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專利名稱：柴油車尾氣煙度檢測(cè)方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及汽車尾氣檢測(cè)技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及柴油車尾氣煙度檢測(cè)方法。
背景技術(shù)：
柴油車主要排放的污染物有一氧化碳、碳?xì)浠衔?、氮氧化物和顆粒，其中氮氧化物和顆粒對(duì)大氣質(zhì)量危害最大。在用柴油車處于正常工作狀態(tài)時(shí)，保持正常的煙度排放水平對(duì)降低柴油車的排放污染、改善大氣質(zhì)量意義重大，為此需要對(duì)在用柴油車進(jìn)行定期的煙度排放檢測(cè)。目前針對(duì)柴油車尾氣煙度檢測(cè)方法一般采用靜態(tài)檢測(cè)方法，如林格曼煙度法、濾紙煙度法和煙度計(jì)法，靜態(tài)檢測(cè)方法的特點(diǎn)是相對(duì)位置固定，采用人工作業(yè)。然而靜態(tài)檢測(cè)方法無法解決柴油車尾氣實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)的難題，因?yàn)樵谖矚鈱?shí)時(shí)監(jiān)測(cè)中，柴油車一直在運(yùn)動(dòng)，排氣管位置因車型而不同，尾氣煙羽持續(xù)時(shí)間短。中國(guó)專利申請(qǐng)?zhí)枮?01210194526.9，名稱為“尾氣不透光煙度檢測(cè)方法和系統(tǒng)”公開了一種尾氣不透光煙度檢測(cè)方法和系統(tǒng)，利用接收的高速攝像機(jī)發(fā)送的針對(duì)第一地面圖像指令、第二地面圖像指令獲取的第一地面圖像數(shù)據(jù)、第二地面圖像數(shù)據(jù)進(jìn)行煙度運(yùn)算，得到該車輛的尾氣不透光煙度，實(shí)現(xiàn)了實(shí)時(shí)檢測(cè)尾氣不透光煙度，檢測(cè)效率高，但存在的不足之處是:一是路面漫反射對(duì)獲取地面圖像數(shù)據(jù)影響很大，因此路面漫反射造成了地面圖像數(shù)據(jù)不準(zhǔn)確；二是檢測(cè)過程受到周圍環(huán)境因素的影響，從地面 圖像數(shù)據(jù)得到尾氣煙度為非線性輸出，所以很難得到一個(gè)準(zhǔn)確的測(cè)量結(jié)果。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是為了克服現(xiàn)有柴油車尾氣檢測(cè)方法的不足，提供一種能減少路面漫反射影響、實(shí)現(xiàn)柴油車尾氣煙度穩(wěn)定準(zhǔn)確測(cè)定的柴油車尾氣煙度檢測(cè)方法。本發(fā)明采用的技術(shù)方案是:將分別連接控制器的距離傳感器、攝像機(jī)均固定在位于路面上的同一垂直高度處，并垂直向下朝向路面，先在攝像機(jī)正下方的路面上涂一層白色油漆形成白漆路面，當(dāng)無柴油車經(jīng)過白漆路面時(shí)，距離傳感器的測(cè)距保持不變，控制器控制攝像機(jī)獲取白漆路面的圖像，保存并計(jì)算出最近N幀白漆路面的圖像均值作為背景圖像像素值，10 ^ 30 ;當(dāng)柴油車通過白漆路面時(shí)，控制器控制攝像機(jī)連續(xù)拍下M幀含有車輛尾氣圖像的路面圖像，3 < M < 5，計(jì)算出M幀含有尾氣圖像的路面圖像的均值作為目標(biāo)圖像像素值；再對(duì)所述背景圖像和所述目標(biāo)圖像均進(jìn)行灰度變換；在所述目標(biāo)圖像中提取尾氣圖像，在所述背景圖像中提取尾氣背景圖像，將所述尾氣圖像與所述尾氣背景圖像對(duì)應(yīng)像素值進(jìn)行相減操作，相減結(jié)果作為尾氣數(shù)據(jù)；最后采用灰度直方圖計(jì)算出所述尾氣數(shù)據(jù)的灰度概率密度，將所述灰度概率密度作為BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的輸入，對(duì)BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)訓(xùn)練，輸出尾氣煙度值，并保存在計(jì)算機(jī)中。本發(fā)明的有益效果是:
1、本發(fā)明采用在攝像機(jī)垂直下方的路面涂上一層低反射的白色油漆，形成白漆路面，這樣有利于減少路面的漫反射影響。油漆選擇白色的原因是，在邊緣檢測(cè)、灰度變換這些圖像處理操作過程中，更容易提取尾氣圖像。2、由于BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)具有很強(qiáng)的處理非線性問題的能力，本發(fā)明利用BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)實(shí)現(xiàn)了尾氣煙度的穩(wěn)定準(zhǔn)確的測(cè)定。3、實(shí)現(xiàn)了柴油車尾氣煙度的實(shí)時(shí)檢測(cè)，解決了路面漫反射對(duì)獲取地面圖像數(shù)據(jù)的影響及在檢測(cè)過程中受到各種環(huán)境因素影響的問題。


下面結(jié)合附圖和具體實(shí)施方式
對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步詳細(xì)說明。圖1為柴油車尾氣煙度檢測(cè)裝置的結(jié)構(gòu)示意 圖2為本發(fā)明柴油車尾氣煙度檢測(cè)方法流程 圖中:1.距離傳感器；2.攝像機(jī)；3.控制器；4.支架；5.計(jì)算機(jī)；6.白漆路面；7.柴油車;8.尾氣。
具體實(shí)施例方式如圖1所示，本發(fā)明柴油車尾氣煙度檢測(cè)方法的實(shí)施依賴于圖1所示的柴油車尾氣煙度檢測(cè)裝置，該柴油車尾氣煙度檢測(cè)裝置包括距離傳感器1、攝像機(jī)2、控制器3、支架
4、計(jì)算機(jī)5、白漆路面6，其中，距離傳感器1、攝像機(jī)2和控制器3均固定安裝在支架4上，使距離傳感器I與攝像機(jī)2位于路面上的同一垂直高度處，并使距離傳感器I與攝像機(jī)2均垂直向下朝向路面。距離傳感器I的測(cè)量精度為0.01m，攝像機(jī)2采用高精度的C⑶攝像機(jī)，工作時(shí)根據(jù)環(huán)境光強(qiáng)，調(diào)整快門1/lfl/lOK秒、白平衡和自動(dòng)增益，以獲得較理想的地面圖像。CXD攝像機(jī)采用 PAL制式模擬輸出，經(jīng)視頻解碼器解碼和A/D轉(zhuǎn)換后變?yōu)閅UV422信號(hào)。在攝像機(jī)2正下方的路面上涂上一層低反射的白色油漆，形成白漆路面6，這樣有利于減少路面的漫反射影響。距離傳感器I和攝像機(jī)2分別連接控制器3，控制器3連接計(jì)算機(jī)5，控制器3根據(jù)距離傳感器I的信號(hào)控制攝像機(jī)2，并將相應(yīng)的柴油車尾氣煙度數(shù)據(jù)傳遞到計(jì)算機(jī)5進(jìn)行存儲(chǔ)。如圖2所示的是柴油車尾氣煙度檢測(cè)方法，啟動(dòng)圖1所示的柴油車尾氣煙度檢測(cè)裝置，當(dāng)無車輛經(jīng)過白漆路面6時(shí)，距離傳感器I測(cè)距結(jié)果始終保持不變，控制器3向攝像機(jī)2發(fā)出獲取路面圖像的指令，攝像機(jī)2對(duì)白漆路面6進(jìn)行拍攝，獲取地面圖像，并保存最近N幀地面圖像，10 ^ 30，攝像機(jī)2獲取地面圖像的幀率為30幀/分鐘。計(jì)算機(jī)5保持空閑狀態(tài)。當(dāng)有車輛經(jīng)過白漆路面6時(shí)，車輛頭部導(dǎo)致距離傳感器I測(cè)距結(jié)果驟變，控制器3發(fā)出準(zhǔn)備指令，停止獲取地面圖像，并計(jì)算最近N幀地面圖像的均值作為背景圖像待用。車輛整體通過時(shí)，距離傳感器I測(cè)距結(jié)果再次回歸到常規(guī)值，控制器3向攝像機(jī)2發(fā)出抓拍指令，攝像機(jī)2連續(xù)拍下M幀含有尾氣圖像的地面圖像，3 < M < 5，設(shè)置抓拍幀率為24幀/秒。選取高幀率是為了抓拍到有效尾氣圖像，防止飄散稀釋。然后計(jì)算3幀含有尾氣圖像的路面圖像的均值作為目標(biāo)圖像待用。對(duì)背景圖像和目標(biāo)圖像進(jìn)行灰度變換。煙度測(cè)定是在灰度空間進(jìn)行的，所以要對(duì)圖像進(jìn)行灰度變換。硬件采集到的視頻為PAL制式的模擬視頻信號(hào)，在傳輸和預(yù)覽時(shí)采用YUV422信號(hào)，其中Y表示灰度值，U、V表示色度。所以只要從YUV422中抽取灰度值信號(hào)，就可以實(shí)現(xiàn)灰度變換。在目標(biāo)圖像中提取尾氣圖像。采用Sobel邊緣檢測(cè)算法確定尾氣圖像邊緣。Sobel算子，即將方向差分運(yùn)算與局部平均相結(jié)合，它以目標(biāo)像素點(diǎn)/Cr，_7)為中心，計(jì)算3X3鄰域內(nèi)的Z和_7方向的偏導(dǎo)數(shù)。這種方法不但有較好的邊緣檢測(cè)效果，同時(shí)由于它引入了局部平均，使其抗噪聲能力比較高，定位精度可以滿足煙度測(cè)定的要求。若增大鄰域范圍如5X5、9X9，效果更好，但增加了計(jì)算量，得到的邊緣也較粗，經(jīng)過試驗(yàn)確定3X3是比較合適的大小。在背景圖像中提取尾氣背景圖像。根據(jù)目標(biāo)圖像中尾氣圖像的位置，提取背景圖像中尾氣圖像的背景，作為尾氣背景圖像。將尾氣圖像與尾氣背景圖像進(jìn)行相減操作，作為尾氣數(shù)據(jù)，操作中數(shù)據(jù)出現(xiàn)負(fù)值
的置為零。計(jì)算尾氣數(shù)據(jù)的灰度概率密度。通過對(duì)上述尾氣數(shù)據(jù)進(jìn)行像素灰度統(tǒng)計(jì)，采用灰度直方圖來求得尾氣灰度分布。在尾氣灰度分布的基礎(chǔ)上，通過將各級(jí)灰度像素?cái)?shù)目與總像素?cái)?shù)目進(jìn)行相除，計(jì)算得出反映圖像灰度分布比率的灰度概率密度。BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)測(cè)定尾氣煙度。BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)為輸入層、隱含層和輸出層。輸入層為尾氣數(shù)據(jù)的灰度概率密度分布，輸入值在0到255之間。輸出層為尾氣煙度，輸出值在0到5級(jí)之間。輸入層和輸出層節(jié)點(diǎn)數(shù)分別為256和1，隱層節(jié)點(diǎn)數(shù)目為18。隱含層傳遞函數(shù)為正切S型，輸出層為線性傳遞函數(shù)，并對(duì)輸出值進(jìn)行取整。提取200次車輛經(jīng)過的尾氣數(shù)據(jù)的灰度概率密度，并人工標(biāo)記尾氣煙度作為樣本集，樣本集S=P1+P2，其中Pl作為訓(xùn)練樣本，樣本數(shù)為100，P2作為測(cè)試樣本，樣本數(shù)為100。采用上述的BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)進(jìn)行批訓(xùn)練，直到BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的訓(xùn)練性能不再減少為止。按訓(xùn)練階段產(chǎn)生的BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)對(duì)測(cè)試樣本測(cè)定尾氣煙度，與測(cè)試樣本標(biāo)記的尾氣煙度進(jìn)行對(duì)比，如果對(duì)比結(jié)果不滿足要求，則繼續(xù)對(duì)BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行訓(xùn)練，直到滿足要求為止。根據(jù)BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)測(cè)定的尾氣煙度，作為柴油車尾氣煙度檢測(cè)裝置測(cè)定的煙度值輸出，并保存在計(jì)算機(jī)5中。
權(quán)利要求
1.一種柴油車尾氣煙度檢測(cè)方法，將分別連接控制器的距離傳感器、攝像機(jī)均固定在位于路面上的同一垂直高度處，并垂直向下朝向路面，其特征是還包括以下步驟: (1)在攝像機(jī)正下方的路面上涂一層白色油漆形成白漆路面，當(dāng)無柴油車經(jīng)過白漆路面時(shí)，距離傳感器的測(cè)距保持不變，控制器控制攝像機(jī)獲取白漆路面的圖像，保存并計(jì)算出最近N幀白漆路面的圖像均值作為背景圖像像素值，10 ^ N ^ 30 ;當(dāng)柴油車通過白漆路面時(shí)，控制器控制攝像機(jī)連續(xù)拍下M幀含有車輛尾氣圖像的路面圖像，3 < M < 5，計(jì)算出M幀含有尾氣圖像的路面圖像的均值作為目標(biāo)圖像像素值； (2)對(duì)所述背景圖像和所述目標(biāo)圖像均進(jìn)行灰度變換；在所述目標(biāo)圖像中提取尾氣圖像，在所述背景圖像中提取尾氣背景圖像，將所述尾氣圖像與所述尾氣背景圖像對(duì)應(yīng)像素值進(jìn)行相減操作，相減結(jié)果作為尾氣數(shù)據(jù)； (3 )采用灰度直方圖計(jì)算出所述尾氣數(shù)據(jù)的灰度概率密度，將所述灰度概率密度作為BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的輸入，對(duì)BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)訓(xùn)練，輸出尾氣煙度值，并保存在計(jì)算機(jī)中。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的柴油車尾氣煙度檢測(cè)方法，其特征是:步驟(3)中所述BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)輸入值在0到255之間，輸出值在0到5之間，輸入層和輸出層節(jié)點(diǎn)數(shù)分別為256和1，隱層節(jié)點(diǎn)數(shù)為18，隱含層傳遞函數(shù)為正切S型，輸出層為線性傳遞函數(shù)，并對(duì)輸出值進(jìn)行取整，訓(xùn)練樣本集S= P1+P2, Pl是訓(xùn)練樣本，樣本數(shù)為100，P2是測(cè)試樣本，樣本數(shù)為256。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的柴油車尾氣煙度檢測(cè)方法，其特征是:步驟(2)中所述在目標(biāo)圖像中提取尾氣圖像，采用Sobel邊緣檢測(cè)算法確定尾氣圖像邊緣，是以目標(biāo)圖像像素點(diǎn)/Cr，_7)為中心，計(jì)算3 X 3鄰域內(nèi)的z和方向的偏導(dǎo)數(shù)提取尾氣圖像。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的柴油車尾氣煙度檢測(cè)方法，其特征是:步驟(3)中，在灰度直方圖上，將各級(jí)灰度像素?cái)?shù)目 與總像素?cái)?shù)目相除，計(jì)算出灰度概率密度。
全文摘要
本發(fā)明公開一種柴油車尾氣煙度檢測(cè)方法，在攝像機(jī)正下方的路面上涂一層白色油漆形成白漆路面，當(dāng)無柴油車經(jīng)過白漆路面時(shí)，攝像機(jī)獲取白漆路面的圖像，保存并計(jì)算出最近N幀白漆路面的圖像均值作為背景圖像像素值；當(dāng)柴油車通過白漆路面時(shí)，攝像機(jī)連續(xù)拍下M幀含有車輛尾氣圖像的路面圖像，計(jì)算出M幀含有尾氣圖像的路面圖像的均值作為目標(biāo)圖像像素值；在目標(biāo)圖像中提取尾氣圖像，在背景圖像中提取尾氣背景圖像，將尾氣圖像與尾氣背景圖像對(duì)應(yīng)像素值相減，相減結(jié)果作為尾氣數(shù)據(jù)；采用灰度直方圖計(jì)算出尾氣數(shù)據(jù)的灰度概率密度，將灰度概率密度作為BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的輸入，對(duì)BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)訓(xùn)練，輸出尾氣煙度值，實(shí)現(xiàn)尾氣煙度的穩(wěn)定準(zhǔn)確測(cè)定。
文檔編號(hào)G01N9/00GK103196789SQ20131011202
公開日2013年7月10日 申請(qǐng)日期2013年4月2日 優(yōu)先權(quán)日2013年4月2日
發(fā)明者潘道遠(yuǎn), 高翔, 夏長(zhǎng)高, 張青龍, 徐陽 申請(qǐng)人:江蘇大學(xué)