单幅雾霾天气交通监控图像去雾处理技术

针对交通视频监控系统在恶劣雾霾天气下获取的图片质量受损,无法正确识别车辆信息的 问题,首先总结了已有图像除雾技术的研究成果,对比分析了全局直方图去雾处理法、同态滤波 去雾处理法、多尺度Retinex(MSR)去雾处理法3 种算法。然后,采用这3 种方法对雾霾交通图片 进行处理,并根据图像纹理特征统计量对处理后的图像效果进行了客观评价。仿真结果表明,3 种算法中,采用多尺度Retinex(MSR)处理法最能提高雾霾图像的质量,能有效地恢复和增强图像 信息,使图像的近景和远景得到均衡。最后,基于Matlab 设计了GUI图像去雾系统,逐一验证了 3 种算法的处理效果,结果表明该系统能够有效地提高交通视频监控系统图像的清晰度,可在一 定程度上优化雾霾天气下的交通图像质量。     

基于形态检测与深度学习的高空视频车辆识别

为了准确提取广域场景道路交通信息,本文融合形态检测与深度卷积网络,提出了无人机视频车辆定位及车型识别方法. 首先,基于形态检测建立候选目标提取算法,并构建了含244 520 个无人机视频车辆样本的深度学习图像基准库;然后,通过增加卷积层、池化层及调整网络参数等方法对AlexNet 进行重构,提出了改进模型AlexNet*;最后,建立了基于候选目标提取算法与AlexNet*的车辆识别方法. 验证分析显示：AlexNet*的图像分类F1 均值达 85.51% ,优于AlexNet(82.54% )、LeNet(63.88% )、CaffeNet(46.64% )、VGG16(16.67% ) 及 GoogLeNet(14.38%);本文车辆识别方法对小汽车及公交车的正检率、重检率和漏检率均值分别达94.63%、6.87%、4.40%,可有效识别无人机视频目标.     

基于形态检测与深度学习的高空视频车辆识别

为了准确提取广域场景道路交通信息,本文融合形态检测与深度卷积网络,提出了无人机视频车辆定位及车型识别方法. 首先,基于形态检测建立候选目标提取算法,并构建了含244 520 个无人机视频车辆样本的深度学习图像基准库;然后,通过增加卷积层、池化层及调整网络参数等方法对AlexNet 进行重构,提出了改进模型AlexNet*;最后,建立了基于候选目标提取算法与AlexNet*的车辆识别方法. 验证分析显示：AlexNet*的图像分类F1 均值达 85.51% ,优于AlexNet(82.54% )、LeNet(63.88% )、CaffeNet(46.64% )、VGG16(16.67% ) 及 GoogLeNet(14.38%);本文车辆识别方法对小汽车及公交车的正检率、重检率和漏检率均值分别达94.63%、6.87%、4.40%,可有效识别无人机视频目标.     

基于多特征检验的三维沥青路面裂缝检测

针对由裂缝对比度低、路面纹理复杂多变等因素引起的沥青路面三维图像的裂缝检测精度低的问题，对原始三维裂缝图像进行尺寸降维、灰度校正、高斯滤波等预处理；然后以图像截面为研究对象，分别对4个方向的截面依次进行特别设计的倾斜度、高斯分布、边缘梯度3种特征检验，从而获得裂缝截面；接着对各个方向的裂缝截面进行融合和去噪，获得完整的裂缝二值图像；最后，根据路面粗糙度的高低，变化高斯分布特征检验中的相关参数，实现裂缝的高精度检测. 研究结果表明:提出的算法能达到89.19%的准确率、93.69%的召回率及91.06%的 F 值，优于基于三维光影、种子识别的典型三维图像裂缝检测方法.      

基于形态分析的无人机视频车辆自动识别算法

为从广域的视角准确全面地采集连续交通流信息,针对悬停无人机视频提出了基于形态分析的车辆自动识别方法。首先,人工勾画视频帧图像的感兴趣区域,并进行灰度化处理;其次,基于感兴趣区域的Canny边缘检测结果生成亚像素级骨架图像,并对图像骨架进行分解和重构处理;然后,综合应用形态学运算(膨胀、腐蚀、填充、闭运算)和连通域形态特征(面积、矩形度、等效椭圆长轴与短轴)识别车辆目标;最后,对548帧无人机视频图像分别进行算法检测和人工识别,并计算车辆识别的正检率、重检率、漏检率和错检率。结果表明:该算法具有较高的正检率(均值95.02%),较低的重检率(均值2.20%)、漏检率(均值2.77%)和错检率(均值8.24%);同时,正检率、重检率、漏检率和错检率标准差分别为2.09%、1.67%、1.67%和2.56%,表明算法性能指标值离散程度较小、稳定性较高。     

运动车辆检测的APG-TR算法

为了提高智能交通系统中运动车辆检测的准确率,提出了一种基于张量恢复的APG-TR算法。采用张量表征交通视频图像,保持视频图像高维结构特征。通过张量恢复,重建出张量的低秩部分与稀疏部分,实现交通视频图像中交通背景与运动目标车辆的分离与交通视频内在特征的提取。利用交通监控系统采集到的交通视频106帧图像对本文算法进行了测试。测试结果表明:在晴天条件下,APG-TR算法的平均正确率为91.4%,在雨、雾天气条件下,正确率分别为86.4%、85.2%,相比帧差法更加稳定与准确。APG-TR算法具有良好的收敛速度与鲁棒性,在智能交通领域中具有广泛的应用前景。     

波形腹板钢箱-混凝土箱梁桥的有限元模型修正

为了缩小波形钢腹钢箱-混凝土组合箱梁桥有限元值与实测值之间的偏差，提出了采用响应面法和Fmincon算法相结合的桥梁有限元模型修正方法. 以甘肃景中机场连接线的一座波形钢腹钢箱-混凝土组合箱梁桥为研究对象，首先对其进行静、动载试验，获得其弯曲振动频率、挠度及应变的实测值；其次分别采用实体和板壳模式的有限元建模获得该桥相应的弯曲振动频率、挠度及应变的计算值，通过与实测值对比分析后，选取较为精确的实体模式有限元模型作为修正的初始有限元模型；随后在合理选择设计参数的基础上，通过中心复合试验设计得到相应的结构响应，采用最小二乘法拟合得到结构响应和设计参数之间的二次多项式回归方程，并构造目标响应与相应响应实测值差值的目标函数；最后运用Fmincon算法对目标函数进行迭代计算，获得参数修正值及该桥的基准有限元模型. 研究结果表明:采用响应面法和Fmincon算法相结合的方法对波形钢腹钢箱-混凝土组合箱梁桥的有限元模型进行修正切实可行，具有修正过程简单、计算收敛速度快等特点，计算时间在0.25～0.75 s内，一阶弯曲振动频率相对误差由4.85%依据不同响应组合修正到1.62%～2.91%不等；通过对遗传算法和Fmincon算法的比较发现，Fmincon算法显著提高了模型修正效率，可为实际工程中该类桥梁的有限元建模分析及力学性能分析提供参考.      

城市区域物流无人机路径规划

针对城市区域物流无人机路径规划问题，采用栅格法进行环境建模，综合考虑无人机性能、任务性质和城市环境等影响要素，以航程、高度变化和危险度最小为目标函数，构建多约束物流无人机路径规划模型.改进A*(A-star)算法求解：为合理预估距离，采用欧氏距离与曼哈顿距离线性组合的方式设计启发函数；为提高搜索效率，引入双向搜索策略；为保证平稳飞行，采用B样条(B-spline)法进行路径优化.结果表明：模型可以实现多目标优化，具有有效性；算法与传统A*算法相比，规划时间少，规划路径航程短，高度变化少，飞行安全稳定.分析参数权重值得出：当3个子目标代价权重系数分别为0.4、0.1和0.5，2种距离权重系数分别为0.15和0.85时，规划路径最优.     

基于高斯混合部件模型的铁路扣件检测

针对采集图像中铁路扣件存在形状的变化、扣件图像的光照差异较大和扣件被异物局部遮挡的问题,根据对可变形部件模型算法和高斯混合模型的研究,提出了高斯混合部件模型算法. 结合扣件图像边缘特性及改进的Roberts算子计算图像梯度,将归一化后的方向梯度直方图特征作为高斯混合部件模型算法的底层特征,根据扣件形状划分部件,部件之间的相对位置采用星型连接方式度量,运用余弦相似性度量部件中方向梯度直方图特征的相似度,部件模型使用高斯混合模型并采用期望最大化算法迭代求解. 将高斯混合部件模型算法应用于扣件检测中,最终平均检测效果为漏检率3.16%、误检率9.80%、正确率90.27%.      

机载SAR运动补偿系统设计及算法研究

对机载合成孔径雷达（SAR）的运动误差进行了分析，给出了与误差补偿精度相适应的捷联惯性测量单元特性要求，分析了惯性导航系统；全球定位系统（INS／GPS）组合对飞机姿态的影响，设计了运动补偿系统，同时对相位梯度自聚焦算法进行了研究。     

Hardware architecture design of block-matching and 3D-filtering denoising algorithm

Block-matching and 3D-filtering(BM3D) is a state of the art denoising algorithm for image/video,which takes full advantages of the spatial correlation and the temporal correlation of the video. The algorithm performance comes at the price of more similar blocks finding and filtering which bring high computation and memory access. Area, memory bandwidth and computation are the major bottlenecks to design a feasible architecture because of large frame size and search range. In this paper, we introduce a novel structure to increase data reuse rate and reduce the internal static-random-access-memory(SRAM) memory. Our target is to design a phase alternating line(PAL) or real-time processing chip of BM3 D. We propose an application specific integrated circuit(ASIC) architecture of BM3 D for a 720 × 576 BT656 PAL format. The feature of the chip is with 100 MHz system frequency and a 166-MHz 32-bit double data rate(DDR). When noise is σ = 25, we successfully realize real-time denoising and achieve about 10 d B peak signal to noise ratio(PSNR) advance just by one iteration of the BM3 D algorithm.     

基于DM6467的视频处理软件设计与优化

针对视频处理系统的实时性要求及视频压缩编码算法的现状,本文给出了基于TIDM6467的嵌入式视频处理软件及关键算法的优化实现.TMS320DM6467 ARM＋DSP的ARM核进行实时采集与传输视频数据,DSP内核进行视频处理;软件基于嵌入式Linux操作系统,采用达芬奇软件框架实现视频采集和编码服务器的设计.为了提高压缩效率,本文提出一种快速半像素运动估计算法,在最佳整像素点周围通过计算直接推导出最佳半像素点的位置,避免全搜索的大运算处理,快速半像素运动估计算法所用时间为标准全搜索算法所用时间的41％～57％.本文所设计的视频处理软件能达到实时进行高清视频的采集与压缩处理,并将处理的结果存入U盘,同时能通过扩展实现多路视频的处理.实现系统控制与存储等功能.     

简易车辆类型识别系统设计

从实时视频数据流中检测出运动车辆并对其进行车辆类型识别是智能交通系统的重要组成部分。本文提出一种从AVI视频文件中检测出运动车辆并识别其车辆类型的方案,其系统处理过程分为车辆图像获取、图像处理和车辆外观特征数据提取三个主要部分。经实验验证,该设计简单可行。     

嵌入式平台视频通信系统的设计与实现

利用X.264视频压缩编码在嵌入式平台上进行实时视频通信系统前台和利用FFMPEG视频解码在linux平台上进行实时视频通信系统后台。实现了视频通信嵌入式系统的设计与开发,该系统具有视频采集和存储、无线网络传输等功能。该设计适用面广,用户计费流量低,功能实用可靠。     

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交通图像处理系统需要存储或上传非正常交通状况的图像,而图像数据量大难以存储或上传,对此本文设计了一种基于FPGA的交通图像压缩系统.针对交通图像压缩的特点,采用算法复杂度相对较低的JPEG算法,并对算法进行并行化处理,使系统内各个模块并行运行,增强了系统的实时性;采用两个基于Loeffler快速算法的一维DCT变换(1D DCT)模块实现二维DCT变换（2D DCT）,并在对大量交通图像进行实验的基础上给出一套适合交通图像压缩同时适合FPGA处理的量化表,大大降低了系统对FPGA资源的占用.外场实验分析表明,系统工作稳定,压缩图像质量好,压缩比较高,实时性强,对分辨率为720×576的彩色图像具有30帧/s的处理能力,可以作为交通图像处理系统的重要组成模块.     

A novel reconfigurable data-flow architecture for real time video processing

This paper describes a dynamically reconfigurable data-flow hardware architecture optimized for the computation of image and video. It is a scalable hierarchically organized parallel architecture that consists of data-flow clusters and finite-state machine (FSM) controllers. Each cluster contains various kinds of cells that are optimized for video processing. Furthermore, to facilitate the design process, we provide a C-like language for design specification and associated design tools. Some video applications have been implemented in the architecture to demonstrate the applicability and flexibility of the architecture. Experimental results show that the architecture, along with its video applications, can be used in many real-time video processing.     

基于DenseNet结构的轨道暗光环境实时增强算法

车载视觉系统是未来城市轨道交通安全运行的重要保障，列车在封闭环境或夜间运行时所处的弱光照环境会严重影响车载视觉系统的检测效果. 为此，提出了一种针对铁路封闭环境或夜间行车环境下低照度图像的实时视觉增强算法. 该算法以密集连接网络（densely connected network，DenseNet）结构为骨干网建立特征尺寸不变网络，提取图像光照、颜色等信息输出光照增强率图，并基于非线性映射函数调整每个像素的光照强度，通过分级结构将低照度输入图像的曝光率由低层到高层不断增强. 建立的深度学习网络模型采用自监督的方式训练网络参数，利用低照度图像自身特征和先验知识构建损失函数，其由曝光损失、色彩恒定损失及光照平滑度损失3个分量组成. 多种场景下的低照度增强实验结果显示:本文算法能够对输入图像曝光值进行自适应，对低曝光以及高曝光区域动态调整曝光率从而改善低照度图像的可视化效果，处理速度能够达到160帧/s，满足实时性处理的要求；通过在低照度增强前后的轨道分割及行人检测算法性能对比实验证明:所提出的算法能够大大提高暗光环境下的视觉检测效果，在RSDS （railroad segmentation dataset）数据集中轨道分割F值提高5%以上，在轨道场景下行人检测误检率及漏检率均有效降低.      

基于视觉显著性的视频差错掩盖算法

为了避免在差错掩盖过程中由于不当的替代块选择而引入新的可察觉失真,将视觉显著性与差错掩盖算法相结合,提出了一种基于视觉显著性的视频差错掩盖算法. 首先使用显著图检测算法将原始视频的每帧图像分为感兴趣区域和非感兴趣区域,接下来在解码端利用视频序列的显著性分布信息进行差错掩盖,保证候选替代块的选择范围被限制在与原始单元具有相似视觉显著性分布水平的区域内;其次在非感兴趣区域受损单元的掩盖算法中引入显著性降低操作算子,通过算子循环迭代来降低其替代块的强度和颜色对比度,使得掩盖后的图像区域既能保持较好的匹配性又具有低显著性;最后利用快速非局部均值去噪算法,对完成差错掩盖操作的视频序列进行去噪处理,以提高视频序列的整体视觉质量. 实验结果表明:在3%、5%、10%丢包率下,相对于传统的边界匹配算法,该算法掩盖后的序列的客观质量具有0.79～1.66 dB的提升;相对于解码端运动估计算法,该算法掩盖后的序列的客观质量具有0.39～1.55 dB的提升;在掩盖完成后使用非局部均值去噪算法,视频序列的客观质量有0.05～0.51 dB的提升.      

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针对现有交通路口车辆排队长度检测系统处理速度低、无法适用于实际复杂路口环境的缺陷,设计了一种基于FPGA的实时车辆排队长度图像检测系统.通过形态学边缘处理检测车辆的存在,对检测出的车队轮廓进行水平投影并采用一种基于信息量的车辆度量方法从投影结果中提取了排队的队尾,同时在确定排队长度时通过对算法参数的自适应调整有效消除图像逆透视效果的干扰;整个图像处理过程完全利用FPGA硬件逻辑实现,采用五级并行流水设计保证图像采集、高斯滤波、Sobel边缘检测、阈值分割和形态学腐蚀处理同步执行且同时完成,实现了对分辨率为720×576的图像25帧/s的处理速度.实验结果表明,系统性能良好,工作稳定,算法简单实用,具有较好的应用前景.     

利用视频压缩开发机车仿真器的视景系统

回顾了机车仿真器视景系统的发展过程,分析了传统方法的缺点;从该系统的特点发出,通过对编码理论和图像序列的深入研究,提出了利用视频压缩技术实现机车仿真器视景系统的新思路和新概念。为子模拟场景的变化,提出了特效处理实现的实现方法。