Nghiên cứu phát triển thuật toán đo tốc độ của xe ô tô

- TỔNG QUAN VỀ CÁC PHƯƠNG PHÁP ĐO TỐC ĐỘ XE Ô TÔ ..4 1.1.Tổngquanvềcácphươngphápgiámsátphươngtiệngiaothông ThựctrạngcủahệthốnggiaothôngởViệtNam GiảipháphệthốngITSởphươngTây TổngquanvềsựpháttriểncủahệITS Hướngtiếpcậncủaluậnvăn Phươngpháppháthiệnchuyểnđộng Phươngphápđotốcđộphươngtiện CHƯƠNG 2.
- 14 2.1.Sơlượcvềlýthuyếtxửlýảnh Đặtvấnđề Kháiniệmxửlýảnh Cácgiaiđoạnxửlýảnh Thunhậnảnh Tiềnxửlý Phânđoạnảnh Biểudiễnảnh Nhậndạngvànộisuyảnh Cơsởtrithức Mộtsốứngdụngphổbiếncủaxửlýảnhtronggiaothông Nhậndạngbiểnsốxe Pháthiện,cảnhbáobiểnbáovàđèntínhiệu Pháthiện,cảnhbáovậtcảnvàdựbáotắcđường Thuậttoánápdụngđểpháthiệnvàtheodõiđốitượng Thuậttoáncựcđạihóakỳvọng MôhìnhhỗnhợpGaussian(GMM)trongxửlýảnh NhậndiệnBlob Ghinhãnthànhphầnđượckếtnối CHƯƠNG 3.
- Nguyễn Thị Thảo III DANH MỤC CÁC CHỮ VIẾT TẮT CAMShift:ContinuouslyAdaptiveMeanShiftDoG :DifferenceofGaussianDoH :DeterminantoftheHessianEM :ExpectationMaximizationGMM :GaussianMixtureModelHOG :HistogramofOrientedGradientITS :IntelligentTrafficSystemKLT :Kanade-Lucas-TomasiLoG :LaplacianoftheGaussian IV MỤC LỤC HÌNH ẢNH TrangHình1.1.HìnhảnhtắcđườngtạiHàNội Hình1.2.Trungtâmquảnlýgiaothông(TMS)ởAthens Hình1.3.HệthốnggiámsátgiaothôngởHồngKông Hình1.4.Hệthốnggiámsátgiaothôngsửdụngsóngradar Hình1.5.Hệthốnggiámsátgiaothôngđalànbằngxửlýảnh Hình1.6.Ảnhđãđượcthựcnghiệmởtrên1tuyếnđườngcủaHàNội(hầmKimLiên Hình2.1.Cácgiaiđoạnxửlýảnh Hình2.2.Quátrìnhthunhậnvàsốhóaảnhthực.
- Hình2.3.Vídụvềquátrìnhthuảnhgiaothông Hình2.4.Quátrìnhphânđoạnframeảnhtừvideo Hình2.5.Quátrìnhnhậndạngkítựtrênbiểnsốxe Hình2.6.Ứngdụngxửlýảnhtrongnhậndạngbiểnsốxe Hình2.7.Ứngdụngxửlýảnhpháthiệnđènđỏvàbiểnbáogiaothông Hình2.8.Ứngdụngxửlýảnhpháthiệnvậtcản Hình2.9.Ứngdụngxửlýảnhpháthiệnvàdựbáotắcđường Hình2.10.VídụEM:Cácthànhphầnhỗnhợpvàdữliệu Hình2.11.Hàmlikehoodcủa2giátrịtrungbìnhcủathànhphầnhỗnhợpθ1vàθ Hình2.12.Quátrìnhnhậndạngblob Hình3.1.VídụhiểnthịvideotrongMatlab Hình3.2.Vídụnângcaochấtlượngảnhmầuđadải Hình3.3.Vídụphântíchảnhpháthiệnbiên Hình3.4.Vídụtáicấutrúcảnhdựatrêndữliệuhìnhchiếu Hình3.5.Xácđịnhđộtròncủacácđốitượngtrongảnh Hình3.6.PhânđoạnảnhsửdụngbộlọcGabor VHình3.7.Mộtvàivídụcủaứngdụngthịgiácmáy Hình3.8.Đốichiếucácđiểmtươngđồnggiữa2frameảnh Hình3.9.Ghinhậndựatrênthuộctínhđượcsửdụngđểổnđịnhvideo.
- Mục tiêu nghiên cứu của luận văn Mụctiêucủađềtàilàpháttriểnmộthệthốngcóthểđếmsốlượngxeđiquamộtđiểmxácđịnh,vàcũngphânloạitừngloạixethôngquakíchthướcxe,ướclượngvậntốcchuyểnđộngcủaxe.Ngoàira,tácgiảmuốnpháttriểnhệthốnggiámsátgiaothôngngoàikhảnăngtrên,cònphảixácđịnhđượchướngcủachúng,và 2cáclànđườngmàphươngtiệnđangthamgia.Hệthốnghoạtđộngmàkhôngcầnbấtkỳđầuvàocósẵnnàovàcókhảnăngtựđộnghiệuchỉnhcamerabằngcáchpháthiệnđiểmnhấntrongchuỗiframecủavideo.Hệthốngnếuđượcpháttriểntốtcóthểlàmviệctrongthờigianthựcvàdođónócóthểtriểnkhaitrongthựctếứngdụnggiámsátgiaothông.3.
- 3Ứngdụngnàylàrấthữuíchchocáccảnhbáovàkiểmsoátvịtrígiaothôngvớiđiềukiệnphứctạp.Trongkhinguồnnhânlựccònhạnchế,việcgiámsáttừxabằnggiảiphápnàysẽhỗtrợcáclựclượngcảnhsátmàkhôngcầnrahiệntrường.Sựchuyểnđộngthờigianthựcđượctheodõibởicamerasẽchuyểnđếntrạmgiám sát. Các dữ liệu đầu vào sẽ được tự động xử lý và hiển thị thông tin củaphươngtiện.Ngoàira,hệthốngnàycũngcóthểgiúpngườidùngtheodõidựbáotìnhtrạnggiaothông.Quatươngtácvớicáchệthốngmáytính,cáclựclượngcảnhsátkịpthờicóthểđưaragiảiphápgiảiquyếtcácvấnđề.4.
- TỔNG QUAN VỀ CÁC PHƯƠNG PHÁP ĐO TỐC ĐỘ XE Ô TÔ 1.1.
- Giải pháp hệ thống ITS ở phương Tây TrongkhiđóởcácnướcphươngTây,đểgiảiquyếtnhữngvấnđềđó,mộthệthốnggiámsátgiaothôngtựđộngđượcsửdụng.Hệthốngnàysẽgiúpchoviệcđiềukhiểngiaothôngtrởnênthuậntiệnvàantoàngiúpngườisửdụngcónhữnghiệuchỉnhphùhợplàmgiảmtìnhtrạngtắcđường[1].Hình1.2và1.3làhệthốnggiámsátgiaothôngthôngminhtạimộtsốnướcpháttriển.Hình 1.2.
- Hệ thống giám sát giao thông sử dụng sóng radar Nhiềunghiêncứuvàứngdụngthựchiệnpháthiệnxevàxácđịnhtốcđộcủachúngcũngđãđượcthựchiện. Cáchpháthiệnxedựavàosựkhácnhaucủacáckhunghình(Ferrier,RowevàBlake camerakhônghiệuchỉnh(PumrinvàDailey quỹđạo dichuyển(Melovàcáccộngsự quanghìnhhọc(Jianpingvàcáccộngsự vàảnhăngtensố(Fumiovàcộngsự,2008 [8.
- Wen và Fumio, 2009 [9.
- Phương pháp trừ nền Cóhàngtrămcácnghiêncứugầnđâynhằmpháttriểnphươngpháptrừnền,chiathànhcácnhánhkhácnhau,tuynhiên,trongsốđócáchướngtiếpcậnnhiềunhấtlàphươngpháphỗnhợpGaussianvìưuđiểmphùhợpvớinhữngứngdụngngoàitrời.
- chọn kiểu đặc trưng (đặc trưng màu sắc, đường biên, stereo,chuyểnđộngvàđườngvân).Pháttriểnphươngpháptrừnềntậptrungvàocáctìnhhuốngquantrọngtrongchuỗivideo:nhiễuảnh,cameratựdịchchuyển,khẩuđộđốitượng, đối tượng chèn thêm vào nền, đối tượng đang di chuyển thì dừng lại, vàbóng.Mô hình Gauss hỗn hợp: Stauffer[23]đãđưaraphươngpháptrộncácmôhìnhnềnlạiđểgiảiquyếtvấnđềánhsángthayđổi,cáchànhđộnglặplại,sựlộnxộntừkhungcảnhthựctế.Mụcđíchlàchứngminhmộtmôhìnhnềnđơnthìkhôngthểxửlýđượccáckhunghìnhliêntụctrongmộtthờigiandài.SửdụngphươngphápphatrộnphântánGaussđểbiểudiễnmỗiđiểmảnhtrênmộtmôhình.Theoluậnđiểmđó,thựchiệnvàtíchhợpphươngphápnàyvàotronghệthốnggiámsát.PhươngpháptiếpcậntrênmôhìnhđiểmảnhbằngviệcxemxétgiátrịđiểmảnhquansátvớivàimôhìnhGaussđơn.1.2.2.
- Phương pháp đo tốc độ phương tiện Tốcđộcủaxetrongmỗiframeđượctínhtoándựavàovịtrícủaxetrongmỗiframe,dođócôngviệckếtiếplàtìmrahộpgiớihạnđối tượng(blobsboundingbox)vàquỹtâm(centroid).Quỹtâmcủađốitượnglàphầnquantrọngđểtìmhiểukhoảngcáchcủaxeđangdichuyểntrongcáckhunghình(frame)liêntiếpvàdođókhitốcđộkhunghìnhcủasựdichuyểnđượcbiếtđếnthìviệctínhtoántốcđộtrởnêncóthể.
- Côngthứctínhvậntốc v=s/t.Sửdụng quãng đượcphươngtiệndi chuyểnđượctrongcặpframe(xvày),thờigiandichuyểngiữacặpframenàylà(y-x)/23giây.Kết luận chương 1 Trongchương1tácgiảđãgiớithiệutổngquanvềcácphươngphápgiámsátphươngtiệngiaothôngphổbiếnhiệnnaytừđóđiđếnlựachọnhướngnghiêncứuvàbàitoánphùhợpvớiđiềukiệnthựctếtạiViệtNam.Bêncạnhđótácgiảcũngđềratínhcấpthiếtvàmụctiêucủađềtài.
- Đặt vấn đề Conngườithunhậnthôngtinquacácgiácquan,trongđóthịgiácđóngvaitròquantrọngnhất.Nhữngnămtrởlạiđâycùngvớisựpháttriểncủaphầncứngmáytính,xửlýảnhpháttriểnmộtcáchmạnhmẽvàcónhiềuứngdụngtrongcuộcsống.Xửlýảnhđóngmộtvaitròquantrọngtrongtươngtácngườimáy.Xửlýảnhsốkhôngchỉnhằmnângcaochấtlượngcủaảnhmàcòncóthểphântíchảnhđểphụcvụmộtnhiệmvụchuyênbiệtnàođó.2.1.2.
- Khái niệm xử lý ảnh Hiệnnaytrênthếgiới,nghiêncứuứngdụngxửlýảnhđanglàhướngnghiêncứucủanhiềulĩnhvực[24].Cácthiếtbịhiệnnayứngdụngcôngnghệxửlýảnhtrongđiềukhiểnngàycàngnhiềuvàngàycàngchothấysựưuviệt củanó.Quátrìnhxửlýảnhđượcxemnhưlàquátrìnhthaotácảnhđầuvàonhằmchorakếtquảmongmuốn.Kếtquảđầuracủamộtquátrìnhxửlýảnhcóthểlàmộtảnh“tốthơn”hoặcmộtkếtluận.Hìnhdướiđâymôtảcácbướccơbảncủamộtquátrìnhxửlýảnh.
- ThunhậnảnhTiềnxửlýảnhPhânđoạnảnhBiểudiễnvàmôtảNhậndạng,nộisuyCơsởtrithức 152.2.
- Thu nhận ảnh Ảnhđượcthutừnhiềunguồnkhácnhau[24]:máyảnh,máyquayphim,máyquét,ảnhvệtinhv.v…Sauđóảnhthuđượcđượcbiếnđổivềcáccấutrúcđượclưutrữtrongmáytính,cóthểhiểnthịracácthiếtbịngoạivinhưlàmáyin,mànhình…Hình 2.2.
- Quátrìnhthunhậnảnhlàquátrìnhbiếnđổithôngtinđốitượngtừdạngquangnăngthànhdạngđiệnnăngvàsốhóadướidạngmatrậnchứathôngtincủaảnh. 16Hình 2.3.
- Tiền xử lý Tiềnxửlýảnhlàquátrìnhsửdụngcáckỹthuậtxửlýảnhđểlàmảnhtốtlêntheomụcđíchsửdụng.Mụcđíchcủatiềnxửlýảnhlà.
- Điều chỉnh độ chiếu sáng để khắc phục hậu quả của việc chiếu sángkhôngđều.-Giảmnhỏthànhphầnnhiễucủaảnhtứclàcácđốitượngxuấthiệnngoàiýmuốn.-Hiệuchỉnhgiátrịđộsánggiữanềnvàđốitượng.-Chuẩnhoáđộlớn,màu,dạngcủaảnh.-Điềuchỉnhbộlọcđểkhuyếchđạivànéncáctầnsố.2.2.3.
- Phân đoạn ảnh Làquátrìnhphânchianộidungcácđốitượngcầnkhảosátrakhỏiảnh.Phânchiacácđốitượngtiếpgiápnhauhoặcphântáchcácđốitượngriêngbiệtthànhcácđốitượngcon.Hình2.4môtảquátrìnhphânmảnhđốitượngquantâm. 17Hình 2.4.
- Biểu diễn ảnh Đầu raảnhsauphânđoạnchứacácđiểmảnhcủa vùng ảnh (ảnh đãphânđoạn) cộng với mã liên kết với các vùng lận cận. Việc biến đổi các số liệu nàythànhdạngthíchhợplàcầnthiếtchoxửlýtiếptheobằngmáytính[24].Việcchọncáctínhchấtđểthểhiệnảnhgọilàtríchchọnđặctrưng(FeatureSelection)gắnvớiviệctáchcácđặctínhcủaảnhdướidạngcácthôngtinđịnhlượnghoặclàmcơsởđểphânbiệtlớpđốitượngnàyvớiđốitượngkháctrongphạmviảnhnhậnđược.Vídụ,trongnhậndạngkýtựtrênphongbìthư,chúngtamiêutảcácđặctrưngcủatừngkýtựgiúpphânbiệtkýtựnàyvớikýtựkhác.2.2.5.
- Nhận dạng và nội suy ảnh Nhận dạng ảnh là quá trình xácđịnhảnh. Quá trình này thường thu đượcbằngcáchsosánhvớimẫuchuẩnđãđượchọc(hoặclưu)từtrước.Nộisuylàphánđoántheoýnghĩatrêncơsởnhậndạng[24].Vídụ,mộtloạtchữsốvànétgạchngangtrênphongbìthưcóthểđượcnộisuythànhmãđiệnthoại.Cónhiềucáchphânloạiảnhkhácnhauvềảnh.Theolýthuyếtvềnhậndạng,cácmôhìnhtoánhọcvềảnhđượcphântheohailoạinhậndạngảnhcơbản:-Nhậndạngtheothamsố-Nhậndạngtheocấutrúc 18Mộtsốđốitượngnhậndạngkháphổbiếnhiệnnayđangđượcápdụngtrongkhoahọcvàcôngnghệlà:nhậndạngkýtự(chữin,chữviếttay,chữkýđiệntử),nhậndạngvănbản(Text),nhậndạngvântay,nhậndạngmãvạch,nhậndạngmặtngườiv.v…Hình 2.5.
- Cơ sở tri thức Như đã nói ở trên, ảnh là một đối tượng khá phức tạp về đường nét, độsángtối,dunglượngđiểmảnh,môitrườngđểthuảnhphongphúkéotheonhiễu.Trongnhiềukhâuxửlývàphântíchảnhngoàiviệcđơngiảnhóacácphươngpháptoánhọcđảmbảotiệnlợichoxửlý,ngườitamongmuốnbắtchướcquytrìnhtiếpnhậnvàxửlýảnhtheocáchcủaconngười[24].Trongcácbướcxửlýđó,nhiềukhâuhiệnnayđãxửlýtheocácphươngpháptrítuệconngười.Vìvậy,ởđâycáccơsởtrithứcđượcpháthuy.2.3.
- Phát hiện, cảnh báo biển báo và đèn tín hiệu Việcứngdụngxửlýảnhpháthiệnbiểnbáogiaothôngvàđèngiaothôngcóý nghĩa rất lớn trong việc phát triển các xe tự hành. Hệ thống camera gắn trênphươngtiệntựhành(xekhôngngườilái)giốngnhưgiácquangiúpchođốitượngdichuyểnchínhxácvàđảmbảoantoànchongườisửdụng.Tuynhiên,cácphươngtiệnnhưthếnàyvẫnđangtrongquátrìnhthửnghiệmvàtrongtươnglaicóthểsẽđượcápdụngnếuhệthốngbiểnbáovàđènbáophùhợp.Hình 2.7.
- Phát hiện, cảnh báo vật cản và dự báo tắc đường Tươngtựnhưbàitoánpháthiệnbiểnbáogiaothôngvàđèngiaothông,việcứngdụngxửlýảnhpháthiệnvậtcảngiúpchochúngtacóthểpháttriểncôngnghệtựláivàcácxetựhành.Ngườingồitrênxecóthểkhôngcầmláinhưnghệthốngcameragắntrênphươngtiệngiúppháthiệnvàtránhđượcvậtcản.Hình 2.8.
- Thuật toán cực đại hóa kỳ vọng Thuậttoáncựcđạihóakỳvọng(tiếngAnhhayđượcgọilàEMviếttắtcủaExpectation-Maximization)làmộtkỹthuậtđượcdùngrộngrãitrongthốngkêvàhọcmáyđểgiảibàitoántìmhợplýcựcđạihoặchậunghiệmcựcđại(MAP)của 21mộtmôhìnhxácsuấtcócácbiếnẩn.EMsởdĩđượcgọivậymộtphầndothuậttoánnàybaogồmviệcthựchiệnliêntiếptạimỗivònglặp2quátrình(E):tínhkỳvọngcủahàmhợplýcủagiátrịcácẩnbiếndựatheoướclượngđangcóvềcácthamsốcủamôhìnhvà(M):ướclượngthamsốcủamôhìnhđểcựcđạihóagiátrịcủahàmtínhđượcở(E).Cácgiátrịtìmđượcở(E)và(M)tạimỗivònglặpsẽđượcdùngchoviệctínhtoánởvònglặpkếtiếp[25.
- Bản chất toán học của thuật toán cực đại hóa kỳ vọng EMlàmộtthuậttoántốiưucótínhlặpdùngđểướclượngcácbiếnđượcquansátΘxácđịnhbởicácthamsốU.Tuynhiên,takhôngbiếtđượcmộtvàibiếntiềmẩnJ.Trongthựctế,tamuốntốiưuxácxuấthậunghiệmcủacácthamsốΘxácđịnhbởidữliệuU,cóbiếnẩnJ.
- (2.1)Luân phiên ước lượng tham số Θ và biến ẩn J, ta cần một trong hai đạilượngtrên(biếnẩnvàthamsố)đểướclượnggiátrịcủacáicònlại.Ýtưởngnàyđãcótừlâu,tuynhiên,thayvìviệctìmcácbiếnẩntốtnhấtJ∈J đượcxácđịnhbởisựướclượngcácbiếnquansátđượcΘởmỗilầnlặplại,EMtínhtoánsựphânbốtrênkhônggian J. 22Hình 2.10.
- Ví dụ EM: Các thành phần hỗn hợp và dữ liệu Tronghình2.10ởtrên,dữliệubaogồmbamẫuđượcvẽtừmỗithànhphầnhỗnhợp,đượcthểhiệnởtrênnhưcáctamgiácvàhìnhtròn.Trungbìnhcủacácthànhphầnhỗnhợplà-2và2tươngứng.Hình 2.11.
- Hàm likehood của 2 giá trị trung bình của thành phần hỗn hợp θ1 và θ2 Chúývấnđềướclượnghỗnhợpđượcthểhiệnởhình2.10,vớimụctiêulàướclượng2giátrịtrungbìnhθ1vàθ2đượcxácđịnhbởi6mẫuđượcvẽtừsựtrộnlẫnnhưngkhôngbiếthỗnhợpnàomỗimẫuđượcvẽ.Khônggiantrạngtháilà2 23chiềuvàhàmlikehoodđượcthểthểhiệntronghình2.11.Haimôhìnhnàyđượcđặttươngứngở(−2,2)và(2,−2).Dođó,tacóthểchuyểnđổi2thànhphầnhỗnhợpmàkhôngảnhhưởng tớichấtlượngcủagiảipháp. Bêncạnhđóhàm likehihoodđượctínhbằngtíchphântấtcảcácliênkếtdữliệucóthểcó,vàvìvậychúngtacóthểtìmmộtgiảiphápkhảnăngcựcđạimàkhôngphảigiảiquyếtcácvấnđềtươngứng.Tuynhiên,dùchỉcó6mẫu,vẫnyêucầuviệctínhtổngtrênkhônggiancủa64liênkếtdữliệucóthểcó.
- Tìm một giới hạn tối ưu EMcốgắngtìmnhữnggiớihạntốtnhất,đượcđịnhnghĩalàgiớihạnB(Θ;Θt)chạmtớihàmlogP(U,Θ)ởướclượnghiệntạiΘt.Bằngtrựcgiác,việctìmgiớihạntốtnhấtởmỗivònglặpsẽbảođảmrằngtathuđượcmộtượclượngđượctốiưuΘt+1khitatốiđagiớihạnđốivớiΘ.TừkhitabiếtB(Θ;Θt)làcácgiớihạnthấphơn,giớihạntốiưuởΘtcóthểđượctìmbằngviệctốiđagiớihạn.
- Mô hình hỗn hợp Gaussian (GMM) trong xử lý ảnh 2.4.2.1.KháiniệmGMMMôhìnhhỗnhợpGaussian(GaussianMixtureModel-GMM)làmộthàmthamsốmậtđộxácsuấtđượcbiểudiễnnhưlàmộttổngtrọngsốcủacácmậtđộGaussianthànhphần.GMMđượcsửdụngrộngrãinhưlàmộtmôhìnhthamsốcủaphânphốixácsuấtcủacácphépđoliêntụchaytínhnăngtrongmộthệthốngsinhtrắchọc.CácthamsốGMMđượcđánhgiátừviệchuấnluyệndữliệusửdụngthuậttoán lặpcựcđạihóakỳvọng(ExpectationMaximization–EM)hoặctốiđahậunghiệm(MaximumAPosteriori–MAP).MộtmôhìnhGMMlàtổngthànhphầncủamthànhphầnmậtđộGaussianđượcchobởicôngthức:21P(x.
- )mi i iiN x Trongđó:m:sốvùng,sốthànhphầni:trọngsốvới11mii GMMđốivớiảnhsố 25Nếumỗiđiểmảnhđượctạotừmặtphẳngdướiánhsáng,mộtGaussianđơnđủđểmôhìnhgiátrịđiểmảnhtrongkhitínhtoánnhiễuthuđược.Nếuchỉánhsángthayđổitheo thờigian, mộtGaussianđơn,tươngthíchtrên mỗiđiểmảnh làđủ.Trongthựctế,nhiềumặtphẳngthườngxuấthiệntrongcáckhốicụtcủa1điểmảnhvàđiềukiệnánhsángthayđổi.Vìvậy,Gaussianđatươngthíchlàcầnthiết.TasửdụngmộthỗnhợpcủaGaussiantươngthíchđểxấpxỉtiếntrìnhnày[23].TiếntrìnhnềnsẽtínhtoáncácthamsốcủaGaussian.Cácgiátrịđiểmảnhkhông trùngvớitiếntrìnhnền củađiểmảnh đượcgộplạibằngcácsửdụngcácthànhphần được kết nối. Cuối cùng, các thành phầnnày đượctheo dấuqua cácframe.Tiếntrìnhđiểmảnhlàviệcxácđịnhgiátrịđiểmảnhtheothờigian.Đâylàmộtchuỗithờigiancủagiátrịđiểmảnh.
- Giátrịcủađiểmảnhmớiđượcthểhiệnbởimộttrongcácthànhphầnchínhcủamôhìnhhỗnhợpvàđượcsửdụngđểcậpnhậtmôhình.Mỗitiếntrìnhđiểmảnhbiếnđổitheothờigian,vìvậytasửdụngphươngphápxấpxỉđểxửlýmỗiquansátmớinhưmộttậpmẫuvàsửdụngnhữngđịnhluậthọccănbảnđểtíchphândữliệumới. 26TathựchiệnxấpxỉgiátrịtrungbìnhKtrựctuyến.Mỗigiátrịmới,Xt, đượckiểmtralạiphânbốGaussianKtồntại,chotớikhikếtquảphùhợpgiátrịđiểmảnhtrong2.5độlệchcơsở.NếukhôngcóphânbốKnàogiốngvớigiátrịđiểmảnhhiệntại.phânbốcókhảnăngxảyraítnhấtlàphânbốvớigiátrịhiệntạinhưgiátrịtrungbình,sựbiếnđổicaolúcđầu,vàtrọnglượngthấp.TrọnglượngcủaphânbốKởthờigiant,ωk,t đượcđiềuchỉnhtheonhưsau.
- Tlàđơnvịcủaphầnnhỏnhấtcủadữliệuđượcgiảithíchbởinền.Điềunàytạoracácphânbốtốtnhấtchotớikhimộtphầnchắcchắn,T,củadữliệuhiệntạiđượcgiảithích.NếuTcógiátrịnhỏ,môhìnhnềnthườnglàmộtmốivàviệcchỉsửdụngphânbốcókhảnăngnhấtsẽtiếtkiệmtiếntrình.NếuTcaohơn,phânbốđamôhìnhtạorabởicácchuyểnđộngnềncótínhlặplạicóthểdẫntớinhiềuhơnmộtmàucótrongmôhìnhnền.Điềunàytạorahiệuứngtrongsuốtchophépnềnchấpnhận2hoặcnhiềuhơnmàukhácbiệt.2.4.3.
- Nhận diện Blob Trong computer vision, phương phápnhậndiệnđốmmàu nhằm mục đíchnhậndiệncácvùngtrongảnhsốkhácbiệttrongthuộctính.Bloblàmộtvùngcủaảnhcóthuộctínhlàkhôngđổihoặcgầnnhưkhôngđổi[28].TấtcảcácđiểmtrongBlobcóthểđượcxácđịnhtrongmộtvàitrườnghợplàtươngtựnhau.Có2lớpchínhcủabộnhậndiệnđốmmàu:i.
- Quá trình nhận dạng blob  Biến đổi Laplace của Gaussian Bộnhậndiệnđầu tiên và thông dụng nhấtdựa trên Laplacecủa Gaussian(LoG).Đưamộtảnhđầuvàof(x,y),ảnhnàyđượctíchchậpbởinhânGaussian.
- (2.14)Đượctínhtoán,tạoracácphảnhồidươngmạnhchocácđốmmàutốikíchthước vàphảnhồiâmmạnhchođốmmàusángtươngtựkíchthước.Mộtvấnđềchínhkhiápdụngtoántửnàyởmộtphạmviduynhấtđólàcácphảnhồitoántửphụthuộcrấtnhiềuvàomốiquanhệgiữakíchthướccủacáccấutrúcđốm màutrongmiềnảnhvàkíchthướccủanhânGaussiandùngcholàmmịntrước.Đểtựđộngthuđượccácđốmmàucủakíchthướckhác(khôngrõ)trongmiềnảnh,mộtcáchtiếpcậnđaphạmvilàcầnthiết.MộtcáchđơngiảnđểcóđượcsựnhậndiệnđốmmàuđaphạmvivớiviệclựachọnphạmvitựđộnglàđểxácđịnhcáctoántửLaplaceđượcchuẩnhóaphạmvi.
- (2.15)Vàđểpháthiệncựcđại/cựctiểuphạmvikhônggian,đólànhữngđiểmmàđồngthờilàcựcđại/cựctiểucụcbộcủa vềcảkhônggianvàquymô.Nhưvậy,domộtảnhđầuvàohaichiềurờirạc mộtkhoảngphạmvirờirạckhônggianbachiều đượctínhvàmộtđiểmđượccoilàmộtsáng(tối)đốmmàunếugiátrịtạithờiđiểmnàylàlớnhơn(nhỏhơn)sovớigiátrịnótrongtấtcả26điểmlâncậnnó.Vìvậy,sựlựachọnđồngthờicácđiểmquantrọng vàquymôđượcthựchiệntheo .
- LaplacecủatoántửGauss cũngcóthểđượctínhnhưmộttrườnghợpgiớihạncủasựkhácbiệtgiữahaihìnhảnhGaussđượclàmmịn PhươngphápnàyđượcgọilàsựkhácbiệtcủaphươngphápGauss(DoG)gầnđúng.Bêncạnh vấnđềchuyên mônnhỏ,tuynhiên,toántử nàyvềbản chấttươngtựnhưcácLaplacevàcóthểđượcxemnhưlàmộtxấpxỉcủacáctoántửLaplacian.TrongmộtkiểudángtươngtựnhưđốivớicácmáynhậndiệnđốmmàuLaplace,đốmmàucóthểđượcpháthiệntừcáccựctrịkhônggianphạmvicủacácsaiphâncủaGauss.
- Các yếu tố quyết định của Hessian Bằng cách xem xét các yếu tố quyết định quy mô bình thường hóa củaHessian,cũngđượcgọilàtoántửMonge–Ampère HLbiểuthịmatrậnHessiancủaLvàsauđóviệcpháthiệncựcđạikhônggianphạmvicủatoántửnàythuđượcmộtbộdòđốmmàusaiphânđơngiảnkhácvớilựachọnquymôtựđộng Các điểmđốmmàu( vàquymô.
- cũng được xác định từ mộtđịnhnghĩahìnhhọctoántửsaiphândẫnđếncácmôtảđốmmàumàlàhiệpbiếnvớisựtiếndịch,quayvàthuphóngtronglĩnhvựchìnhảnh.Xétvềlựachọnquymô,cácđốmmàuđượcxácđịnhtừcựctrịkhônggianphạmvicủacácyếutốquyếtđịnhcủaHessian(DoH)cũngcótínhchấtlựachọnquymôtốthơnmộtchútdướibiếnđổiaffinephi-EuclidehơntoántửLaplacianthườngđượcsửdụng.Trongdạngđơngiản, các yếu tố quyết định quy mô bình thường hóa của Hessian tính từ HaarwaveletđượcsửdụngnhưlàcáctoántửđiểmquantrọngcơbảntrongmôtảSURFchomatchingảnhvànhậndiệnđốitượng.MộtphântíchchitiếtvềcáctínhchấtlựachọncủacácyếutốquyếtđịnhcủacáctoántửHessianvàbộdòđiểmquantâmquymôkhônggiangầnkhác.Yếutố 30quyếtđịnhcủacáctoántửHessianthựchiệntốthơnsovớicáctoántửLaplacianhoặcxấpxỉviphâncủaGaussianchoảnhdựatrênmatching bằngcáchsửdụngSIFTgiốngnhưmôtảhìnhảnh.
- Thuật toán Linderberg’s watershed dựa trên phát hiện đốm màu mức độ xám Vớimụcđíchpháthiệncácđốmmàumứcxám(cựctrịcụcbộvớimứcđộ)từmộttươngtựđầunguồn,Lindebergpháttriểnmộtthuậttoándựatrêntiềnphânloạiđiểmảnh,kếtnốikhuvựccáchkháccócườngđộnhưnhau,thứtựgiảmdầncủacácgiátrịcườngđộ.Sauđó,sosánhnàyđượcthựchiệngiữacáclánggiềnggầnnhấtcủamộttronghaiđiểmảnhhoặckhuvựcđượckếtnối.Đểđơngiản,chúngtahãyxemxétcáctrườnghợppháthiệncácđốmmàumứcđộxámsángvàđểchocáckýhiệu"điểmlâncậncaohơn"cho"điểmảnhlâncậncógiátrịmứcđộxámcaohơn".Sauđó,ởbấtcứgiaiđoạnnàotrongthuậttoán(thựchiệngiảmdầnbậccủacácgiátrịcườngđộ)đượcdựatrêncácquytắcphânloạisau:i.
- Nếumộtkhuvựckhôngcóvùnglâncậncaohơn,thìnólàmộttốiđacụcbộvàsẽlànguyênnhâncủamộtđốmmàu.ii.
- Nếu nó có ít nhất một điểm lân cận cao hơn, đó là nền, thì nó có thểkhôngphảilàmộtphầncủabấtkỳđốmmàunàovàphảilànền.iii.
- Nếunócónhiềuhơnmộtđiểmlâncậncaohơnvànếunhữngđiểmlâncậncaohơnlàbộphậncủacácđốmmàukhácnhau,thìnókhôngthểlàmộtphầncủabấtkỳđốmmàunào,vàphảicónền.iv.
- Cònlại,nócómộthoặcnhiềuhơncácđiểmlâncậncaohơn,đólàtấtcảcácbộphậncủađốmmàugiốngnhau.Thìnócũngphảilàmộtphầncủađốmmàuđó.2.4.4.
- Tìm hiểu về bộ công cụ xử lý ảnh và thị giác máy tính trong MATLAB Bộcôngcụxửlýảnh (ImageProcessing Toolbox) cungcấptậphợp toàndiệncáctàiliệuthamkhảotiêuchuẩncủathuậttoán,cáchàm,vàcácứngdụngchoviệcxửlýảnh, phântíchảnh,hiểnthịvàpháttriển thuậttoán.Bộcôngcụgiúpngườisửdụngthựchiệncácbướcnhưphântíchhìnhảnh,phânvùngảnh,nângcaochấtlượngảnh,giảmnhiễu,biếnđổihìnhhọc,vànhậndạngảnh.Thịgiácmáytính(ComputerVisionSystemToolbox)cungcấpchongườidùngcácthuậttoán,cáchàm,vàcácứngdụngchoviệcthiếtkếvàmôphỏngthịgiácmáytínhvàxửlývideo.Ngườidùngcóthểpháthiệnđốitượng,theodõi,pháthiện và trích xuất thuộc tính, đối chiếu thuộc tính, hiệu chỉnh camera, phát hiệnchuyểnđộng.Bộcôngcụcũngcungcấpcáchàmxửlývideo.3.1.1.
- Ví dụ hiển thị video trong Matlab MatlabcũnghỗtrợcácảnhđabăngthôngđịnhdạngBIPvàBIL.Mứcđộtruyxuấttậptinvàoraởcấpthấpchophépngườidùngpháttriểncácchươngtrìnhlàmviệcvớibấtkỳđịnhdạngdữliệu.3.1.1.2.NângcaochấtlượngảnhKỹthuậtnângcaohìnhảnhtrongImageProcessingToolboxchophépngườidùngtăngtỷlệtíntạpvàlàmnổibậtcáctínhnănghìnhảnhbằngcáchthayđổimàusắchoặccườngđộcủamộthìnhảnh.Bộcôngcụbaogồmcácbộlọcchuyêndụngvàchứcnănglọcđachiềuđểxửlýcácloạihìnhảnh.Sửdụngcácbộlọcđượcđịnhnghĩatrướcvàcáchàmngườidùngcóthể.
- 34-Lọcvớicáctoántửhìnhthái;-Xóanhòevàlàmsắcnétảnh;-Loạibỏnhiễuvớicácbộlọctuyếntính,trungvị,hoặclọcthíchnghi;-Thểhiệnbiểuđồcânbằng;-Hiệuchỉnhgiátrịgamma;-Hiệuchỉnhđộtươngphản.Hình 3.2.
- Ví dụ nâng cao chất lượng ảnh mầu đa dải 3.1.1.3.PhântíchảnhPhântíchảnhlàquátrìnhchiếtxuấtthôngtincóýnghĩatừhìnhảnh.Chẳnghạnnhưviệctìmkiếmhìnhdạng,đếmcácđồvật,xácđịnhmàusắc,hoặcđolườngthuộc tính đối tượng. Image Processing Toolbox cung cấp một bộ toàn diện cácthuậttoánchuẩnvàchứcnăngtrựcquantiêuchuẩnchoviệcphântíchhìnhảnhnhưphântíchthốngkê,tríchxuấtthuộctính,vàđolường.Hình 3.3.
- Ví dụ tái cấu trúc ảnh dựa trên dữ liệu hình chiếu 3.1.1.5.ThốngkêảnhThốngkêảnhchophépngườidùngphântíchnhữngđặcđiểmchungcủamộthìnhảnhbằngcách:-Tínhtoángiátrịtrungbìnhhoặcđộlệchchuẩn;-Xácđịnhcácgiátrịcườngđộdọctheomộtđoạnthẳng;-Hiểnthịmộtbiểuđồhìnhảnh;-Vẽbiểuđồhistogramgiátrịcườngđộsáng.Hình 3.5.
- Xác định độ tròn của các đối tượng trong ảnh PhânđoạnảnhThuậttoánphânđoạnảnhxácđịnhranhgiớikhuvựctrongmộthìnhảnh.Ngườidùngcóthểkhámphánhiềucáchtiếpcậnkhácnhauđểphânvùngảnh,baogồmcảphươngpháptiếntriển,xácđịnhngưỡngtựđộng,phươngphápdựabiên,vàphươngphápdựatrênhìnhthái.Vídụnhưbiếnđổiwatershedthườngđượcsửdụngđểphânmảnhđốitượngkếtnối.Hình 3.6.
- Phân đoạn ảnh sử dụng bộ lọc Gabor 3.1.1.7.ĐịnhdanhảnhvàbiếnđổihìnhhọcĐịnhdanhảnhrấtquantrọngtrongcáclĩnhvựcviễnthám,ảnhytế,vàứngdụngkháctrongđóhìnhảnhphảiphùhợpđểchophépphântíchđịnhlượnghoặcsosánh chất lượng. Image Processing Toolbox hỗ trợ định danh hình ảnh dựa trêncườngđộchophéptựđộngsắpxếpthẳnghìnhảnhsửdụngcườngđộkiểutươngđối.3.1.2.
- Computer Vision Toolbox 3.1.2.1.Thịgiácmáytínhlàgì?Conngườisửdụngđôimắtvàbộnãocủahọđểxemvàtrựcquancảmnhậnthếgiớixungquanhchúngta.Thịgiácmáytính(ComputerVision)làngànhkhoahọcnhằmmụcđíchcungcấpkhảnăngtươngtựchomáymóchoặcmáytính.Thịgiácmáytínhlàmộtmônhọcnghiêncứulàmthếnàođểtáitạolại,giảithíchvàhiểuđượcmộtcảnh3Dtừhìnhảnh2Dcủanódựatrêncáctínhchấtcủacáccấutrúchiểnthịảnhtrongbốicảnhđó.Thịgiácmáytínhcóliênquanvớiviệckhaitháctựđộng,phântíchvàhiểubiếtvềthôngtinhữuíchtừmộthìnhảnhhaymộtchuỗicáchìnhảnh.Nóliênquanđếnpháttriểncủacơsởlýthuyếtvàthuậttoánđểđạtđượcsựhiểubiếttrựcquantựđộng[27.
- 37Cácứngdụngcủathịgiácmáylàrấtnhiềuvàbaogồmcáclĩnhvựcnhư.
- Phát hiện và trích xuất ảnh Thuộctínhlàmộtphầnthúvịcủamộthìnhảnh,chẳnghạnnhưmộtgóc,mộtđốm,cạnh,hoặcđường.Tríchxuấtthuộctínhchophépngườidùnglấyđượcmột 38tậphợpcácvector,còngọilàmôtảảnh,từmộttậphợpcácthuộctínhđượcpháthiện.BộcôngcụthịgiácmáytínhcủaMATLABcungcấpkhảnăngđểpháthiệnthuộctínhvàtríchxuấtchúng.
- Pháthiệngóc(phươngphápShi&Tomasi,Harris,vàFAST.
- PháthiệnBRISK,MSER,vàSURFchođốmvàvùngảnh.
- TríchxuấtBRISK,FREAK,SURF,vàlâncậnđiểmảnhđơn.
- Hiểnthịthuộctínhvịtrí,quymôvàhướng.b.
- Đối chiếu Đốichiếulàsosánhhaibộmôtảthuộctínhthuđượctừcáchìnhảnhkhácnhauđểcungcấpđiểmtươngđồnggiữacáchìnhảnh.Thịgiácmáytính(ComputerVisionToolbox)cungcấpchứcnăngchoviệcđốichiếubaogồm:-ThiếtlậpđốichiếuvạnluậtbaogồmcảSAD,SSD,vàbìnhthườnghóatươngquanchéo;-KhoảngcáchHammingchocácthuộctính;-PhươngphápđốiNNR(NearestNeighborRatio),NN(NearestNeighbor)vàThreshold;-Hỗtrợđalõiđểthựchiệnnhanhhơntrênbộthuộctínhlớn.Hãyxemmộtvídụtronghình3.8dướiđây:Hình 3.8.
- Đối chiếu các điểm tương đồng giữa 2 frame ảnh 39Thuộc tính phát hiện được chỉ ra bởi các vòng tròn màu đỏ (bên trái) vàthánhgiá màuxanhlácây(bênphải),cácđườngmàu vàng chỉ ra các đối chiếuthuộctínhtươngứnggiữahaihìnhảnh.PhươngphápthốngkêmạnhRANSACcũngcóthểđượcsửdụngđểlọcgiátrịngoạilaitrongtậpthuộctínhđượcđốikhiướclượngbiếnđổihìnhhọchaymatrậncơbản.Nórấthữuíchkhisửdụngkếthợpđốichiếuthuộctínhvàghinhậnhìnhảnh,pháthiệnđốitượng,hoặcứngdụnghìnhảnhlậpthể.c.
- Ghi nhận ảnh dựa vào thuộc tính Ghinhậnảnhlàviệcchuyểnđổihìnhảnhtừmáyảnhkhácnhauđểsửdụngmộtđồngphốihợpthốngnhấtcủahệthống.ComputerVisionToolboxhỗtrợmộtcáchtiếpcậntựđộngđểđăngkýhìnhảnhbằngcáchsửdụngthuộctính,đặcđiểm.Chẳnghạnnhưbaogồmghépvideo,ổnđịnhvideo,vàhìnhảnhnhiệt.Pháthiệntríchxuấtthuộctínhvàđốichiếulàbướcđầutiêntrongghinhậnhìnhảnhdựatrênthuộctính.NgườidùngcóthểloạibỏcácgiátrịngoạilaitrongbộthuộctínhđượcđốichiếubằngcáchsửdụngthốngkêRANSACđểtínhtoánhìnhhọcchuyểnđổigiữacáchìnhảnhvàsauđóápdụngcácbiếnđổihìnhhọcsắpxếphaihìnhảnh.Hình 3.9.
- Tronghình3.9,bộcôngcụpháthiệnđiểmthừatronghaikhunghìnhliêntiếpcủavideosửdụngcácthuộctínhgóc(ảnhtrên);cácđốichiếugiảđịnhđược 40xácđịnhvớinhiềugiátrịngoạilai(phíadướibêntrái),vàgiátrịngoạilaiđượcloạibỏbằngcáchsửdụngphươngphápRANSAC(dướibênphải).d.
- Phát hiện đối tượng, chuyển động và nhận dạng Pháthiệnđốitượngvànhậndạngđốitượngđượcsửdụngđểxácđịnhvịtrí,xác định và phân loại các đối tượng trong hình ảnh và video. Computer VisionToolboxcungcấpmộttoànbộcácthuậttoánvàcáccôngcụđểpháthiệnđốitượngvàsựnhậndạng.Ngườidùngcóthểpháthiệnhoặcnhậnramộtđốitượngtrongmộthìnhảnhbằngcáchhuấnluyệnmộtđốitượngphânloạisửdụngcácthuậttoánnhậndạngmẫuđểtạoracácphânloạidựatrêndữliệuhuấnluyệntừcáclớpđốitượngkhácnhau.Bộphânloạichấpnhậndữliệuhìnhảnhvàgáncácđốitượnghoặclớpnhãnthíchhợp.
- Phát hiện đối tượng dựa trên chuyển động Cácthuậttoánpháthiệnđốitượngchuyểnđộngdựatrênsửdụngkhaithácchuyển động và kỹ thuật phân mảnh nhỏ như luồng quang và mô hình hỗn hợpGaussian(GMM)pháthiệnnềnđểxácđịnhvịtrídichuyểncácđốitượngtrongmộtcảnh.Phântíchvùngđượcsửdụngđểxácđịnhđốitượngquantâmbằngcáchtínhtoánthuộctínhcủađốmảnhđầuracủamộtthuậttoánphânmảnhhoặctríchxuấtchuyểnđộngnhưtrừnền.Hình 3.10.
- Theo dõi đối tượng ComputerVisionToolboxcungcấpcácthuậttoántheodõivideo,chẳnghạnnhư sự thay đổi trung bình liên tục thích nghi (CAMShift) và Kanade-Lucas-Tomasi(KLT).Ngườidùngcóthểsửdụngcácthuậttoánđểtheodõimộtđốitượngduynhấthoặcnhưxâydựngcáckhốitrongmộthệthốngtheodõiphứctạphơn.BộcôngcụcũngcungcấpmộtkhuônkhổchonhiềuđốitượngtheodõibaogồmLọcKalmanvàthuậttoánHungarychogiaođốitượngpháthiện.ThuậttoánKLTtheodõimộttậphợpcácđiểmthuộctínhtừkhungvàcóthểđượcsửdụngtrongổnđịnhvideo,ướclượngchuyểnđộngcamera,vàứngdụngtheodõiđốitượng.Hình 3.11.
- Đối tượng được nhận dạng và theo dõi trong 2 frame ảnh Tronghìnhtrên,chúngtacóthểnhìnthấynhữngđiểmthuộctínhđượcpháthiện(trái)vàtheodõiđốitượngsửdụngthuậttoánKLT(bênphải.
- Theo dõi đa đối tượng Computer Vision Toolbox cung cấp một khuôn khổ mở rộng để theo dõinhiềuđốitượngtrongmộtdòngvideovàbaogồmnhữngđiềusauđâyđểtạođiềukiệnchotheodõinhiềuđốitượng:-ThuậttoánlọcKalmanđượcsửdụngđểdựbáovịtrícủađốitượng,giảmnhiễutrongvùngpháthiệnđốitượngvàgiúpnhiềuđốitượngliênkếtvớicáctheodõitươngứngcủachúng;-ThuậttoánHungarygánđiểmnhậndiệnđốitượngđểtheodõi;-Dichuyểnđốitượngpháthiệnsửdụngphântíchblobvàpháthiệntiềncảnh;-Khảnăngchúthíchđểhìnhdungvịtríđốitượngvàthêmnhãnđốitượng. 42.
- Ước lượng chuyển động Uớclượngchuyểnđộnglàquátrìnhxácđịnhsựchuyểnđộngcủacáckhốigiữacáckhunghìnhvideoliềnkề.Bộcôngcụcungcấpmộtloạtcácthuậttoánướclượngchuyểnđộng,chẳnghạnnhưdòngquanghọc,đốichiếukhối,vàkhớpmẫu.Cácthuậttoántạoracácvectorchuyểnđộng,trongđóliênquanđếntoànbộhìnhảnh,cáckhốihoặcđiểmảnhcánhân.Đốivớikhốivàmẫuphùhợp,cácsốliệuđánhgiáchoviệctìmkiếmphùhợpnhấtbaogồmMSE,MAD,MaxAD,SAD,vàSSD.Hình 3.12.
- Ước lượng chuyển động của các xe được phát hiện  Xử lý video, hiển thị và đồ họa ComputerVisionToolboxcungcấpcácthuậttoánvàcáccôngcụchoxửlývideo.Ngườidùngcóthểđọcvàghitừcácđịnhdạngvideophổbiến,ápdụngcácthuậttoánxửlývideophổbiếnnhưxóanhòevàchroma-resampling,vàhiểnthịkếtquảbằngvănbảnvà đồhọavàovideo.XửlývideotrongMATLABsửdụnghệthốngđốitượng,tránhsửdụngquánhiềubộnhớbằngcáchtruyềndữliệuchoquátrìnhxửlýmộtkhunghìnhtạimộtthờiđiểm.Hình 3.13.
- Xóa nhòe video trong Matlab Video I/O 43ComputerVisionToolboxcóthểđọcvàghicácfileđaphươngtiệntrongmộtloạtcácđịnhdạng,baogồmAVI,MPEG,vàWMV.NgườidùngcóthểghivideođếnvàđitừcácnguồnMMStrênInternethaymộtmạngnộibộ.Ngườidùngcó thể thu video trực tiếp từ web-camera, khung grabbers,DCAM-camera tươngthích, và các thiết bị hình ảnh khác sử dụng Image Acquisition Toolbox. NgườidùngSimulinkcóthểsửdụngmôitrườngMatlabnhưlànguồnvàovàhiểnthịvideo.
- Hiển thị video Bộcôngcụbaogồmmộttrìnhxemvideochophépngườidùng:-Xemvideoin-the-loopnhưcácdữliệuđangđượcxửlý;-Xembấtkỳtínhiệuvideotrongsơđồmãhoặckhối;-Sửdụngnhiềungườixemvideocùngmộtlúc;-Đóngbăngmànhìnhvàđánhgiákhunghiệntại;-Thôngtinđiểmảnhhiểnthịchomộtkhuvựctrongkhung;-Dichuyểnvàphóngtođểkiểmtragầnkhimôphỏngđangchạy;-Bắtđầu,dừng,tạmdừngvàbướcquamôphỏngSimulinktừngkhunghìnhtạimộtthờigian.Hình 3.14.
- Quá trình hiển thị video khi xử lý  Đồ họa 44Thêmhìnhảnhvàovideogiúpsựhìnhdungthôngtinchínhxáchơn.Ngườidùngcóthểchènvănbảnđểhiểnthịsốđốitượnghoặcđểtheodõicácthôngtinquantrọngkhác.Ngườidùngcóthểchènhìnhảnh,chẳnghạnnhưđánhdấu,đườngvàđagiácđểđánhdấucáctínhnăngpháthiện,phânđịnhđốitượng,hoặcnổibậtcáctínhnăngquantrọngkhác.Bộcôngcụvănbảnvàđồhọavàocáchìnhảnhhoặcvideoriêngcủamìnhchứkhôngphảilàviệcduytrìmộtlớpriêngbiệt.Ngườidùngcóthểkếthợphainguồnvideotrongmộthỗnhợpcóthểlàmnổibậtđốitượnghoặcmộtvùngtrọngđiểm.Hình 3.15.
- Quá trình thêm đồ họa vào video khi xử lý Thêmnhữngyếutốcóthểgiúpngườidùnghìnhdungthôngtinđượctríchxuấtvàgỡlỗithiếtkếcủangườidùng.3.2.
- Quy trình nghiên cứu về đếm và ước lượng vận tốc xe Mục tiêu chính của chương là áp dụng thuật toán nghiên cứu nhằm ướclượng vận tốc và đếm số lượng phương tiện trên làn xe cho trước. Để đạt đượcnhữngmụctiêunày,tácgiảtrìnhbàycácbướcnghiêncứuđượcápdụng,sauđótậptrungvàophântíchtổngquanvềthuậttoán.Cuốicùng,làxâydựngchươngtrìnhmôphỏngbằngphầnmềmMATLAB.Phầnnàytrìnhbàyquytrìnhnghiêncứuvềđếmvàướclượngvậntốcxe,baogồmthuthậpdữliệu,phântíchdữliệu,đưarathuậttoánđếmvàướclượngtốcđộđốitượng.Dữliệuđầuvàolàvideotừcamerađượcthiếtđặttrênđườngcaotốc.Các dữ liệu video được phân tích xử lý bằng cách thực hiện thuật toán trongComputuerVisioncủaMATLAB.
- 45Hình 3.16.
- Thu thập dữ liệu Thuthậpdữliệulàbướcđầutiêncủanghiêncứu,nógiữmộtvaitròquantrọng.Videophảiđượcổnđịnhvàkhôngrungđểđưavàogiaiđoạnphântích,đểcóđượcnhữngđộchínhxáccaochochươngtrình.
- Cài đặt camera Ngườidùngnênđặtcameraởđộcaotừ9~15mtìnhtừmặtđườngcaotốcsẽchohiệusuấttốtnhất.Dướiđâylàhướngdẫnthiếtlậpcơbảnchochươngtrìnhđếmxeđạtkếtquảtốtnhất.Tuynhiên,chứcnăngđếmxevẫncóthểlàmviệctrongđiềukiệnítlýtưởnghơn.-Tránhcácvịtrícameralàquáthấphoặcquácao,chiềucaothíchhợpsẽlà9~15métdựatrênmôitrườngứngdụngkhácnhau.Cảhaihướngpháthiệncầnvịtrímáyảnhcaohơn;Hình 3.17.
- Thiết lập góc hướng của camera -Tránhbấtkỳbóngcây,xâydựngvàđèngiaothônghiểnthịvàokhuvựcpháthiện.Điềunàycóthểgâyrathốngkêsailệchvàcảnhbáogiả;Hình 3.19.
- Xử lý dữ liệu Dữ liệu video được ghi lại bằng máy ảnh được tiến hành xử lý trongMATLABquabốnbướcbaogồmtríchxuấtkhunghình,tiềnxửlý,xửlývàtínhtoánkếtquả.Thứnhất,dữliệuvideođượcdùngđểtríchxuấtcáckhunghìnhvideo.Sauđó,tiềnxửlýcáckhungđểtạorabộpháthiệnnềnbằngcáchhuấnluyện.Saukhixácđịnhđượcnền,chúngtathựchiệnphéptrừnềnvàsửdụngthuậttoánGMMđểpháthiệntiềncảnhvàchuyểnđổihìnhảnhnhịphân.Sauđó,bằngcáchsửdụngthuậttoánpháthiệnblobchúngtacóthểxácđịnhđượccácđốitượngvàcóđượctọađộcủađốitượng.Cuốicùng,cáchiểnthịthôngsốquátrìnhvàkếtquả.Quytrìnhxửlýtrongquátrìnhphântíchdữliệunhưtronghình3.21.Hình 3.21.
- Lưu đồ quy trình xử lý video Quátrìnhgiámsátgiaothôngbaogồmbốnphần:o Mô-đunForegroundDetectoro Mô-đunPháthiệnxeo Mô-đunĐếmo Mô-đunƯớclượngvậntốc.Pháthiệnđốitượngchuyểnđộngo Chụpvideo 48o Trừnềnpháthiệnxeo Chuyểnđổitiềncảnhsanghìnhảnhnhịphâno Tìmracácđốmmàuxuấthiệntrongảnhnhịphâno Vẽhìnhchữnhậtbaoquanh(xe)o Khởitạo,đếm,phânloạicácvùnga.
- Bộ lọc hình thái Quá trình phân mảnh nền là không hoàn hảo và thường bao gồm nhiễukhôngmongmuốn.Vídụnàysửdụnghìnhtháihọcmởđểloạibỏnhiễuvàđểlấpđầynhữngkhoảngtrốngtrongcácđốitượngpháthiện. 51Hình 3.22.
- Ảnh nền sau khi thực hiện trừ nền với GMM chưa qua lọc nhiễu Đâylàmãcodeđểloạibỏnhiễuvàlấpđầykhoảngtrốngtrongcácđốitượngđượcpháthiện.se=strel('square',3);%morphologicalfilterfornoiseremovalforeground=step(foregroundDetector,frame);filteredForeground=imopen(foreground,se);Hình 3.23.
- Phát hiện xe Tácgiảsửdụngđốitượngvision.BlobAnalysistrongComputerVisioncủaMATLABđểtheodõiđốitượngvàtìmkiếmvùngliênkếttươngứngvớimộtđốitượngdichuyển.ĐốitượngBlobAnalysisđưaratínhtoánthốngkêchomỗivùngkếtnốitrongảnhnhịphân.H = vision.BlobAnalysis (Name, Value) trả về phân tích của đối tượngđốm.HtrảvềcácgiátrịngườidùngquantâmthỏamãnđiềukiệnthộctínhName 53vàValue.Vídụđốitượngcóvùngliênkếtlớnhơn350pixelsẽđượclọcra,cácđốitượngnhỏhơnsẽbịloạibỏ:blobAnalysis=vision.BlobAnalysis('BoundingBoxOutputPort',true,...'AreaOutputPort',false,'CentroidOutputPort',false,...'MinimumBlobArea returnblobarea minimumblobinpixelsis350Hình 3.24.
- Đếm đối tượng Trongphầnnàytácgiảthựchiệnxửlýcácđốmđượclọcra(thựcchấtlàcácphươngtiện)vớicácthamsốtọađộ.Hình3.25trìnhbàysơđồkhốicủathuậttoánđếmđốitượng.Đểđếmđượcđốitượngtácgiảsửdụngcạnhdướicủahộpđánhdấu.Khinóđiquamộtkhoảngđiểmnhấtđịnhsẽtínhlà1đốitượng.Bêncạnhđókhitínhkíchthướccủahợpđánhdấubaoquanhđốitượngcóthểphânloạiđượccácloạixenhưxeô-tôcon,xetải.
- 54Hình 3.25.
- Sơ đồ khối thuật toán đếm Đểđếmđượcđốitượngtácgiảsửdụngcạnhdướicủahộpđánhdấu.Khinóđiquamộtkhoảngđiểmnhấtđịnhsẽtínhlà1đốitượng.Bêncạnhđókhitínhkíchthướccủahợpđánhdấubaoquanhđốitượngcóthểphânloạiđượccácloạixenhưxeô-tôcon,xetải…g.
- Ước lượng vận tốc ô-tô Cũnggiốngnhưbàitoánpháthiệnđốitượnggiaothông,khixácđịnhđượcphươngtiệnchúngtasẽthựchiệntínhquãngđườngdichuyểncủađốitượngbằng 55pixel(s2-s1)vàđếmsốkhungframetrảiqua.Thờigianchuyểnđộngthựcsẽđượctínhtheosốkhungframe.speed.
- Hình 3.26.
- Quá trình mô phỏngĐểkiểmtrakếtquả,tiếnhànhmôphỏngtrênfilevideothuđượctừcameratĩnhtrênđườngcaotốc.Hình3.27thểhiệnhìnhảnhthuđược.Đặcđiểmcủacácvideođưavàomôphỏng:-Địnhdạngvideo.avihoặc.mp4;-Cácphươngtiệnlàô-tôdichuyểntrênmộtlànđường;-Mậtđộphươngtiệnthayđổitùythuộcvàotừngvideođầuvào;-Cameracóthểlàcameratĩnhhoặcđộng;Hình 3.27.
- Hình ảnh thu được từ video -PháthiệnnềnsửdụngtrừnềnvàthuậttoánGMM. Hình 3.28.
- Trường hợp 2: Kết quả với video đầu vào khác nhau Trongđềtàinày,tácgiảđãlựachọnmẫuvideocóchấtlượngtốtnhấtvềđộsáng,độổnđịnh,khôngcórungđộng,vàtốcđộxekhôngquácao.Dođókhithựchiệnvớivideovớiđiềukiệnxấuthìlỗilàkhôngthểtránhkhỏi.Vídụ,vớiôtôtốcđộchậm,chươngtrìnhcóthểđếmchínhxácsốlượngxe,cònvớixechạytốcđộcao,chươngtrìnhkhôngthểđếmchínhxácđược,dođóviệctínhtoánvậntốcxegặp khó khăn. Ở ví dụ khác, với 2 xe chạy gần nhau với cùng một vận tốc thìchươngtrìnhkhôngthểphânbiệtvàsẽtính2xelà1.Cụ thể khi thực hiện mô phỏng trên video “Traffic3.mp4” thu được từcameratĩnh.Kếtquảmôphỏngđạtyêucầuchínhxáctrên92%.Chươngtrìnhđếmđượcsốlượngxecũngnhưướclượngtốcđộchuyểnđộngcủacácphươngtiện“ảo”.Hình 3.33.
- Video này được thu từcamera động cónềnthayđổivà chuyển động theo thờigian.Kếtquảmôphỏngkhôngđạtyêucầu.Chươngtrìnhkhôngđếmđượcđúngsốlượngxecũngnhưướclượngtốcđộchuyểnđộngcủacácphươngtiện“ảo”.
- 60 Hình 3.34.
- 61-Cókhảnăngtheodõivàphânloạixetừnglàntrênđườngcaotốc.
- 62KẾT LUẬN VÀ HƯỚNG PHÁT TRIỂN ĐỀ TÀI Đềtàinghiêncứuđãápdụngthuậttoántrừnềnvàphânmảnhảnhsửdụngtoántửhìnhthái,pháthiệnnềnvàsửdụngGMMthíchnghi.Hệthốnggiámsátgiaothôngđãđượcxâydựngnhằmpháthiện,đếmvàtheodõiđốitượngchuyểnđộngđồngthờiđưaravậntốcxemộtcáchkháhiệuquả.Videođưavàochươngtrìnhghilạiquátrìnhchuyểnđộngcủacácđốitượngcóvậntốcnhỏnênđộổnđịnhcủavideocao.Khithiếtlậptrêncaotốcvậntốcthựccủacácđốitượngcóthếrấtlớn.Ngoàira,cácyếutốnhưthờitiếtcũngcóthểảnhhưởngđếnchấtlượngvideovàlàmkếtquảcủachươngtrìnhsailệch.Điềunàycầnđượcthửnghiệmvàpháttriểnthêmtrongthờigiantới.Nhìnchung,đềtàiđãhoànthànhcơbảncácmụctiêuđềravàđưarasơđồthuậttoánnhằmgiámsátphươngtiệngiaothông.Từnhữngkếtquảkểtrên,chúngtacầnphảicóthêmthờigiannghiêncứuđểhoànthiệnsảnphẩm.Việcgiảmthờigianxửlýlàđiềuđòihỏitrướctiênkhipháttriểnđềtài,bởivìtốcđộxửlýảnhhưởnglớnđếnkếtquảchươngtrìnhvàcácphánquyếtchongườidùng.Bêncạnhđósốlượngphươngtiệntrongvideocònít,nếumuốngiảiquyếttriệtđểbàitoánthựctếthìcácvideođưavàoxửlýcầnphảiđadạnghơn,sốlượngphươngtiệnnhiềuhơn,tốcđộdichuyểnnhanhhơnnữa

Xem thử không khả dụng, vui lòng xem tại trang nguồn
hoặc xem Tóm tắt