根據(jù)系統(tǒng)的總體方案設(shè)計(jì)和各個(gè)模塊的功能分析，視頻檢測(cè)模塊包括圖像采集和移動(dòng)目標(biāo)檢測(cè)，將視頻圖像轉(zhuǎn)換成計(jì)算機(jī)可以處理的數(shù)字圖像，并有效檢測(cè)到移動(dòng)車輛，是實(shí)現(xiàn)后續(xù)處理工作的前提和保障，因此它是整個(gè)軟件系統(tǒng)的基礎(chǔ)，其算法設(shè)計(jì)和實(shí)現(xiàn)將影響到后續(xù)處理。這一章將詳細(xì)介紹圖像采集和移動(dòng)目標(biāo)檢測(cè)技術(shù)，所涵蓋的技術(shù)范圍包括圖像處理和機(jī)器視覺(jué)技術(shù)。

    4.1 視頻圖像的采集

    4.1.1 視頻圖像采集的基礎(chǔ)

    本系統(tǒng)中，由攝像設(shè)備獲取的視頻圖像是模擬信號(hào)，而計(jì)算機(jī)只能處理數(shù)字信號(hào)，因此需要將模擬的視頻信號(hào)轉(zhuǎn)換成計(jì)算機(jī)可以處理的數(shù)字圖像信號(hào)。

    視頻圖像，也稱為動(dòng)態(tài)圖像或序列圖像，是隨時(shí)間變化的靜態(tài)圖像序列(stillframeimage/picture sequence )[14]。在靜態(tài)圖像中，信息密度隨空間分布，且相對(duì)于時(shí)間為常量，而動(dòng)態(tài)圖像的空間信息密度特征隨時(shí)間變化。因此動(dòng)態(tài)圖像要比靜態(tài)圖像的關(guān)系與差別復(fù)雜得多。

    視頻圖像主要通過(guò)各種攝像機(jī)獲取，其工作原理都是將外界光信號(hào)轉(zhuǎn)換成電信號(hào)，現(xiàn)場(chǎng)景物經(jīng)攝像頭在攝像機(jī)內(nèi)的 CCD 圖像傳感器靶面上成像，使 CCD 圖像傳感器輸出反映現(xiàn)場(chǎng)圖像內(nèi)容的電信號(hào)，該電信號(hào)經(jīng)攝像機(jī)內(nèi)部電路處理后，即可輸出視頻信號(hào)。

    攝像機(jī)以輸出信號(hào)區(qū)分，可分為模擬和數(shù)字?jǐn)z像機(jī)兩大類。由于模擬攝像機(jī)技術(shù)相對(duì)成熟，靈敏度、圖像分辨率、圖像還原性等均已達(dá)到了很高的水平，功能日臻完善。因此本系統(tǒng)中所采用的攝像設(shè)備是模擬攝像機(jī)。

    視頻信號(hào)在質(zhì)量上可區(qū)分為復(fù)合視頻( Composite )，S-Video，YUV 和數(shù)字( Digital ) 4 個(gè)級(jí)別[15] ：

1.復(fù)合視頻：將亮度、色差和同步信號(hào)復(fù)合到一個(gè)信號(hào)中，當(dāng)把復(fù)合信號(hào)分離時(shí)，濾波器會(huì)降低圖像的清晰度，因此復(fù)合視頻信號(hào)的質(zhì)量一般，目前普遍用于家用錄像機(jī)。

2.S-Video：利用 2 個(gè)信號(hào)表現(xiàn)視頻信號(hào)，即亮度信號(hào) Y，另一個(gè)是 U 和V 正交調(diào)制后的混合彩色信號(hào) C；在信號(hào)傳輸中，采用 Y/C 獨(dú)立傳輸技術(shù)，無(wú)需用濾波器分離視頻信號(hào)，避免濾波帶來(lái)的信號(hào)損失，大大提高灰度圖像的分辨率，圖像質(zhì)量較好。

3.YUV 視頻信號(hào)：由 3 個(gè)信號(hào) Y、 U 和 V 組成，Y 表示亮度和同步信號(hào)，U 和 V 是色差信號(hào)。由于無(wú)需濾波、編碼和解碼，因而圖像質(zhì)量極好。

    主要用于專業(yè)視頻領(lǐng)域

    4.數(shù)字視頻信號(hào)：即紅 R、綠 G、藍(lán) B，三路信號(hào)輸入后直接用三個(gè) A/D轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號(hào)，無(wú)需采集卡作任何處理，對(duì)圖像的損失最少，因此圖像質(zhì)量很高。

    從視頻獲取設(shè)備中傳送的視頻信號(hào)是模擬信號(hào)，它在空間和時(shí)間上是連續(xù)的二維函數(shù)，而數(shù)字圖像是一個(gè)整數(shù)陣列，最基本的表示形式是矩陣。如m*n 的數(shù)字圖像 F 可以表示為(4-2)：

    其中 f(i, j)表示圖像在位置(i, j)處的亮度值。當(dāng)然，m 或 n 可以為 1，此時(shí) F 就成了向量。若量化等級(jí)為 f(i, j)= 28，則存儲(chǔ)一般數(shù)字圖像所需的二進(jìn)制位數(shù)為：b=M*N*3。

    數(shù)字圖像處理發(fā)展迅速，實(shí)用價(jià)值高，應(yīng)用范圍極為廣泛，現(xiàn)已應(yīng)用于軍事技術(shù)、政府部門和醫(yī)療衛(wèi)生等多種領(lǐng)域。它利用計(jì)算機(jī)和有關(guān)數(shù)字技術(shù)對(duì)圖像進(jìn)行某種運(yùn)算和處理，以達(dá)到某種預(yù)想的效果。

    圖像的采集過(guò)程就是圖像數(shù)字化的過(guò)程。所謂的圖像數(shù)字化就是用離散的像素所處位置上的，或附近位置上的灰度值來(lái)表示原來(lái)連續(xù)的圖像[16]。

    要將模擬圖像數(shù)字化為數(shù)字圖像需要兩個(gè)過(guò)程，一個(gè)是采樣，另一個(gè)是量化。

    1.采樣

    空間坐標(biāo)的離散化叫做空間采樣，它是把空間上連續(xù)的圖像變換成離散點(diǎn)集(像素)的一種操作。一般是對(duì)圖像用矩形網(wǎng)格采樣，在二維平面上按一定間隔從上至下逐行掃描，從而得到灰度值的線掃描。再按一定間隔采樣灰度值的掃描線，就可以得到離散點(diǎn)的灰度值。在采樣過(guò)程中，假設(shè)橫向像素?cái)?shù)為 m，縱向像素?cái)?shù)為 n，則圖像的大小表示為 m*n，它也稱為圖像的空間

    2.量化

    采樣后的圖像只是在空間上被離散化成樣本的陣列，每個(gè)樣本稱為像素。由于原圖像是連續(xù)圖像，因此每個(gè)像素的灰度值仍然是連續(xù)的。把連續(xù)的灰度值離散化就叫做量化。對(duì)連續(xù)的灰度值進(jìn)行量化的方法有均勻量化和非均勻量化兩種方法。均勻量化是把原圖像灰度層次從最暗到最亮均勻量化分層，反之，不采用均勻量化分層的就稱為非均勻量化。圖像亮度層次的多少稱為密度分辨率，也叫灰度級(jí)。均勻量化是最簡(jiǎn)單的量化方法，對(duì)于像素灰度值在白到黑的范圍里均勻分布一類的圖像，量化誤差可變得小。