数字图像处理论文石晓亮

数字图像处理作者：石晓亮摘要：本文介绍了数字图像处理与模式识别在交通的应用领域及其重要意义，详细阐述了利用数字图像处理及模式识别技术的原理和方法，并在此基础上研究了交通检测系统的算法和模型，通过本文的研究，初步探索了数字图像处理与模式识别在交通检测系统中的应用途径和方法，为以后进一步的实现基于数字图像的交通检测系统的打下了基础。

关键词：数字图像位图调色板目录前言 (3)1高速公路常用的车流检测方法主要有以下几种： (4)1空气管道检测 (4)2检测环检测 (4)3视频检测 (5)2 视频车辆检测系统： (5)1视频车辆检测系统 (5)WINDOWS位图和调色板 (7)结论与展望 (9)参考文献 (9)致谢 (9)数字图像处理和模式识别在交通检测中的应用前言数字图像处理（Digital Image Processing）又称为计算机图像处理，它是指将图像信号转换成数字信号并利用计算机对其进行处理的过程。

数字图像处理最早出现于20世纪50年代，当时的电子计算机已经发展到一定水平，人们开始利用计算机来处理图形和图像信息。

数字图像处理作为一门学科大约形成于20世纪60年代初期。

早期的图像处理的目的是改善图像的质量，它以人为对象，以改善人的视觉效果为目的。

图像处理中，输入的是质量低的图像，输出的是改善质量后的图像，常用的图像处理方法有图像增强、复原、编码、压缩等。

首次获得实际成功应用的是美国喷气推进实验室（JPL）。

他们对航天探测器徘徊者7号在1964年发回的几千张月球照片使用了图像处理技术，如几何校正、灰度变换、去除噪声等方法进行处理，并考虑了太阳位置和月球环境的影响，由计算机成功地绘制出月球表面地图，获得了巨大的成功。

随后又对探测飞船发回的近十万张照片进行更为复杂的图像处理，以致获得了月球的地形图、彩色图及全景镶嵌图，获得了非凡的成果，为人类登月创举奠定了坚实的基础，也推动了数字图像处理这门学科的诞生。

在以后的宇航空间技术，如对火星、土星等星球的探测研究中，数字图像处理技术都发挥了巨大的作用。

数字图像处理取得的另一个巨大成就是在医学上获得的成果。

1972年英国EMI公司工程师Housfield发明了用于头颅诊断的X射线计算机断层摄影装置，也就是我们通常所说的CT （Computer Topography）。

CT的基本方法是根据人的头部截面的投影，经计算机处理来重建截面图像，称为图像重建。

1975年EMI公司又成功研制出全身用的CT装置，获得了人体各个部位鲜明清晰的断层图像。

1979年，这项无损伤诊断技术获得了诺贝尔奖，说明它对人类做出了划时代的贡献。

与此同时，图像处理技术在许多应用领域受到广泛重视并取得了重大的开拓性成就，属于这些领域的有航空航天、生物医学工程、工业检测、机器人视觉、公安司法、军事制导、文化艺术等，使图像处理成为一门引人注目、前景远大的新型学科。

随着图像处理技术的深入发展，从70年代中期开始，随着计算机技术和人工智能、思维科学研究的迅速发展，数字图像处理向更高、更深层次发展。

人们已开始研究如何用计算机系统解释图像，实现类似人类视觉系统理解外部世界，这被称为图像理解或计算机视觉。

很多国家，特别是发达国家投入更多的人力、物力到这项研究，取得了不少重要的研究成果。

其中代表性的成果是70年代末MIT的Marr提出的视觉计算理论，这个理论成为计算机视觉领域其后十多年的主导思想。

图像理解虽然在理论方法研究上已取得不小的进展，但它本身是一个比较难的研究领域，存在不少困难，因人类本身对自己的视觉过程还了解甚少，因此计算机视觉是一个有待人们进一步探索的新领域1高速公路常用的车流检测方法主要有以下几种：1 空气管道检测空气管道检测是接触式的检测方法，在高速公路主线的被检测点拉一条空心的塑料管道并作固定，一端为封闭，另一端联接计数器，当车辆经过塑料管道时，车轮压到空气管道，管内空气被挤压而触动计数进行计算车流量的方法。

该方法的优点是：方便，简单，流动性强，成本较低。

缺点：塑料管道使用寿命短，更换周期频繁，当更换塑料管道时需封闭车道，增加了人员不安全的因素和塞车的可能性。

当长车经过时由于车轴的距离大，有可能被计算成两辆车，造成数据的误差率大。

此方法在早期的车流量检测较多见，现在的高速公路车流检测已不用这种方法。

2 检测环检测检测环检测车流量也属接触式检测方法，在高速公路建设期间应确定主线被检测的站点，铺筑路面和安装线圈检测棒同时进行。

当车辆经过路面的检测棒时，车轮压到环形线圈使电感发生变化而产生检测信号，从而进行计算数据的检测方法。

该方法的优点：线圈检测技术的发展已很成熟，国内外生产厂家也较多，价格相对合理，被高速公路广泛采用，特别是城市道路公安交警用于抓拍违章车辆也常用这种方法。

误差率相对空气管道检测减少。

缺点：更换检测棒时必须封闭车道，开挖路面，造成维护成本高和容易塞车，也给维护人员带来不安全的因素，维护作业在路上进行，受天气因素影响较大，在路面大中修时往往会挖断检测棒，给路面的重铺和大中修增加了困难，道路的扩建和改道也受牵制。

目前大多数高速公路是用这种检测方法。

3 视频检测视频检测车流量属非接触式的检测方法，也称为图片处理或人工视觉，是一种结合视频图像和电脑化模式识别的技术，在路上安装摄像机，通过视频摄像机和计算机模仿人眼的功能为实际应用提供工作平台，是目前高速公路车流检测较先进的技术，它通过软件在显示器视频图像的车道上设置虚拟车道检测器，每个虚拟车辆检测器代表一个区域，当车辆通过任何一个虚拟检测器时，就会产生一个检测信号，再经过软件数字化处理和计算得到所需的交通数据，如车型、车流量、车速、车头距离、占有率、车辆排队长度等。

该系统的优点：由于是在显示器视频图像的车道设置虚拟检测器，因而在维护时无须封闭车道，无须开挖路面，也不会因道路重铺或拓宽车道而影响车流量的检测。

检测点的变化只在监视器的图像上设定虚拟检测器的位置就可完成，不因道路的维修而中断交通检测。

缺点：当大雾天气摄像机无法完全捕捉车辆信号时会影响数据的精确率，但这种天气很少见。

2 视频车辆检测系统：1视频车辆检测系统1984年，美国明尼苏达大学运输研究中心的帕诺斯·麦克鲁波洛斯博士发明AUTOSCOPE—视频车辆检测系统，是用一台普通工业电视摄像机对多达6~8个车道的交通流量进行同时监视和检测。

从摄像机上人为设置的特定检测区域内得到的图像信号，经过一台286(或386)微机的数字化和格式化处理，可以得到以下的交通数据：车辆存在、车辆通过、车速、车种、排队长度、流量、占有率、车间时距、拥挤程度、密度、交通录像带的脱机分析。

数据收集之齐全，可包括现在的各种环形线圈检测器的所有检测功能。

1991年9月5日，在美国某市第26街的350英尺距离内的4个车道上，进行了两种系统的对比试验，测验结果表明，在不同时间和不同气候条件下，视频检测系统与环形线圈检测器的检测效果是非常接近的，完全满足检测精度的要求。

1992年，明尼苏达的图像传感系统公司和Econo1ite控制产品公司联合推出AUTOSCOPETM—2003型视频车辆检测系统,用于多车道、多方向的大范围交通车辆检测。

带RGB监视器的AUTOSCOPE—2003 ，其大小为19 in宽、5．5 in 高、10．25 in深(0.48 m×0.14 m×0.26 m),可安装在交通柜中或控制器里,符合美国电气制造者协会(NEMA)的标准，可在-35℃~74 ℃的环境温度下正常工作,CPU为Intel 486 sx微机，具有170型控制器接口。

就AUTOSCOPE一2003视频车辆检测系统的典型配置而言，它由1~4个电视摄像机，AUTOSCOPE—2003单元,管理计算机和RGB视频监视器组成。

摄像机为普通工业用黑白或彩色CCD 芯片型，具有300线以上的清晰度，安装在室外防护罩内。

该系统能够同时接收并处理4台摄像机送来的图像信息，可以检测至少48个区域。

可用于高速公路、桥梁、隧道等不同道路的检测。

具有如下功能：可进行事故检测；可通过内部非易失的快速擦写存储器(F1ash)或管理机的硬盘收集大量的交通参数以便进行实时的和脱机的交通分析；用一台摄像机对6—8个车道同时监视；匝道的测量控制和网络的自适应控制；不同检测方案的选择和比较等。

欧、美、日己广泛推广和使用AUTOSCOPE一2003视频车辆检测系统，密执安州奥克兰公路委员会实施的FAST—TRAC ATMS／ATIS规划［2，3］是AUTO SCO PE规模最大和最复杂的应用实例。

目前已推出AUTOSCOPE—2004视频车辆检测系统。

2结语由于AUTOSCOPE视频车辆检测系统的使用，取代了传统的在道路埋设线圈检测器的复杂施工，减少了工程费用，提高了检测精度和系统的可靠性，使原有的交通监视系统除仍能完成现场监视外，赋予了新的功能，国外已经推广应用。

随着我国经济的发展和交通事业的进步，该系统在我国的交通控制和管理领域必将得到推广应用。

视频检测技术在高速公路的应用2002-08-05 中国公路·交通信息产业广深珠高速公路有限公司田育涛车流量检测系统是高速公路交通监控系统的组成部分，用于检测高速公路主线车流辆、车型、车速、占有率等交通数据，是控制高速公路的车流出入，确保道路安全畅通的重要手段，也为统计有关资料，为管理者决策提供有效的数字依据。

近年来，随着计算机技术的不断进步，车流量检测系统也飞速发展，用于车辆检测的方式也多种多样，但作为高速公路管理者或业主，在选择车辆的检测方式时应从其性能、成本、使用寿命、日常维护、发展方向和系统兼容等方面进行综合考虑，特别是新建的高速公路对以上指标更应认真对比，慎重选择。

在选择产品性能可靠、成本合理的前提下，应让高科技含量的产品能充分发挥其作用。

车流量检测系统一般由车辆检测部分、传输部分和数据处理部分组成。

1、辆检测部分：安装于高速公路主线的被检测点，用于实时记录各种交通数据，并转换成适合传输用的信号。

2、传输部分：由于高速公路的线路长，数据大，一般采用光纤传输。

3、数据处理部分：对检测部分记录的数据进行必要的处理，计算出有用的交通数据，用曲线、表格和图形等形式提供给管理者。

同时对数据进行备份和归档。

根据多年来高速公路的实际情况，在系统的运行中损坏最多的是车辆检测部分，维修也占最大的工作量，而且在路上作业需要封道开挖路面，增加了人员不安全的因素和塞车的可能性。

以下对车辆检测部分常用的几种方法进行比较。

Windows位图和调色板我们知道，普通的显示器屏幕是由许许多多点构成的，我们称之为象素。

显示时采用扫描的方法：电子枪每次从左到右扫描一行，为每个象素着色，然后从上到下这样扫描若干行，就扫过了一屏。