Tài liệu Chuyên đề tốt nghiệp camera giao thông

Lời cảm ơn Sau 4 năm theo học tại trường, đây là khoảng thời gian quan trọng để chúng em hoàn thiện kiến thức cũng như tiếp xúc dần với thực tế bên ngoài, sau 4 tháng thực hiện đề tài Camera Giao Thông đã giúp chúng em rất nhiều để chúng em có thêm kinh nghiệm thực tế. Trong quá trình thực hiện đề tài này chúng em gặp rất nhiều khó khăn, bỡ ngỡ. Nếu không có sự giúp đỡ của bạn bè và thầy cô thì chúng em khó có thể hoàn thành đề tài này. Trước tiên chúng em muốn gởi lời cảm ơn đến thầy Lê Xuân Trường người trực tiếp hướng dẫn chúng em thực hiện đề tài này. Những hướng dẫn và ý kiến đóng góp của thầy là vô cùng hữu ích giúp chúng em hiểu rỏ đề tài cũng như hoàn thiện các khuyết điểm. Chúng em cảm ơn các bạn trong trường ĐH Mở TPHCM đã đóng góp những ý kiến và cung cấp những trải nghiệm thực tế để chúng em hoàn thiện đề tài Và cuối cùng chúng em xin cảm ơn khoa CNTT đã tạo điều kiện cho chúng em thực hiện đề tài này. i MỤC LỤC MỤC LỤC ...................................................................................................................... i DANH MỤC CÁC THUẬT NGỮ TIẾNG ANH VÀ CHỮ VIẾT TẮT ................. v DANH MỤC CÁC HÌNH ........................................................................................... vi DANH MỤC CÁC BẢNG ........................................................................................... x TÓM TẮT ..................................................................................................................... 1 Chương 1. TỔNG QUAN .......................................................................................... 2 1.1. Giới thiệu ......................................................................................................... 2 1.2. Mục đích nghiên cứu và phương pháp nghiên cứu ..................................... 2 1.2.1. Mục đích – tính cấp thiết của đề tài......................................................... 2 1.2.2. Phương pháp nghiên cứu ......................................................................... 3 1.2.3. Kết quả ..................................................................................................... 3 1.3. Đóng góp khoa học của đề tài. ....................................................................... 4 1.4. Bố cục báo cáo ................................................................................................. 4 Chương 2. 2.1. CƠ SỞ LÝ THUYẾT ............................................................................... 6 Mô hình Client - Server và bộ giao thức TCP/IP ....................................... 6 2.1.1. Mô hình Client - Server........................................................................... 6 2.1.2. Giao thức TCP/IP .................................................................................... 6 2.1.2.1. Giao thức TCP ..................................................................................... 7 2.1.2.2. Giao thức IP ......................................................................................... 7 2.2. Xử lý hình ảnh................................................................................................. 7 2.2.1. Mô hình hoạt động ................................................................................... 8 2.2.2. Cách thức xử lý ........................................................................................ 8 ii 2.2.2.1. Phân tích ảnh ....................................................................................... 8 2.2.2.2. Phát hiện chuyển động ......................................................................... 8 2.2.2.3. Xử lý chuyển động ................................................................................ 9 2.2.3. Chi tiết cách thức xử lý .......................................................................... 10 2.2.3.1. Phát hiện chuyển động ....................................................................... 10 2.2.3.1.1. Ảnh đa mức xám: .......................................................................... 10 2.2.3.1.2. Cập nhật ảnh nền: ........................................................................ 11 2.2.3.1.3. Phân ngưỡng: ............................................................................... 15 2.2.3.1.4. Bộ lọc Erosion: ............................................................................. 17 2.2.3.1.5. Bộ lọc Dilation: ............................................................................ 19 2.2.3.1.6. Vùng chuyển động......................................................................... 22 2.2.3.1.7. Mức độ chuyển động ..................................................................... 24 2.2.3.2. Xử lý chuyển động .............................................................................. 25 2.2.3.2.1. Tính liên kết điểm ảnh (Pixel connectivity) .................................. 25 2.2.3.2.2. Đánh dấu các thành phần kết nối ................................................. 27 2.2.3.2.3. Theo vết đối tượng đang di chuyển............................................... 28 Chương 3. 3.1. HIỆN THỰC HỆ THỐNG ................................................................... 30 Sơ lược hệ thống ........................................................................................... 30 3.1.1. Mô hình hoạt động ................................................................................. 30 3.1.2. Sơ lược các chức năng ........................................................................... 31 3.2. Xây dựng chương trình xử lý hình ảnh (Camera Client) ......................... 32 3.2.1. Mô hình hoạt động ................................................................................. 32 3.2.2. Cách thức xử lý ...................................................................................... 33 3.2.3. Lắp đặt Camera .................................................................................... 41 iii 3.3. Xây dựng chương trình xử lý trung tâm (Server) ..................................... 42 3.3.1. Mô hình hoạt động ................................................................................. 42 3.3.2. Cách thức xử lý ...................................................................................... 43 3.3.3. Cách thức gởi nhận ................................................................................ 44 3.4. Xây dựng chương trình bản đồ ( Map Client) ........................................... 44 3.4.1. Mô hình hoạt động ................................................................................. 44 3.4.2. Cách thức xử lý ...................................................................................... 45 3.4.3. Thuật toán vẽ đường .............................................................................. 46 3.4.3.1. Thuật toán 8 hướng phân ly ............................................................... 46 3.4.3.2. Thuật toán cập nhật vùng giới hạn và vẽ theo 2 hướng ..................... 47 3.5. Xây dựng chương trình bản đồ trên di động (J2ME Map Client)........... 48 3.5.1. Mô hình hoạt động ................................................................................. 48 3.5.2. Cách thức xử lý ...................................................................................... 48 3.6. Xây dựng chương trình dành cho người quản trị (Manager Client) ...... 49 3.6.1. Mô hình hoạt động ................................................................................. 49 3.6.2. Cách thức xử lý ...................................................................................... 49 3.7. Cơ sở dữ liệu ................................................................................................ 51 3.7.1. Mô hình truyền 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 niệm dữ liệu .......................................................................... 54 3.7.2.1. Danh sách thực thể ............................................................................. 55 3.7.2.2. Danh sách các kết hợp ....................................................................... 55 3.7.2.3. Các liên kết của kết hợp ..................................................................... 55 iv 3.7.2.4. Danh sách các thông tin ..................................................................... 56 3.7.3. Mô hình vật lý dữ liệu ........................................................................... 58 3.7.3.1. Danh sách bảng.................................................................................. 59 3.7.3.1.1. Bảng Camera ................................................................................ 59 3.7.3.1.2. Bảng Camera Ke........................................................................... 60 3.7.3.1.3. Bảng Duong .................................................................................. 60 3.7.3.1.4. Bảng Tinh Trang ........................................................................... 60 3.7.3.1.5. Bảng Vi Tri ................................................................................... 61 3.7.3.1.6. Bảng ViTri_Duong........................................................................ 61 3.7.3.1.7. Bảng ViTri_TinhTrang ................................................................. 61 3.7.3.2. Danh sách tham chiếu ........................................................................ 62 Chương 4. KẾT QUẢ ĐẠT ĐƯỢC ......................................................................... 63 4.1. Hoạt động của hệ thống ............................................................................... 63 4.2. Kết quả thực nghiệm .................................................................................... 67 Chương 5. KẾT LUẬN ............................................................................................ 68 5.1. Kết quả đạt được .......................................................................................... 68 5.2. Kiến nghị ....................................................................................................... 68 TÀI LIỆU THAM KHẢO ......................................................................................... 69 v DANH MỤC CÁC THUẬT NGỮ TIẾNG ANH VÀ CHỮ VIẾT TẮT Framework Một thư viện lập trình C# C Sharp Computer Vision Thị giác máy tính Artificial Intelligence Trí tuệ nhân tạo Camera Thiết bị điện tử thu hình ảnh Java Một ngôn ngữ lập trình Client Khách DirectShow Một thư viện xử lý video RGB Red-Green-Blue ID Identification Number (Mã số) vi DANH MỤC CÁC HÌNH Hình 2.1 Mô hình TCP/IP ................................................................................................. 6 Hình 2.2 Mô hình hoạt động camera Client .................................................................... 8 Hình 2.3 Ảnh lấy từ camera ........................................................................................... 11 Hình 2.4 Ảnh sau khi chuyển thành đa mức xám ........................................................... 11 Hình 2.5 Ảnh đầu tiên trong dãy ảnh lấy làm ảnh nền .................................................. 13 Hình 2.6 Ảnh nền sau khi chuyển thành đa mức xám .................................................... 13 Hình 2.7 Ảnh hiện tại trong dãy ảnh .............................................................................. 14 Hình 2.8 Ảnh nền đã cập nhật lại theo ảnh hiện tại ...................................................... 14 Hình 2.9 Phân ngưỡng ................................................................................................... 15 Hình 2.10 Biểu đồ phân ngưỡng .................................................................................... 15 Hình 2.11 Ảnh chuyển thành đa mức xám ..................................................................... 16 Hình 2.12 Ảnh sau khi chuyển thành ảnh nhị phân ....................................................... 17 Hình 2.13 Phần tử cấu trúc dạng hình vuông 3x3 ......................................................... 17 Hình 2.14 Tác động của Erosion theo cấu trúc phần tử dạng hình vuông 3x3 ............. 18 Hình 2.15 : Bộ lọc erosion với ô chứa chấm đen tượng trưng điểm ảnh trắng ............ 18 Hình 2.16 Ảnh sau khi chuyển thành ảnh nhị phân ....................................................... 19 Hình 2.17 Ảnh sau khi áp dụng bộ lọc Erosion ............................................................. 19 Hình 2.18 Tác động của Dilation theo cấu trúc phần tử dạng hình vuông 3x3 ............ 20 Hình 2.19: Ví dụ bộ lọc Dilation với ảnh ban đầu có một điểm ảnh trắng ................... 21 vii Hình 2.20 Ảnh sau khi áp dụng bộ lọc Erosion ............................................................. 21 Hình 2.21 Ảnh sau khi áp dụng bộ lọc Dilation ............................................................ 22 Hình 2.22 Vẽ vùng chuyển động màu xanh trong ảnh ................................................... 23 Hình 2.23 Ảnh được xử lý qua bộ lọc Dilation .............................................................. 23 Hình 2.24 Ảnh Zone Frame chứa vùng chuyển động .................................................... 24 Hình 2.25 Ảnh kết quả rất chính xác có 3 đối tượng được phát hiện ............................ 24 Hình 2.26 Kết nối 4 hướng ............................................................................................. 25 Hình 2.27 Kết nối 8 hướng ............................................................................................. 26 Hình 2.28 Hai thành phần kết nối dựa trên kết nối 4 hướng ......................................... 27 Hình 2.29 Đánh dấu các thành phần kết nối ................................................................. 27 Hình 2.30 Ảnh sau khi sử dụng thuât giải đánh dấu các thành phần kết nối ................ 28 Hình 3.1 Mô hình hoạt động chung ............................................................................... 30 Hình 3.2 Lưu đồ hoạt động chung ................................................................................. 31 Hình 3.3: Mô hình hoạt động camera client .................................................................. 33 Hình 3.4: Ảnh thứ 95 trong dãy ảnh .............................................................................. 34 Hình 3.5: Ảnh thứ 95 sau khi chuyển thành đa mức xám .............................................. 34 Hình 3.6: Chọn ảnh đầu tiên trong dãy ảnh làm ảnh nền ............................................. 35 Hình 3.7: Ảnh hiện tại là ảnh thứ 95 trong dãy ảnh ...................................................... 35 Hình 3.8: Ảnh nền sau khi cập nhật theo ảnh hiện tại thứ 95 ....................................... 36 Hình 3.9: Ảnh thứ 95 trong dãy ảnh .............................................................................. 36 viii Hình 3.10: Ảnh thứ 95 trong dãy ảnh sau khi chuyển thành ảnh nhị phân ................... 37 Hình 3.11: Ảnh nhị phân sau khi áp dụng phân ngưỡng ............................................... 37 Hình 3.12: Ảnh sau khi áp dụng bộ lọc Erosion ............................................................ 38 Hình 3.13: Ảnh sau khi áp dụng bộ lọc Dilation ........................................................... 38 Hình 3.14: Ảnh sau khi qua bộ lọc Erosion và Dilation ................................................ 39 Hình 3.15: Vùng chuyển động trên ảnh ......................................................................... 39 Hình 3.16: Sau khi áp dụng vùng chuyển động ta có các đối tượng chính xác ............. 40 Hình 3.17: Sau khi tách từng đối tượng áp dụng Đánh Đấu Thành Phần Kết Nối ........ 40 Hình 3.18: Thông tin theo vết của hai đối tượng trong phim ........................................ 41 Hình 3.19: Ngưỡng của một camera lắp đặt tại Xa lộ Hà Nội trong giờ cao điểm ....... 41 Hình 3.20 Cách lắp đặt Camera .................................................................................... 42 Hình 3.21 Mô hình hoạt động Server ............................................................................. 42 Hình 3.22 Lưu đồ tổ chức xử lý các kết nối tới Server .................................................. 43 Hình 3.23 Tổ chức hoạt động của bản đồ ...................................................................... 44 Hình 3.24 Mô hình hoạt động Map Client ..................................................................... 45 Hình 3.25 Hệ tọa độ ....................................................................................................... 46 Hình 3.26 Minh họa thuật toán 8 hướng phân ly với ma trận ....................................... 47 Hình 3.27 Minh họa thuật toán vẽ theo 2 hướng với ma trận ....................................... 47 Hình 3.28 Mô hình hoạt động J2ME Map Client .......................................................... 48 Hình 3.29 Tổ chức hoạt động của ứng dụng người quản trị .......................................... 49 ix Hình 3.30 Mô hình hoạt động của ứng dụng người quản trị .......................................... 50 Hình 3.31 Mô hình truyền thông ..................................................................................... 51 Hình 3.32 Mô hình ý niệm dữ liệu .................................................................................. 54 Hình 3.33 Mô hình vật lý dữ liệu .................................................................................... 58 Hình 4.1 Khởi động Server ............................................................................................. 63 Hình 4.2 Hoạt động của Camera Client ......................................................................... 63 Hình 4.3 Hoạt động của Windows Map Client ............................................................... 64 Hình 4.4 Hoạt động của J2ME Map Client .................................................................... 64 Hình 4.5 Hoạt động của Windows Map Client khi thay đổi tình trạng .......................... 65 Hình 4.6 Hoạt động của J2ME Map Client khi thay đổi tình trạng ............................... 65 Hình 4.7 Giao diện form quản lý kết nối của ứng dụng.................................................. 66 x DANH MỤC CÁC BẢNG Bảng 3.1 Bảng chuyển đổi giá trị ngưỡng ...................................................................... 41 Bảng 3.2 Bảng chuyển đổi giá trị ................................................................................... 46 Bảng 3.3 Bảng tác nhân .................................................................................................. 52 Bảng 3.4 Bảng dòng thông tin ........................................................................................ 52 Bảng 3.5 Bảng thực thể ................................................................................................... 55 Bảng 3.6 Bảng kết hợp .................................................................................................... 55 Bảng 3.7 Bảng liên kết của kết hợp................................................................................. 55 Bảng 3.8 Bảng thông tin ................................................................................................. 56 Bảng 3.9 Danh sách bảng ............................................................................................... 59 Bảng 3.10 Bảng camera .................................................................................................. 59 Bảng 3.11 Bảng camera kề ............................................................................................. 60 Bảng 3.12 Bảng đường.................................................................................................... 60 Bảng 3.13 Bảng tình trạng .............................................................................................. 60 Bảng 3.14 Bảng vị trí ...................................................................................................... 61 Bảng 3.15 Bảng vị trí-đường .......................................................................................... 61 Bảng 3.17 Bảng tham chiếu ............................................................................................ 62 Bảng 4.1 Kết quả từ Video quay lúc 17:58 30/05/2011 xe thông thoáng ....................... 67 Bảng 4.2 Kết quả từ Video quay lúc 18:30 09/04/2011 xe thông thoáng hoặc ít ........... 67 Bảng 4.3 Kết quả từ Video quay lúc 12:05 24/12/2010 xe thông thoáng và đông ......... 67 xi Bảng 4.4 Kết quả từ Video quay lúc 16:15 09/04/2011 xe thông thoáng ....................... 67 Bảng 4.5 Kết quả từ Video quay lúc 18:12 30/05/2011 xe thông thoáng và đông ......... 67 Bảng 4.6 Kết quả từ Video quay lúc 13:19 28/05/2011 xe thông thoáng ....................... 67 Bảng 4.7 Kết quả từ Video quay lúc 17:19 17/07/2011 kẹt xe ....................................... 67 1 TÓM TẮT Cũng như những quốc gia đang phát triển khác, bên cạnh những bước phát triển vượt bậc về nhiều mặt, đất nước ta đang phải đối mặt với nhiều vấn đề mang tính cấp thiết cần phải giải quyết. Nạn kẹt xe được xem là một trong số đó. Trong nhiều năm qua nạn kẹt xe vẫn đang diễn ra theo chiều hướng gia tăng và ngày càng nghiêm trọng, ảnh hưởng không nhỏ đến sự phát triển kinh tế và sức khỏe con người. Thực tế cho thấy số lượng phương tiện tham gia giao thông chiếm một tỷ lệ rất lớn so với cơ sở hạ tầng giao thông, điều đó dẫn đến tình trạng “thắt cổ chai” vào mỗi giờ cao điểm. Để có thể giải quyết được vấn đề ùn tắt với số lượng phương tiện lớn như thế là hết sức khó khăn, ngoài việc phân hoạch phạm vi hoạt động của các phương tiện, tách giao cắt đồng mức, nâng cao hạ tầng giao thông chúng ta cần phải mang lại cho người tham gia giao thông sự chủ động khi lưu thông. Cách giải quyết vấn đề của đề tài này là xây dựng một hệ thống phần mềm được cài đặt trên nhiều thiết bị, hoạt động đồng bộ với nhau và có nhiệm vụ hiển thị thông tin tình trạng giao thông tức thời của thành phố Hồ Chí Minh. Hệ thống phần mềm bao gồm gói phần mềm dành cho Client Camera để thu và xử lý tín hiệu, gói phần mềm dành cho Server trung tâm có nhiệm vụ tương tác, đồng bộ dữ liệu giữa các Client và gói phần mềm tương tác với người sử dụng (bao gồm gói phần mềm dành cho người sử dụng điện thoại di động và gói phần mềm được lắp đặt trên các bản đồ lớn). Gói phần mềm dành cho Client Camera sẽ được chạy trong các con chip gắn bên trong hay tích hợp bên ngoài Camera làm nhiệm vụ thu và xử lý hình ảnh tại các nút giao thông. Khả năng xử lý của gói phần mềm này có được nhờ sự kết hợp của nhiều thuật toán xử lý đồ họa cấp cao khác nhau mang lại khả năng phân ngưỡng trạng thái chính xác sau khi đã áp dụng nhiều thuật toán hỗ trợ phức tạp khác. Kết quả sau khi xử lý được gọi là ngưỡng trạng thái. Có 3 ngưỡng trạng thái là thông thoáng, xe đông và kẹt xe. Mỗi một khoảng thời gian tuần hoàn qui định trước, cùng với ID của Camera ngưỡng trạng thái này được gởi lên Server tại một trung tâm điều hành nào đó. Server là một máy chủ được cài đặt gói phần mềm Server chạy thường trực trên một máy tính có nhiệm vụ làm cầu nối trung gian truyền tải dữ liệu giữa các Client. Có 2 loại Client hoạt động độc lập nhau nhưng cùng một chức năng bao gồm phần mềm chạy trên điện thoại di động có hỗ trợ Java và một phần mềm được tích hợp trong các con chip gắn trên các bản đồ trung tâm, có nhiệm vụ hiển thị thông tin tình trạng giao thông tại vị trí lắp đặt Camera. Người tham gia giao thông có thể nhận biết tình trạng giao thông tại các vị trí lắp đặt Camera thông qua các bản đồ lớn được lắp đặt nhiều nơi trong thành phố hoặc thông qua các bản đồ được cài đặt trên điện thoại di động. Từ đó giúp người tham gia giao thông có thể chọn cho mình con đường đi hợp lý nhất, tạo nên sự đồng đều về mật độ tại các con đường và giảm thiểu tình trạng ùn tắt giao thông. 2 Chương 1. TỔNG QUAN 1.1. Giới thiệu Là một quốc gia đang trên đà phát triển, trong những năm qua đất nước ta đã có những bước phát triển vượt bậc về kinh tế. Song, bên cạnh đó chúng ta đang phải đối mặt với nhiều vấn đề mang tính cấp thiết như ô nhiểm môi trường, tiếng ồn hay tài nguyên thiên nhiên đang dần cạn kiệt. Cùng với sự bùng nổ của các phương tiện cơ giới đường bộ và tốc độ đô thị hóa cao, kết cấu hạ tầng giao thông bất cập, tình hình kẹt xe tại các thành phố lớn ở nước ta đã và đang trở thành một trong những vấn đề lớn cần phải giải quyết. Đầu năm 2010 theo thống kê của Sở GTVT tổng phương tiện giao thông của thành phố hơn 4,4 triệu chiếc, mỗi ngày thành phố có thêm 1.129 xe gắn máy và 117 xe ô tô đăng ký mới và tổng thiệt hại từ nạn kẹt xe gây ra là 14.000 tỷ đồng (theo thống kê của các chuyên gia giao thông trong 2 năm 2008-2009 [15]). Dễ dàng nhận thấy, hầu hết những điểm kẹt xe thường là ở những ngã ba, ngã tư, những đoạn đường trọng điểm của thành phố, nơi tập trung nhiều hộ kinh doanh, trường học hay trung tâm mua sắm… Để kiểm soát tình hình kẹt xe, trong vài năm trở lại đây Thành phố Hồ Chí Minh cũng như những thành phố lớn khác trong cả nước đã có nhiều dự án lắp đặt Camera theo dõi tình hình hình giao thông trên địa bàn. Năm 2007 Thành Phố Hồ Chí Minh lập kế hoạch lắp đặt 30 Camera thuộc tiểu dự án “Tăng cường năng lực quản lý giao thông đô thị Thành Phố” [17] đến nay gần như đã hoàn tất nhưng vấn đề kẹt xe vẫn chưa thật sự được cải thiện đáng kể. Qua quá trình phân tích, hiệu quả các dự án đó chỉ dừng lại ở mức theo dõi các phương tiện vi phạm giao thông, hoặc theo dõi tình hình giao thông tại các khu vực trọng điểm để các cảnh sát giao thông chủ động trong công tác điều khiển phân luồng giao thông, nó không thật sự đem lại cho người tham gia giao thông sự chủ động khi tham gia giao thông. Với quyết tâm cải thiện đáng kể tình hình giao thông hiện tại của thành phố bằng cách mang lại sự chủ động cho người tham gia giao thông, nhóm nghiên cứu chúng tôi đã thực hiện dự án này. Hy vọng sẽ tạo ra một hệ thống giám sát, theo dõi tình hình giao thông, đồng thời cảnh báo tình trạng giao thông tại các điểm trọng yếu của thành phố giúp cho người tham gia giao thông có sự lựa chọn hợp lý nhất, phân tán mật độ phương tiện giao thông, giúp cải thiện tình hình giao thông hiện tại, qua đó mang lại sự hiệu quả trong kinh tế và thay đổi diện mạo của thành phố. 1.2. Mục đích nghiên cứu và phương pháp nghiên cứu 1.2.1. Mục đích – tính cấp thiết của đề tài Như đã trình bày ở trên, mục đích hướng tới của đề tài là tạo nên sự chủ động cho người tham gia giao thông bằng cách thiết lập một hệ thống theo dõi và hiển thị thông tin tình trạng giao thông tức thời của Tp Hồ Chí Minh. Giúp cho người tham gia giao thông có được thông tin tình trạng về con đường mà họ sắp đi qua điều đó giúp cho họ có thể lựa chọn cho mình con đường thông thoáng hơn, giảm thiểu sự chênh lệch về mật độ phương tiện giao thông tại các con đường. Tại Tp Hồ Chí Minh vẫn chưa có một hệ thống nào có khả năng làm được điều đó. Vì thế, việc xây dựng một hệ thống có khả năng tự động 3 nhận biết và thông báo tình trạng giao thông đến người tham gia giao thông là hết sức cần thiết trong thời điểm hiện nay. 1.2.2. Phương pháp nghiên cứu Khảo sát hiện trạng, phân tích nguyên nhân. Xây dựng hệ thống Client – Server để truyền tải dữ liệu giữa các thiết bị với nhau, mỗi thiết bị hoạt động dựa trên gói phần mềm đã được lập trình trước: • Gói phần mềm cài bên trong chip tích hợp với Camera làm nhiệm vụ phân tích hình ảnh thu được từ Camera và gởi kết quả phân tích lên Server. Gói phần mềm dung các thuật giải sau để phân tích: ƒ Phân tích điểm ảnh. ƒ Phương pháp lọc điểm ảnh bằng bộ lọc Erosion và Dilation ƒ Phương pháp trích xuất ảnh nền từ sự thay đổi liên tục của điểm ảnh. ƒ Theo vết khối điểm ảnh chuyển động theo phương pháp đánh dấu và điểm ảnh cận. • Gói phần mềm Server được lập trình bằng ngôn ngữ C# có nhiệm vụ liên kết và truyền tải dữ liệu giữa các Client. • Gói phần mềm hoạt động trên mobile được lập trình bằng ngôn ngữ JavaJ2ME có nhiệm vụ hiển thị thông tin tình trạng giao thông cho ngưởi dung. • Gói phần mềm hoạt động trên máy tính, thiết bị được lắp đặt trên các bảng lớn cho người tham gia giao thông theo dõi tình trạng giao thông. Gói phần mềm được lập trình trên ngôn ngữ C#. Phương pháp truyền dữ liệu qua mạng dựa trên giao thức TCP/IP. 1.2.3. Kết quả • Xây dựng gói phần mềm cung cấp thông tin tình trạng giao thông tức thời của Tp Hồ Chí Minh cho người tham gia giao thông. • Giảm tình trạng kẹt xe. • Tiết kiệm thời gian và chi phí cho người tham gia giao thông. • Giảm thiểu ô nhiễm môi trường do kẹt xe gây ra. • Tiết kiệm nguồn năng lượng đang dần cạn kiệt là các mỏ dầu, góp phần thúc đẩy phát triển nền kinh tế đất nước. 4 1.3. Đóng góp khoa học của đề tài. − Cải tiến thuật toán 8 hướng áp dụng trong phương pháp vẽ đường. − Cải tiến thuật toán theo vết đối tượng trên thư viện Aforce có thể áp dụng cho các bài toán cần theo dõi và tính vận tốc đối tượng. − Xây dựng hệ thống phần mềm có khả năng hiển thị tình trạng giao thông tại Tp Hồ Chí Minh, bao gồm: • Hệ thống camera tự động có khả năng nhận biết các vật đang chuyển động. • Gói phần mềm Server chạy dưới dạng service có khả năng truyền tải dữ liệu giữa các Client. • Gói phần mềm chạy trên mobile hỗ trợ Java có khả năng kết nối, truyền tải dữ liệu qua mạng và chức năng vẽ đường tự động. • Gói phần mềm chạy trên máy tính cá nhân có chức năng tương tự với gói phần mềm chạy trên mobile. • Gói phần mềm dành cho người quản trị có khả năng kết nối, truyền tải dữ liệu qua mạng hiển thị thông tin kết nối cũng như các chức năng cập nhật và thống kê. 1.4. Bố cục báo cáo Báo cáo được chia làm 4 chương. • Chương 1: Tổng quan Giới thiệu vấn đề, phân tích hiên trạng, mục đích nghiên cứu của đề tài, và đề ra phương pháp thực hiện cũng như tính hiệu quả của đề tài. • Chương 2: Cơ sở lý thuyết − Chi tiết cách thức xây dựng chương trình xử lý hình ảnh thu được từ camera, phân tích cách thức hoạt động bên trong chương trình. − Mô tả chi tiết thuật toán vẽ đường trên bản đồ. − Mô tả hoạt động của hệ thống bao gồm Camera Client, J2ME Map Client và Windows Map Client, quá trình gởi nhận dữ liệu và thể hiện kết quả trên chương trình. • Chương 3: Hiện thực hệ thống − Trình bày cách thức hiện thực hệ thống. − Quá trình vận hành của hệ thống qua các bước. 5 • Chương 4: Kết quả đạt được − Các hình ảnh của phần mềm khi hoạt động. − Kết quả có được từ hệ thống. • Chương 5: Kết luận − Kết quả đạt được từ đề tài và những kiến nghị để cho dự án phát triển. 6 Chương 2. CƠ SỞ LÝ THUYẾT 2.1. Mô hình Client - Server và bộ giao thức TCP/IP Mô hình Client-Server là một mô hình nổi tiếng trong mạng máy tính, được áp dụng rất rộng rãi và là mô hình của mọi trang web hiện có. Ý tưởng của mô hình này là máy con (đóng vài trò là máy khách) gửi một yêu cầu (request) để máy chủ (đóng vai trò người cung ứng dịch vụ) xử lý và trả kết quả về cho máy khách. 2.1.1. Mô hình Client - Server Thông thường chương trình Server và Client được thi hành trên hai máy khác nhau. Cho dù lúc nào Server cũng ở trạng thái sẵn sàng chờ nhận yêu cầu từ Client nhưng trên thực tế một tiến trình liên tác qua lại (interaction) giữa Client và Server lại bắt đầu ở phía Client, khi mà Client gửi tín hiệu yêu cầu tới Server. Các chương trình Server thường đều thi hành ở mức ứng dụng (tầng ứng dụng của mạng). Sự thuận lợi của phương pháp này là nó có thể làm việc trên bất cứ một mạng máy tính nào có hỗ trợ giao thức truyền thông chuẩn cụ thể ở đây là giao thức TCP/IP. 2.1.2. Giao thức TCP/IP Bộ giao thức TCP/IP (bộ giao thức liên mạng) là một bộ các giao thức truyền thông cài đặt chồng giao thức mà Internet và hầu hết các mạng máy tính thương mại đang chạy trên đó. Bộ giao thức này là một họ giao thức cùng làm việc với nhau để cung cấp phương tiện truyền thông liên mạng. Bao gồm bốn tầng: Application, Transport , Internet và Link. Hình 2.1 Mô hình TCP/IP • Tầng ứng dụng (Application): bao gồm các giao thức cho các dịch vụ mạng cung cấp nhiều chức năng cho các ứng dụng khác nhau như FTP, SMTP… 7 • Tầng vận chuyển (Transport): cơ chế bảo đảm dữ liệu được vận chuyển một cách tin cậy, hoàn toàn không phụ thuộc vào đặc tính của ứng dụng sử dụng dữ liệu. • Tầng mạng (Internet): có chức năng chuyển giao dữ liệu giữa các mạng với nhau. Giao thức IP được sử dụng ở lớp này. • Tầng liên kết (Link): thực hiện các kết nối vật lý, là tầng quyết định đặc tính tín hiệu , chế độ truyền và tốc độ truyền … Trong bốn tầng trên ta qua tâm đến hai tầng quan trọng là Transport và Internet với hao giao thức tương ứng là TCP và IP. 2.1.2.1. Giao thức TCP TCP (Transmission Control Protocol) là giao thức thuộc tầng vận chuyển trong mô hình TCP/IP, là một giao thức "có liên kết" (connection oriented), nghĩa là cần phải thiết lập liên kết giữa hai thực thể TCP trước khi chúng trao đổi dữ liệu với nhau. Một tiến trình ứng dụng trong một máy tính truy nhập vào các dịch vụ của giao thức TCP thông qua một cổng (port) của TCP. Số hiệu cổng TCP được thể hiện bởi 2 bytes. 2.1.2.2. Giao thức IP Mục đích chính của IP là cung cấp khả năng kết nối các mạng con thành liên mạng để truyền dữ liệu.Vai trò của IP là xác định con đường từ máy gởi đến máy nhận, quản lý các vấn đề lưu thông trên mạng. IP là giao thức không liên kết (connectionless) có nghĩa là không cần giai đoạn thiết lập liên kết trước khi truyền dữ liệu. Nhưng có lẽ khía cạnh phức tạp nhất của IP là việc đánh địa chỉ và định tuyến. Đánh địa chỉ là công việc cấp địa chỉ IP cho các máy đầu cuối, cùng với việc phân chia và lập nhóm các mạng con của các địa chỉ IP. Việc định tuyến IP được thực hiện bởi tất cả các máy chủ, nhưng đóng vai trò quan trọng nhất là các thiết bị định tuyến liên mạng. 2.2. Xử lý hình ảnh Quá trình xử lý hình ảnh ban đầu đóng vai trò quan trọng trong hệ thống, để có được kết quả như mong muốn chúng ta phải qua nhiều giai đoạn xử lý. 8 2.2.1. Mô hình hoạt động Quá trình xử lý được mô hình hóa như sau: Hình 2.2 Mô hình hoạt động camera Client 2.2.2. Cách thức xử lý Những thông tin thu được từ camera là một dãy các frame (ảnh) liên tiếp nhau cho nên ta cần xử lý từng ảnh trong dãy ảnh. Sau đây là các bước chính trong việc xử lý camera. 2.2.2.1. Phân tích ảnh Việc phân tích ảnh là công đoạn tách từng tấm ảnh trong dãy ảnh mà camera thu được. Trước tiên điều đó phụ thuộc vào chất lượng cũng như vị trí lắp đặt của camera. Sau đó ta sử dụng bộ thư viện lập trình DirectShow để có thể tách từng tấm ảnh trong dãy ảnh mà camera thu được. 2.2.2.2. Phát hiện chuyển động Công đoạn phát hiện chuyển động là công đoạn rất quan trọng trong việc theo dõi và phân tích luồng giao thông. Phát hiện chuyển động giúp ta tách các đối tượng (cụ thể là các phương tiện giao thông) ra khỏi các vùng