开题报告-基于图像处理的车型识别方法.docx

毕业设计（论文）开题报告课 题 名 称 ： 基于图像处理的车型识别方法 学 院 ： 机械工程学院 专 业 ： 机械工程及其自动化 姓 名 ： 学 号 ： 1 指 导 教 师 ： 二一六 年 二 月 五 日 目录1 课题背景21.1 研究背景21.2 研究意义22 文献调研33 课题目标44 课题内容4 4.1 课题内容介绍4 4.2 技术路线5 4.3 可行性分析6 4.4 关键技术分析65 日程安排76 参考文献8 1 课题背景1.1 研究背景智能交通系统( Intelligent TransportationSy stem , ITS)是未来交通系统的发展方向，是将先进的计算机技术、通讯技术、机器视觉等集成运用于交通管理系统而建立的一种实时 、准确、高效的综合交通运输管理系统。ITS在美国、日本和欧洲研发较早，实际应用程度也较高，我国也已于本世纪初开始大力进行ITS的研究工作。ITS的发展应用大力增加了交通管理的智能化程度，如判别路面破损程度、识别车辆类型、检测车流量等。数字图像是ITS中重要的信息载体，图像处理技术对ITS的效能有着重要的影响。汽车是交通系统中的主要对象，汽车类型的识别广泛应用于公路管理及公路收费系统中。目前，采用传统的电磁感应线圈识别车型在实际中较多，但由于其固有的对路面破坏、维护困难、获取参数单一等原因，使其发展受到了很大的限制。此外，“车牌识别”也在逐步应用，但对一些违规遮挡、涂改、改挂车牌的现象却无能为力，特别是对未来的无人值守收费系统，仅依靠车牌识别则不能完全解决这些问题。1.2 研究意义 汽车识别的复杂性与挑战性并没有影响人们对这一课题的研究热情,这与汽车识别的应用价值和重要理论的意义分不开的。从应用的角度讲,汽车识别系统的研究和开发在道路收费、车辆监测中具有很明显的实用价值。 2 文献调研 在我们的日常生活中，随着计算机技术的快速发展,传感器性能的不断提高,以及各类系统软件和应用软件的大量开发和推广,计算机己经从先前单纯的数值计算,应用到文字处理、图形图像处理、语音处理、人工智能及模式识别等各个领域。但计算机对声音、图像等外界信息的直接感知上的局限性,已越来越成为计算机进一步应用发展的障碍,也与其高超的运算能力形成鲜明的对比。因此着眼于拓宽计算机的应用领域,提高计算机感知外部信息能力的新学科模式识别便应运产生。经过几代研究人员三十多年的不断努力,这一学科正不断发展成熟。在语音识别方面,蓝色巨人BIM以及其他公司己经有多种语言版本的语音识别产品问世,连续语音识别已相当成熟,并己开始走向了实用化、商品化。而在图像处理与识别方面成果也丰富多彩,特别是在军事、医学、地质、气象等领域都取得了可喜的实用成果。汽车识别作为模式识别学科的一个分支,是模式识别领域中一个困难而又十分具有实际应用价值和广阔应用前景的研究课题。 近些年来随着国家公路建设的飞速发展,为支持国家公路建设迅速回收资金而设立了大大小小的收费站,在收费的过程中产生了这样或那样的经济问题,如收人情费、私设小金库、道路堵塞等,如何做到对收费的科学管理,堵塞工作人员的经济漏洞,并获得各种车辆流量的科学数据,为国家的道路规划提供合理的理论依据,这就成为当前一个急需解决的问题。随着我国交通基础设施建设的不断投入和飞速发展,公路里程快速增长,桥梁数目不断增多,路桥的交通流量变得越来越大。通畅的交通带来了经济的快速增长,许多地方为发展本地区经济,大力发展交通,修建了高等级公路。由于修建公路采用的是“借贷修路,滚动发展”的策略,为偿还贷款,地方政府报经省人民政府批准后,在公路、桥梁上设置收费站,对车辆收取通行费。无论采取哪种收费方式,都必须先对车辆进行分类,才能确定应当收取的通行费。当前,车辆类别的判定一般由人工来完成,其突出的优点是误判少、可靠性好,但也存在弊端。因此,对车辆进行自动分类识别,解决车辆在路上畅通行驶,实现路桥的现代化管理,并且杜绝人工收费所造成的收费款额流失成为鱼待解决的问题。电子技术和计算机技术的发展,为解决这个问题提供了可靠的技术保障。路桥自动收费系统的诞生和应用,不仅能充份体现出公路路桥口现代化管理的先进水平,同时还会缓解目前路桥收费口造成的交通拥挤堵塞现象,堵塞人工收费造成收费款额流失的漏洞,从而产生较大的社会效益和经济效益。车辆自动识别分类技术是路桥自动收费系统的重要组成部分,是一门集模式识别、工业测控技术、电子技术、系统工程技术于一体的综合技术。它对在特定地点和时间的车辆进行识别和分类,作为交通管理、收费、调度、统计的依据。国外由于公路建设起步早,对于车辆自动分类技术的研究开始的也早。国内进入九十年代才。开始这方面的研究,如交通部科学研究院、西安公路所、上海交通大学、西安交通大学、北京理工大学等,部分系统已投入正式运营。3 课题目标(1). 培养学生综合运用所学基础课、技术基础和专业课的知识，分析和解决工程技术问题的工作能力。(2). 要求学生在熟练掌握计算机技术，图像处理的前提下，了解不同类型汽车特征提取方法，以及在此基础上了解不同类型汽车自动识别方法。(3).本课题进行过程中能锻炼学生的调查研究、查阅文献和收集资料、理论分析、试验测试的能力；并重点锻炼了学生matlab程序设计的能力、图像处理与分析的能力。(4).整理各类文档，撰写毕业论文。4 课题内容4.1 课题内容介绍 掌握图像处理与识别的基本流程与方法。研究不同类型汽车的特征提取方法，并根据所提取的特征识别汽车的类型，在试验测试中，要求至少对4种不同的车型进行识别。4.11图像特征提取及车型分类汽车的相关参数较多,就外形而言，就有车长、车宽、车高、轴距、轮距、轴数等多个参数，不同的参数，其图像处理算法和分类效果有很大的区别。在现如今的实际应用当中，用线圈测量轴距的方法最多，但不能有效防止有些违法用户私自加长，加宽车箱等现象。本文选择最典型的，无法以大改小的车长、车高两大基础几何特征设计算法。4.12图像处理及算法图像处理是为了某种目的对图像的强度(灰度)分布做某些特殊的加工和分析,主要分为两大类,一是光学处理,一是数字图像处理。从数学的角度来讲,图像识别使一个从高维特征向量空间到一维空间的非线性映射,Kolmogorov定理理保证任一个连续函数或映射可由一个三层网络来实现。BP网络是一个多层前馈网络,尽管存在一些问题,如局部极小值、学习速度较慢等,但是,由于网络容易构造,对输入的数据没有什么要求,理论研究的深入,在实践中有广泛的深入应用,不少研究学者用它来进行图像识别。针对本课题深入研究的系统中特定几种汽车的汽车识别问题,综合考虑上面的因素,我们选用BP网络模型来设计分类器。4.13汽车识别的软环境鉴于本算法软件的实验性与探索性,因此本软件的全部在由VC开发的Matlab系统软件平台上设计完成。Matlba是MathWorkS公司的产品,它是一种交互式、面向对象的程序设计语言,广泛应用于工业界与学术界,主要用于矩阵运算,同时在数值分析、自动控制模拟、数字信号处理、动态分析、绘图等方面也具有强大的功能,他本身除了具有强大的图形绘制和输出功能,同时还发布了图像、小波、神经元网络等大量的工具箱,大大的方便了我们的解决问题的工作。4.2 技术路线绪论提出课题 图像处理研究现状车型识别BP网络模型理论基础Matlab系统软件汽车图像的获取及格式转换研究分析系统算法程序确定 图像获取及数字处理特征提取方案设计车型的识别测试结果分析夹装结构实例测试总结研究结果及后续改进4.3 可行性分析 自己查询编写Matlab软件的编码，经过自己查阅资料、进行文献调研，实现对至少4种车型的识别，已经对这项课题有了大致了解。另外，在有导师的指导，完成这项课题是完全可行的。4.4关键技术介绍 4.41数字图像处理 图像处理是为了某种目的对图像的强度(灰度)分布做某些特殊的加工和分析,主要分为两大类,一是光学处理,一是数字图像处理。本文主要设计数字图像处理系统。所谓数字图像处理,就是利用数字计算机或其他数字硬件,对图像进行加工和分析,以期提高图像的实用性,达到人们要求的某些预期效果。就其处理目的来讲一般分为三大类,一类是增强有用信息,抑制无用信息,使图像视觉质量提高,以便于计算机对其做进一步的处理;一类是提取、描述、分析图像所包含的某些特征或特殊的信息,以便计算机对图像做进一步的分析和理解,经常作为模式识别、计算机视觉等的预处理;另一类是图像数据的压缩,以便于图象数据的存取和传输。4.42 Matlab软件 MATLAB将数值分析、矩阵运算、编程技术、图形处理结合在一起，为用户提供了一个强有力的科学及工程问题的分析计算和程序设计工具，它还提供了专业水平的文字处理、符号计算、实时控制和可视化建模仿真等功能，是具有多种语言功能和特征的新一代软件开发平台。 MATLAB已发展成为适合多种工作平台，众多学科、功能强大的大型软件。在欧美等国家的高校，MATLAB已成为线性代数、数字信号处理、数理统计、时间序列分析、动态系统仿真等高级课程的基本教学工具。成为相关专业学生必须掌握的基本技能。在设计研究单位和工业开发部门，MATLAB被广泛的应用于研究和解决各种具体问题。在中国，MATLAB也已开始日益受到重视，因为无论哪个学科或工程领域都可以从MATLAB中找到合适的功能。 Matlab有以下优点：（1）编程效率高，比C语言等更加接近我们思维习惯和书写习惯；（2）方便使用，在编程和调试过程中它是一种比VB还要简单的语言；（3）较强的扩充力，有丰富的库函数，一些复杂的数学运算可以直接调用；（4）语言简单，内涵丰富，（5）高效方便的矩阵和数组运算。Matlab软件有非常友好的编译环境，并且进行编译的语言也很简单，容易应用，在数据和图片这方面也有相当大的处理能力。由于Matlab软件的简单方便化，它在各个方面也有很多的应用，尤其是在模块集合工具箱方面的应用更为广泛。4.43特征选取方法特征的提取方法要考虑到车辆特征的具体情况，不能只从理论角度思考，通过对车型图像的参数提取或变换，得到一组能真正反映车辆信息的特征值。特征值有两种提取方法，一种是根据某些原理进行特征提取，比如把同一识别对象在不同波段的摄像得到的灰度作为它的特征，这种应用在农田估产、森林资源调查中广泛应用。另一种就是要求对待识别的图像的各种特征都充分理解，然后把这种特征转化为文字或数值来识别。 对于车型的特征提取，从技术角度来说，所能提取的特征信息越多，就越能详细准确的分类车型，但是从使用角度来说，为了能够快速识别车型，特征参数就不能太多，而且一些冗余特征信息也会影响车型识别的准确度。为了能准确快速的识别车型，所提取的特征值必须具有代表性和较小的冗余度，同时还有满足不同条件下，特征值的稳定性。基于以上要求，特征值选取要满足以下三个特点： 第一，区别性，不同的车型其特征值有较明显的差异。 第二，相似性，对于相同的车型其特征值都会比较接近。第三，简单性，特征值个数越多，车型识别系统就会越复杂，因此特征值的选取要尽可能少。 以上提出的三个特点，区别性是基本的特点，是特征值选取的关键，相似性则是为了保证识别的准确率，简单性是为了保证车型识别的速度。5 日程安排 序号设计（论文）各阶段名称 日期备注1调研、开题报告准备及撰写12月22日1月15日2外文翻译2月22日2月28日3以matlab为工具实现汽车类型表情特征提取及自动识别3月1日4月15日4实例测试与分析4月16日4月30日5撰写论文及答辩5月1日5月31日6 参考文献1Total Course Highway of Domastic Has Amounted to 45,400 KilometersN.Guangming Daily,2006-12-10:4.2Hontani H.Koga T.Character Extraction Method Without Prior Knowledge on Size and Position Information.VehicleC/ElectronicsConference,2001.Proceedings of the IEEE International,2001:67.3Pun T.Entropic Thresholding.A New ApproachJ.Computer Vision,Graphics Image Process,2001,16:210.4CUI Yi.Imagery Processing and Analysis-mathematics Morphology M ethod and ApplicationM.Beijing:The Science Press,2002.5CUI Jiang.Research on the Image Recognition Technique for MovingVehiclesD.Nanjing:Nanjing University of Aeronautics and Astronautics, 2003.6LI Jin-hui,Lou Wei,JIANG Shou-shan.A Study on Road Surface Defects Detecting Technology with CCDCamera J.Journal of Xian Institute of Technology,2002,22(2):95.7YU Hong-jun.Research on the Recognition of the Vehicle Style and Recognition of the Vehicle Plate D . Xian: Highway College of Chang an University,2005.8.李晋秀，赵建涛.一种图像处理的汽车类型识别算法J.西安工业大学学报，2009,29(3):275-2789.王振峰.图像处理技术在汽车类型自动识别中的应用研究D.中国农业大学硕士学位论文，2000.10. 马宁.基于神经网络的汽车识别研究D.哈尔滨工程大学硕士学位论文，2002.11李介谷、施鹏飞、刘重庆、谢式绚编著,图像处理技术,上海交通大学出版社,上海,1988.12章毓晋,图像处理和分析,清华大学出版社,1997.13徐建华编著,图像处理与分析,科学出版社,1992.14吴维从编著,计算机图像处理,上海科学技术出版社,1989.15吴敏金著,图像形态学,上海科学技术文献