移動(dòng)網(wǎng)絡(luò)視覺霧霾檢測系統(tǒng)的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明屬于光電技術(shù)領(lǐng)域，涉及霧霾的檢測，基于移動(dòng)終端實(shí)時(shí)視頻進(jìn)行霧霾能 見度的檢測，以及對(duì)檢測結(jié)果的數(shù)據(jù)分析與數(shù)據(jù)挖掘，為一種移動(dòng)網(wǎng)絡(luò)視覺霧霾檢測系統(tǒng)。
【背景技術(shù)】
[0002] 霧霾嚴(yán)重影響人們的生活健康，霧霾造成的能見度下降也給行車帶來了危險(xiǎn)。目 前點(diǎn)站式霧霾/能見度檢測設(shè)備價(jià)格昂貴，數(shù)十萬元/套，造價(jià)較高，不能在城市中大范圍 覆蓋，檢測距離有限，僅能支持?jǐn)?shù)百米范圍內(nèi)的檢測。而對(duì)霧霾的檢測，除了監(jiān)測化工廠、鋼 鐵廠等重點(diǎn)污染區(qū)域，學(xué)校、醫(yī)院、居民區(qū)等敏感區(qū)域外，還需及時(shí)發(fā)現(xiàn)新的霧霾污染源，加 以整改；需提供霧霾的分布，提供活動(dòng)范圍、誘導(dǎo)出行路徑；需分析其產(chǎn)生規(guī)律，加以研究 處理。因此，利用已有攝像機(jī)的視覺能見度檢測研究有重要意義，而利用智能手機(jī)的能見度 檢測更具有推廣應(yīng)用價(jià)值。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0003] 本發(fā)明要解決的問題是：傳統(tǒng)點(diǎn)站式霧霾/能見度檢測設(shè)備價(jià)格昂貴，不能在城 市中大范圍覆蓋，檢測距離有限，存在無法反映霧霾時(shí)空分布規(guī)律的缺點(diǎn)。
[0004] 本發(fā)明的技術(shù)方案為：移動(dòng)網(wǎng)絡(luò)視覺霧霾檢測系統(tǒng)，包括移動(dòng)終端檢測點(diǎn)和霧霾 數(shù)據(jù)分析系統(tǒng)，移動(dòng)終端檢測點(diǎn)為道路攝像頭或支持移動(dòng)通信的具有攝像頭的終端設(shè)備， 移動(dòng)終端檢測點(diǎn)通過攝像頭獲取圖像信息，利用OpenCV視覺庫對(duì)獲取的圖像進(jìn)行分析，獲 得當(dāng)前每個(gè)檢測點(diǎn)的能見度數(shù)據(jù)，并通過網(wǎng)絡(luò)實(shí)時(shí)將能見度數(shù)據(jù)以及移動(dòng)終端檢測點(diǎn)的當(dāng) 前位置信息發(fā)送給霧霾數(shù)據(jù)分析系統(tǒng)服務(wù)器。
[0005] 移動(dòng)終端檢測點(diǎn)設(shè)有GPS定位模塊，使用移動(dòng)網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行遠(yuǎn)程通信，通過GPS定位模 塊及移動(dòng)互聯(lián)網(wǎng)的輔助定位獲得當(dāng)前地理位置信息，以網(wǎng)絡(luò)文本流將地理位置與能見度數(shù) 據(jù)封裝，通過移動(dòng)互聯(lián)網(wǎng)向霧霾數(shù)據(jù)分析系統(tǒng)發(fā)送封裝的數(shù)據(jù)。
[0006] 所述移動(dòng)終端檢測點(diǎn)包括：
[0007]圖像預(yù)處理模塊，用于對(duì)通過移動(dòng)通信設(shè)備攝像頭或道路監(jiān)控?cái)z像頭采集的視頻 的幀圖像進(jìn)行平滑濾波和去噪；
[0008] 交互式標(biāo)定模塊，用于標(biāo)定攝像頭參數(shù)，通過人機(jī)交互式標(biāo)定確認(rèn)攝像頭參數(shù)h， f，t，p，其中，攝像機(jī)立柱高度為h，f為攝像頭有效焦距，攝像機(jī)的俯仰角為t，偏角為p，調(diào) 整攝像頭焦距f、高度h、俯仰角t和偏角p生成相應(yīng)的計(jì)算網(wǎng)格，在圖像中選取目標(biāo)物，根 據(jù)計(jì)算網(wǎng)格得出該目標(biāo)物的長寬，與該目標(biāo)物的實(shí)際長寬作對(duì)比，重復(fù)此過程，直至根據(jù)當(dāng) 前攝像頭焦距f、高度h、俯仰角t和偏角p測量所得的目標(biāo)物長寬符合該目標(biāo)物的實(shí)際長 寬；
[0009]攝像機(jī)成像坐標(biāo)轉(zhuǎn)換模塊，用于坐標(biāo)系轉(zhuǎn)換，針對(duì)移動(dòng)通信設(shè)備、道路監(jiān)控系統(tǒng)性 能需求和路況成像特點(diǎn)，根據(jù)攝像機(jī)成像模型，構(gòu)建攝像機(jī)像平面坐標(biāo)系u-v與世界坐標(biāo) 系Xw -Yw -Zw的映射方程；
[0010] 能見度檢測模塊，用于計(jì)算能見范圍內(nèi)最遠(yuǎn)可見目標(biāo)物的距離；
[0011] GPRS通信模塊，用于將移動(dòng)終端檢測點(diǎn)的實(shí)時(shí)檢測位置和能見度信息打包發(fā)送給 霧霾數(shù)據(jù)分析系統(tǒng)。
[0012] 所述的移動(dòng)終端檢測點(diǎn)中的能見度檢測模塊具體用于實(shí)現(xiàn)以下步驟：
[0013] 1)興趣區(qū)域R0I設(shè)置：進(jìn)行道路或街景監(jiān)控視頻圖像的采集，獲得道路或街景視 頻幀圖像，根據(jù)實(shí)際的道路或街景狀況，在當(dāng)前幀圖像上提取多個(gè)點(diǎn)，對(duì)所提取的點(diǎn)進(jìn)行直 線擬合計(jì)算，形成叉形結(jié)構(gòu)，叉形結(jié)構(gòu)內(nèi)作為檢測的興趣域R0I，也就是有效檢測區(qū)域；
[0014] 2)局部對(duì)比度計(jì)算：根據(jù)人眼視覺特性的分析，將像素對(duì)比度定義進(jìn)行歸一化處 理，并反轉(zhuǎn)亮度，給出圖像中相鄰像素對(duì)比度歸一化定義，如式（1):
[0015]
(0
[0016] 對(duì)于圖像中的每個(gè)像素X，取其四鄰域Xl構(gòu)建4個(gè)像素對(duì)（x，Xl)進(jìn)行對(duì)比度計(jì)算， 取其4個(gè)方向上的最大值作為該點(diǎn)的對(duì)比度值：
[0017] C(x) =maxC(x,χ；)x；eV4 (2)
[0018] C(x)為每個(gè)像素的對(duì)比度值，對(duì)比度大于國際照明委員會(huì)CIE定義閾值的像素， 認(rèn)為是圖像中人眼可以分辨區(qū)域；結(jié)合根據(jù)CIE的定義，將對(duì)比度大于0. 05的像素作為后 續(xù)能見度計(jì)算的候選點(diǎn)；
[0019] 3)能見度距離計(jì)算：對(duì)于檢測到的對(duì)比度值大于0. 05的候選點(diǎn)，選擇其中距離攝 像機(jī)最遠(yuǎn)的點(diǎn)，其與攝像機(jī)的距離即為當(dāng)前道路或街景的能見度值：
[0020] 結(jié)合攝像機(jī)成像坐標(biāo)轉(zhuǎn)換模塊，實(shí)時(shí)精確的確定圖像中所有候選點(diǎn)到攝像機(jī)的絕 對(duì)距離，將所有候選點(diǎn)以自上而下，從左到右的順序?qū)崟r(shí)完成從圖像坐標(biāo)到路面坐標(biāo)的轉(zhuǎn) 換，通過對(duì)所有候選點(diǎn)進(jìn)行坐標(biāo)轉(zhuǎn)換，找出其中距離攝像機(jī)最遠(yuǎn)的像素點(diǎn)；
[0021] 4)數(shù)據(jù)平滑濾波：首先對(duì)k時(shí)刻連續(xù)10次檢測的能見度結(jié)果進(jìn)行平均，得到在k 時(shí)刻最遠(yuǎn)可見距離的均值Hk，然后將此結(jié)果輸入到Kalman濾波器進(jìn)行平滑濾波，得到輸出 能見度Vk，盡可能消除各類噪聲對(duì)檢測結(jié)果的干擾，如式（3):
[0022] … (3)
[0023] Vk=Vkl+Kk(Hk-Vkl)
[0024] 其中，心為Kalman中實(shí)時(shí)更新的增益，D1是k時(shí)刻第i次測得的最遠(yuǎn)可見距離。
[0025] GPRS通信模塊，用于將移動(dòng)終端檢測點(diǎn)的實(shí)時(shí)檢測位置和能見度信息打包發(fā)送給 霧霾數(shù)據(jù)分析系統(tǒng)。
[0026] 所述霧霾數(shù)據(jù)分析系統(tǒng)包括：
[0027] 區(qū)域分布服務(wù)器，用于根據(jù)收到的數(shù)據(jù)處理得到霧霾現(xiàn)象的時(shí)空分布數(shù)據(jù)；
[0028] 數(shù)據(jù)分析服務(wù)器，用于對(duì)收到數(shù)據(jù)進(jìn)行數(shù)據(jù)挖掘，得到霧霾區(qū)域分布信息和動(dòng)態(tài) 污染源信息；
[0029] 信息發(fā)布服務(wù)器，用于連接環(huán)境監(jiān)測部門及公眾信息平臺(tái)，發(fā)布與推送相關(guān)信息。
[0030] 本發(fā)明在監(jiān)測區(qū)域大范圍部署移動(dòng)終端，形成移動(dòng)終端檢測點(diǎn)，通過移動(dòng)通信設(shè) 備或道路監(jiān)控進(jìn)行交互式標(biāo)定，確定攝像頭參數(shù)后，使用攝像頭采集圖像，利用OpenCV視 覺庫對(duì)采集的圖像作進(jìn)一步分析，獲得當(dāng)前每個(gè)檢測點(diǎn)的能見度數(shù)據(jù)，通過GPRS通信模塊 將移動(dòng)終端實(shí)時(shí)檢測位置和能見度信息打包發(fā)送給霧霾數(shù)據(jù)分析系統(tǒng)。
[0031] 本發(fā)明移動(dòng)終端檢測點(diǎn)為道路攝像頭或智能手機(jī)等移動(dòng)終端，自身價(jià)格低廉，依 托移動(dòng)互聯(lián)網(wǎng)的特點(diǎn)，可大范圍部署，智能手機(jī)作為圖像采集與能見度檢測的一體化設(shè)備， 現(xiàn)場檢測能見度通過移動(dòng)互聯(lián)網(wǎng)傳輸至服務(wù)器。充分利用移動(dòng)互聯(lián)網(wǎng)的特點(diǎn)與優(yōu)勢，以低 成本實(shí)現(xiàn)區(qū)域高覆蓋率霧霾能見度檢測。霧霾數(shù)據(jù)分析系統(tǒng)專注于分析霧霾能見度數(shù)據(jù)， 通過數(shù)據(jù)挖掘技術(shù)完善了傳統(tǒng)檢測設(shè)備數(shù)據(jù)分析方面的缺陷。
[0032] 本發(fā)明充分利用移動(dòng)互聯(lián)網(wǎng)優(yōu)勢，不需要昂貴的監(jiān)測儀器設(shè)備，只需道路上現(xiàn)成 的攝像頭或支持移動(dòng)通信的終端設(shè)備就可以實(shí)現(xiàn)霧霾檢測，霧霾數(shù)據(jù)分析系統(tǒng)匯集各個(gè)終 端檢測點(diǎn)的實(shí)時(shí)霧霾數(shù)據(jù)，應(yīng)用數(shù)據(jù)挖掘技術(shù)，分析獲取霧霾時(shí)空分布，提供活動(dòng)范圍、誘 導(dǎo)出行路徑的信息，便于進(jìn)一步分析霧霾產(chǎn)生規(guī)律，并加以研究處理。
[0033] 本發(fā)明利用移動(dòng)互聯(lián)網(wǎng)平臺(tái)，將移動(dòng)終端作為一體化的圖像采集與能見度檢測設(shè) 備，在目標(biāo)區(qū)域內(nèi)設(shè)置多個(gè)檢測點(diǎn)，現(xiàn)場實(shí)時(shí)檢測得出能見度。通過GPS定位模塊及移動(dòng)互 聯(lián)網(wǎng)的輔助定位快速獲得地理位置，以網(wǎng)絡(luò)文本流將地理位置與能見度封裝，通過移動(dòng)互 聯(lián)網(wǎng)向公網(wǎng)數(shù)據(jù)服務(wù)器發(fā)送，數(shù)據(jù)存儲(chǔ)服務(wù)器將各地檢測點(diǎn)實(shí)時(shí)檢測結(jié)果匯總寫，供各業(yè) 務(wù)處理服務(wù)器使用。
【附圖說明】
[0034] 圖1為本發(fā)明移動(dòng)網(wǎng)絡(luò)視覺霧霾檢測系統(tǒng)流程圖
[0035] 圖2為本發(fā)明興趣區(qū)域R0I的設(shè)置。
[0036] 圖3為本發(fā)明交互式標(biāo)定界面示意圖。
[0037] 圖4為本發(fā)明實(shí)施局部對(duì)比度檢測算法的對(duì)比圖。（a)為同一場景有霧霾和無霧 霾的對(duì)比圖，對(duì)其使用局部對(duì)比度檢測算法并輸出結(jié)果以驗(yàn)證算法效果，輸出結(jié)果（b)。
[0038] 圖5為本發(fā)明實(shí)施的選取江蘇省寧連高速公路有霧霾場景進(jìn)行能見度測試效果 圖。
[0039] 圖6為本發(fā)明實(shí)施的選取江蘇省寧連高速公路無霧霾場景進(jìn)行能見度測試效果 圖。
【具體實(shí)施方式】
[0040] 本發(fā)明包括移動(dòng)終端檢測點(diǎn)和霧霾數(shù)據(jù)分析系統(tǒng)，移動(dòng)終端檢測點(diǎn)為道路攝像頭 或支持移動(dòng)通信的具有攝像頭的終端設(shè)備，移動(dòng)終端檢測點(diǎn)通過攝像頭獲取圖像信息，利 用OpenCV視覺庫對(duì)獲取的圖像進(jìn)行分析，獲得當(dāng)前每個(gè)檢測點(diǎn)的能見度數(shù)據(jù)，并通過網(wǎng)絡(luò) 實(shí)時(shí)將能見度數(shù)據(jù)以及移動(dòng)終端檢測點(diǎn)的當(dāng)前位置信息打包發(fā)送給霧霾數(shù)