視頻分析技術在智能交通系統的應用研究

李光磊,陳杰

(西南林業大學,云南 昆明 650224)

視頻分析技術在智能交通系統的應用研究

李光磊,陳杰

(西南林業大學,云南 昆明 650224)

視頻分析技術的應用范圍很廣,而且隨著視頻分析技術的發展,越來越多的領域開始應用視頻分析技術來解決相關的問題,本文通過對視頻分析技術的研究,重點討論了視頻分析技術在智能交通系統的應用.

視頻分析;智能交通;自動駕駛

視頻分析技術是在關注社會公共安全事業時候發展起來的一門新型學科.目前,計算機視頻分析技術廣泛應用在智能交通系統、智能機器人、生物醫學診斷和國防軍事和車載監控系統等領域中.基于視頻分析技術的圖像處理與模式識別是智能交通系統中最基本的技術之一.當在對視頻圖像進行處理的時候,對提取到的每一幀圖像都利用檢測和識別技術來提取相關信息,利用視頻序列之間的相關性和聯系性,對特定物體的運動軌跡進行追蹤和預測.

在自動駕駛技術中,融合了多種高新技術,其中有計算機通信技術、車載傳感器技術、單片機技術、自動控制原理等.而且隨著對自動駕駛系統研究的不斷深入,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償,這就彌補了人為因素造成的事故,大大提高交通中的安全因素.

當汽車在路上行駛的時候,其自身的環境包括車速、駕駛人的狀態等和外界環境包括行人、天氣及其他車輛的情況構成的一種駕駛狀態,但是這種狀態是極不穩定的,容易出現突發狀況.因此在這種環境下,長期的困擾著自動駕駛技術的發展和駕駛的安全性.基于車輛的視頻分析系統,可以更好地觀測車輛周圍的狀況,并且實時的傳遞到汽車的控制中心,對車輛周圍的環境做出實時的判斷,給駕駛員提醒或者自動控制汽車實施減速等其他的一些緊急的措施.當然,要實現汽車的自動駕駛,必須有視頻攝像頭、雷達傳感器以及激光測距器來了解周圍的交通情況,并且實時更新的地圖來對前方的道路進行導航.

1 在自動駕駛系統中的應用

在人類社會不斷進步的同時,科技的發展帶動了汽車的產業革命.自動駕駛技術在國外起步較早,一些發達國家比如美國、德國、法國等在自動駕駛汽車的研究方面走在了世界的前列.

相比于國外的發展速度,我國自動駕駛技術研究起步較晚,最初主要是在高校和科研院所進行研究推廣.我國的自動駕駛技術及其相關技術發展非常迅速,但是在自動駕駛方面,比如視頻分析下的環境感知和車輛精確控制等關鍵技術方面還存在不足,離最終實現自動駕駛汽車的目標還有許多研究難題需要攻克.對于自動駕駛系統而言,環境感知技術是自動駕駛的車輛能否實現真正意義上自動駕駛的關鍵環節之一,因此研究自動駕駛環境感知系統的各種關鍵技術就顯得尤為重要.

目前自動駕駛的汽車涉及的技術包括對各類傳感器、激光雷達、攝像頭、車載主控電腦、精準路況收集和展現、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候,計算機技術是一個關鍵.現在隨著科技的進步,計算機技術發展的也越來越成熟.其中利用計算機來進行視頻識別的技術是伴隨圖像處理技術、模式識別技術等一系列與之相關的學科的發展而產生的.在計算機的視覺系統中,利用外部攝像頭來采集圖像,然后對得到的圖像進行預處理,從而提取出周圍的環境信息,如前方車輛的外部輪廓、路面標識等,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,計算機的視覺技術的本質就是利用外部攝像頭采集到的視頻信息來獲取周圍的環境信息,然后傳輸到計算機的控制中心,計算機控制中心接收信號,迅速對圖像進行分析處理,去除噪聲,過濾無用的信息,辨別圖像中有用的信息,并根據這些信息來指導車輛做出相應的判斷和反應.

2 視頻分析技術的應用

在智能交通系統中,車載計算處理系統的工作完全依賴計算機的外部視頻圖像采集系統,安裝在車內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中,其對視頻圖像進行處理和分析后得到前方的路況信息,以及迅速的識別各種道路交通標志和交通信號燈等信息,將處理后的結果以某種形式傳給駕駛員,從而發揮智能交通系統的作用.

在自動駕駛系統中,其最主要的技術是環境感知和車輛控制技術,其中環境感知技術作為自動駕駛系統當中車輛行駛的基礎,車輛控制技術是自動駕駛系統中車輛行駛的核心,這兩項技術相輔相成,共同構成自動駕駛汽車的關鍵技術.基于視頻分析的環境感知技術就是利用車載攝像頭對外界的環境進行拍攝記錄.另外,在一些緊急情況下可以對汽車進行剎車制動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定性.

視頻分析技術現在變得越來越重要,并逐漸變得成熟化.而且還應用到交通、車輛的各個方面.在對視頻分析以及模式識別的技術的應用下,已經在很大程度上減輕了駕駛員的操作疲勞程度.根據車輛的視頻分析與圖像特征對比,從而能更好的開發視頻分析技術的作用,并應用到自動駕駛技術中.環境感知技術就是汽車在行駛的狀態下能夠獲取自身所處的位置以及周圍的環境和一些障礙物的信息.攝像頭根據拍攝到的畫面傳遞到汽車的控制中心即車載電腦,從而讓汽車在行駛中根據這些情況規劃修改行駛路線.

視頻分析技術在汽車當中的應用,如在車輛安全和輔助駕駛中的應用,在車輛的自動駕駛方面,通過車載攝像頭對人工視覺的模仿,獲取一定的視頻圖像,通過計算機的分析處理,引導車輛實現自動駕駛.當車輛行駛到交叉口的時候,一般來講,車道線會暫時在攝像機視野內消失,此時利用視頻圖像的連續性,采用車道線參數預測,建立交叉口道路模型的方式來實現車輛的安全駕駛.

環境感知技術應多考慮在復雜的情況路面下車輛如何進行正確駕駛的問題,利用視頻分析技術的核心就是基于攝像頭的視覺感知系統,這個系統由車載攝像機、雷達、傳感器、計算機等一些設備組成.當汽車行駛時,攝像裝置將汽車外的目標景物根據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光照強度的不同產生不同強度的電流,經過一系列的處理轉換變成數字信號傳遞到計算機控制中心.計算機根據這些數字化的圖像,對各種圖像進行識別、處理、分析.然后再利用車載雷達向車輛周圍的目標發射信號或者接受反射回來的信號,傳遞到計算機控制中心,計算機控制中心再根據這些信息,通過計算、分析來獲取周圍景物距離車輛的遠近.

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,導致車輛無法正確的識別車道線.這時候利用視頻分析技術,由環境感知系統測定車輛周圍的環境,然后利用視頻序列是隨著時間推移而連續變化的這一特點,推導出車道線在這個時間內也是擁有一定的連續性.利用這一特點可以建立視頻在相鄰兩幀之間的連續性,從而在對當前車道線的圖像進行檢測的過程中,利用上一幀的圖像進行標定.然后車載計算機控制系統根據這一圖像繪制完整的車道線,保障汽車安全平穩的行駛.

視頻分析技術的應用還表現在對交通規劃與管理方面,具體是在對交通流量的檢測方面起到了積極促進的作用.而且路上交通流量信息是交通控制當中比較重要的信息,利用視頻分析技術對其進行檢測,將各種交通信息進行分析,對數據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,適當的運用視頻分析技術,對車輛進行分類識別提高了工作效率,這樣快速的對車輛的拍照進行識別處理,極大地方便了交通管理.除此之外,在交通安全監視方面對視頻分析技術的應用,對車輛的安全駕駛的監督有著重要的作用.

3 結語

這些年來,各種企業院所對視頻分析技術的研究力度逐步增大,應用到的場合也越來越多,而且隨著市場對新技術、新產品的需求量逐步增大,視頻分析技術必將得到迅速的發展,以視頻分析技術為核心的產品也會越來越成熟,應用也會越來越廣泛.

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TP391.41

A

1671-0711(2017)11(下)-0129-02