测器划分为三大炎1 3 。1 ： 磁频车辆检测器、波频车辆检测器和视频车辆检测器。下面介绍几种常用的车辆 检测器。 感应线鏊梭溅器 该检溅器楚目前国内外使用最为广泛的车城梭测装景。这弛检测器出埋在路 面下的线圈和能够测量该线圈电感变化的电子设备组成，检测器通过记过线圈的 电流产生磁场，车辆经过时龛属部件干扰磁场；f 超电戆变化，由裣测嚣的电子装 置遴行检溯，掇据多个环形线罄检测器瓣输如信号裁可】| 三乏确定享逢占毒率、车速 和交透量等参数。 但在使用中发现，聚用环形线圈的车辆检测器尽管具有较高的准确性，但幽 于外场情况不够直观，程车辆检测耱发出异常情7 兕报警后，若无图像篮溺，监控 员不敢轻荔对矫场设备特嗣嫩可交信惑捱发出指令，掇心车辆检测系统出疆，鼓 错指令致馒司鬃人员误会。又因车辆捻测器的分李厅有蝴对滞后的过稷，因此，现 在常用的线圈车辆检测器并没有充分发挥出道路监测的功能。同时，检测线圈埋 设于路基段，在沿海很多地区商速公路路基的软基问簇突出，检测线陶经常由于 中凋科学拉术火学硕士论文第一章：绪论 路蘸维掺遭受破塥，裴线圈检测爨有了定的翥求。 磁性检测器 该检测器也是在检测磁场变化的基础上进行工作的。这种检测器由装在护囊 内的小线黼和位于撩裁稻中韵电子放火器组成，使用露将曼有高磁导率静线鼙璎 在路蘧f ，当车辆靠返或逶过线塑对，雾过线圈的磁场发生变化，从两在线圈内 产生感应电压，使放大器发出车辆通过的信息。恢检测器设计简单，但仅能检测 车辆的通过且对车速有下限限制，属于通过型检测器。 麓声波检铡器 趣声波检测器是一耪在裹速公鼹上应用比较多的捻测器，它剃用反射回波原 理制成的。超声波检测器由探头和控制机构成，其探头舆有发射和接受双重功能， 被设置于道路的正上方。其工作原理是由超声波发生器发射高频波并出( 驶近) 车辆阻变化的频率邋圈，通过换麓器记漾下车辆存在袋通_ j 建豹信号。盘于怒声波 检测爨采蠲悬挂式安装，这与憝嚣埋设式不甏破螺路露，也不受路嚣变形的影购； 其次是使用寿命长，可移动、架设方便。不足之处是其检测范围是锥形，受车型、 车高变化的影响，检测精度较差，特别是车流严薰拥挤的情况下；另外检测精度 易受环境的影响，蔸其楚大飙、暴随等的影响：探头下方透过韵入或耢蠢会产生 反射渡，造残浸捡。 r t m s 远程交通微波梭测器 远程微波检测器( r t m s ) 是一种工作在微波频段的雷达探测器，建阻低功率 微波信号在扇整光线区域内发射连续的调箭微波，光线在表瑟上“西密”道长 长豹援影，饪德没骞鹜景豹强标帮会逐题绘r t m s 爨振的位罨翔骶测试到的范 围。r t m s 测爨范围解决方案许可它以2 m 为一“层”的层面在车辆掠过的范围 内最多构建3 2 层，用户可为每一聚车遒定义一层或多层。r t m s 每3 0 或3 0 0 秒 将份包含每条车道上车辆的数獾传输到控箭中心，滚耱检测器霹黼眩深测8 条车遂， | 芟集备车遥兹车滚鬟、遴鼹占枣率秘平均速度等数握，并可捻测静止车 搬的排队状况。同超声波检测器类似，其缺点是检测精度受到车型、车高变化的 影响，在交通比较拥挤的时候不适用。 红岁 线检铡器 红羚线捡溅器怒吴蠢良好应用越景戆悬挂式残路铡式交通捻测嚣。该检测器 一般采用反射式检测技术。反射式检测器探头由一个红外发光管和一个红外接收 管组成，其工作原理是幽调制脉冲发生器产生调制脉冲，经红外探头向道路上辐 射，当青车辆通过时，红外线脉冲腻车体反射醋米，被探头的谈寝管接收，经红 羚瓣调器艇调，秀遴遂选逶、敖大、整滚和滤波蜃触发驱动器输i = 毽一个检测蔫号。 这耪检测器具有快速准确、轮廓滴晰的检测能力。其缺点鼹工作现场的灰尘、冰 雾会影响系统的正常工作。 第一牵：裴论 激光雷达捡测器 激光雷达检测方法利用激光面的反射结果来检测距离信息，从而检测车辆。 它可以不受光照环境的影哟，鄂囊天与夜晚都可以很好的王 乍，且没有昼夜转换 引起的误差。利用激光雷达检测可以直接得知车辆的高度宽度；同时可以克服车 辆遮挡问题。它的缺点是：激光雷达设备成本过离；如果刹用它来克服车辆遮挡 和测量车辆高度，裁需要将激光的发射方向设为垂直向下，显然安装的难度很大， 同时它将不能用于检测车辆速度，仅可从统计的角度来估计平均车辆速度：若要 用它来检溯车辆的准确速度，刚要将它的发射平藤平行予路面，并安装在合适的 高度，可以看出安装的难度更大。所以，激光检测无法给出全面的交通信息。同 时，激光谱运设备在大磷天不可靠。 视频车辆检测器 车辆稔测帮大范圈豹实薅交逶数据采集是嚣酶智链车鼹系统( i v h s ) 秘先逶 的交通管理系统( a t m s ) 中最薄弱的环节之一，将传统的车辆检测器应用于先进 的交遥控铡，臻嚣感到硷溺憨力秘毒靠瞧不是，这类溺题剪遵过毒凳频车辆系统紊 解决。视频车辆检测器系统是在传统的电视监视系统基础上发展起来的。一方面 先进魏撬攘车辆梭溅系绞是出车毒；9 i 检测鼓零、摄像板程计簦视图像处理技术三者 有机结合构成，以达到大范围检测和识别车辆的瞬的；另方面，如同传统的车 糍捡测嚣棰，援频系绞国交通蕊控中心提供蹦像和交通参数，嗣瘸售息采集部 分。 这秘方法的基本原理是：将摄像枫架设在毫速公路或学城市赡段的上方进行 拍摄，摄像机采集的视频信号通过缆线引入到计繇机中，在计算机内部，通过图 像采集卡进行m d 转换，将视频信号转化成数字图像信号并且引入计算机内存 谶行存储，并且随着摄像机采集信号的更新而更新。计算机软件献雨判藏嫩车辆， 计算车速，识别警型以及其他交邋流参数，如图1 1 所示。 图1 1 车辆检测系统框图 视频捡测豹饯点： ( 1 ) 无需破坏路面，在任何路况任何气候条件下，系统可正常工作： ( 2 ) 捡测器安装 窭馕，维护赞埂羝，摄缘热爱装在路边立恚耋上，无焉在车 道路面上施工，监视器的更换不影响交道，易调整、移动检测器位置： ( 3 ) 可重现场景。享见频文 譬可以保存在硬盘或者磁带上，可事后熏媲交通 场景，供专家分析： 串磷科学技术凡掌黻 论文黎一嚣；练论 t4 ) 可进_ 亍多车遵检测，营理人员可壹接戏赣实时道路画甏，扶焉易于对 系统进行干预；可对行驶车辆进行跟踪、分类和识别，由此获取如单位时间内的 车流量、平均时遮、平均车距等数据。 我们可以看到，视频车辆检测器系统在现代交通控制系统中占有很重要的地 立，是未来智能车路系统发屣的基础，也是车辆捻测系统的发展方向。但目前的 问越是图像处理的实时髓较差，雨怠车辆的检测精凄受整个系统软、硬件的限制。 尽管如此，随着图像处理信号处理技术的进步和微电子技术的发展，视频车辆检 测技术岿将得到不断的摄篱和更船广泛的应餍。 l 。3 视频车辆检测系统薜研究现状 援频享辆捡测器系统森避彳弋交遴控剃系统中毒有缀重要嚣趣毽，是未来餐憝 车路系统发展的綦础。1 9 7 2 年同本首先研制成功用图像处理来实时测量交通的 装嚣，之矮整爨嚣发达国家都糖继拜震这方嚣熬磷究。聂本交于入日密度及雹主 的原因，在交通管理方面的投入最多，技术也处予世界领先地位。例如同本交通 警理技术协会的交通管制系统毫鹰纯委员会从1 9 8 7 年开始进季亍“囊效采耀画像 处理技术的交通流检测系统调查研究”， 5 1 探讨和研制许多可实用化的检测技术。 织警时受到计算枫的运算速度和露德能力的限制，这一领域的研究并没鸯墩褥多 少实际应用价值的成果。 进入8 0 年代后，随豢计算机逡算能力的增强以及小型机的普投，使计算机 和模式识剐领域的研究进入空前活跃的程度，自然，也对麓于视擞的交通流参数 采集的研究形成了巨大的推动力量。在这个阶段，美国、同本以及几个欧洲发达 因骞相继投入了夏大的辫力、豹力来送行这方面的轿究，著研究融了实际系统， 比较著名的有美酗的a u t o s c o p e 系统、欧洲十一国联合研制的e u r o c o s t 系统等翻。1 9 9 1 年6 月，荚善c a t p o l y ( c a l i f o r n i ap o l y t e c h n i c ) 大掌营经赞辩当今 世界各国所完成或尚在发展的基于视觉的车辆检测系统作了长达2 2 个月的评估 二l = 佟莠发表了译髅结栗，辩予这释系统的功耗黧成本效羹给予了拔赢酶译徐。 我国遗方面的研究起步较晚只是在最近几年才展丌。目前遗方面的研究都 焚予实验除段。隧若我国交逶工程餐轻弦承平不鞭捷离，隧蓉道路交逶管瑾帮 1 的自动化水平的不断提高，基于视频的车辆检测系统必将有广阔的应用前景。 1 4 本文工作说明及章节安排 本文从事基予视频的车辆检测系统的设计，蕻目的是设计出通用于大面积、 多目标的笈杂场景，能排除干扰，具备实时和自邋应能力的车辆梭测软件，为道 路交通管嫂提供更为有效的依据，从而提黼交通管理的自动化、现代化水平。本 辛黼辩学校术赶学啦 + 论文絷章：避论 文主要工俸内容如下： 1 通过对视频流处理技术的研究，运用了一种基于d i r e c t s h o w 技术的视频 流的回放秘顿提取豹方法。通过d i r e c t s h o w 技术，戎们可以捕捉任何格式的视 频流数掘，其中视频数据可以存在本地硬盘上也可是网络视频流、甚至是直接从 视频采集卡褥到的视频数据：同时压缩方法也可以任意的m j p e g 、m p e g i 、 m p e g i l 、m p e g 4 等等。 2 提出一种蹒效的，实时的熬于时空图像分析的视频车辆梭测算法。我们 通过比较梭溅线上像素的获度值变化柬辫甑车辆麓否通过，然后避行时空鬻像分 析，把一系列检测线图像按照时间序列进行重构，从时变的一维细缝图像中产生 三维整雾的二维辩空图像，然螽对二维霹童密豫邋荦亍蚕像囊奎瑾，获得其 零交逶参 数。用时空图像分析取代传统的图像序列分析，解决了以往算法的一些缺点。 3 挺窭了一耱适瘸予本系统中懿囊森阂藿选铎技术稻骛景爨薮蓑嚷，绦证 了系统的自适应性。 4 宠成了睾雯颧车辆捡溺系绞较彳譬豹缡写。莲过实验谖鹅，该系统实时牲强， 具备良好的抗干扰和自适应能力，识别证确率可达9 0 以上。 论文敬蚤巾章蕈蠹容发瓣如下： 第一章介绍研究的背景和意义，分析了智能交通系统存在的必然性及重要 性，通过对毙常用豹一些车辆捡测方法，提出了本文的磷宠内容。 第二露介绍了d i r e c t s h o w 技术，并在此基础上，给出了本文熬于d i r e c t s h o w 对视频滚进行回放和帧提取的方法。 第三章从视频图像的分析和处理入手，对常嗣的基于榄频的车辆检测算法进 彳亍分类介缨和比较，并在此基础上，结合时空图像的几何模型，分析虚拟线圈法 结合时空图像进行车辆稔测的特点。 第四章详细阐述本文所采用的基于时空图分析的视频车辆检测算法。按照车 辆裣溅算法的流稔鬣，介绍了全袋鹜的生成流程、基于全荣图豹车辆分割、动态 阂值选择技术、梭测线背豢更新算法以及阴影的删除。 第五章在蔺磷所研究的车辆稔测静算法上，薅密系统结桶帮软律系统流程 阁，并给出视频车辆检测系统的实现步骤和实验结果。 第六露总结本文酌磷究工终，并霹车辆检溅系统遂一步豹完饕撵塞了震望。 中国科学技术大学砸 论文 第一章：视频流的川放和帧提取 第二章视频流的回放和帧提取 视频技术研究的核心就是对视频流的各种分析处理。然而在对解压缩视频流 进行分析处理时，大多数情况下首先要从视频流中实时的捕捉出需要的各帧图 像。在本系统中实验素材的采集是通过现场摄像机录下视频信息，再经过视频采 集卡进行数字化转换和m p e g 压缩得到d a t 格式的视频文件。本系统是建立在 对计算机中的d a t 格式的视频文件的处理基础上的。由于d a t 格式的文件是压 缩的视频流数据，而我们的车辆检测算法是基于视频早的每一帧图片的。因此系 统必须具备以下两个功能：1 对视频文件的回放：2 在进行图像分析前，必须首 先从视频文件中提取出每一帧图像。 在w i n d o w s 平台上为了实现实时的获取视频流中的一帧图像，从技术角度 来说有两个问题必须解决：一是图像必须在线获取，也就是说，随着视频流的播 放而得到每一帧的图像数据。因为只有这样，才能够满足实时分析视频流过程中 处理的要求：二是由于现存的视频流格式各不相同，视频数据可以存在本地硬盘 上也可是网络视频流、甚至是直接从视频采集卡得到的视频数据：同时压缩方法 也各异，m j p e g 、d v 、m p e g - i 、m p e g - i i 、m p e g - 4 等。这些都给视频的实 时捕捉与分析在技术上造成困难。因此研究一种通用的视频流在线图像帧数据的 获取技术，有着特殊而重要的意义为此本文提出了利用d i r e c t s h o w 进行实时 的视频捕捉和回放技术。 2 1d i r e c t s h o w 的系统概述 2 1 1d i r e c t s h o w 技术简介 现今多媒体技术主要面临的技术有如下几点： 1 多媒体数据流一般包含了很大的数据信息，如何才能更好处理这些数据。 2 由于音频与视频必须同步播放，那么就需要解决它们如何同时开始和停 止，并且拥有同样播放速率( r a t e ) 。 3 数据流可以来自很多地方，如本地文件，网络，电话广播和数码相机等。 如何解决它们，实现同样地播放和处理。 4 数掘流可以是不同的格式，如a v i ，a s f 还可以是m p e g 等。如何解决 它们，实现同样地播放和处理。 5 在实施程序设计时，并不了解使用者的硬件配置与性能。如何使得应用 程序具有机器无关性。 中国科学技术大学硕士论文第二章：桃频流的回放和帧提款 d i r e c t s h o w 设诗裙衰就是要磐决以上所涉及到静秘转披术阉题。它主要设计 目的是简化建立基于w i n d o w s 平台的数字媒体应用程序的设计任务，并使它无 需涉及数据传输，硬件通用性，媒体同步等等诸多复杂问题。d i r e c t s h o w 怒 m i c r o s o f td i r e c t x 多媒体开发包的部分，d i r e c t x 是m i c r o s o f t 公司为游戏娱乐 软 譬帮毫性麓多媒体软馋开发提供爨一系列僬瀑应用程序接口。d i r e c t x 包括： d i r e c t xg r a p h i c s td i r e c t xa u d i o ，m i c r o s o f td i r e c f l n p u t ，m i c r o s o f td i r e c t p l a y ， m i c r o s o f td i r e c t s h o w ，m i c r o s o f td i r e c t s e t u p 几部分。d i r e c t s h o w 用于高质量的 捕获与圈放多媒体流1 7 l 。舀静m i c r o s o f t 已经推密了最新版本的d i r e c t x9 , 0 ，避 步鸯珏强了d i r e c t s h o w 处理多媒然数爨款熊力。d i r e c t s h o w 对多媒钵数据处理， 特别对视频数据处理的支持，完全可以应用于远程视频监控系统中，更为有效、 合理的实现视频信息的保存、传输、回放和湿示。 为了完成所需的裔视额流斡处理，d i r e c t s h o w 应麓了d i r e c t d r a w 和 d i i e c t s o u n d 技术，这些技术霹以惑效率姆数摆图像和鹰频还原( r e n d e r ) 剿耀户 的显卡和声卡上去。d i r e c t s h o w 通过压缩媒体流上的时间标记( t i m e s t a m p e d ) 来实现媒体同步重放。为了能够处理不阔可能出现的数据源、数据格式以及硬件 系统，d i r e c t s h o w 采用了一种标准化缔梅体系。程其中，应用程序可阻混合和睦 嚣不翔被椽为过滤器( f i l t e r ) 豹缓件。 d i r e c t s h o w 的源过滤器支持任何符合w d m 或v f w 标准的捕捉设备，能方 便得捕获数据，并融进行相应得后期处理乃歪存储到文件中。 在d i r e c t s h o w 标准结构体系中，d i r e c t s h o w 过滤器与控翻( c o n t r 0 1 ) 、多群 诧豹设备、本圭| 囊文锉系统，t v 调频帮攫频接获卡、v f w 编避嚣、视频显示卡( 邋 过d i r e c t d r a w 域g d i 、g d i + ) 和是卡进行交互( c o m m u n i c a t e ，通信) 。因而， d i r e c t s h o w 可以将应用程序与前面所列出的种种复杂性素进行隔离。d i r e c t s h o w 也为包括a s f 、m p e g 、a v i 、d v 、m p 3 、w w e 等媒体格式摇供本圭盘压缩和解 篷过滤嚣。 2 1 2d i r e c t s h o w 的结构体系 謦2 1 是d i r e c t s h o w 豹终搀髂系璺婵j ，图中央最大豹一块即跫d i r e c t s h o w 系 统。d i r e c t s h o w 使用一种叫过滤器图表( f i l t e rg r a p h ) 的模型柬管理蹩个数据溅 的处理过程；参与数据处理的各个功能模块n q 做过滤器( f i l t e r ) 各个f i l t e r 在 f i l t e r g r a p h 中按一定的顺序连接成条“流水线”协同工作。可良看至i ， d i r e c t s h o w 畿霹来廷不弱鼗攒漂熬多媒体进 亍撵熬，这些数据添包括零遗攥体文 件、本地的c d 和d v d 驱动设备、来自远楗i n t e r n e t 网上的媒体流、基于视窗 驱动模型( w d m ) 的视频捕获卡信息锋等。d i r e c t s h o w 已经将应用程序与设备 中周利学控术人学坝 论文 第一肇：视额流的放羊n 帧拦取 蟾复杂性隔离开亲f9 1 。d i r e c t s h o w 爨己能对各摹孛媛体格式进孳亍解压缀，同时也能 同第三方软、硬压缁产品结合起来使用。 图2 1d i r e c t s h o w 结搀体系圈 2 1 3d i r e e t s h o w 技术构成 d i r e c t s h o w 结槐使用了四个用子操纵多媒髂数据的抽象概念，这嬲个撼象娥 念分别是：过滤器( f i l t e r ) ，引脚( p i n ) ，媒体实例( m e d i as a m p l e ) 和媒体类型 ( m e d i a t y p e ) 。 过滤器( f i l t e r ) 撼残d i r e c t s h o w 最夔要最基本款郡传是过滤器( f i l t e r ) 。过滤爨是封装起来 的具有某些特定功能的c o m 对象。例如，存在以下种类的过滤器：有专门从磁 盘读媒体数据的源过滤嚣( s o u r c ef i l t e r ) ，有用采分开视频和音频的分离变化过 滤器( s p l i t t e r t r a n s f o r mf i l t e r ) ：裔甭柬解压音频数据的音频变换过滤器( a u d i o t r a n s f o r mf i l t e r ) ：毒瑁泉显示数据到屏幕上躯视频渲染过滤器( v i d e or e n d e r e r f i l t e r ) ；有发送音频数据到声卡的酱频演染过滤器( a u d i or e n d e r e rf i l t e r ) 等等。 但大多数的过滤器可以分为三种基本类型： ( 1 ) 源过滤嚣( s o u r c ef i l t e r ) ：用来从数据源获敬数掭，并将数瓣传入过滤 凝表( f i l t e rg r a p h ) ，数摅源可以楚磁鑫文佟、人造卫星、濯特耀服务器残录像 机( v c r ) 等。 中田科学技术人学坝1 ：论义 第一带讹频流的故和帧提取 t 2 ) 变化过滤器t t r a n s f o r mf i l t e r ) ： ( 3 ) 渲染过滤器( r e n d e r i n gf i l t e r ) ： 数据提供绘硬件设备，如显示器，声卡等 入的任何地方，如内存或磁盘文 串。 瘸柬获取、处理和传遴数摄。 用来向过滤器图表外输出数据，并把 也可以把数据输如到可以接受媒体输 疲雳糕廖是了对褪频音频数据进行完整的处理，震要翅到以上不网类型的过 滤器束共同完成。d i r e c t s h o w 对此采用了一种叫做过滤器图表( f i l l e rg r a p h ) 的 方法。一个过滤器图表就是一些过滤器为完成特定任务的有序集合，这些过滤器 按顺序对缓冲匿中韵媒体数掘送行链理。翻强，个撩藏a v i 懿过滤嚣爨表魏 强2 ，2 顼示： 图2 1 2 a v i 文件蹦放链路 图2 2 中文件源过滤器属于源过滤器，它用异步方式从硬盘读取媒体数据。 a v l 分割j 筵滤器、a v i 解压缩过滤器属予交换过滤器，其孛a v l 分割过滤器是分 流交换过滤器，受责将a v i 多媒体滚分离成视频滤和酱频滚：a v i 解压缩过滤 器完成对视频数据解压。视频显示过滤器属于渲染过滤器，它将解压偌的视频数 据提供给照示器。 弓l 脚( p i n 过滤器凰衷孛，过滤嚣之翔熬连接是通过引脚进行鼬。弓| 脚瑰是独立豹c o m 对象，它主要有两个功能： ( 1 ) 进行媒体炎型和内存分配器( m e m o r ya l l o c a t o r ) 协商。在两个过滤器 之间建立连接辩，决定用于两个过滤器之间数据交换的媒体类型是通过媒俸协蔫 泉逡行豹；存荫媒体数据懿缓游嚣遗蛙，戳及存贮类型，则通过辨亵内存分配器 铡定。 ( 2 ) 隐藏过滤器之问数据交换的实现方法。当连接协商成功以后，过滤器 只需要接收并把媒体实例交给它的引脚，将媒体实铡佟送到过滤器图表中下一个 过滤器豹工 乍囱弓l 辩柬其落实现。 0 l 脚是有方向的，即输入或输出，一个引脚只能与和它方向相反的引脚才能 构成连接。引脚虽然是独立的c o m 对象，但它的生命周期受控于它所属的过滤 器，过滤器可以在运行甜动态的生成和释放弓f 脚。 攥俸实铡( m e d i as a m p l e ) 媒体实例是过滤器传递、处理的媒体数撼单元。数据实例除了包含媒体数攒 以外，还有标识丌始和结束的时问戳。渲染器( r e n d e r e r ) 就是依掘这个时间谶 中黼裤掌技术天学硕t 论文 第二帝： 氅鞭流的皎鞠- | 唼挺取 的篷寒决邂浚数攒实铡懿浚染时蚓，著检测撵敖鹊矮量阔题。 媒体类型( m e d i at y p e ) 媒体炎型是拯嚣个过滤器之赳交换的媒体实捌鲍类型，媒体类型包括几个 区域，其中最重要的是主粪型和辅类型区。主类型般用来指示离层的语义，如 m a j o r t y p ev i d e o 和m a j o r t y p ea u d i o ：辅类型一般用来指示编码类型， 如m i n o r t y p e a u d i q g 7 1 1 a 和m i n o r t y p ea u d i og 7 2 3 。如果两个过滤 器的引脚找到了棚同的媒体类型，那么这两个过滤器之间就可以简历连接。 2 m 14d i r e e t s h o w 的基本接口 d i r e c t s h o w 中包含了众多的软件组件，这些组件提供了各种c o m 接口。有 静绥疆提供薅过滤器漉零线豹高级控隶，蠢豹疆袋低级控潮，以满是不同蔗次豹 应用程序开发的需要。应用程序缀常用到几个基本接口如下： f 1 ) i g r a p h b u i t d e r 接蜀 应用程序通过此接口建立过滤器流水线。主要方法为：r e n d e r f i l e ，自动识 爱多攥嚣文髂熬类型、捺式，建立适麓予该穆式豹过滤器淀承线。 f 2 ) l m e d i a e