移动网络视觉雾霾检测系统的制作方法
【技术领域】
[0001] 本发明属于光电技术领域，涉及雾霾的检测，基于移动终端实时视频进行雾霾能 见度的检测，以及对检测结果的数据分析与数据挖掘，为一种移动网络视觉雾霾检测系统。
【背景技术】
[0002] 雾霾严重影响人们的生活健康，雾霾造成的能见度下降也给行车带来了危险。目 前点站式雾霾/能见度检测设备价格昂贵，数十万元/套，造价较高，不能在城市中大范围 覆盖，检测距离有限，仅能支持数百米范围内的检测。而对雾霾的检测，除了监测化工厂、钢 铁厂等重点污染区域，学校、医院、居民区等敏感区域外，还需及时发现新的雾霾污染源，加 以整改；需提供雾霾的分布，提供活动范围、诱导出行路径；需分析其产生规律，加以研究 处理。因此，利用已有摄像机的视觉能见度检测研究有重要意义，而利用智能手机的能见度 检测更具有推广应用价值。
【发明内容】
[0003] 本发明要解决的问题是：传统点站式雾霾/能见度检测设备价格昂贵，不能在城 市中大范围覆盖，检测距离有限，存在无法反映雾霾时空分布规律的缺点。
[0004] 本发明的技术方案为：移动网络视觉雾霾检测系统，包括移动终端检测点和雾霾 数据分析系统，移动终端检测点为道路摄像头或支持移动通信的具有摄像头的终端设备， 移动终端检测点通过摄像头获取图像信息，利用OpenCV视觉库对获取的图像进行分析，获 得当前每个检测点的能见度数据，并通过网络实时将能见度数据以及移动终端检测点的当 前位置信息发送给雾霾数据分析系统服务器。
[0005] 移动终端检测点设有GPS定位模块，使用移动网络进行远程通信，通过GPS定位模 块及移动互联网的辅助定位获得当前地理位置信息，以网络文本流将地理位置与能见度数 据封装，通过移动互联网向雾霾数据分析系统发送封装的数据。
[0006] 所述移动终端检测点包括：
[0007]图像预处理模块，用于对通过移动通信设备摄像头或道路监控摄像头采集的视频 的帧图像进行平滑滤波和去噪；
[0008] 交互式标定模块，用于标定摄像头参数，通过人机交互式标定确认摄像头参数h， f，t，p，其中，摄像机立柱高度为h，f为摄像头有效焦距，摄像机的俯仰角为t，偏角为p，调 整摄像头焦距f、高度h、俯仰角t和偏角p生成相应的计算网格，在图像中选取目标物，根 据计算网格得出该目标物的长宽，与该目标物的实际长宽作对比，重复此过程，直至根据当 前摄像头焦距f、高度h、俯仰角t和偏角p测量所得的目标物长宽符合该目标物的实际长 宽；
[0009]摄像机成像坐标转换模块，用于坐标系转换，针对移动通信设备、道路监控系统性 能需求和路况成像特点，根据摄像机成像模型，构建摄像机像平面坐标系u-v与世界坐标 系Xw -Yw -Zw的映射方程；
[0010] 能见度检测模块，用于计算能见范围内最远可见目标物的距离；
[0011] GPRS通信模块，用于将移动终端检测点的实时检测位置和能见度信息打包发送给 雾霾数据分析系统。
[0012] 所述的移动终端检测点中的能见度检测模块具体用于实现以下步骤：
[0013] 1)兴趣区域R0I设置：进行道路或街景监控视频图像的采集，获得道路或街景视 频帧图像，根据实际的道路或街景状况，在当前帧图像上提取多个点，对所提取的点进行直 线拟合计算，形成叉形结构，叉形结构内作为检测的兴趣域R0I，也就是有效检测区域；
[0014] 2)局部对比度计算：根据人眼视觉特性的分析，将像素对比度定义进行归一化处 理，并反转亮度，给出图像中相邻像素对比度归一化定义，如式（1):
[0015]
(0
[0016] 对于图像中的每个像素X，取其四邻域Xl构建4个像素对（x，Xl)进行对比度计算， 取其4个方向上的最大值作为该点的对比度值：
[0017] C(x) =maxC(x,χ；)x；eV4 (2)
[0018] C(x)为每个像素的对比度值，对比度大于国际照明委员会CIE定义阈值的像素， 认为是图像中人眼可以分辨区域；结合根据CIE的定义，将对比度大于0. 05的像素作为后 续能见度计算的候选点；
[0019] 3)能见度距离计算：对于检测到的对比度值大于0. 05的候选点，选择其中距离摄 像机最远的点，其与摄像机的距离即为当前道路或街景的能见度值：
[0020] 结合摄像机成像坐标转换模块，实时精确的确定图像中所有候选点到摄像机的绝 对距离，将所有候选点以自上而下，从左到右的顺序实时完成从图像坐标到路面坐标的转 换，通过对所有候选点进行坐标转换，找出其中距离摄像机最远的像素点；
[0021] 4)数据平滑滤波：首先对k时刻连续10次检测的能见度结果进行平均，得到在k 时刻最远可见距离的均值Hk，然后将此结果输入到Kalman滤波器进行平滑滤波，得到输出 能见度Vk，尽可能消除各类噪声对检测结果的干扰，如式（3):
[0022] … (3)
[0023] Vk=Vkl+Kk(Hk-Vkl)
[0024] 其中，心为Kalman中实时更新的增益，D1是k时刻第i次测得的最远可见距离。
[0025] GPRS通信模块，用于将移动终端检测点的实时检测位置和能见度信息打包发送给 雾霾数据分析系统。
[0026] 所述雾霾数据分析系统包括：
[0027] 区域分布服务器，用于根据收到的数据处理得到雾霾现象的时空分布数据；
[0028] 数据分析服务器，用于对收到数据进行数据挖掘，得到雾霾区域分布信息和动态 污染源信息；
[0029] 信息发布服务器，用于连接环境监测部门及公众信息平台，发布与推送相关信息。
[0030] 本发明在监测区域大范围部署移动终端，形成移动终端检测点，通过移动通信设 备或道路监控进行交互式标定，确定摄像头参数后，使用摄像头采集图像，利用OpenCV视 觉库对采集的图像作进一步分析，获得当前每个检测点的能见度数据，通过GPRS通信模块 将移动终端实时检测位置和能见度信息打包发送给雾霾数据分析系统。
[0031] 本发明移动终端检测点为道路摄像头或智能手机等移动终端，自身价格低廉，依 托移动互联网的特点，可大范围部署，智能手机作为图像采集与能见度检测的一体化设备， 现场检测能见度通过移动互联网传输至服务器。充分利用移动互联网的特点与优势，以低 成本实现区域高覆盖率雾霾能见度检测。雾霾数据分析系统专注于分析雾霾能见度数据， 通过数据挖掘技术完善了传统检测设备数据分析方面的缺陷。
[0032] 本发明充分利用移动互联网优势，不需要昂贵的监测仪器设备，只需道路上现成 的摄像头或支持移动通信的终端设备就可以实现雾霾检测，雾霾数据分析系统汇集各个终 端检测点的实时雾霾数据，应用数据挖掘技术，分析获取雾霾时空分布，提供活动范围、诱 导出行路径的信息，便于进一步分析雾霾产生规律，并加以研究处理。
[0033] 本发明利用移动互联网平台，将移动终端作为一体化的图像采集与能见度检测设 备，在目标区域内设置多个检测点，现场实时检测得出能见度。通过GPS定位模块及移动互 联网的辅助定位快速获得地理位置，以网络文本流将地理位置与能见度封装，通过移动互 联网向公网数据服务器发送，数据存储服务器将各地检测点实时检测结果汇总写，供各业 务处理服务器使用。
【附图说明】
[0034] 图1为本发明移动网络视觉雾霾检测系统流程图
[0035] 图2为本发明兴趣区域R0I的设置。
[0036] 图3为本发明交互式标定界面示意图。
[0037] 图4为本发明实施局部对比度检测算法的对比图。（a)为同一场景有雾霾和无雾 霾的对比图，对其使用局部对比度检测算法并输出结果以验证算法效果，输出结果（b)。
[0038] 图5为本发明实施的选取江苏省宁连高速公路有雾霾场景进行能见度测试效果 图。
[0039] 图6为本发明实施的选取江苏省宁连高速公路无雾霾场景进行能见度测试效果 图。
【具体实施方式】
[0040] 本发明包括移动终端检测点和雾霾数据分析系统，移动终端检测点为道路摄像头 或支持移动通信的具有摄像头的终端设备，移动终端检测点通过摄像头获取图像信息，利 用OpenCV视觉库对获取的图像进行分析，获得当前每个检测点的能见度数据，并通过网络 实时将能见度数据以及移动终端检测点的当前位置信息打包发送给雾霾数