周正林，孫 浩，周 越

（1.黑龍江工程學院 電氣與信息工程學院，黑龍江 哈爾濱150050；2.長沙理工大學，湖南 長沙410025）

隨著計算機和信息化技術的飛速發(fā)展，基于圖像識別技術的智能化公交報站器的研發(fā)成為一種可能。它的工作原理是公交車在行駛的過程中，車上的攝像頭將圖像信息傳入計算機中，計算機經(jīng)過處理后得到實時的圖像信息，與先前創(chuàng)建的各站點圖像數(shù)據(jù)庫中的數(shù)據(jù)進行比對，判斷到哪個車站，然后啟動語言播報及LED屏提示系統(tǒng)。這樣就可以讓司機專心開車，避免漏報誤報，同時又方便乘客辨別位置。

1 研究現(xiàn)狀

主要有以下幾種類型：

1）人工觸發(fā)式。某些公司開發(fā)的報站設備，每到一站就需要駕駛員觸發(fā)報站按鈕，如果忘了就會出現(xiàn)錯誤的報站信息。司機勞動強度大，易分散駕駛員的精力，有一定的局限性。

2）GPS報站系統(tǒng)。類似于車載導航儀，但此方法有較大的缺陷。該報站系統(tǒng)只能給出一個范圍性的信息，誤差較大，價格也比較貴。

3）紅外傳感報站系統(tǒng)。需要在站臺周圍若干米處設立紅外線發(fā)射器，在每輛公交車上裝紅外接收器，通過辨別信息達到報站的目的。由于這種方法必須在每個站臺安裝紅外線發(fā)射裝置，雖然技術可行但工程量浩大，很難實現(xiàn)。

基于圖像識別技術的公交報站器是一種類似于人腦的智能化報站系統(tǒng)，它將圖像處理和人臉識別技術應用于智能化報站系統(tǒng)中［2－3］。

2 技術路線

大家對從黑龍江工程學院到哈爾濱站的沿途景物都很熟悉，公交車每到一站，看到站點周圍的景物就知道到哪里了，這是由于沿途的景物深深地印在你的腦海里?；谶@種原因，先對某條公交線路的上下行各站點景物的圖像進行處理，轉換成數(shù)字信號，存儲在專用的數(shù)據(jù)庫中。在每輛公交車的右前方安裝一個攝像頭，實時獲取視頻圖像，同時對獲取的畫面進行處理，將獲得的結果與數(shù)據(jù)庫中的信息進行比對，如果兩者基本一致時就觸發(fā)報站系統(tǒng)，圖1為系統(tǒng)設計框圖。

圖1 系統(tǒng)設計框圖

1）數(shù)據(jù)庫的建立。具體到某一條公交線路，需要做的是將公交路線上、下行方向的每一個公交站點周圍景物進行照相，對照片進行篩選，選出具有標志性的建筑照片（選取的景物盡可能不受季節(jié)變化的影響），用圖像處理技術對每幀圖像進行處理轉化為數(shù)字信號，存儲到數(shù)據(jù)庫中。由于圖像處理的效果與拍攝的角度、距離、照度、季節(jié)等多種因素有關，為了提高報站的可靠性，選取每個站點不同角度、距離及季節(jié)的多幅圖像，得到沿線各個站點景物的信息數(shù)據(jù)庫。

2）圖像處理。公交車在行使的過程中攝像頭進行連續(xù)攝像，具體到視頻流的某一幀圖像，將圖像從背景中分離出來并自動將其保存。對獲取的圖像信息進行預處理（前處理）以濾去干擾、噪聲，作幾何、彩色校正，有時由于信息微弱，無法辨識，還得進行增強。所采集到的圖像經(jīng)過預處理后再對其進行邊緣檢測、邊緣增強、銳化3個處理步驟，得到可與數(shù)據(jù)庫數(shù)據(jù)比對的圖像數(shù)據(jù)（數(shù)據(jù)庫中存放的圖像數(shù)據(jù)已經(jīng)過處理）。圖像的處理過程為［5－6］：

圖2 公交站點的圖像處理過程

邊緣處理：圖像f用式（1）表示，其中σ被稱為邊緣模糊度。

由原圖像得到左邊緣檢測后的亮度Il，根據(jù)上述邊緣檢測處理過程依次檢測出上下左右4個方向的邊緣亮度，將其組合得到邊緣檢測圖像f（i，j）［7］。

邊緣增強：將采集到的圖片進行灰度變換，邊緣檢測得到的數(shù)據(jù)提高其灰度值以突出邊緣，便于比對。邊緣圖像進行45°方向增強算法

在保證圖像識別精度的前提下提高比對速度，根據(jù)不同的建筑物，選取多個特征點（某個像素點及其領域像素），這樣在比對時不必再進行逐個像素點掃描式的比對方式，只需將處理后實時圖像與數(shù)據(jù)庫中圖像的特征點做比對。具體做法是：將數(shù)據(jù)庫中的圖像g（i，j）選取若干個特征點（A，B）、（C，D）、（E，F(xiàn)）…（X，Y），實時圖像處理后對應選取同樣個數(shù)的特征點（a，b）、（c，d）、（e，f）…（x，y），再將兩套特征點的灰度值一一對應做減法，若差在0～10內則可視為兩點相吻合，若90%的特征點相吻合，則視為兩圖所描述的圖像一致［10］。此時將識別出的圖像進行譯碼，啟動播報系統(tǒng)。

本項目硬件部分主要由高清晰度CCD攝像頭、視頻采集卡及PC機等組成。其中圖像數(shù)據(jù)是在GENPLUS.GP－19CCCD彩色數(shù)字圖像傳感器上采集得到的，采集得到的圖像數(shù)據(jù)通過視頻采集卡，經(jīng)PCI總線傳送到PC機上，應用程序進行編碼和處理［1］。圖2為公交站點的圖像處理過程。

3）播報及顯示系統(tǒng)。具體到某一條公交線路，可以對每個站點的語音提示進行錄音，建立一個語音數(shù)據(jù)庫。同時編寫點陣屏到站顯示程序，存儲在存儲器之中。這樣就可以用語音及顯示屏進行到站信息的播報和顯示。具體過程如圖3所示。

圖3 語音播報及LED顯示

3 需要解決的關鍵問題

1）在自動公交報站器的研究中，對車站周圍景物的圖像信息識別是關鍵問題，將直接影響報站器的準確性。這個問題主要依靠CCD攝像頭的支持，CCD攝像頭所獲取的圖像質量直接影響到后期的處理及識別階段。若所拍攝的圖像清晰則經(jīng)過簡單的線性變換、中值濾波、銳化、邊緣檢測就可快速達到目的；若成像質量較差，那么不但要花費長時間采取多種方式來處理圖像，而且即使經(jīng)過處理，圖像的辨識度較低，很難與數(shù)據(jù)庫的圖像進行比對，精準度自然無法達標。

2）圖像處理的實時性能否滿足要求。①由于公交車主要行駛于城市內，攝像頭采集圖像的速度不會太高，目前CCD攝像頭的捕捉速度已經(jīng)能夠滿足要求；②由于識別比對要求采集圖像的畫質，那么所采集到的視屏圖像像素會很高，則數(shù)據(jù)量也非常巨大。龐大的數(shù)據(jù)量讓處理階段的計算量加大，這里會耗費大量的時間。這點可以考慮在保證圖像質量的前提下壓縮數(shù)據(jù)［8］。③由于數(shù)據(jù)庫的圖像信息與實時采集的圖像在拍攝時焦距無法固定一致，所以在比對時建筑物呈現(xiàn)的大小也會有所不同，這又給比對階段增加了難度［9］。

4 結束語

基于圖像處理技術的智能公交車報站器，它的工作原理類似于人的大腦把眼睛看到的事物做出判斷一樣，具有實時智能化的特性。到目前為止，雖然在實時性、準確性和性價比等方面還有待于提高，但隨著圖像處理技術的日趨成熟，實時性、準確性也必將大大增強。因此，基于圖像處理的智能化公交車報站器必將取代傳統(tǒng)的報站方式。

［1］周正林.基FSM智能路燈系統(tǒng)的研究［J］.黑龍江工程學院學報：自然科學版，2012（4）：53－55.

［2］李明.視頻采集技術發(fā)展趨勢［J］.中國安防，2008（6）：50－51.

［3］秦進平.數(shù)字電子與EDA技術［M］.北京：科學出版社，2011：148－218.

［4］艾寧.基于CCD攝像頭的智能車路徑識別及跟蹤研究［J］.電子測量技術，2009（8）：77－80.

［5］孫即祥.圖像處理［M］.北京：科學出版社，2009：316－356.

［6］王俊芳.常用圖像去噪濾波方法比較分析［J］.現(xiàn)代商貿工業(yè)，2009（16）：310－311.

［7］JIN Deyin ，ITO Yuji.Application of Finite State Machine Theory to the Simulation of Reversed Non－Linear Hysteretic Relationships［J］.Journal of Tsinghua University：English version，2008（z1）.

［8］孟憲元.可編程 ASIC集成數(shù)字系統(tǒng)［M］.北京：電子工業(yè)出版社，1998：213－240.

［9］潘松，王國棟.VHDL實用教程［M］.成都：電子科技大學出版社，2000：170－201.

［10］章毓晉.圖像處理［M］.2版.北京：清華大學出版社，2010：100－105.