بخشی از مقاله
چکیده-
در این مقاله، روش جدیدي با استفاده از پردازش ویدئو، براي تشخیص بلادرنگ سرعت اتومبیل ارائه شده است. به منظور بلادرنگ بودن روش پیشنهادي، از الگوریتمهاي پیچیدهي ردیابی صرفنظر کرده ایم. در این روش، ابتدا ناحیهي مطلوب براي تشخیص سرعت اتومبیل بر روي تصویر انتخاب میشود، سپس این ناحیه توسط تبدیلات افکنشی یکسو میشود.
مدل اولیهي پیش زمینه، شامل اشیاي متحرك، توسط تفاضل قابهاي متوالی به دست میآید. توسط عملیات ریختشناسی اشیاي غیر مرتبط حذف شده و با این کار شکل منسجم- تري به اشیاي متحرك پیشزمینه داده میشود. بازهي جا-بهجایی پیموده شدهي هر اتومبیل توسط جابهجایی مرکز ثقل طی قابهاي متوالی در محدودهي تعیین شده، اندازه-گیري میشود.
زمان پیموده شدن این مسافت نیز از طریق شمارش تعداد قابها به دست میآید. در نهایت با تقسیم بازهي جابهجایی پیموده شده بر زمانِ مربوط به هر اتومبیل و ضرب آنها در ضریبی که پیکسل بر ثانیه را به کیلومتر بر ثانیه تبدیل می کند، سرعت خودرو به دست میآید.
این روش بر روي یک برد توسعه پیادهسازي گردیده و نتایج به دست آمده نشان می دهد که این روش براي تشخیص بلادرنگ سرعت اتومبیل داراي دقت خوبی می-باشد.
-1 مقدمه
در سالهاي اخیر، با افزایش تعداد اتومبیلها، برقراري امنیت جادهها از اهمیت بالایی برخوردار شده است. بدین منظور تحقیقات زیادي براي نظارت بر جریانهاي ترافیکی صورت گرفته است. تشخیص سرعت اتومبیل، یکی از موضوعات مهم در کاربرد-هاي مراقبتی ترافیکی و اعمال قانون می باشد. یکی از روشهاي رایج اندازهگیري سرعت، استفاده از تجهیزات راداري و لیزري است که در مقایسه با یک سامانهي دوربین با دقتی مشابه، گران قیمتتر میباشد.
همچنین تشخیص سرعت بیش از یک اتومبیل به طور همزمان توسط یک روش مبتنی بر تجهیزات راداري و لیزري امکانپذیر نیست در حالی که به کمک دوربین و الگوریتم-هاي پردازشی میتوان سرعت چندین اتومبیل را به طور همزمان اندازهگیري کرد. همچنین ساخت یک بستر مناسب بر روي جاده براي قرارگیري تجهیزات راداري و لیزري بسیار ضروري است در حالی که نصب یک دوربین ویدئویی ملاحظات خاصی ندارد. یک مزیت دیگر به کارگیري دوربین این است که در کنار محاسبه ي سرعت، اطلاعات مختلف دیگري از وضعیت ترافیکی نیز می تواند ارائه شود.
در مقالهي فرارو روشی مبتنی بر سامانههاي دوربینی پیشنهاد شده است. در این روش ابتدا اتومبیلهاي متحرك را استخراج نموده و سپس مسافت پیموده شده از طریق جابهجایی مرکز ثقل و زمان مربوطه نیز به کمک شمارش قابها اندازهگیري میشود.
سرعت اتومبیل با تقسیم مسافت پیموده شده به زمان صرف شده، به دست میآید. در این مقاله از مجموعه دادهي تست مربوط به مقالهي [9] استفاده شده است.
در [1]، روش جدیدي براي تخمین سرعت وسائل نقلیهي زمینی ارائه شده است. در این روش سرعت اتومبیل به صورت خودکار از روي دنبالهي تصاویر ویدئویی گرفته شده توسط یک دوربین ثابت تخمین زده میشود. ابتدا اتومبیل متحرك تشخیص داده میشود و سپس توسط الگوریتم جریان نوري ردیابی می-گردد. مسافت پیموده شده توسط اتومبیل از روي حرکت مرکز ثقل اتومبیل طی قابهاي متوالی تصویر محاسبه میگردد.
در [2]، تشخیص اتومبیل و سرعت توسط تفاضل پس زمینه صورت میگیرد. در این مقاله فیلمهاي ترافیکی توسط یک دوربین ساکن در آزادراه، جمعآوري شده است. دوربین بر اساس معادلات هندسی، کالیبره میشود. میانگین خطاي سرعت اتومبیل در ویدئوهاي مختلف حدود 7 کیلومتر بر ساعت بوده است. روش به کار برده شده تحت تاثیر تغییرات آب و هوایی قرار نمیگرفت.
در [3]، الگوریتم ردیابی نیمه بلادرنگی به منظور تعیین سرعت اتومبیل ها در ویدئوي ترافیکی ارائه گردیده است. در این روش از الگوریتم جریان نوري براي این منظور استفاده شده است.
سرعت اتومبیلها در جریان ترافیکی ثابت با 5 درصد حد سرعت در بزرگراه هاي تحلیل شده در کلیپهاي ویدئویی اندازهگیري شده است.
در [4]، یک الگوریتم پیشنهاد شده است که نقاط ویژگی اتومبیلها را استخراج و ردیابی میکند. این اطلاعات براي اندازه-گیري سرعت اتومبیل متحرك به کار میرود. در این روش عملگر هریس براي تشخیص لبهها و گوشهها استفاده شده است و سپس نقاط ویژگی استخراج شده توسط تطبیق بلوکی در فریمهاي ویدئویی متوالی ردیابی میشوند.
در [5]، تخمین سرعت اتومبیل به کمک پردازش تصویر از دادههاي ویدئویی و روش فاصلهي اقلیدسی صورت میگیرد. ابتدا دادههاي ویدئویی استخراج شده و با انجام عملیات پیش پردازش اثر سایه به حداقل رسانده میشود. توسط مدل ترکیب گوسی تصویر پیشزمینه به دست میآید. سپس با ردیابی اتومبیل، و یافتن فاصلهي بین قابها، سرعت تخمین زده میشود.
در [6]، محاسبهي سرعت اتومبیل توسط پردازش تصویر و در سه مرحلهي شناسایی شی، حذف نویز و محاسبهي سرعت صورت میگیرد. شناسایی شی به کمک ترکیب روش تفاضل پسزمینهي سازگار و تفاضل سه قاب، صورت میگیرد. سپس نویز و سایهها حذف میشود. سپس با ردیابی مرکز ثقل و یافتن مسافت پیموده شده، سرعت محاسبه میگردد.
در [7]، الگوریتمی براي محاسبهي سرعت اتومبیلهاي تصادف کرده به کمک پردازش ویدئو پیشنهاد شده است. در این مقاله به کمک اپراتور انسانی، نقاط کنترلی توسط آشکارسازهاي گوشه تصحیح شده و سپس این نقاط براي اصلاح هندسی دو بعدي به کار میرود. روش تفاضل قاب براي گرفتن تصویر از اتومبیل تصادف کردهي مورد نظر در تصاویر ویدئویی به کار گرفته میشود. با به دست آوردن منحنی سرعت و هموار کردن آن، مسیر حرکت و در نتیجه سرعت اتومبیل در هنگام برخورد را میتوان استخراج کرد.
در [8]، یک روش جدید بر مبناي پردازش تصاویر دیجیتال براي تشخیص خودکار و بلادرنگ سرعت اتومبیل ارائه شده است.
بر مبناي هندسهي دوربین و لنز، در ابتدا یک روش ساده براي نگاشت دقیق مختصات از حوزهي تصویر به حوزهي واقعی ارائه گردیده است. سپس بر روي تشخیص اتومبیل در قابهاي تصویر دیجیتال در دنبالهي ویدئویی تمرکز میشود. در نهایت با ردیابی اتومبیل، سرعت به دست میآید. خطاي میانگین سرعت محاسبه شدهي اتومبیلها زیر 4 درصد است.
در [9]، یک سامانهي جدید براي تخمین سرعت اتومبیل از ویدئوي گرفته شده از جادههاي شهري توصیف شده است. در این سامانه از تشخیص متن با هدف مکانیابی پلاك اتومبیلهاي عبوري و نیز به منظور انتخاب ویژگیهاي پایدار براي ردیابی استفاده میشود. سرعت اتومبیل با مقایسهي مسیر ویژگیهاي ردیابی شده با معیارهاي شناخته شدهي دنیاي واقعی تخمین زده میشود. سرعت اتومبیل با یک خطاي متوسط 0,59 کیلومتر بر ساعت تخمین زده میشود.
در [10]، توسط پردازش قابهاي ویدئویی سرعت به صورت بلادرنگ اندازهگیري میشود. این پردازش در عملیاتی 4 مرحلهاي صورت میگیرد. مرحلهي اول مربوط به شناسایی شی میباشد که از الگوریتم ترکیبی بر مبناي روش کم کردن پس زمینه با یک الگوریتم تفاضل 3 قابی میباشد. مرحلهي دوم مربوط به ردیابی شی میباشد که خود شامل سه مرحلهي بخشبندي تصویر، برچسبگذاري شی و استخراج مرکز شی میباشد. مرحلهي سوم مربوط به اندازهگیري سرعت میباشد که از روي تعداد قابهاي مصرفی توسط شی براي عبور از صحنهي مورد نظر به دست می- آید.
مرحلهي چهارم نیز مربوط به گرفتن عکس از شی ایست که از حد سرعت تعیین شده تجاوز میکند.
در [11]، روش تعیین سرعت بر مبناي سه گام اصلی میباشد.
این سه گام عبارتند از : کم کردن پسزمینه، استخراج ویژگی و در نهایت ردیابی اتومبیل. سرعت با شمارش قابهاي مربوط به مسافت پیموده شده توسط اتومبیل و نرخ قابها تعیین میگردد.
در [12]، سامانهاي بلادرنگ براي یافتن سرعت وسایل نقلیه توسعه یافته است. جادهي مورد مطالعه مسطح و مستقیم میباشد و همچنین دوربین در پایین یک پل قرار گرفته است و طول یک خط در تصویر نیز مشخص است. براي تخمین سرعت اتومبیل، تصاویر ویدئویی یکسوسازي1 شده و یک ناحیهي مطلوب براي ردیابی اتومبیلها تعیین میشود. بردار سرعت مربوط به تعداد کافی از نقاط مرجع بر روي تصویر اتومبیل در هر قاب ویدئویی، مشخص میشود. بردار سرعت محاسبه شده در مختصات تصویر ویدئویی تعریف میشود و بردار مسافت توسط واحد پیکسل اندازهگیري میشود. سپس دامنهي بردارهاي محاسبه شده در فضاي تصویر به فضاي واقعی منتقل میشود تا مقدار واقعی این دامنهها پیدا شود. دقت سرعت محاسبه شده تقریبا ±1-2 km/h میباشد.
-2 روش پیشنهادي
روش پیشنهادي ما در این مقاله، شامل 4 بخش کلی می- باشد. در بخش 1، چهار نقطه به صورت دستی از تصویر انتخاب میشود و سپس با اعمال تبدیل افکنشی2بر روي ناحیهي انتخاب شده تصویر یکسو شدهاي از این ناحیه به دست میآید. چهار نقطهي دیگر نیز به منظور تعیین محدودهي مورد نظر براي تشخیص سرعت به طور دستی بر روي تصویر یکسو شده در نظر گرفته میشود. در بخش 2 به کمک روش تفاضل قابها پیش- زمینه ي تصویر تعیین میشود. سپس با آستانهگذاري مناسب، تصویر اولیهاي از پیش زمینه به دست میآید. با عملیات ریخت- شناسی3 نویزها و اشیاي غیر مرتبط در تصویر را حذف نموده و همچنین از تعداد حفرههاي موجود در اشیاي پیش زمینه تا حدودي کم مینماییم. در ادامه بیرونیترین مرز مربوط به اشیاي پیشزمینه را به دست آورده و آنها را به طور کامل پر میکنیم.
بدین ترتیب پیشزمینهاي شامل چندضلعیهاي توپر که هر یک نمایانگر یک اتومبیل متحرك میباشد، به دست میآید. در بخش 3، مرکز ثقل هر یک از چندضلعیها را در قابهاي متوالی ویدئو به دست آورده، مسیر حرکت اتومبیل را رسم نموده و مسافت را مییابیم. فاصلهي زمانی سپري شده را با شمارش تعداد قاب ها به دست میآوریم. در بخش 4 سرعت محاسبه میشود.
براي این کار مسافت پیموده شده به واحد کیلومتر و زمان سپري شده نیز به واحد ساعت تبدیل میشود. با تقسیم مسافت پیموده شده بر حسب کیلومتر بر زمان سپري شده بر حسب ثانیه، سرعت اتومبیل تخمین زده میشود.
در شکل 1، نمودار کلی مربوط به مراحل کار را نمایش داده شده است:
شکل 1 نمودار کلی مراحل کار
-2-1 بخش : 1 یکسوسازي تصویر
در ابتدا دو قاب متوالی از ویدئو خوانده میشود. بر روي قاب شمارهي 1، چهار نقطهي مرجع طوري در نظر گرفته می شود که در دنیاي واقعی یک مستطیل را شکل دهند. فقط براي اولین بار و فقط یکبار اولین قاب خوانده شده ذخیره شده و ناحیه بر روي آن مشخص میگردد و سپس از آن به بعد قابهاي تصویر به صورت متوالی و بلادرنگ دریافت میگردد و مورد پردازش قرار میگیرد.
نقاط ابتدایی و انتهایی خطوط راهراه وسط جاده که با هم موازیند، انتخاب مناسبی میتواند باشد. تبدیل افکنشی با استفاده از نقاط مرجع بر روي هر دو قاب اعمال میشود و تصاویر یکسو شدهاي از ناحیهي انتخابی به دست میآید. منظور از تصویر یکسو شده تصویري است که در آن خطوط موازي در دنیاي واقعی، با هم موازي میباشند. سپس به کمک 4 نقطهي مرجع، محدودهاي بر روي تصویر یکسوشده به منظور تشخیص سرعت مشخص میشود. در شکلهاي 2 و 3 به ترتیب نتایج مربوط به انتخاب نقاط مرجع و یکسوسازي تصویر نمایش داده شده است.
شکل 2 ناحیهي انتخابی توسط 4 نقطهي مرجع
