基于模糊理論的車型識(shí)別在不停車收費(fèi)系統(tǒng)中的應(yīng)用

鄭曉彥 劉帥卿

(鄭州信息科技職業(yè)學(xué)院，河南 鄭州450046)

0 引言

隨著社會(huì)的發(fā)展，我國(guó)所擁有的汽車數(shù)量與日俱增，伴隨而來的城市交通擁擠問題也日益嚴(yán)重， 交通的擁擠不僅影響人們的出行、工作和學(xué)習(xí)，在排隊(duì)等待繳費(fèi)的汽車所排放的尾氣也會(huì)污染環(huán)境，因此快速對(duì)過路車輛進(jìn)行車型識(shí)別對(duì)于緩解交通壓力， 抑制環(huán)境污染具有重要的意義和作用，模式識(shí)別的方式有很多種，如：紅外線探測(cè)法[1]，傳感器識(shí)別法，視頻圖像識(shí)別法[2]，這些識(shí)別方式需要安裝大量的設(shè)備，而且需要經(jīng)常維護(hù)， 基于神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的車型模式識(shí)別方法算法復(fù)雜又難以實(shí)現(xiàn)。 而基于模糊理論的模式識(shí)別方法不需要安裝太多的設(shè)備，不需要經(jīng)常維護(hù)，算法也很簡(jiǎn)單，相對(duì)于上面所介紹的識(shí)別方法擁有很大的優(yōu)勢(shì)。

1 模糊理論車型識(shí)別方法的研究

1.1 模糊理論識(shí)別的流程

由于在電子不停車收費(fèi)系統(tǒng)中汽車是運(yùn)動(dòng)著的，要想得到汽車清晰的圖像是很難的，在進(jìn)行車型識(shí)別的時(shí)候我們只要得到車型相關(guān)的特征信息我們就可以對(duì)車型進(jìn)行準(zhǔn)確判斷，因此我們只需要在汽車通過電子不停車收費(fèi)車道時(shí)對(duì)車輛在不同的時(shí)候進(jìn)行圖像抓拍，然后經(jīng)過電腦的處理和分析，就能得到車輛的特征的信息，從而判斷出車輛的具體的車型。 具體的過程如圖1 所示：

圖1 模糊車型模式識(shí)別流程圖

1.2 圖像的處理

我們通過攝像機(jī)所抓拍的圖像是彩色圖像，計(jì)算機(jī)不便于做進(jìn)一步的處理，因此我們要將得到的彩色圖像轉(zhuǎn)化成灰色圖像，圖像的灰度化處理是將彩色圖片的R、G、B 的值轉(zhuǎn)換相對(duì)應(yīng)的另一組數(shù)值，轉(zhuǎn)化后的數(shù)值映射出不同的灰度值， 轉(zhuǎn)化的過程是采用加權(quán)平均的方法。 首先我們應(yīng)該給R、G、B 賦予不同的權(quán)值，然后將它們進(jìn)行加權(quán)平均就能得到灰度值，通過大量驗(yàn)證明，當(dāng)Wr=0.30,Wg=0.59,Wb=0.11 時(shí)，所得到的灰色圖像最為合適，灰度化的公式為W=Wr*R+Wg*G+Wb*B。

當(dāng)我們得到灰色圖片以后，下一步要做的就是得到能夠判斷出車輛類型的特征信息，也就是說圖像中不包括特征信息的部分對(duì)我們來說是次要的， 我們只需要將包含特征信息的部分給突出出來就行，而對(duì)于那些不包括特征的信息，通過技術(shù)手段對(duì)其進(jìn)行衰減，已達(dá)到突出特征信息的目的，我們所得到的圖像雖然不一定與原圖相近，但是卻把圖像的特征信息給完全保留下來了，這樣就能增強(qiáng)圖像的可讀性。

1.3 特征信息的提取

我們對(duì)于特征信息的提取所采用的方法主要的差影法，差影法是指將不同時(shí)刻所得到的圖像進(jìn)行相減， 假如所處的外部條件一致，當(dāng)兩幅圖像進(jìn)行相減時(shí)，灰度值相同的部分抵消，留下的灰度值不同的部分，這說明了汽車發(fā)生了移動(dòng)，因此我們對(duì)連續(xù)時(shí)間上前后兩幀灰度圖像進(jìn)行相減運(yùn)算，然后再將結(jié)果在連續(xù)拍照的時(shí)間段上進(jìn)行積分運(yùn)算，所得到的圖像就是整個(gè)車子的輪廓，我們就可以從得到的灰度圖像中提取出車輛的特征信息。 假設(shè)連續(xù)的兩幀圖像為f（k-1）（x，y）和f（k）（x，y）,則相鄰兩幀圖像的絕對(duì)差灰度圖像d（k-1，k）（x，y）如下所示

1.4 模糊理論模式的建立

根據(jù)我國(guó)的標(biāo)準(zhǔn)， 汽車可以大致分成下面這幾種類型： 客車、轎車、越野車、載貨汽車、牽引車和掛車。汽車的外形多種多樣，但都可以歸納到上述的類型當(dāng)中，我們將車頂長(zhǎng)度與車底前后輪之間距離的比值和車頂?shù)降孛娴木嚯x與車底前后輪之間距離的比值建立兩個(gè)模糊子集，然后根據(jù)隸屬度函數(shù)公式，就可以將這六種車型給識(shí)別出來。

一般來說， 客車車頂長(zhǎng)度與車底前后輪距離之比特點(diǎn)最為明顯，一般在1:1 以上，載貨汽車、牽引車和掛車車頂長(zhǎng)度與車底前后輪距離之間的比值一般在2:5 以下，轎車和越野車的車頂長(zhǎng)度與前后輪之間距離的比值在2:5 和1:1 之間，這樣就能將（客車）、（轎車和越野車）和（載貨汽車、牽引車和掛車）這三個(gè)模糊子集[3]區(qū)分開來，然后再根據(jù)車頂?shù)降孛娴木嚯x和車底前后輪之間距離的比值，就可以將轎車和越野車區(qū)分開來，也能將載貨汽車、牽引車和掛車區(qū)分開來。

我們將車頂長(zhǎng)度(Top-Lengh) 記作T， 車底前后輪之間的距離(Bottom-Lengh)記作B，將車輛頂部到地面的距離（Height）記作H。

根據(jù)上問的論述，我們把車頂長(zhǎng)度與車底前后輪之間距離的比值（T/B）作為一個(gè)論域，顯然0＜T/B＜2,可以建立起三個(gè)模糊子集，即A1{載貨汽車、牽引車、掛車}，A2 {客車}，A3{轎車、越野汽車}，并令R1=T/B，然后將車頂距離地面的距離與車底前后輪之間距離的比值作為另一個(gè)論域，同理0＜H/B＜2,可以建立起五個(gè)模糊子集，B1{轎車}，B2{越野車}，C1{掛車}，C2{牽引車}，C3{載貨汽車}。 令R2=H/B。

然后建立客車、載貨汽車、牽引車、掛車、轎車和越野汽車的隸屬度函數(shù)[4]，六種車頂隸屬度函數(shù)的示意圖和六種車型隸屬度函數(shù)公式如圖2-圖4 所示：

圖2 六種車型最大隸屬度函數(shù)示意圖

圖5 車型模糊識(shí)別流程圖

圖3 轎車和越野車的最大隸屬度函數(shù)示意圖

圖4 掛車、牽引車和載貨汽車的最大隸屬度函數(shù)示意圖

根據(jù)上述的公式，通過由圖像所得到的汽車的特征信息，就可以將這六種車型區(qū)別開來，具體的過程如下：

首先我們采集到車輛的彩色圖像，然后將彩色圖像轉(zhuǎn)換成灰色圖像，然后根據(jù)差影檢測(cè)法將車輛的大致輪廓呈現(xiàn)出來，然后對(duì)該圖像進(jìn)行特性信息的提取即車輛頂部的長(zhǎng)度， 車底前后輪之間的距離，車齡頂部距離地面的長(zhǎng)度，由此我們可以得到R1，R2 的值，我們就可以根據(jù)隸屬度公式計(jì)算出A1(R1),A2(R1)和A3(R1),如果A2(R1)的值最大， 根據(jù)最大隸屬度原則， 我們就可判斷出該車輛是客車， 如果A1(R1)的值最大，我們只可以判斷出該車輛是掛車、牽引車和載貨汽車其中的一種類型，如果想確定車輛的準(zhǔn)確類型，我們需要計(jì)算R2,然后再計(jì)算出C1(R2),C2(R2),C3(R2)的值，同理根據(jù)最大隸屬度原則，哪個(gè)函數(shù)值大，哪個(gè)函數(shù)所對(duì)應(yīng)的車型就是待測(cè)車型，同理如果第一次識(shí)別出的是轎車和越野汽車中的一種，那么需要根據(jù)B1(R1),B2(R2)的值來確定待測(cè)車輛的車型，具體的識(shí)別流程如圖5 所示。

2 結(jié)論

通過模糊理論建立的模式識(shí)別方法計(jì)算量小，所需要的外部器材少，因此維修的費(fèi)用少，而車型識(shí)別所需要的時(shí)間也短，從成本和效率方面來看基于模糊理論的車型識(shí)別技術(shù)都有著無可比擬的優(yōu)勢(shì)，因此該技術(shù)在電子不停車收費(fèi)系統(tǒng)的有著巨大的發(fā)展前景。

［1］牟瑛.車型自動(dòng)分類識(shí)別系統(tǒng)[J].微計(jì)算機(jī)應(yīng)用,2006,4.

［2］田保慧.智能交通系統(tǒng)中自動(dòng)車型識(shí)別技術(shù)的研究[D].西安電子科技大學(xué)，2008.

［3］楊俊.基于模糊理論的車型識(shí)別[J].計(jì)算機(jī)與信息技術(shù)，2007，3:68-70.

［4］楊綸標(biāo),高英儀.模糊數(shù)學(xué)原理及應(yīng)用[M].廣東：華南理工大學(xué)出版社,,2006.