Ứng dụng xử lý ảnh cải tiến hệ thống điều khiển đèn tín hiệu giao thông tại nút giao thông

9
2.1.1. Thu nhận ảnh
2.1.2. Quá trình tiền xử lý ảnh
2.1.3. Quá trình phân tích ảnh
2.1.4. Đặc trưng của ảnh
2.2. Các khái niệm cơ bản trong xử lý ảnh
2.2.1. Cơ sở về màu
2.2.2. Ảnh RGB
2.2.3. Ảnh cường ñộ (Intensity Images)
2.2.4. Ảnh nhị phân (Binary Images)
2.2.5. Định dạng ảnh
2.3. Các kỹ thuật cơ bản trong xử lý ảnh
2.3.1. Thay ñổi ñộ tương phản
2.3.2. Lọc nhiễu
2.3.3. Các phương pháp phân ñoạn ảnh
2.3.3.1. Phân ñoạn bằng một ngưỡng
2.3.3.2. Phương pháp cục bộ
2.4. Ứng dụng Matlab phân tích ảnh
2.4.1. Các giá trị pixel và thống kê
2.4.1.1. Lựa chọn các pixel
2.4.1.2. Intensity Profile.

10
2.4.2. Phân tích ảnh
2.4.3. Điều chỉnh cường ñộ ảnh (Intersity Adjustment)
2.4.4. Loại bỏ nhiễu
2.4.4.1. Sử dụng các bộ lọc tuyến tính
2.4.4.2. Sử dụng các bộ lọc median
2.4.4.3. Sử dụng các bộ lọc thích nghi
2.5. Ứng dụng xử lý ảnh trong ñiều khiển tự ñộng
CHƯƠNG 3:
ỨNG DỤNG XỬ LÝ ẢNH, THIẾT KẾ CẢI TIẾN HỆ THỐNG
ĐIỀU KHIỂN ĐÈN TÍN HIỆU GIAO THÔNG NGÃ TƯ
3.1. Sơ ñồ khối hệ thống ñiều khiển ñèn giao thông ứng dụng xử
lý ảnh.
Hình 3.1. Sơ ñồ khối của hệ thống
3.2.1. Xây dựng mô hình theo sơ ñồ khối
Hình 3.2. Các thiết bị thực hiện chức năng theo sơ ñồ khối

11
3.2.2. Nguyên lý hoạt ñộng của hệ thống
Có 2 Camera ñược lắp ñặt tại 2 trục ñường trước mỗi ngã tư.
Camera này có nhiệm vụ thu nhận hình ảnh các phương tiện tham
gia giao thông trên tuyến ñường mà nó ñược lắp ñặt. Hình ảnh thu
ñược từ các Camera sẽ ñược truyền về máy tính ở trung tâm giám sát
- ñiều khiển thông qua hệ thống cáp quang. Do ñiều kiện thực tế nên
mô hình mô phỏng ứng dụng xử lý ảnh ñiều khiển ñèn giao thông
trong nội dung luận án này không xây dựng phòng giám sát - ñiều
khiển trung tâm, vì vậy tín hiệu thu ñược từ Camera sẽ ñược truyền
một về máy tính ñược ñặt tại ngã tư.
Máy tính sẽ thu nhận tín hiệu hình ảnh từ Camera ñể làm dữ
liệu ñầu vào cho bộ xử lý ảnh. Bộ xử lý ảnh có nhiệm vụ phân tích và
xử lý hình ảnh ñể ñưa ra kết quả là số lượng phương tiện ñang tham
gia giao thông trên mỗi tuyến ñường.
Sau khi so sánh số lượng phương tiện tham gia giao thông ở
hai tuyến tại ngã tư, bộ xử lý ảnh sẽ tính thời gian sáng các ñèn xanh,
ñỏ, vàng trên mỗi tuyến ñường.

Hình 3.3. Hình ảnh ñèn giao thông ngã tư

12
1
2
1
34
2
+
=
N
N
T
X
3.2.3. Xây dựng quy luật tính thời gian ñiều khiển ñèn giao thông
dựa vào số phương tiện giao thông tham gia trên ñường:
Giả sử:
T1
X
: Thời gian sáng ñèn xanh của tuyến ñường 1.
T1
V
: Thời gian sáng ñèn vàng của tuyến ñường 1.
T1
Đ
: Thời gian sáng ñèn ñỏ của tuyến ñường 1.
T2
X
: Thời gian sáng ñèn xanh của tuyến ñường 2.
T2
V
: Thời gian sáng ñèn vàng của tuyến ñường 2.
T2
Đ
: Thời gian sáng ñèn ñỏ của tuyến ñường 2.
TT: Tổng thời gian sáng ñèn (Thời gian 1 chu kì.)





Hình 3.4. Biểu ñồ thời gian sáng ñèn trong 1 chu kì





T
T
=
t
T2
X
T
T2
Đ
T1
X
T
T1
Đ
2
1
21
N
N
TT
XX
=

13
 T1
Đ
= T2
X
+ 3
 T2
Đ
= T1
X
+ 3
Khi bộ xử lý ảnh ñếm ñược số lượng xe tham gia lưu thông
trên mỗi tuyến ñường tức là chúng ta ñã xác ñịnh ñược N1 và N2 của
bài toán. Tính ñược giá trị N1/N2 dựa vào phương trình (3.9) và
(3.10) ta sẽ có ñược T2
X,
T1
X,
T1
Đ
, T2
Đ.

3.3. Mô hình bộ xử lý ảnh xây dựng trên phần mềm Matlab
Simulink
Xây dựng mô hình xử lý ảnh trên phần mềm Matlab Simulink
nhằm mục ñích phân tích ñoạn video ghi lại hình ảnh trên các tuyến
ñường ñể xác ñịnh hình nền, ñếm các phương tiện giao thông ñang
lưu thông trên ñường.
3.3.1. Sơ ñồ khối bộ xử lý ảnh trong hệ thống ñiều khiển ñèn giao
thông
Trước khi xây dựng bộ xử lý ảnh trên phần mềm Matlab cần
xây dựng sơ ñồ khối của bộ xử lý ảnh.

Hình 3.5. Sơ ñồ khối của bộ xử lý ảnh
3.3.2. Mô hình bộ xử lý ảnh xây dựng trên phần mềm Matlab
Simulink

14
Dựa vào sơ ñồ khối ở hình 3.5, có thể xây dựng mô hình xử
lý ảnh trên phần mềm Matlab Simulink như sau:
Hình 3.6. Mô hình xử lý ảnh xây dựng trên Matlab Simulink
3.3.3. Tìm hiểu chức năng của các khối trong mô hình xử lý ảnh:
3.3.3.1. Khối From Multimedia file
3.3.3.2. Khối Color space conversion.
3.3.3.4. Khối Car Tracker
3.3.4. Giải thích nguyên lý hoạt ñộng của mô hình xử lý ảnh
Khối From Multimedia file sẽ ñọc file video ñược lưu trữ
trong ổ cứng và ñưa vào bộ chuyển ñổi không gian màu Color space
conversion, khối này chuyển hình ảnh video không gian màu “
R'G'B'” thành hình ảnh video không gian cường ñộ sáng”, tức là
ngõ ra của bộ chuyển ñổi này là ảnh xám. Việc chuyển ñổi video
ảnh màu thành video ảnh xám nhằm mục ñích làm ñơn giản các
tham số trong bức ảnh tạo tiền ñề cho việc xử lý ảnh dễ dàng hơn.

Xem chi tiết: Ứng dụng xử lý ảnh cải tiến hệ thống điều khiển đèn tín hiệu giao thông tại nút giao thông