Camera giao thông đinh hoàng đăng

Camera giao thông Camera giao thông Camera giao thông Camera giao thông Camera giao thông Camera giao thông Camera giao thông Camera giao thông Camera giao thông Camera giao thông Camera giao thông Camera giao thông Camera giao thông Camera giao thông Camera giao thông Camera giao thông Camera giao thông Camera giao thông Camera giao thông Camera giao thông Camera giao thông Camera giao thông Camera giao thông Camera giao thông Camera giao thông

Sau 4 n m theo h c t i tr ng, đây là kho ng th i gian quan tr ng đ chúng

em hoàn thi n ki n th c c ng nh ti p xúc d n v i th c t bên ngoài, sau 4 tháng

th c hi n đ tài Camera Giao Thông đã giúp chúng em r t nhi u đ chúng em có thêm kinh nghi m th c t Trong quá trình th c hi n đ tài này chúng em g p r t nhi u khó kh n, b ng N u không có s giúp đ c a b n bè và th y cô thì chúng

em khó có th hoàn thành đ tài này

Tr c tiên chúng em mu n g i l i c m n đ n th y Lê Xuân Tr ng ng i

tr c ti p h ng d n chúng em th c hi n đ tài này Nh ng h ng d n và ý ki n đóng góp c a th y là vô cùng h u ích giúp chúng em hi u r đ tài c ng nh hoàn thi n các khuy t đi m

Chúng em c m n các b n trong tr ng H M TPHCM đã đóng góp nh ng ý

ki n và cung c p nh ng tr i nghi m th c t đ chúng em hoàn thi n đ tài

Và cu i cùng chúng em xin c m n khoa CNTT đã t o đi u ki n cho chúng em

th c hi n đ tài này

M C L C

M C L C i

DANH M C CÁC THU T NG TI NG ANH VÀ CH VI T T T v

DANH M C CÁC HÌNH vi

DANH M C CÁC B NG x

TÓM T T 1

Ch ng 1 T NG QUAN 2

1.1 Gi i thi u 2

1.2 M c đích nghiên c u và ph ng pháp nghiên c u 2

1.2.1 M c đích – tính c p thi t c a đ tài 2

1.2.2 Ph ng pháp nghiên c u 3

1.2.3 K t qu 3

1.3 óng góp khoa h c c a đ tài 4

1.4 B c c báo cáo 4

Ch ng 2 C S LÝ THUY T 6

2.1 Mô hình Client - Server và b giao th c TCP/IP 6

2.1.1 Mô hình Client - Server 6

2.1.2 Giao th c TCP/IP 6

2.1.2.1 Giao th c TCP 7

2.1.2.2 Giao th c IP 7

2.2 X lý hình nh 7

2.2.1 Mô hình ho t đ ng 8

2.2.2 Cách th c x lý 8

2.2.2.1 Phân tích nh 8

2.2.2.2 Phát hi n chuy n đ ng 8

2.2.2.3 X lý chuy n đ ng 9

2.2.3 Chi ti t cách th c x lý 10

2.2.3.1 Phát hi n chuy n đ ng 10

2.2.3.1.1 nh đa m c xám: 10

2.2.3.1.2 C p nh t nh n n: 11

2.2.3.1.3 Phân ng ng: 15

2.2.3.1.4 B l c Erosion: 17

2.2.3.1.5 B l c Dilation: 19

2.2.3.1.6 Vùng chuy n đ ng 22

2.2.3.1.7 M c đ chuy n đ ng 24

2.2.3.2 X lý chuy n đ ng 25

2.2.3.2.1 Tính liên k t đi m nh (Pixel connectivity) 25

2.2.3.2.2 ánh d u các thành ph n k t n i 27

2.2.3.2.3 Theo v t đ i t ng đang di chuy n 28

Ch ng 3 HI N TH C H TH NG 30

3.1 S l c h th ng 30

3.1.1 Mô hình ho t đ ng 30

3.1.2 S l c các ch c n ng 31

3.2 Xây d ng ch ng trình x lý hình nh (Camera Client) 32

3.2.1 Mô hình ho t đ ng 32

3.2.2 Cách th c x lý 33

3.2.3 L p đ t Camera 41

3.3 Xây d ng ch ng trình x lý trung tâm (Server) 42

3.3.1 Mô hình ho t đ ng 42

3.3.2 Cách th c x lý 43

3.3.3 Cách th c g i nh n 44

3.4 Xây d ng ch ng trình b n đ ( Map Client) 44

3.4.1 Mô hình ho t đ ng 44

3.4.2 Cách th c x lý 45

3.4.3 Thu t toán v đ ng 46

3.4.3.1 Thu t toán 8 h ng phân ly 46

3.4.3.2 Thu t toán c p nh t vùng gi i h n và v theo 2 h ng 47

3.5 Xây d ng ch ng trình b n đ trên di đ ng (J2ME Map Client) 48

3.5.1 Mô hình ho t đ ng 48

3.5.2 Cách th c x lý 48

3.6 Xây d ng ch ng trình dành cho ng i qu n tr (Manager Client) 49

3.6.1 Mô hình ho t đ ng 49

3.6.2 Cách th c x lý 49

3.7 C s d li u 51

3.7.1 Mô hình truy n thông 51

3.7.1.1 Danh sách các tác nhân 52

3.7.1.2 Danh sách dòng thông tin 52

3.7.2 Mô hình ý ni m d li u 54

3.7.2.1 Danh sách th c th 55

3.7.2.2 Danh sách các k t h p 55

3.7.2.3 Các liên k t c a k t h p 55

3.7.2.4 Danh sách các thông tin 56

3.7.3 Mô hình v t lý d li u 58

3.7.3.1 Danh sách b ng 59

3.7.3.1.1 B ng Camera 59

3.7.3.1.2 B ng Camera Ke 60

3.7.3.1.3 B ng Duong 60

3.7.3.1.4 B ng Tinh Trang 60

3.7.3.1.5 B ng Vi Tri 61

3.7.3.1.6 B ng ViTri_Duong 61

3.7.3.1.7 B ng ViTri_TinhTrang 61

3.7.3.2 Danh sách tham chi u 62

Ch ng 4 K T QU T C 63

4.1 Ho t đ ng c a h th ng 63

4.2 K t qu th c nghi m 67

Ch ng 5 K T LU N 68

5.1 K t qu đ t đ c 68

5.2 Ki n ngh 68

TÀI LI U THAM KH O 69

DANH M C CÁC THU T NG TI NG ANH VÀ CH VI T T T

Framework M t th vi n l p trình

Computer Vision Th giác máy tính

Artificial Intelligence Trí tu nhân t o

Camera Thi t b đi n t thu hình nh

DANH M C CÁC HÌNH

Hình 2.1 Mô hình TCP/IP 6

Hình 2.2 Mô hình ho t đ ng camera Client 8

Hình 2.3 nh l y t camera 11

Hình 2.4 nh sau khi chuy n thành đa m c xám 11

Hình 2.5 nh đ u tiên trong dãy nh l y làm nh n n 13

Hình 2.6 nh n n sau khi chuy n thành đa m c xám 13

Hình 2.7 nh hi n t i trong dãy nh 14

Hình 2.8 nh n n đã c p nh t l i theo nh hi n t i 14

Hình 2.9 Phân ng ng 15

Hình 2.10 Bi u đ phân ng ng 15

Hình 2.11 nh chuy n thành đa m c xám 16

Hình 2.12 nh sau khi chuy n thành nh nh phân 17

Hình 2.13 Ph n t c u trúc d ng hình vuông 3x3 17

Hình 2.14 Tác đ ng c a Erosion theo c u trúc ph n t d ng hình vuông 3x3 18

Hình 2.15 : B l c erosion v i ô ch a ch m đen t ng tr ng đi m nh tr ng 18

Hình 2.16 nh sau khi chuy n thành nh nh phân 19

Hình 2.17 nh sau khi áp d ng b l c Erosion 19

Hình 2.18 Tác đ ng c a Dilation theo c u trúc ph n t d ng hình vuông 3x3 20

Hình 2.20 nh sau khi áp d ng b l c Erosion 21

Hình 2.21 nh sau khi áp d ng b l c Dilation 22

Hình 2.22 V vùng chuy n đ ng màu xanh trong nh 23

Hình 2.23 nh đ c x lý qua b l c Dilation 23

Hình 2.24 nh Zone Frame ch a vùng chuy n đ ng 24

Hình 2.25 nh k t qu r t chính xác có 3 đ i t ng đ c phát hi n 24

Hình 2.26 K t n i 4 h ng 25

Hình 2.27 K t n i 8 h ng 26

Hình 2.28 Hai thành ph n k t n i d a trên k t n i 4 h ng 27

Hình 2.29 ánh d u các thành ph n k t n i 27

Hình 2.30 nh sau khi s d ng thuât gi i đánh d u các thành ph n k t n i 28

Hình 3.1 Mô hình ho t đ ng chung 30

Hình 3.2 L u đ ho t đ ng chung 31

Hình 3.3: Mô hình ho t đ ng camera client 33

Hình 3.4: nh th 95 trong dãy nh 34

Hình 3.5: nh th 95 sau khi chuy n thành đa m c xám 34

Hình 3.6: Ch n nh đ u tiên trong dãy nh làm nh n n 35

Hình 3.7: nh hi n t i là nh th 95 trong dãy nh 35

Hình 3.8: nh n n sau khi c p nh t theo nh hi n t i th 95 36

Hình 3.9: nh th 95 trong dãy nh 36

Hình 3.10: nh th 95 trong dãy nh sau khi chuy n thành nh nh phân 37

Hình 3.11: nh nh phân sau khi áp d ng phân ng ng 37

Hình 3.12: nh sau khi áp d ng b l c Erosion 38

Hình 3.13: nh sau khi áp d ng b l c Dilation 38

Hình 3.14: nh sau khi qua b l c Erosion và Dilation 39

Hình 3.15: Vùng chuy n đ ng trên nh 39

Hình 3.16: Sau khi áp d ng vùng chuy n đ ng ta có các đ i t ng chính xác 40

Hình 3.17: Sau khi tách t ng đ i t ng áp d ng ánh u Thành Ph n K t N i 40

Hình 3.18: Thông tin theo v t c a hai đ i t ng trong phim 41

Hình 3.19: Ng ng c a m t camera l p đ t t i Xa l Hà N i trong gi cao đi m 41

Hình 3.20 Cách l p đ t Camera 42

Hình 3.21 Mô hình ho t đ ng Server 42

Hình 3.22 L u đ t ch c x lý các k t n i t i Server 43

Hình 3.23 T ch c ho t đ ng c a b n đ 44

Hình 3.24 Mô hình ho t đ ng Map Client 45

Hình 3.25 H t a đ 46

Hình 3.26 Minh h a thu t toán 8 h ng phân ly v i ma tr n 47

Hình 3.27 Minh h a thu t toán v theo 2 h ng v i ma tr n 47

Hình 3.28 Mô hình ho t đ ng J2ME Map Client 48

Hình 3.29 T ch c ho t đ ng c a ng d ng ng i qu n tr 49

Hình 3.30 Mô hình ho t đ ng c a ng d ng ng i qu n tr 50

Hình 3.31 Mô hình truy n thông 51

Hình 3.32 Mô hình ý ni m d li u 54

Hình 3.33 Mô hình v t lý d li u 58

Hình 4.1 Kh i đ ng Server 63

Hình 4.2 Ho t đ ng c a Camera Client 63

Hình 4.3 Ho t đ ng c a Windows Map Client 64

Hình 4.4 Ho t đ ng c a J2ME Map Client 64

Hình 4.5 Ho t đ ng c a Windows Map Client khi thay đ i tình tr ng 65

Hình 4.6 Ho t đ ng c a J2ME Map Client khi thay đ i tình tr ng 65

Hình 4.7 Giao di n form qu n lý k t n i c a ng d ng 66

DANH M C CÁC B NG

B ng 3.1 B ng chuy n đ i giá tr ng ng 41

B ng 3.2 B ng chuy n đ i giá tr 46

B ng 3.3 B ng tác nhân 52

B ng 3.4 B ng dòng thông tin 52

B ng 3.5 B ng th c th 55

B ng 3.6 B ng k t h p 55

B ng 3.7 B ng liên k t c a k t h p 55

B ng 3.8 B ng thông tin 56

B ng 3.9 Danh sách b ng 59

B ng 3.10 B ng camera 59

B ng 3.11 B ng camera k 60

B ng 3.12 B ng đ ng 60

B ng 3.13 B ng tình tr ng 60

B ng 3.14 B ng v trí 61

B ng 3.15 B ng v trí- đ ng 61

B ng 3.17 B ng tham chi u 62

B ng 4.1 K t qu t Video quay lúc 17:58 30/05/2011 xe thông thoáng 67

B ng 4.2 K t qu t Video quay lúc 18:30 09/04/2011 xe thông thoáng ho c ít 67

B ng 4.3 K t qu t Video quay lúc 12:05 24/12/2010 xe thông thoáng và đông 67

B ng 4.4 K t qu t Video quay lúc 16:15 09/04/2011 xe thông thoáng 67

B ng 4.5 K t qu t Video quay lúc 18:12 30/05/2011 xe thông thoáng và đông 67

B ng 4.6 K t qu t Video quay lúc 13:19 28/05/2011 xe thông thoáng 67

B ng 4.7 K t qu t Video quay lúc 17:19 17/07/2011 k t xe 67

TÓM T T

C ng nh nh ng qu c gia đang phát tri n khác, bên c nh nh ng b c phát tri n

v t b c v nhi u m t, đ t n c ta đang ph i đ i m t v i nhi u v n đ mang tính c p thi t c n ph i gi i quy t N n k t xe đ c xem là m t trong s đó Trong nhi u n m qua n n k t xe v n đang di n ra theo chi u h ng gia t ng và ngày càng nghiêm tr ng,

nh h ng không nh đ n s phát tri n kinh t và s c kh e con ng i Th c t cho

th y s l ng ph ng ti n tham gia giao thông chi m m t t l r t l n so v i c s h

t ng giao thông, đi u đó d n đ n tình tr ng “th t c chai” vào m i gi cao đi m có

th gi i quy t đ c v n đ ùn t t v i s l ng ph ng ti n l n nh th là h t s c khó

kh n, ngoài vi c phân ho ch ph m vi ho t đ ng c a các ph ng ti n, tách giao c t

đ ng m c, nâng cao h t ng giao thông chúng ta c n ph i mang l i cho ng i tham gia giao thông s ch đ ng khi l u thông

Cách gi i quy t v n đ c a đ tài này là xây d ng m t h th ng ph n m m đ c cài đ t trên nhi u thi t b , ho t đ ng đ ng b v i nhau và có nhi m v hi n th thông tin tình tr ng giao thông t c th i c a thành ph H Chí Minh H th ng ph n m m bao

g m gói ph n m m dành cho Client Camera đ thu và x lý tín hi u, gói ph n m m dành cho Server trung tâm có nhi m v t ng tác, đ ng b d li u gi a các Client và gói ph n m m t ng tác v i ng i s d ng (bao g m gói ph n m m dành cho ng i

s d ng đi n tho i di đ ng và gói ph n m m đ c l p đ t trên các b n đ l n) Gói

ph n m m dành cho Client Camera s đ c ch y trong các con chip g n bên trong hay tích h p bên ngoài Camera làm nhi m v thu và x lý hình nh t i các nút giao thông

Kh n ng x lý c a gói ph n m m này có đ c nh s k t h p c a nhi u thu t toán x

lý đ h a c p cao khác nhau mang l i kh n ng phân ng ng tr ng thái chính xác sau khi đã áp d ng nhi u thu t toán h tr ph c t p khác K t qu sau khi x lý đ c g i

là ng ng tr ng thái Có 3 ng ng tr ng thái là thông thoáng, xe đông và k t xe M i

m t kho ng th i gian tu n hoàn qui đ nh tr c, cùng v i ID c a Camera ng ng tr ng thái này đ c g i lên Server t i m t trung tâm đi u hành nào đó

Server là m t máy ch đ c cài đ t gói ph n m m Server ch y th ng tr c trên

m t máy tính có nhi m v làm c u n i trung gian truy n t i d li u gi a các Client Có

2 lo i Client ho t đ ng đ c l p nhau nh ng cùng m t ch c n ng bao g m ph n m m

ch y trên đi n tho i di đ ng có h tr Java và m t ph n m m đ c tích h p trong các con chip g n trên các b n đ trung tâm, có nhi m v hi n th thông tin tình tr ng giao thông t i v trí l p đ t Camera Ng i tham gia giao thông có th nh n bi t tình tr ng giao thông t i các v trí l p đ t Camera thông qua các b n đ l n đ c l p đ t nhi u

n i trong thành ph ho c thông qua các b n đ đ c cài đ t trên đi n tho i di đ ng T

đó giúp ng i tham gia giao thông có th ch n cho mình con đ ng đi h p lý nh t,

t o nên s đ ng đ u v m t đ t i các con đ ng và gi m thi u tình tr ng ùn t t giao thông

Ch ng 1 T NG QUAN

1.1 Gi i thi u

Là m t qu c gia đang trên đà phát tri n, trong nh ng n m qua đ t n c ta đã có

nh ng b c phát tri n v t b c v kinh t Song, bên c nh đó chúng ta đang ph i đ i

m t v i nhi u v n đ mang tính c p thi t nh ô nhi m môi tr ng, ti ng n hay tài nguyên thiên nhiên đang d n c n ki t Cùng v i s bùng n c a các ph ng ti n c

gi i đ ng b và t c đ đô th hóa cao, k t c u h t ng giao thông b t c p, tình hình

k t xe t i các thành ph l n n c ta đã và đang tr thành m t trong nh ng v n đ l n

c n ph i gi i quy t u n m 2010 theo th ng kê c a S GTVT t ng ph ng ti n giao thông c a thành ph h n 4,4 tri u chi c, m i ngày thành ph có thêm 1.129 xe g n máy và 117 xe ô tô đ ng ký m i và t ng thi t h i t n n k t xe gây ra là 14.000 t

đ ng (theo th ng kê c a các chuyên gia giao thông trong 2 n m 2008-2009 [15])

D dàng nh n th y, h u h t nh ng đi m k t xe th ng là nh ng ngã ba, ngã t ,

nh ng đo n đ ng tr ng đi m c a thành ph , n i t p trung nhi u h kinh doanh,

tr ng h c hay trung tâm mua s m… ki m soát tình hình k t xe, trong vài n m tr

l i đây Thành ph H Chí Minh c ng nh nh ng thành ph l n khác trong c n c đã

có nhi u d án l p đ t Camera theo dõi tình hình hình giao thông trên đ a bàn N m

2007 Thành Ph H Chí Minh l p k ho ch l p đ t 30 Camera thu c ti u d án “T ng

c ng n ng l c qu n lý giao thông đô th Thành Ph ” [17] đ n nay g n nh đã hoàn

t t nh ng v n đ k t xe v n ch a th t s đ c c i thi n đáng k Qua quá trình phân tích, hi u qu các d án đó ch d ng l i m c theo dõi các ph ng ti n vi ph m giao thông, ho c theo dõi tình hình giao thông t i các khu v c tr ng đi m đ các c nh sát giao thông ch đ ng trong công tác đi u khi n phân lu ng giao thông, nó không th t

s đem l i cho ng i tham gia giao thông s ch đ ng khi tham gia giao thông

V i quy t tâm c i thi n đáng k tình hình giao thông hi n t i c a thành ph b ng cách mang l i s ch đ ng cho ng i tham gia giao thông, nhóm nghiên c u chúng tôi

đã th c hi n d án này Hy v ng s t o ra m t h th ng giám sát, theo dõi tình hình giao thông, đ ng th i c nh báo tình tr ng giao thông t i các đi m tr ng y u c a thành

ph giúp cho ng i tham gia giao thông có s l a ch n h p lý nh t, phân tán m t đ

ph ng ti n giao thông, giúp c i thi n tình hình giao thông hi n t i, qua đó mang l i

s hi u qu trong kinh t và thay đ i di n m o c a thành ph

1.2 M c đích nghiên c u và ph ng pháp nghiên c u

1.2.1 M c đích – tính c p thi t c a đ tài

Nh đã trình bày trên, m c đích h ng t i c a đ tài là t o nên s ch

đ ng cho ng i tham gia giao thông b ng cách thi t l p m t h th ng theo dõi

và hi n th thông tin tình tr ng giao thông t c th i c a Tp H Chí Minh Giúp cho ng i tham gia giao thông có đ c thông tin tình tr ng v con đ ng mà h

s p đi qua đi u đó giúp cho h có th l a ch n cho mình con đ ng thông thoáng h n, gi m thi u s chênh l ch v m t đ ph ng ti n giao thông t i các con đ ng T i Tp H Chí Minh v n ch a có m t h th ng nào có kh n ng làm đ c đi u đó Vì th , vi c xây d ng m t h th ng có kh n ng t đ ng

nh n bi t và thông báo tình tr ng giao thông đ n ng i tham gia giao thông là

h t s c c n thi t trong th i đi m hi n nay

1.2.2 Ph ng pháp nghiên c u

Kh o sát hi n tr ng, phân tích nguyên nhân

Xây d ng h th ng Client – Server đ truy n t i d li u gi a các thi t b v i nhau, m i thi t b ho t đ ng d a trên gói ph n m m đã đ c l p trình tr c:

• Gói ph n m m cài bên trong chip tích h p v i Camera làm nhi m v phân tích hình nh thu đ c t Camera và g i k t qu phân tích lên Server Gói

ph n m m dung các thu t gi i sau đ phân tích:

̇ Phân tích đi m nh

̇ Ph ng pháp l c đi m nh b ng b l c Erosion và Dilation

̇ Ph ng pháp trích xu t nh n n t s thay đ i liên t c c a đi m nh

̇ Theo v t kh i đi m nh chuy n đ ng theo ph ng pháp đánh d u và

Java-• Gói ph n m m ho t đ ng trên máy tính, thi t b đ c l p đ t trên các b ng

l n cho ng i tham gia giao thông theo dõi tình tr ng giao thông Gói ph n

m m đ c l p trình trên ngôn ng C#

Ph ng pháp truy n d li u qua m ng d a trên giao th c TCP/IP

1.2.3 K t qu

• Xây d ng gói ph n m m cung c p thông tin tình tr ng giao thông t c th i

c a Tp H Chí Minh cho ng i tham gia giao thông

• Gi m tình tr ng k t xe

• Ti t ki m th i gian và chi phí cho ng i tham gia giao thông

• Gi m thi u ô nhi m môi tr ng do k t xe gây ra

• Ti t ki m ngu n n ng l ng đang d n c n ki t là các m d u, góp ph n thúc đ y phát tri n n n kinh t đ t n c

1.3 óng góp khoa h c c a đ tài

ứ C i ti n thu t toán 8 h ng áp d ng trong ph ng pháp v đ ng

ứ C i ti n thu t toán theo v t đ i t ng trên th vi n Aforce có th áp d ng cho các bài toán c n theo dõi và tính v n t c đ i t ng

ứ Xây d ng h th ng ph n m m có kh n ng hi n th tình tr ng giao thông t i Tp

H Chí Minh, bao g m:

• H th ng camera t đ ng có kh n ng nh n bi t các v t đang chuy n đ ng

• Gói ph n m m Server ch y d i d ng service có kh n ng truy n t i d li u

ứ Mô t chi ti t thu t toán v đ ng trên b n đ

ứ Mô t ho t đ ng c a h th ng bao g m Camera Client, J2ME Map Client và Windows Map Client, quá trình g i nh n d li u và th hi n k t qu trên

ch ng trình

• Ch ng 3: Hi n th c h th ng

ứ Trình bày cách th c hi n th c h th ng

ứ Quá trình v n hành c a h th ng qua các b c

Ch ng 2 C S LÝ THUY T

2.1 Mô hình Client - Server và b giao th c TCP/IP

Mô hình Client-Server là m t mô hình n i ti ng trong m ng máy tính, đ c áp

d ng r t r ng rãi và là mô hình c a m i trang web hi n có Ý t ng c a mô hình này

là máy con (đóng vài trò là máy khách) g i m t yêu c u (request) đ máy ch (đóng vai trò ng i cung ng d ch v ) x lý và tr k t qu v cho máy khách

2.1.1 Mô hình Client - Server

Thông th ng ch ng trình Server và Client đ c thi hành trên hai máy khác nhau Cho dù lúc nào Server c ng tr ng thái s n sàng ch nh n yêu c u

t Client nh ng trên th c t m t ti n trình liên tác qua l i (interaction) gi a Client và Server l i b t đ u phía Client, khi mà Client g i tín hi u yêu c u t i Server Các ch ng trình Server th ng đ u thi hành m c ng d ng (t ng

ng d ng c a m ng) S thu n l i c a ph ng pháp này là nó có th làm vi c trên b t c m t m ng máy tính nào có h tr giao th c truy n thông chu n c

th đây là giao th c TCP/IP

2.1.2 Giao th c TCP/IP

B giao th c TCP/IP (b giao th c liên m ng) là m t b các giao th c truy n thông cài đ t ch ng giao th c mà Internet và h u h t các m ng máy tính

th ng m i đang ch y trên đó B giao th c này là m t h giao th c cùng làm

vi c v i nhau đ cung c p ph ng ti n truy n thông liên m ng Bao g m b n

t ng: Application, Transport , Internet và Link

Hình 2.1 Mô hình TCP/IP

• T ng ng d ng (Application): bao g m các giao th c cho các d ch v

m ng cung c p nhi u ch c n ng cho các ng d ng khác nhau nh FTP, SMTP…

• T ng v n chuy n (Transport): c ch b o đ m d li u đ c v n chuy n

m t cách tin c y, hoàn toàn không ph thu c vào đ c tính c a ng d ng s

d ng d li u

• T ng m ng (Internet): có ch c n ng chuy n giao d li u gi a các m ng

v i nhau Giao th c IP đ c s d ng l p này

• T ng liên k t (Link): th c hi n các k t n i v t lý, là t ng quy t đ nh đ c tính tín hi u , ch đ truy n và t c đ truy n …

Trong b n t ng trên ta qua tâm đ n hai t ng quan tr ng là Transport và Internet v i hao giao th c t ng ng là TCP và IP

2.1.2.1 Giao th c TCP

TCP (Transmission Control Protocol) là giao th c thu c t ng v n chuy n trong mô hình TCP/IP, là m t giao th c "có liên k t" (connection - oriented), ngh a là c n ph i thi t l p liên k t gi a hai th c th TCP tr c khi chúng trao đ i d li u v i nhau M t ti n trình ng d ng trong m t máy tính truy nh p vào các d ch v c a giao th c TCP thông qua m t c ng (port) c a TCP S hi u c ng TCP đ c th hi n b i 2 bytes

2.1.2.2 Giao th c IP

M c đích chính c a IP là cung c p kh n ng k t n i các m ng con thành liên m ng đ truy n d li u.Vai trò c a IP là xác đ nh con đ ng t máy g i đ n máy nh n, qu n lý các v n đ l u thông trên m ng IP là giao

th c không liên k t (connectionless) có ngh a là không c n giai đo n thi t

l p liên k t tr c khi truy n d li u

Nh ng có l khía c nh ph c t p nh t c a IP là vi c đánh đ a ch

và đ nh tuy n ánh đ a ch là công vi c c p đ a ch IP cho các máy đ u

cu i, cùng v i vi c phân chia và l p nhóm các m ng con c a các đ a ch

IP Vi c đ nh tuy n IP đ c th c hi n b i t t c các máy ch , nh ng đóng vai trò quan tr ng nh t là các thi t b đ nh tuy n liên m ng

2.2 X lý hình nh

Quá trình x lý hình nh ban đ u đóng vai trò quan tr ng trong h th ng, đ có

đ c k t qu nh mong mu n chúng ta ph i qua nhi u giai đo n x lý

2.2.1 Mô hình ho t đ ng

Quá trình x lý đ c mô hình hóa nh sau:

Hình 2.2 Mô hình ho t đ ng camera Client 2.2.2 Cách th c x lý

Nh ng thông tin thu đ c t camera là m t dãy các frame ( nh) liên ti p nhau cho nên ta c n x lý t ng nh trong dãy nh Sau đây là các b c chính trong vi c x lý camera

2.2.2.1 Phân tích nh

Vi c phân tích nh là công đo n tách t ng t m nh trong dãy nh mà camera thu đ c Tr c tiên đi u đó ph thu c vào ch t l ng c ng nh

v trí l p đ t c a camera Sau đó ta s d ng b th vi n l p trình DirectShow đ có th tách t ng t m nh trong dãy nh mà camera thu

đ c

2.2.2.2 Phát hi n chuy n đ ng

Công đo n phát hi n chuy n đ ng là công đo n r t quan tr ng trong

vi c theo dõi và phân tích lu ng giao thông Phát hi n chuy n đ ng giúp ta tách các đ i t ng (c th là các ph ng ti n giao thông) ra kh i các vùng

khác trong b c nh K t qu c a phát hi n chuy n đ ng là c s là ti n đ giúp ta có th x lý c ng nh theo dõi các đ i t ng th c hi n công

đo n này ta d a vào qui trình và các thu t toán x lý tu n t sau đây:

• t ng t c công đo n phát hi n chuy n đ ng thì t t c các nh l y t camera ph i đ c chuy n sang d ng nh đa m c xám (Grayscale) tr c tiên

• Cách ti p c n thông th ng nh t c a phát hi n chuy n đ ng là ta d a vào nh n n là nh mà không có b t kì đ i t ng nào di chuy n Sau đó

ta so sánh gi a nh hi n t i v i nh n n đó đ phát hi n ra vùng nào trong nh là vùng chuy n đ ng [14]

• Xác đ nh đ c vùng nào trên nh là vùng chuy n đ ng và vùng nào

là vùng t nh ta s d ng ph ng pháp d a vào giá tr ng ng do ta qui

• Xác đ nh m c đ chuy n đ ng hay ph n tr m chuy n đ ng giúp ta có

th d a vào đó mà quy t đ nh có nên x lý và theo dõi các đ i t ng Thu t toán này d a trên s l ng đi m nh thay đ i trong hình

2.2.2.3 X lý chuy n đ ng

X lý chuy n đ ng là công đo n cu i cùng trong vi c theo dõi và phân tích lu ng giao thông ây là công đo n giúp ta theo dõi chính xác t ng

đ i t ng cùng v i các thông tin c n thi t nh quãng đ ng, th i gian và

v n t c Sau đây là các thu t toán trong công đo n x lý chuy n đ ng:

đ i t ng đang chuy n đ ng và s l ng c a các đ i t ng t i th i đi m

đó

• Theo v t t ng đ i t ng chuy n đ ng nh m tính toán đ c quãng

đ ng, th i gian, v n t c c a t ng đ i t ng Qua đó tính toán v n t c trung bình c a các đ i t ng trong m t kho ng th i gian nh t đ nh và tìm đ c tình tr ng k t xe d a trên v n t c trong kho ng nào đó và cu i cùng g i thông tin lên Server

2.2.3 Chi ti t cách th c x lý

2.2.3.1 Phát hi n chuy n đ ng

Cách ti p c n thông th ng nh t c a phát hi n chuy n đ ng là ta d a vào nh n n là nh mà không có b t kì đ i t ng nào di chuy n Sau đó so sánh gi a nh hi n t i v i nh n n đó đ phát hi n ra vùng nào trong nh

là vùng chuy n đ ng[14]

2.2.3.1.1 nh đa m c xám:

- M t nh đa m c xám đ n gi n là nh mà ch a nh ng s c thái màu c a màu xám T ng t c cho quá trình x lý ta chuy n t t

c nh sang d ng nh đa m c xám vì khi so sánh nó v i các lo i

nh màu khác thì nó ch a ít thông tin h n đ cung c p cho m i

đi m nh[10]

- M t nh màu bình th ng 24-bit ch a m t giá tr 8-bit cho

m i màu trong ba màu chính là đ , xanh lá cây và xanh da tr i

Nh ng s d ng nh màu nh v y thì th i gian x lý s r t lâu và không c n thi t Do đó nh c a chúng ta l y t camera s đ c chuy n đ i thành nh đa m c xám Nó là nh ch ch a 8-bit mà

có 256 s c thái màu c a màu xám đi t đen đ n tr ng Vi c s

d ng nh đa m c xám là nh ng cách thông th ng hi n nay t rong vi c x lý nh

- Có r t nhi u ph ng pháp trong vi c chuy n sang nh đa

m c xám Trong đó ph ng pháp đ sáng (luminosity) th ng

đ c dùng Ph ng pháp này tính các tr ng s khác nhau c a m i thành ph n màu trong h màu RGB Thêm vào đó m t chúng ta

nh y c m v i màu xanh lá cây so v i các màu khác Vì th tr ng

s màu xanh lá cây s cao nh t Chúng ta s d ng thu t gi i BT709 theo công th c sau:

0.2125 R + 0.7154G + 0.0721B (2.1)

( Trong đó R là màu đ , G là màu xanh lá cây và B là màu xanh

da tr i )

kì đ i t ng nào di chuy n thì gi i pháp là ta s l y nh đ u tiên trong dãy nh

c a Video Nh ng n u nh n n đó có đ i t ng di chuy n và sau đó nó bi n

m t thì vi c so sánh phát hi n đ i t ng không chính xác n a Do đó chúng ta

ph i c p nh t l i nh n n[14]

- T i th i đi m b t đ u chúng ta s l y nh đ u tiên làm nh n n Sau đó c sau m t th i đi m (ví d là hai hình) chúng ta s c p nh t l i nh n n này m t

l n theo h ng gi m d n s khác nhau so v i nh hi n t i b ng cách thay đ i màu đi m nh c a nh n n theo m t m c trên m t nh

• Sau đây là thu t toán c p nh t nh n n

- Thu t toán này nh n đ u vào là nh n n và nh hi n t i nh ng đã đ c chuy n thành nh đa m c xám Sau đó duy t t ng đi m nh trong hai t m

nh N u s đi m nh khác nhau gi a nh hi n t i so v i nh n n mà d ng thì t ng đi m nh c a nh n n lên 1 đ n v còn ng c l i gi m 1 đ n v

- Trong đó framePerBackgroundUpdate là s nh dùng trong vi c c p nh p

do diff = *curFrame - *backFrame

if diff > 0 then (*backFrame)++;

if diff < 0 then (*backFrame) ;

Hình 2.5 nh đ u tiên trong dãy nh l y làm nh n n

Hình 2.6 nh n n sau khi chuy n thành đa m c xám

Hình 2.7 nh hi n t i trong dãy nh

Hình 2.8 nh n n đã c p nh t l i theo nh hi n t i

2.2.3.1.3 Phân ng ng:

- tách riêng r các vùng trên nh t ng đ ng các đ i t ng ra kh i

vùng đ c xem nh n n c a nh ta dùng ph ng pháp phân ng ng

(thresholding) Ph ng pháp này d a vào giá tr ng ng do ta qui đ nh đ

phân ra vùng nào là n n (background) và vùng nào là ti n

c nh(foreground)

Hình 2.9 Phân ng ng

- D li u đ u vào là nh đa m c xám và d li u đ u ra là m t nh nh

phân nh nh phân là nh ch có 2 màu là đen và tr ng i m nh màu

đen th ng có giá tr là 0 còn nh ng giá tr màu tr ng là 1 ho c 255

Nh ng đi m nh màu đen t ng tr ng cho n n còn nh ng đi m nh màu

tr ng t ng tr ng cho ti n c nh[11]

- phát hi n ra các vùng nào là vùng chuy n đ ng và vùng nào là vùng

t nh (hay n n) ta k t h p ph ng pháp giá tr ng ng này v i vi c so sánh

đi m nh gi a nh hi n t i và nh n n nh đã nói ph n trên

(2.2) (v i T1 = -T2 và 0 < T2 <= 255)

- Trong đó hàm f(a) ánh x giá tr đi m nh a thành m t trong hai giá tr

là 0 ho c 255 d a vào vi c so sánh v i hai giá tr ng ng trên và ng ng

d i

Hình 2.10 Bi u đ phân ng ng

- Thu t toán c a x lý này là duy t qua t t c các đi m nh, th c hi n phép tr đi m nh c a nh hi n t i so v i đi m nh c a nh n n ta s có

m t giá tr g i là diff Sau đó so sánh giá tr này v i giá tr ng ng mà ta qui đ nh đây ta s d ng 2 giá tr ng ng là T1 và T2 T1 qui đ nh là -15

và T2 qui đ nh là 15 Sau đó ta so sánh diff v i T1 và T2 N u diff n m trong kho ng (T1,T2) thì đi m nh c a nh k t qu s là màu đen (n n) còn ng c l i s là màu tr ng (đ ng)

else

then *curFrame = 0;

Hình 2.12 nh sau khi chuy n thành nh nh phân 2.2.3.1.4 B l c Erosion:

- K t qu c a phân ng ng là nh nh phân nh ng có các đi m nh tr ng xem nh là đi m nh chuy n đ ng d th a n m đ c l p ho c r i rác Cho nên vi c áp d ng b l c Erosion giúp ta lo i b các đi m nh tr ng d th a

Nh v y vi c phát hi n chuy n đ ng đ i t ng chính xác h n

- Erosion nh n d li u nh p vào là nh c n l c và ph n t c u trúc (structuring element) D a vào ph n t c u trúc này mà Erosion s tác đ ng chính xác lên nh nh phân[7]

- Ta s d ng b l c Erosion v i ph n t c u trúc d ng hình vuông kích

th c 3x3 Trong ví d mô hình thì nh ng đi m nh ti n c nh ( màu tr ng)

đ c bi u di n là giá tr 1 ng c l i nh ng đi m nh n n (màu đen) đ c

bi u di n giá tr 0 Ta có công th c:

H(i , j) ∈ {0,1} (2.3)

Hình 2.13 Ph n t c u trúc d ng hình vuông 3x3

- Ta xem xét tu n t m i đi m nh màu tr ng c a nh nh phân nh p vào

i v i m i đi m nh màu tr ng đó (ta g i là đi m nh đ u vào) ta đ t ph n

c 3x3 lên trên nh nh phân và đ t sao cho

trung tâm c a ph n t c u trúc ngay t i đi m nh đ u vào đó N u các đi m

nh trong nh nh phân (xung quanh đi m nh đ u vào) t ng ng v i các

đi m nh trong c u trúc ph n t đ u là đi m nh tr ng thì đi m nh đ u vào

đó s đ c b qua Nh ng n u có b t kì đi m nh nào trong nh nh phân là màu đen thì đi m nh đ u vào s b thi t l p thành màu đen[7]

Hình 2.14 Tác đ ng c a Erosion theo c u trúc ph n t d ng hình

vuông 3x3

(2.4)

- Trong đó I { H là nh k t qu c a b l c Erosion, p là đi m nh màu

tr ng I là nh g c ban đ u còn H là c u trúc ph n t , K t qu Erosion là khi

Hp là t p h p con c a I [12] Chúng ta xem ví d sau

Hình 2.15 : Ví d b l c erosion v i ô ch a ch m đen t ng tr ng đi m

nh tr ng

Hình 2.16 nh sau khi chuy n thành nh nh phân

Hình 2.17 nh sau khi áp d ng b l c Erosion

Hình 2.18 Tác đ ng c a Dilation theo c u trúc ph n t d ng hình

vuông 3x3

- Ta xem xét tu n t m i đi m nh màu đen c a nh nh phân nh p vào

i v i m i đi m nh màu đen đó (ta g i là đi m nh đ u vào) ta đ t ph n

t c u trúc hình vuông kích th c 3x3 lên trên nh nh phân và đ t sao cho trung tâm c a ph n t c u trúc ngay t i đi m ành đ u vào đó N u có ít nh t

m t trong s các đi m nh trong nh nh phân (xung quanh đi m nh đ u vào) t ng ng v i các đi m nh trong c u trúc ph n t là đi m nh tr ng thì đi m nh đ u vào đó s đ c thi t l p là màu tr ng Nh ng n u t t c các

đi m nh trong nh nh phân t ng ng đ u là màu đen thì đi m nh đ u vào s b b qua[8]

Hình 2.19: Ví d b l c Dilation v i nh ban đ u có m t đi m nh tr ng

Hình 2.20 nh sau khi áp d ng b l c Erosion

Hình 2.21 nh sau khi áp d ng b l c Dilation 2.2.3.1.6 Vùng chuy n đ ng

- Do kho ng cách c a camera đ i v i các đ i t ng trong hình c ng nh

do góc camera so v i m t đ ng d n đ n vi c phát hi n chuy n đ ng c a ta không chính xác Ngoài ra ta không mu n phát hi n chuy n đ ng toàn b các vùng c a hình ( nh cây, lá, các v t khác ….) mà ta ch mu n đ i t ng

c n đ c phát hi n là các ph ng ti n giao thông trên đ ng nên ch c n

đ nh ngh a m t hay nhi u vùng chuy n đ ng ngay trên đo n đ ng trong

nh

- Vi c tính kho ng cách camera hay góc c a camera so v i m t đ ng đ

có th phát hi n chính xác đ i t ng r t ph c t p đòi h i áp d ng r t nhi u công th c toán h c và v t lý đ n gi n h n ta c n v ra các vùng chuy n

đ ng ngay trong nh theo t l t ng đ i không quá g n c ng không quá xa

Nh v y mà vi c phát hi n đ i t ng có th chính xác h n

- Nh ta th y m t nh sau khi đ c x lý qua các b c trên s tìm đ c các vùng nào là vùng chuy n đ ng ( là nh ng vùng có đi m nh liên ti p nhau màu tr ng) nh ng có b t l i l n là có nh ng vùng chuy n đ ng nh cây, lá … ta không c n x lý cho nên gi i pháp đ nh ngh a các vùng chuy n

đ ng s giúp ta x lý nhanh h n và t p trung vào các đ i t ng mà chúng ta

c n phát hi n

- Thu t toán c a chúng ta có d li u đ u vào là nh nh phân đã đ c x

lý qua các b c trên Gi s chúng ta ch v m t vùng chuy n đ ng lên nh

Ta t o ra m t nh có kích th c gi ng v i kích th c c a nh đ u vào ta g i

đó là Zone Frame Nh ng trong Zone Frame này ta ch thi t l p các đi m

nh t i v trí theo kích th c c a vùng mà ta đã v thành màu tr ng Sau đó

ta duy t h t đi m nh c a nh đ u vào và dùng toán t bit “&” gi a đi m

nh c a nh đ u vào và đi m nh c a nh Zone Frame Cho nên k t qu chúng ta s t o ra m t t m nh mà các đi m nh màu tr ng ch t p trung trong vùng chuy n đ ng mà ban đ u ta đã qui đ nh

Hình 2.22 V vùng chuy n đ ng màu xanh trong nh

Hình 2.23 nh đ c x lý qua b l c Dilation

Hình 2.24 nh Zone Frame ch a vùng chuy n đ ng

Hình 2.25 nh k t qu r t chính xác có 3 đ i t ng đ c phát hi n 2.2.3.1.7 M c đ chuy n đ ng

- Tính toán m c đ chuy n đ ng nh m giúp ta ki m tra xem có nên th c

hi n các thao tác x lý chuy n đ ng hay không M c đ chuy n đ ng giúp

ta bi t đ c nh đó có bao nhiêu ph n tr m chuy n đ ng N u m c đ chuy n đ ng là 0.1 có ngh a là 10% s khác nhau c a nh đó so v i nh

n n Ví d nh tr c khi x lý chuy n đ ng ta ki m tra m c đ chuy n

đ ng c a nh đó ph i t 2% tr lên thì m i x lý

- Thu t toán tính toán m c đ chuy n đ ng là ta duy t h t t t c các đi m

nh c a nh nh phân sau đó ta l y giá tr t i đi m nh đó & 1 (&-toán t bit AND) N u đi m nh nào có k t qu là 1 ch c ch n đi m nh đó là màu

tr ng sau đó ta tính t ng các k t qu đó s đ c s l ng đi m nh thay đ i

L y s l ng đi m nh thay đ i chia cho kích th c t m nh s ra đ c m c

đ chuy n đ ng

2.2.3.2 X lý chuy n đ ng

l y và đánh d u các đ i t ng chuy n đ ng ta c n ph i s d ng ph ng pháp tính liên k t đi m nh và thu t gi i đánh d u các thành ph n k t n i Thu t

gi i này giúp ta t o các kh i (blob) và thông tin chi ti t c a kh i đó (t a đ ,

tr ng tâm, ) M t kh i t ng tr ng cho m t đ i t ng đang chuy n đ ng Sau

đó chúng ta d a vào k t qu này đ theo v t m t đ i t ng

2.2.3.2.1 Tính liên k t đi m nh (Pixel connectivity)

- Tính liên k t đi m nh mô t m i quan h gi a hai hay nhi u

đi m nh

- Gi s chúng ta xem xét hai đi m nh đ c coi là k t n i nhau thì các giá tr đi m nh c a chúng ph i cùng m t b giá tr V

Nh tr ng h p này là nh nh phân nên V = {1}

- Có 2 tiêu chu n cho vi c xét k t n i các đi m nh k v i nhau

• K t n i 4 h ng c a m t đi m nh: đi m nh s là trung tâm

và xung quang nó bao g m 4 đi m nh k là trái, ph i, trên và

i v i đi m nh p v i t a đ (x,y) thì công th c tính k t n i 4 h ng nh

sau:

N4(p) = {(x+1,y), (x-1,y), (x,y+1), (x-1,y-1)} (2.7)

• K t n i 8 h ng c a m t đi m nh: đi m nh s là trung tâm và xung quang

nó bao g m 8 đi m nh k là trên bên trái, trên, trên bên ph i, trái, ph i, d i bên trái, d i và d i bên ph i

- Ví d v nh nh phân mà có 2 thành ph n k t n i theo k t n i 4 h ng

N u k t n i 8 h ng thì h p 2 thành ph n k t n i này thành m t thành ph n

k t n i [12]

Hình 2.28 Hai thành ph n k t n i d a trên k t n i 4 h ng 2.2.3.2.2 ánh d u các thành ph n k t n i (Connected components labeling)

- Thu t gi i này duy t t t c đi m nh trong nh và nhóm các đi m nh thành các thành ph n d a trên ph ng pháp tính liên k t đi m nh Và m i

thành ph n nh v y t ng đ ng m t kh i hai nói cách khác là m t đ i

t ng đang chuy n đ ng

Hình 2.29 ánh d u các thành ph n k t n i

- Thu t gi i đánh d u các thành ph n k t n i duy t t t c đi m nh t trên

xu ng và t trái qua ph i đ nh n d ng đ c các vùng đi m nh nào k t n i

v i nhau[13] Ví d nh vùng c a các đi m nh k nhau có cùng giá tr V (

- Sau khi k t thúc vi c duy t các đi m nh thì nh ng nhãn nào mà t ng

đ ng v i nhau đ c s p x p thành vùng và đánh d u các vùng theo các nhãn duy nh t

- D a theo các nhãn này s bi t đ c có bao nhiêu vùng và t ng ng có bao nhiêu đ i t ng đang chuy n đ ng Nh v y mà ta tính toán đ c t a

đ , tr ng tâm, kích th c c a t ng đ i t ng đang chuy n đ ng Nh vào

k t qu đó ta có th ch x lý chuy n đ ng đ i v i các đ i t ng có kích

th c do ta qui đ nh tr c Ta hi n th các đ i t ng đó lên nh nh sau:

Hình 2.30 nh sau khi s d ng thuât gi i đánh d u các thành ph n

k t n i 2.2.3.2.3 Theo v t đ i t ng đang di chuy n

D a vào k t qu c a thu t gi i đánh d u các thành ph n k t n i ta có th theo v t t ng đ i t ng Sau đó tính đ c quãng đ ng, th i gian và v n t c

c a t ng đ i t ng Thu t toán theo v t nh sau:

• Tính kho ng cách gi a tr ng tâm c a đ i t ng đó trong nh th N so v i

tr ng tâm c a t t c các đ i t ng trong nh th N + 1 Trong các kho ng cách

đó thì kho ng cách nào là ng n nh t thì ta xác đ nh đ c đ i t ng đó trong frame th N + 1 và c p cho nó m t ID nh n d ng i t ng nào đã phát hi n ta

s b qua và xét ti p các đ i t ng còn l i (n u có)

* 1