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系統識別號 U0002-2806200501111800
中文論文名稱 機車偵測演算法之研究
英文論文名稱 The Study of the Motorcycle Detection Algorithm
校院名稱 淡江大學
系所名稱(中) 運輸管理學系碩士班
系所名稱(英) Department of Transportation Management
學年度 93
學期 2
出版年 94
研究生中文姓名 莊劍嵐
研究生英文姓名 Jian-Lan Chuang
學號 690540066
學位類別 碩士
語文別 中文
口試日期 2005-06-13
論文頁數 129頁
口試委員 指導教授-范俊海
委員-曾平毅
委員-陳菀蕙
中文關鍵字 機車偵測  遮蔽偵測  區塊切割  車輛種類  交通流量 
英文關鍵字 Motorcycle Detection  Occlusion Detection  Block Segmentation  Vehicle Classification  Traffic Flow 
學科別分類 學科別社會科學管理學
中文摘要 近年來由於伴隨著ITS的蓬勃發展,影像處理技術也日趨受到重視,雖然在技術方面有大幅度的進步,但是仍未達到成熟的境界。而綜觀國內外學者之研究,多著重於小型車之辨識與偵測,對於機車之辨識偵測皆未有專門的探討,這除了由於國外交通情況不同,也與機車影像本身的特性有很大的關連。本研究首先針對機車影像之特性做一番探討:1、機車動線紊亂; 2、機車外形及騎士影像顯現複雜; 3、遮蔽問題嚴重。並針對其特性逐步構建機車偵測演算法。
本研究所發展之「機車偵測演算法」,有別於過去研究對於車輛以「輛」為單位的處理方式,本研究提出以進入偵測區到離去偵測區塊之亮塊變化的「串」為單位來進行處理,更能有效的針對目標車輛進行分析、切割等動作。整個演算法可分為三大部份,「前處理」、「亮塊關係處理」及「區塊關係處理」。
「前處理」主要是利用背景相減、二值化等方法去標記出亮塊位置,並加以記錄。
「亮塊關係處理」依靠了連續兩張影像間亮塊重心的位置及彼此間的交集關係,去判定是否為同一亮塊,並以亮塊變化的「串」為單位,對各串進行處理。
最後以亮塊關係為基準,進行「區塊間關係處理」,例用機車富涵紋理之結果,進行區塊匹配、區塊切割等工作,來將個別車輛分開。
本研究所析出之交通參數包括車流量與車速,經過實例驗證之後小型車與機車之辨識正確率,分別為87.61%及93.16 %;而遮蔽情況下小車平均有85.89%的辨識正確率,而機車平均有89.59%的辨識正確率。
英文摘要 In recent years, with the rapid development of ITS, the image processing technique is being paid more attention day by day. However, the traffic situation differs from Taiwan and foreign countries, so does motorcycle image characteristics itself. As results of that, the passing relevant researches were more focused on detecting car image, not motorcycle image.
In this research, we will analyze the characteristics of the motorcycle image:1.The motorcycle moves confusedly, 2.Motorcycle appearance and driver’s image appear complicatedly, 3.Serious occlusion, in order to develop the “motorcycle detection algorithm”.
”Motorcycle detection algorithm” is different from the studies in past researches taking “one vehicle” as unit of detection, it takes “bunch” as a unit of detection. A “bunch” means the connecting blobs enter and leave detection zone. “Motorcycle detection algorithm” can be divided into three parts, “image preprocessing”、”blob relation processing” and “block relation processing”.
First, “image preprocessing” mainly utilizes the background subtraction and threshold to label and record blob’s positions.
Secondly, “blob relation processing” is depended on the blob of the center-of-gravity position and common factor relations between each two images in succession, going to judge whether or not it is the same blob. Then we take “bunch” as a unit of detection, dealing with every “bunch”.
Finally, we utilize the “block relation processing” to carry on block to block segmentation match etc, to separate the specific vehicle.
In our study, we have successfully extracted the traffic parameters which are included vehicle classification and traffic flow. After our experimental analysis, the rate of accurately identifying small vehicles is 87.61 %, and 93.16 % for motorcycles. Under the occlusion situations, the accurate rate of identifying small vehicle is 85.89 %, and 89.59 % for motorcycles.
論文目次 目錄
第一章 緒論..........................................1-1
1.1 研究背景......................................1-1
1.2 研究目的......................................1-1
1.3 研究範圍......................................1-2
1.4 研究方法. ....................................1-2
1.5 研究流程......................................1-3
第二章 文獻回顧......................................2-1
2.1 影像處理原理..................................2-1
2.1.1 影像切割......................................2-1
2.1.2 物件標記......................................2-7
2.1.3 影像相減法....................................2-11
2.1.4 影像型態學....................................2-12
2.2 影像特徵與特徵匹配............................2-15
2.2.1 特徵..........................................2-15
2.2.2 特徵匹配......................................2-15
2.2.3 樣板匹配......................................2-17
2.3 影像處理於交通領域之應用......................2-19
2.3.1 車輛偵測......................................2-19
2.3.2 車種分類......................................2-21
2.3.3 車輛追蹤......................................2-23
2.4 綜合評析......................................2-27
第三章 機車車流影像特性分析..........................3-1
3.1 機車影像特性..................................3-1
3.1.1 外型..........................................3-1
3.1.2 特徵..........................................3-2
3.1.3 紋理..........................................3-3
3.2 機車行為特性..................................3-6
3.3 車輛間遮蔽情況分析............................3-8
第四章 攝影機環境與車輛長寬幾何關係..................4-1
4.1 攝影機環境因素................................4-1
4.2 攝影機架設與車輛長寬幾何關係..................4-3
4.2.1 攝影機與車輛的角度............................4-3
4.2.2 攝影機之縱像元解析度與實際距離................4-4
4.2.3 攝影機之橫像元解析度與實際距離................4-5
4.2.4 車輛在縱向線所佔像元素........................4-6
4.2.5 車輛在橫向線所佔像元素........................4-8
4.2.6 車輛遮蔽長度..................................4-9
4.3 攝影機架設位置之實用性........................4-10
第五章 機車偵測模式建構..............................5-1
5.1 影像前處理....................................5-2
5.1.1 背景相減......................................5-2
5.1.2 Dynamic二值化 & 背景影像更新.................5-3
5.1.3 平均值濾波....................................5-5
5.1.5 物件標記......................................5-7
5.1.6 亮塊門檻值....................................5-7
5.2 亮塊關係處理..................................5-9
5.3 區塊關係處理..................................5-13
5.4 區塊切割......................................5-17
5.5 區塊軌跡......................................5-20
5.6 交通參數析出演算法............................5-22
5.5.1 車種分類......................................5-22
5.5.2 流量計算......................................5-22
5.5.3 車速計算......................................5-23
第六章 實証分析......................................6-1
6.1 拍攝方式......................................6-1
6.2 系統設備說明..................................6-2
6.3 系統概述......................................6-3
6.4 實証結果......................................6-8
第七章 結論與建議....................................7-1
7.1 結論..........................................7-1
7.2 建議..........................................7-3
參考文獻...............................................r-1
附錄A..................................................A-1
附錄B..................................................B-1

圖目錄
圖1.1 拍攝方向示意圖……………….………………....…………………1-1
圖1.2 研究流程圖…………………….……………………………………1-4
圖2.1 Prewitt操作遮罩……………….……………………………………2-2
圖2.2 Sobel操作遮罩……...………………………………………………2-3
圖2.3 影像之分割…….……………………………………………..……..2-3
圖2.4 影像之分割與合併…….…………………………………….……...2-4
圖2.5 雙峰型態單一臨界值之灰階直方圖………………………….……2-5
圖2.6 多峰型態多臨界值之灰階直方圖……………….………..……......2-7
圖2.7 加標示處理…………………………………….………..…………..2-7
圖2.8 改良前標記演算法的缺失…………………….……………………2-8
圖2.9 改良後標記演算法相關像點參考圖………….……..…………..…2-9
圖2.10 遞迴式標記法示意圖……….…………..…….……….….………...2-10
圖2.11 累積相減法操作示意圖…….……………….......……….…………2-12
圖2.12 及其八鄰近像元………….…..………………………....……….2-12
圖2.13 膨脹處理實例……….…………………..…………………...……...2-13
圖2.14 收縮處理實例.....................................................................................2-13
圖2.15 膨脹收縮之結果……………………..…..………………….………2-14
圖2.16 最近鄰居法示意圖…………...……….…..……..…….……..……..2-16
圖2.17 二元決策樹法示意圖…..….……..………..………………………..2-17
圖2.18 以樣版匹配做數字辨認….………..………..…..…..………………2-18
圖2.19 點偵測示意..…………….…………………..….……..…...………..2-19
圖2.20 線偵測示意圖…………………………..…..……..…..…………….2-20
圖2.21 面偵測示意圖…………………………..…..……….…..….……….2-21
圖2.22 區域基礎追蹤示意圖……………………….………………...…….2-23
圖2.23 輪廓基礎追蹤示意圖…….………………….………….…….…….2-24
圖2.24 特徵基礎追蹤示意圖……………………….………………………2-24
圖3.1 汽機車在影像中所佔pixel示意圖…………..…………………….3-2
圖3.2 大型車在影像中所佔pixel示意圖…………..…………………….3-2
圖3.3 汽機車影像……………………………………..………………...…3-3
圖3.4 汽車機灰階影像………………………………..………………...…3-3
圖3.5 機車剖面圖……………………………………..…………………...3-4
圖3.6 小車剖面圖……………………………………..……………...……3-5
圖3.7 機車車流特性……………………………………………………….3-6
圖3.8 小車與機車間的遮蔽(原影像)……………..…………………...3-9
圖3.9 小車與機車間的遮蔽(二值化後影像)……..…………………...3-9
圖3.10 小車與小車間的遮蔽(原影像).....................................................3-10
圖3.11 小車與小車間的遮蔽(二值化後影像).........................................3-10
圖3.12 機車間遮蔽(原影像)..………..………………………..………...3-11
圖3.13 機車間遮蔽(二值化後影像)..…………………………………...3-12
圖3.14 圖示解說…..……………………………………………………...…3-12
圖3.15 分離→遮蔽示意圖…………..………………………………...……3-13
圖3.16 遮蔽→分離示意圖…………………………………….…………....3-13
圖3.17 分離→遮蔽→分離………………………………………………….3-14
圖3.18 從頭至尾皆遮蔽………………………………………………….…3-14
圖4.1 攝影機與真實路面平面.....................................................................4-3
圖4.2 攝影機縱向角度示意圖.....................................................................4-4
圖4.3 攝影機橫向角度示意圖……………………………..……...………4-5
圖4.4 車輛在縱向線所佔像元素示意圖…………….……………………4-7
圖4.5 車輛在橫向線所佔像元素示意圖………………..…...............……4-8
圖4.6 車輛在縱向之遮蔽長度示意圖…………………..………………...4-9
圖5.1 處理概念示意圖……………………………….........………………5-1
圖5.2 機車偵側模式流程圖.........................................................................5-2
圖5.3 前處理流程圖…………………………………........……………….5-3
圖5.4 背景相減示意圖…………………………………..…..…………….5-4
圖5.5 相減後影像直方圖.............................................................................5-5
圖5.6 二值化影像.........................................................................................5-5
圖5.7 背景影像更新示意圖……………………………………………….5-6
圖5.8 3×3遮罩示意圖……………………………………..………………5-7
圖5.9 中間值濾波後影像………………………………………………….5-7
圖5.10 亮塊門檻值後影像…………………………………...……………..5-8
圖5.11 亮塊關係建立流程圖.………………………………………………5-10
圖5.12 掃瞄重心示意圖…………………………………………………….5-10
圖5.13 blob交集示意圖…………………………………………………….5-10
圖5.14 亮塊關聯示意圖…………………………………………………….5-11
圖5.15 亮塊交集情況示意圖……………………………………………….5-12
圖5.16 區塊關聯建立流程圖……………………………………………….5-14
圖5.17 區塊劃分示意圖…………………………………………………….5-15
圖5.18 向量示意圖………………………………………………………….5-16
圖5.19 區塊位置示意圖…………………………………………………….5-16
圖5.20 區塊重心示意圖…………………………………………………….5-16
圖5.21 區塊串連示意圖(分割).................................................................5-17
圖5.22 區塊串連示意圖(合併).................................................................5-17
圖5.23 區塊切割程序……………………………………………………….5-18
圖5.24 區塊串連流程圖………………….…………………………………5-19
圖5.25 區塊軌跡示意圖…………………………………………………….5-20
圖5.26 向量長度分類示意圖……………………………………………….5-21
圖5.27 流量計算流程圖…………………………………………………….5-23
圖5.28 近似時點觀測法之時空圖………………………………………….5-24
圖6.1 拍攝地點示意圖………………………………………….………....6-1
圖6.2 攝影機位置示意圖………………………………….……………....6-1
圖6.3 系統操作介面示意圖.........................................................................6-3
圖6.4 載入背景影像………………………………………….……………6-4
圖6.5 載入處理影像………………………………………….……………6-5
圖6.6 程式處理畫面(1)…………………………………….…………..6-5
圖6.7 程式處理畫面(2)…………………………………….…………..6-6
圖6.8 程式處理畫面(3)…………………………………….…………..6-6
圖6.9 程式處理畫面(4)……………………………….………………..6-7


表目錄
表2.1 國內相關文獻彙整表……..…………………………………………2-26
表3.1 車輛長寬高約估…………..…………………………………………3-1
表4.1 攝影機架設位置比較表…..…………………………………………4-10
表4.2 攝影機架設高度、角度比較表…………………………..…………4-11
表5.1 車種判定準則………………………………………………………..5-22
表6.1 SONY TRV-320 數位攝影機規格表………………......……………6-2
表6.2 中和市連城路量測數據……………………..……………………....6-8
表6.3 車輛種類驗證結果表-中和市連城路(一)…………………......6-9
表6.4 車輛種類驗證結果表-中和市連城路(二)…………………......6-9
表6.5 無遮蔽情況下誤判原因-中和市連城路…...…...……....................6-10
表6.6 無遮蔽情況下誤判原因-中和市連城路….......…….......................6-10
表6.7 土城路金城路二段量測數據…...……………...................................6-10
表6.8 車輛種類驗證結果表-土城路金城路二段(一)..........................6-11
表6.9 車輛種類驗證結果表-土城路金城路二段(二)……...………...6-11
表6.10 誤判原因-土城路金城路二段………………………...…………...6-12
表6.11 無遮蔽情況下誤判原因-土城路金城路二段………………...…...6-12
表6.12 車輛速度驗證結果統計表…………………………………………..6-13
表6.13 車輛速度誤差率驗證結果統計表……………………….………….6-14
表7.1 遮蔽比例統計表……………………….…………....……………….7-1



參考文獻 參考文獻
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