李光磊,陳杰

(西南林業(yè)大學(xué),云南 昆明 650224)

視頻分析技術(shù)在智能交通系統(tǒng)的應(yīng)用研究

李光磊,陳杰

(西南林業(yè)大學(xué),云南 昆明 650224)

視頻分析技術(shù)的應(yīng)用范圍很廣,而且隨著視頻分析技術(shù)的發(fā)展,越來越多的領(lǐng)域開始應(yīng)用視頻分析技術(shù)來解決相關(guān)的問題,本文通過對(duì)視頻分析技術(shù)的研究,重點(diǎn)討論了視頻分析技術(shù)在智能交通系統(tǒng)的應(yīng)用.

視頻分析;智能交通;自動(dòng)駕駛

視頻分析技術(shù)是在關(guān)注社會(huì)公共安全事業(yè)時(shí)候發(fā)展起來的一門新型學(xué)科.目前,計(jì)算機(jī)視頻分析技術(shù)廣泛應(yīng)用在智能交通系統(tǒng)、智能機(jī)器人、生物醫(yī)學(xué)診斷和國防軍事和車載監(jiān)控系統(tǒng)等領(lǐng)域中.基于視頻分析技術(shù)的圖像處理與模式識(shí)別是智能交通系統(tǒng)中最基本的技術(shù)之一.當(dāng)在對(duì)視頻圖像進(jìn)行處理的時(shí)候,對(duì)提取到的每一幀圖像都利用檢測和識(shí)別技術(shù)來提取相關(guān)信息,利用視頻序列之間的相關(guān)性和聯(lián)系性,對(duì)特定物體的運(yùn)動(dòng)軌跡進(jìn)行追蹤和預(yù)測.

在自動(dòng)駕駛技術(shù)中,融合了多種高新技術(shù),其中有計(jì)算機(jī)通信技術(shù)、車載傳感器技術(shù)、單片機(jī)技術(shù)、自動(dòng)控制原理等.而且隨著對(duì)自動(dòng)駕駛系統(tǒng)研究的不斷深入,從一定程度上來說,減輕了駕駛員的疲勞程度,駕駛員在控制、視覺和感官功能都得到了補(bǔ)償,這就彌補(bǔ)了人為因素造成的事故,大大提高交通中的安全因素.

當(dāng)汽車在路上行駛的時(shí)候,其自身的環(huán)境包括車速、駕駛?cè)说臓顟B(tài)等和外界環(huán)境包括行人、天氣及其他車輛的情況構(gòu)成的一種駕駛狀態(tài),但是這種狀態(tài)是極不穩(wěn)定的,容易出現(xiàn)突發(fā)狀況.因此在這種環(huán)境下,長期的困擾著自動(dòng)駕駛技術(shù)的發(fā)展和駕駛的安全性.基于車輛的視頻分析系統(tǒng),可以更好地觀測車輛周圍的狀況,并且實(shí)時(shí)的傳遞到汽車的控制中心,對(duì)車輛周圍的環(huán)境做出實(shí)時(shí)的判斷,給駕駛員提醒或者自動(dòng)控制汽車實(shí)施減速等其他的一些緊急的措施.當(dāng)然,要實(shí)現(xiàn)汽車的自動(dòng)駕駛,必須有視頻攝像頭、雷達(dá)傳感器以及激光測距器來了解周圍的交通情況,并且實(shí)時(shí)更新的地圖來對(duì)前方的道路進(jìn)行導(dǎo)航.

1 在自動(dòng)駕駛系統(tǒng)中的應(yīng)用

在人類社會(huì)不斷進(jìn)步的同時(shí),科技的發(fā)展帶動(dòng)了汽車的產(chǎn)業(yè)革命.自動(dòng)駕駛技術(shù)在國外起步較早,一些發(fā)達(dá)國家比如美國、德國、法國等在自動(dòng)駕駛汽車的研究方面走在了世界的前列.

相比于國外的發(fā)展速度,我國自動(dòng)駕駛技術(shù)研究起步較晚,最初主要是在高校和科研院所進(jìn)行研究推廣.我國的自動(dòng)駕駛技術(shù)及其相關(guān)技術(shù)發(fā)展非常迅速,但是在自動(dòng)駕駛方面,比如視頻分析下的環(huán)境感知和車輛精確控制等關(guān)鍵技術(shù)方面還存在不足,離最終實(shí)現(xiàn)自動(dòng)駕駛汽車的目標(biāo)還有許多研究難題需要攻克.對(duì)于自動(dòng)駕駛系統(tǒng)而言,環(huán)境感知技術(shù)是自動(dòng)駕駛的車輛能否實(shí)現(xiàn)真正意義上自動(dòng)駕駛的關(guān)鍵環(huán)節(jié)之一,因此研究自動(dòng)駕駛環(huán)境感知系統(tǒng)的各種關(guān)鍵技術(shù)就顯得尤為重要.

目前自動(dòng)駕駛的汽車涉及的技術(shù)包括對(duì)各類傳感器、激光雷達(dá)、攝像頭、車載主控電腦、精準(zhǔn)路況收集和展現(xiàn)、測距信息綜合器等方面的研究.因此在研究車輛視頻分析的時(shí)候,計(jì)算機(jī)技術(shù)是一個(gè)關(guān)鍵.現(xiàn)在隨著科技的進(jìn)步,計(jì)算機(jī)技術(shù)發(fā)展的也越來越成熟.其中利用計(jì)算機(jī)來進(jìn)行視頻識(shí)別的技術(shù)是伴隨圖像處理技術(shù)、模式識(shí)別技術(shù)等一系列與之相關(guān)的學(xué)科的發(fā)展而產(chǎn)生的.在計(jì)算機(jī)的視覺系統(tǒng)中,利用外部攝像頭來采集圖像,然后對(duì)得到的圖像進(jìn)行預(yù)處理,從而提取出周圍的環(huán)境信息,如前方車輛的外部輪廓、路面標(biāo)識(shí)等,然后通過得到的二維圖像推算出周圍的三維圖像信息.因此不難看出,計(jì)算機(jī)的視覺技術(shù)的本質(zhì)就是利用外部攝像頭采集到的視頻信息來獲取周圍的環(huán)境信息,然后傳輸?shù)接?jì)算機(jī)的控制中心,計(jì)算機(jī)控制中心接收信號(hào),迅速對(duì)圖像進(jìn)行分析處理,去除噪聲,過濾無用的信息,辨別圖像中有用的信息,并根據(jù)這些信息來指導(dǎo)車輛做出相應(yīng)的判斷和反應(yīng).

2 視頻分析技術(shù)的應(yīng)用

在智能交通系統(tǒng)中,車載計(jì)算處理系統(tǒng)的工作完全依賴計(jì)算機(jī)的外部視頻圖像采集系統(tǒng),安裝在車內(nèi)的車載攝像頭獲取車輛前方的道路信息,然后將圖像傳回處理系統(tǒng)中,其對(duì)視頻圖像進(jìn)行處理和分析后得到前方的路況信息,以及迅速的識(shí)別各種道路交通標(biāo)志和交通信號(hào)燈等信息,將處理后的結(jié)果以某種形式傳給駕駛員,從而發(fā)揮智能交通系統(tǒng)的作用.

在自動(dòng)駕駛系統(tǒng)中,其最主要的技術(shù)是環(huán)境感知和車輛控制技術(shù),其中環(huán)境感知技術(shù)作為自動(dòng)駕駛系統(tǒng)當(dāng)中車輛行駛的基礎(chǔ),車輛控制技術(shù)是自動(dòng)駕駛系統(tǒng)中車輛行駛的核心,這兩項(xiàng)技術(shù)相輔相成,共同構(gòu)成自動(dòng)駕駛汽車的關(guān)鍵技術(shù).基于視頻分析的環(huán)境感知技術(shù)就是利用車載攝像頭對(duì)外界的環(huán)境進(jìn)行拍攝記錄.另外,在一些緊急情況下可以對(duì)汽車進(jìn)行剎車制動(dòng)以及其他的一些操作,以保證駕駛員的安全和汽車行駛的安全性以及操縱穩(wěn)定性.

視頻分析技術(shù)現(xiàn)在變得越來越重要,并逐漸變得成熟化.而且還應(yīng)用到交通、車輛的各個(gè)方面.在對(duì)視頻分析以及模式識(shí)別的技術(shù)的應(yīng)用下,已經(jīng)在很大程度上減輕了駕駛員的操作疲勞程度.根據(jù)車輛的視頻分析與圖像特征對(duì)比,從而能更好的開發(fā)視頻分析技術(shù)的作用,并應(yīng)用到自動(dòng)駕駛技術(shù)中.環(huán)境感知技術(shù)就是汽車在行駛的狀態(tài)下能夠獲取自身所處的位置以及周圍的環(huán)境和一些障礙物的信息.攝像頭根據(jù)拍攝到的畫面?zhèn)鬟f到汽車的控制中心即車載電腦,從而讓汽車在行駛中根據(jù)這些情況規(guī)劃修改行駛路線.

視頻分析技術(shù)在汽車當(dāng)中的應(yīng)用,如在車輛安全和輔助駕駛中的應(yīng)用,在車輛的自動(dòng)駕駛方面,通過車載攝像頭對(duì)人工視覺的模仿,獲取一定的視頻圖像,通過計(jì)算機(jī)的分析處理,引導(dǎo)車輛實(shí)現(xiàn)自動(dòng)駕駛.當(dāng)車輛行駛到交叉口的時(shí)候,一般來講,車道線會(huì)暫時(shí)在攝像機(jī)視野內(nèi)消失,此時(shí)利用視頻圖像的連續(xù)性,采用車道線參數(shù)預(yù)測,建立交叉口道路模型的方式來實(shí)現(xiàn)車輛的安全駕駛.

環(huán)境感知技術(shù)應(yīng)多考慮在復(fù)雜的情況路面下車輛如何進(jìn)行正確駕駛的問題,利用視頻分析技術(shù)的核心就是基于攝像頭的視覺感知系統(tǒng),這個(gè)系統(tǒng)由車載攝像機(jī)、雷達(dá)、傳感器、計(jì)算機(jī)等一些設(shè)備組成.當(dāng)汽車行駛時(shí),攝像裝置將汽車外的目標(biāo)景物根據(jù)小孔成像的原理投射到圖像傳感器上,然后圖像傳感器根據(jù)光照強(qiáng)度的不同產(chǎn)生不同強(qiáng)度的電流,經(jīng)過一系列的處理轉(zhuǎn)換變成數(shù)字信號(hào)傳遞到計(jì)算機(jī)控制中心.計(jì)算機(jī)根據(jù)這些數(shù)字化的圖像,對(duì)各種圖像進(jìn)行識(shí)別、處理、分析.然后再利用車載雷達(dá)向車輛周圍的目標(biāo)發(fā)射信號(hào)或者接受反射回來的信號(hào),傳遞到計(jì)算機(jī)控制中心,計(jì)算機(jī)控制中心再根據(jù)這些信息,通過計(jì)算、分析來獲取周圍景物距離車輛的遠(yuǎn)近.

在一些特殊情況下,比如車輛在光照條件變化的情況,或者車道線磨損、路面有污漬、積雪的覆蓋,導(dǎo)致車輛無法正確的識(shí)別車道線.這時(shí)候利用視頻分析技術(shù),由環(huán)境感知系統(tǒng)測定車輛周圍的環(huán)境,然后利用視頻序列是隨著時(shí)間推移而連續(xù)變化的這一特點(diǎn),推導(dǎo)出車道線在這個(gè)時(shí)間內(nèi)也是擁有一定的連續(xù)性.利用這一特點(diǎn)可以建立視頻在相鄰兩幀之間的連續(xù)性,從而在對(duì)當(dāng)前車道線的圖像進(jìn)行檢測的過程中,利用上一幀的圖像進(jìn)行標(biāo)定.然后車載計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)根據(jù)這一圖像繪制完整的車道線,保障汽車安全平穩(wěn)的行駛.

視頻分析技術(shù)的應(yīng)用還表現(xiàn)在對(duì)交通規(guī)劃與管理方面,具體是在對(duì)交通流量的檢測方面起到了積極促進(jìn)的作用.而且路上交通流量信息是交通控制當(dāng)中比較重要的信息,利用視頻分析技術(shù)對(duì)其進(jìn)行檢測,將各種交通信息進(jìn)行分析,對(duì)數(shù)據(jù)的提取和整理提供了很大的便利.

在交通的智能化管理工作方面,適當(dāng)?shù)倪\(yùn)用視頻分析技術(shù),對(duì)車輛進(jìn)行分類識(shí)別提高了工作效率,這樣快速的對(duì)車輛的拍照進(jìn)行識(shí)別處理,極大地方便了交通管理.除此之外,在交通安全監(jiān)視方面對(duì)視頻分析技術(shù)的應(yīng)用,對(duì)車輛的安全駕駛的監(jiān)督有著重要的作用.

3 結(jié)語

這些年來,各種企業(yè)院所對(duì)視頻分析技術(shù)的研究力度逐步增大,應(yīng)用到的場合也越來越多,而且隨著市場對(duì)新技術(shù)、新產(chǎn)品的需求量逐步增大,視頻分析技術(shù)必將得到迅速的發(fā)展,以視頻分析技術(shù)為核心的產(chǎn)品也會(huì)越來越成熟,應(yīng)用也會(huì)越來越廣泛.

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TP391.41

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1671-0711(2017)11(下)-0129-02