Nhận dạng biển báo giao thông đường bộ theo thời gian thực trên thiết bị di động

ĐẠI HỌC QUỐC GIA HÀ NỘI
TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHỆ

Phùng Duy Dũng

NHẬN DẠNG BIỂN BÁO GIAO THÔNG
ĐƯỜNG BỘ THEO THỜI GIAN THỰC
TRÊN THIẾT BỊ DI ĐỘNG

LUẬN VĂN THẠC SĨ CÔNG NGHỆ THÔNG TIN

HÀ NỘI-2015


ĐẠI HỌC QUỐC GIA HÀ NỘI
TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHỆ

Phùng Duy Dũng

NHẬN DẠNG BIỂN BÁO GIAO THÔNG
ĐƯỜNG BỘ THEO THỜI GIAN THỰC
TRÊN THIẾT BỊ DI ĐỘNG

Ngành: Công nghệ thông tin
Chuyên ngành: Kỹ thuật phần mềm
Mã số: 60480103

LUẬN VĂN THẠC SĨ CÔNG NGHỆ THÔNG TIN

NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC: PGS.TS. NGUYỄN VIỆT HÀ

HÀ NỘI-2015


Lời cam kết
’Tôi xin cam đoan luận văn này là công trình nghiên cứu của riêng tôi.
Các số liệu, kết quả được trình bày trong luận văn là hoàn toàn trung thực và chưa
từng được công bố trong bất kỳ một công trình nào khác. Tôi đã trích dẫn đầy đủ
các tài liệu tham khảo, công trình nghiên cứu liên quan ở trong nước và quốc tế.
Ngoại trừ các tài liệu tham khảo này, luận văn hoàn toàn là công việc của riêng tôi.’

Hà Nội, Ngày ..... tháng ..... năm 2015
Chữ ký...............................................

i


Lời cảm ơn
Trước tiên, tôi muốn gửi lời cảm ơn sâu sắc nhất đến thầy giáo, PGS-TS.
Nguyễn Việt Hà, người đã tận tình chỉ bảo và hướng dẫn tôi trong suốt quá trình
học tập, nghiên cứu và thực hiện luận văn.
Tôi xin bày tỏ lời cảm ơn sâu sắc đến những thầy cô giáo đã giảng dạy trong
những năm đại học và cao học, đã tạo cho tôi những điều kiện thuận lợi để học
tập và nghiên cứu tại trường Đại Học Công Nghệ - ĐHQGHN.
Tôi xin chân thành cảm ơn thầy Vũ Quang Dũng và thầy Lê Thanh Hà đã nhiệt
tình chỉ bảo, tư vấn những thắc mắc của tôi trong thời gian học tập và hoàn thành
luận văn.
Tôi xin gửi lời cảm ơn chân thành tới phòng thí nghiệm công nghệ phần mềm
Toshiba-UET, anh Vũ Huy Hiển, anh Nguyễn Bảo Ngọc. Mọi người đã tạo điều
kiện cho tôi không gian để nghiên cứu và trao đổi kinh nghiệm cả quá trình học
tập và thực hiện luận văn.

Cuối cùng, tôi muốn gửi lời cảm ơn đến gia đình và tất cả bạn bè, những người
luôn kịp thời động viên và giúp đỡ tôi vượt qua những khó khăn trong cuộc sống.

Tôi xin chân thành cảm ơn!

ii


Mục lục

1

2

Đặt vấn đề

1

1.1

Lý do chọn đề tài . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

1

1.2

Các nghiên cứu liên quan . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

2

1.3

Mô tả bài toán . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

3

1.4

Phương pháp đề xuất . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

3

1.5

Cấu trúc luận văn . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

6

Các kiến thức cơ sở

7

2.1

Hệ thống biển báo giao thông đường bộ . . . . . . . . . . . . . .

7

2.1.1

Hệ thống biển báo giao thông đường bộ thế giới . . . . . .

7

2.1.2

Hệ thống biển báo giao thông đường bộ Việt Nam . . . . .

7

Tổng quan về xử lý ảnh . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

13

2.2.1

Các khái niệm trong xử lý ảnh . . . . . . . . . . . . . . .

13

2.2.2

Các kỹ thuật tiền xử lý ảnh . . . . . . . . . . . . . . . . .

14

2.2.3

Các kỹ thuật nhận dạng ảnh . . . . . . . . . . . . . . . .

17

2.2

3

Phương pháp nhận dạng biển báo thời gian thực

22

3.1

Giới hạn bài toán . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

22

3.2

Phát hiện biển báo giao thông đường bộ . . . . . . . . . . . . . .

23

3.2.1

Phát hiện hình tròn . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

23

3.2.2

Phát hiện hình ellipse . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

25

Nhận dạng loại biển báo giao thông đường bộ . . . . . . . . . . .

28

3.3.1

Nhận dạng qua điểm đặc trưng cục bộ . . . . . . . . . . .

28

3.3.2

Nhận dạng qua nhị phân hoá sự phụ thuộc các điểm ảnh .

28

3.3

iii


4

Thực nghiệm

32

4.1

Cài đặt thuật toán . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

32

4.2

Môi trường và dữ liệu thực nghiệm . . . . . . . . . . . . . . . . .

32

4.2.1

Môi trường . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

32

4.2.2

Dữ liệu biển báo giao thông đường bộ . . . . . . . . . . .

33

Kết quả thực nghiệm . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

35

4.3

5

Kết luận

40

Tài liệu tham khảo

40

iv


Danh sách hình vẽ
1.1

Sơ đồ các phần của nghiên cứu . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

4

1.2

Các giao đoạn nhận dạng biển báo giao thông . . . . . . . . . . .

5

2.1

Một vài biển báo giao thông đường bộ Việt Nam . . . . . . . . . .

8

2.2

Biển báo 122 - Dừng lại . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

9

2.3

Biển báo 130 - Hướng đi phải theo cho các xe chở hàng nguy hiểm

9

2.4

Biển báo E,9 - Biển bắt đầu vào khu vực . . . . . . . . . . . . . .

10

2.5

Giá long môn . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

12

2.6

Sơ đồ kết hợp các biển báo trên một cột . . . . . . . . . . . . . .

12

2.7

Ví dụ về số hoá ảnh . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

13

2.8

Ảnh được làm mịn với Gaussian Blur . . . . . . . . . . . . . . . .

15

2.9

Các loại biên trong ảnh . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

16

2.10 Tách biên với thuật toán Canny . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

17

2.11 Khởi tạo không gian tỷ lệ . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

19

2.12 Tìm các điểm đặc trưng . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

20

2.13 Mô tả điểm đặc trưng . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

21

3.1

Các biển báo cấm và hiệu lệnh thường gặp

. . . . . . . . . . . .

23

3.2

Ước lượng tâm đường tròn . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

25

3.3

Các loại đường cong . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

26

3.4

Ghép hai đường cong thuộc nhóm II và III . . . . . . . . . . . . .

27

3.5

Tìm và so sánh đặc trưng SURF với FANN . . . . . . . . . . . . .

28

3.6

Các điểm mẫu theo phân bố Gaussian . . . . . . . . . . . . . . .

29

4.1

30 biển báo giao thông. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

35

4.2

Confusion Matrix theo phương pháp SURF . . . . . . . . . . . .

36

v


4.3

Đặc trưng SURF trên các biển có độ tương đồng cao . . . . . . .

37

4.4

Confusion Matrix theo phương pháp đề xuất . . . . . . . . . . . .

38

4.5

Biểu đồ N - phương án tốt nhất . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

39

vi


Danh sách bảng
4.1

Số hiệu và tên gọi các biển báo giao thông trong thực nghiệm . . .

vii

34

Các ký hiệu viết tắt
QCVN
UNECE
TT
BGTVT
ROI
CPU
GPU
RAM
LOG
SIFT
SURF
HOG
BRIEF
BRISK

Quy chuẩn Việt Nam
United Nations Economic Commission for Europe
Thông tư
Bộ Giao Thông Vận Tải
Region of interest
Central processing unit
Graphics processing unit
Ramdom access memory
Laplacian of Gaussian
Scale-invariant feature transform
Speeded up robust features
Histogram of oriented gradients
Binary robust independent elementary features
Binary robust invariant scalable keypoints

viii


Chương 1

Đặt vấn đề
1.1

Lý do chọn đề tài

Trong những năm gần đây, chất lượng hạ tầng giao thông tại nước ta đã được
nâng lên đáng kể. Các tuyến đường chất lượng cao đã được xây dựng và đưa vào
sử dụng ngày càng nhiều. Chỉ tính riêng trong năm 2014, gần một trăm nghìn tỉ
đồng1 đã được chi cho cơ sở hạ tầng nhằm nâng cấp, thay thế và xây mới các hệ
thống giao thông hiện có của nước ta. Tính tới thời điểm thực hiện luận văn, những
công trình này đã đáp ứng được nhu cầu phát triển của cả xã hội, tăng sự thuận
tiện cho người tham gia giao thông. Tuy nhiên, tình trạng tai nạn giao thông, tắc
đường và vi phạm các quy tắc cơ bản khi tham gia giao thông của người dân vẫn
diễn ra thường xuyên và chưa có dấu hiệu giảm xuống. Nguyên nhân chủ yếu có
thể kể đến đến các yếu tố sau:
• Ý thức của người tham gia giao thông còn kém, có nhiều trường hợp cố tình
vi phạm luật giao thông đường bộ.
• Các hệ thống biển báo được đặt tại những vị trí chưa hoàn toàn hợp lý do sự
phối hợp thiếu ăn ý giữa các cơ quan quản lý đường bộ và phần nào do các
giải pháp tình thế liên tục được đưa ra.
• Sự chủ quan trong quá trình tham gia giao thông, người tham gia giao thông
chưa trang bị kiến thức vững chắc khi lưu thông trên đường.
Trước những nguyên nhân trên, chúng tôi nhận thấy rằng nguyên nhân thứ ba
hoàn toàn có thể giảm thiểu được nếu người tham gia giao thông nhận được sự hỗ

trợ từ các công nghệ. Chính vì vậy trong luận văn này chúng tôi đề xuất một cách
thức tiếp cận để nhận dạng biển báo giao thông theo thời gian thực, qua đó có thể
hỗ trợ phần nào người tham gia giao thông.
1 />
1


1.2

Các nghiên cứu liên quan

Trên thế giới đã có nhiều nghiên cứu về vấn đề nhận diện biển báo giao thông
đường bộ. Jack Greenhalgh và Majid Mirmehdi [8] đã đề xuất phương pháp nhận
diện các biển báo giao thông đường bộ dựa vào nội dung văn bản xuất hiện trong
biển báo. Phương pháp của Jack Greenhalgh và Majid Mirhedi bao gồm hai bước
là phát hiện và nhận dạng biển báo. Trong đó thuật toán MSER được sử dụng để
phân vùng ảnh ở bước phát hiện biển báo, thuật toán OCR được dùng để đoán
nhận nội dung văn bản nếu có của các vùng và đưa ra kết luận biển báo dựa trên
nội dung văn bản được đoán nhận bằng phương pháp OCR. Jack Greenhalgh và
Majid Mirmehdi đơn thuần tập trung giải quyết các biển báo có nhiều ký tự chữ
cái với kết quả trung bình độ đo F1 là 87% và thời gian xử đạt 14 khung hình/giây.
Tuy nhiên tác giả sử dụng tài nguyên khá lớn - máy tính CPU Core I5 3.3Ghz,
không phù hợp với các thiết bị di động, ngoài ra các biển báo giao thông đường
bộ tại Việt Nam không chứa nhiều các ký tự chữ cái latin nên nghiên cứu này chưa
thể áp dụng vào thực tế ở Việt Nam.
Marcin L.Eichner và Toby P. Breckon [6] cũng đề xuất phương pháp sử dụng
thuật toán RANSAC dựa trên đặc trưng hình học của các vùng màu để phát hiện
vùng biển báo và sử dụng giải thuật mạng nơ-ron để nhận dạng biển báo. Tuy
nhiên Marcin L.Eichner và Toby P. Breckon chỉ tập chung nghiên cứu vào các
biển báo giới hạn tốc độ phương tiện bao gồm 10 loại khác nhau và đạt được độ

chính xác P (precision) là 97% với thời gian xử lý là 12 khung hình/giây.
Tại Việt Nam cũng đã có nghiên cứu của Huỳnh Ngọc Lộc sử dụng bộ lọc
Gabor [10] để phát hiện vùng biển báo và nhận dạng biển báo bằng việc sử dụng
mạng nơ-ron. Tác giả áp dụng phương pháp của mình cho 5 biển báo giao thông,
tuy nhiên chưa chỉ rõ độ chính xác và thời gian xử lý trong các kết quả của mình,
ngoài ra kết luận cuối cùng chưa đi vào mục đích cụ thể. Nhược điểm lớn nhất của
phương pháp của Huỳnh Ngọc Lộc đưa ra là vấn đề thay đổi góc nhìn của camera
thu hình, các kết quả của nhóm tác giả chỉ đạt được với một góc nhìn nhất định và
chưa thể thay đổi các góc nhìn khác nhau.
Bên cạnh đó, nhóm nghiên cứu Thị Giác Máy Tính (CVA) cũng công bố một
nghiên cứu về nhận dạng biển báo giao thông đường bộ tại Việt Nam2 bằng cách
sử dụng đặc trưng màu để phát hiện vùng biển báo và thuật toán SURF để nhận
dạng. Nhóm đã thực nghiệm với tập các biển báo nguy hiểm của Việt Nam, kết
quả cho thấy phương pháp đề xuất của nhóm đã giải quyết được phần nào trường
hợp ảnh có góc quay khác nhau. Tuy nhiên thời gian tính toán là khá lâu không
phù hợp khi áp dụng vào thực tế.
Dựa trên những kiến thức nền tảng và một số hướng tiếp cận trên thế giới,
chúng tôi đề xuất phương pháp của mình ở các phần dưới đây.
2 />
2


1.3

Mô tả bài toán

Phần lớn những người điều khiển giao thông đều đã hiểu các biển báo giao
thông quan trọng, tuy nhiên với những người đang học lái xe thì học thuộc lòng
các biển báo giao thông không hẳn là dễ dàng. Ngoài ra trong lúc điều khiển giao
thông, người lái xe khó có thể tập trung toàn bộ và đôi khi bỏ qua những biển

báo trên đường, điều này còn thường xuyên xảy ra hơn trong khu đô thị lớn và
các thành phố ở Việt Nam khi mà biển báo được thay đổi thường xuyên và mật
độ biển báo rất dày do những chính sách thiếu nhất quán và có phần tình thế của
các nhà quản lý giao thông. Để giúp đỡ người tham gia giao thông không bị bỏ
qua những biển báo giao thông, những người đang học lái xe có thể dễ dàng nhận
biết ra những biển báo, chúng tôi quyết định nghiên cứu nhằm đưa ra một phương
pháp xử lý hiệu quả trong thời gian thực để kiểm tra một bức ảnh số có chứa biến
báo giao thông hay không và đưa ra loại biển báo mà bức ảnh này có chứa.
Từ việc xây dựng thuật toán xử lý ảnh để nhận dạng biển báo giao thông theo
thời gian thực, chúng tôi áp dụng kỹ thuật này để nhận dạng hình ảnh các biển báo
giao thông thu được từ các thiết bị số như camera hành trình trên ô tô, điện thoại
thông minh. Các ứng dụng của bài toán trong thực tế có thể như: hỗ trợ người lái
xe phát hiện biển báo giao thông trên đường đi qua việc đọc tên biển báo mỗi khi
qua biển báo, tích hợp cùng các hệ thống trong xe ô tô tự hành, xây dựng cơ sở dữ
liệu toạ độ biển báo giao thông đường bộ trực quan và chính xác.

1.4

Phương pháp đề xuất

Với mục tiêu đặt ra là phát triển một phương pháp nhận dạng biển báo giao
thông đường bộ. Cũng như để đảm bảo tính thời gian thực trên các thiết bị di động,
chúng tôi đã chọn cách thức nghiên cứu nhận dạng biển báo hiệu giao thông đường
bộ qua hai bước:
• Phát hiện: Phân loại biển báo giao thông đường bộ theo đặc trưng hình học
cơ bản. Phát triển các thuật toán nhận dạng các hình hình học trên trong môi
trường thực tế bằng các thuật toán xử lý ảnh. Sau khi phát hiện các biển báo
giao thông đường bộ trong khung ảnh thực tế thực hiện việc cắt, trích rút hình
biển báo giao thông đường bộ trả về cho bước tiếp theo.
• Nhận dạng: Với từng loại dữ liệu khung hình tiền đoán biển báo hiệu giao

thông ở bước đầu thực hiện chuẩn hoá về một khung hình kích thước nhất
định cho từng loại biển báo. Thực hiện so khớp khung hình tiền đoán biển
báo với dữ liệu các biển báo có sẵn để đưa ra kết luận.
Chi tiết các giai đoạn của nguyên cứu được thể hiện ở hình 1.1 và trực quan hoá ở
hình 1.2.
3


Hình 1.1: Sơ đồ các phần của nghiên cứu

4


Hình 1.2: Các giao đoạn nhận dạng biển báo giao thông

5


1.5

Cấu trúc luận văn

Ngoài chương 1 đã trình bày ở trên, các phần còn lại của luận văn có cấu trúc
như sau:
• Chương 2: Nêu các kiến thức cần thiết về hệ thống biển báo giao thông và
các kiến thức nền về xử lý ảnh số.
• Chương 3: Mô tả các phương pháp phát hiện và nhận dạng biển báo giao
thông được nghiên cứu, đề xuất để giải quyết bài toán.
• Chương 4: Thực nghiệm và những kết quả chúng tôi đạt được khi sử dụng
thuật toán của mình trên các môi trường di động.

• Chương 5: Kết luận và hướng ứng dụng, nghiên cứu tiếp theo.

6


Chương 2

Các kiến thức cơ sở
2.1
2.1.1

Hệ thống biển báo giao thông đường bộ
Hệ thống biển báo giao thông đường bộ thế giới

Biển báo giao thông đường bộ trên thế giới ban đầu chỉ là các biển báo tự phát
tại các tuyến đường riêng biệt sau dần được thống nhất lại trong các quy chuẩn
của từng vùng. Trong đó quy chuẩn về biển báo giao thông phổ biến nhất trên thế
giới là Công ước về Biển báo và Tín hiệu đường bộ (1986) của tổ chức UNECE
hay gọi tắt là công ước Viên về Biển báo và Tín hiệu Đường bộ.
Trong đó biển báo giao thông đường bộ được chia làm 8 nhóm:
• Biển báo nguy hiểm
• Biển báo ưu tiên
• Biển báo cấm hoặc báo hạn chế
• Biển hiệu lệnh
• Biển có quy định riêng biệt
• Biển cung cấp thông tin, các tiện ích, dịch vụ
• Biển chỉ hướng đi, vị trí, chỉ dẫn khác
• Các bảng phụ
2.1.2

Hệ thống biển báo giao thông đường bộ Việt Nam

Hệ thống biển báo giao thông đường bộ Việt Nam hiện nay được định nghĩa
tại quy chuẩn kỹ thuật quốc gia về báo hiệu đường bộ (QCVN 41:2012/BGTVT)
do Tổng Cục Đường bộ Việt Nam biện soạn, Bộ Khoa học Công nghệ thẩm định,
Bộ Giao thông vận tại ban hành theo Thông tư số 17/2012/TT-BGTVT ngày 29
tháng 5 năm 2012.
7


Hình 2.1: Một vài biển báo giao thông đường bộ Việt Nam

8


Biển báo giao thông đường bộ hay biển báo hiệu đường bộ (gọi tắt là biển
báo) được chia thành 6 nhóm chính:
• Biển báo cấm: Là hình tròn (Trừ biển số 122 “Dừng lại" có hình 8 cạnh đều,
bát giác. Hình 2.2) nhằm báo điều cấm hoặc hạn chế mà người sử dụng đường
phải tuyệt đối tuân theo. Hầu hết các biển đều có viền đỏ, nền màu trắng, trên
nền có hình vẽ màu đen đặc trưng cho điều cấm hoặc hạn chế sự đi lại của các
phương tiện cơ giới, thô sơ và người đi bộ. Nhóm biển báo cấm có 40 kiểu
được đánh số thứ tự từ biển số 101 đến biển số 140.

Hình 2.2: Biển báo 122 - Dừng lại

• Biển báo nguy hiểm: Là hình tam giác đều, viền đỏ, nền màu vàng, trên có
hình vẽ màu đen mô tả sự việc báo hiệu nhằm báo cho người sử dụng đường
biết trước tính chất các sự nguy hiểm trên đường để có biện pháp phòng ngừa,
xử trí. Nhóm biển báo nguy hiểm gồm có 47 kiểu được đánh số thứ tự từ biển

số 201 đến biển số 247.

Hình 2.3: Biển báo 130 - Hướng đi phải theo cho các xe chở hàng nguy hiểm

• Biển hiệu lệnh: Là hình tròn, nền màu xanh lam, trên nền có hình vẽ màu
trắng (Trừ biển 310 hình chữ nhật và nền màu trắng. Hình 2.3) đặc trưng cho
hiệu lệnh nhằm báo cho người sử dụng đường biết điều lệnh phải thi hành.
9


Nhóm biển báo hiệu lệnh gồm có 10 kiểu được đánh số thứ tự từ biển số 301
đến biển số 310.
• Biển chỉ dẫn: Là hình chữ nhật, hình vuông hoặc hình chữ nhật vát nhọn một
đầu, để báo cho người sử dụng đường biết những định hướng cần thiết hoặc
những điều có ích khác trong hành trình, nền màu xanh lam. Nhóm biển chỉ
dẫn gồm có 47 kiểu được đánh số thứ tự từ biển số 401 đến biển số 447.
• Biển phụ: Là hình chữ nhật hoặc hình vuông, được đặt kết hợp với các biển
báo nguy hiểm, báo cấm, biển hiệu lệnh và biển chỉ dẫn nhằm thuyết minh bổ
sung nội dung biển chính hoặc được sử dụng độc lập. Nhóm biển phụ gồm có
9 kiểu được đánh số thứ tự từ biển số 501 đến biển số 509.
• Biển sử dụng trên các tuyến đường đối ngoại: Nhóm biển này tuân theo
các quy định của các điều ước quốc tế mà Việt Nam là thành viên. Nhóm biển
này thường có chữ cái latin trong biển như hình 2.4.

Hình 2.4: Biển báo E,9 - Biển bắt đầu vào khu vực

Ngoài 6 nhóm biển báo trên còn có loại biển viết bằng chữ có hình dạng chữ nhật
nền màu xanh lam chữ màu trắng dùng để chỉ dẫn hoặc hiệu lệnh đối với xe thô sơ
và người đi bộ.
Trong Quy chuẩn có quy định các thông số về kích thước biển, hình vẽ trong

biển và chữ viết tương ứng. Vị trí đặt biển báo cũng được quy định cụ thể tại điều
17 của quy chuẩn:
• Biển báo hiệu phải đặt ở vị trí để người sử dụng đường dễ nhìn thấy và có
đủ thời gian để chuẩn bị đề phòng, thay đổi tốc độ hay thay đổi hướng nhưng
không được làm cản trở sự đi lại của người sử dụng đường. Trường hợp không
tính toán xác định cự ly nhìn thấy biển, cho phép lấy cự ly đảm bảo người sử
dụng đường nhìn thấy biển báo hiệu là 150m trên những đường xe chạy với
tốc độ cao và có nhiều làn đường, là 100m trên những đường ngoài phạm vi
khu đông dân cư và 50m trên những đường trong phạm vi khu đông dân cư.
10


• Biển được đặt về phía tay phải và mặt biển vuông góc với chiều đi. Biển báo
phải đặt thẳng đứng, trong các trường hợp cần thiết cho phép lắp đặt thêm
biển báo phía bên trái để nhắc lại biển đã lắp đặt phía bên phải. Biển viết
bằng chữ áp dụng riêng với xe thô sơ và người đi bộ, trong trường hợp hạn
chế được phép đặt mặt biển song song với chiều đi.
• Khoảng cách mép ngoài của biển phía phần xe chạy phải cách mép phần xe
chạy là 0.5m. Trường hợp có khó khăn như không có lề đường, hè, khuất
tầm nhìn hoặc trường hợp khác tương tự mới được phép xê dịch theo phương
ngang nhưng mép biển phía phần xe chạy không được chờm lên mép phần xe
chạy hoặc không cách mép phần xe chạy quá 1.7m.
• Ở trong khu dân cư hoặc trên các đoạn đường có hè đường cao hơn phần xe
chạy thì cho phép đặt biển trên hè đường nhưng mặt biển không được nhô ra
quá hè đường và không choán quá nửa bề rộng hè đường. Nếu không đảm bảo
được nguyên tắc đó thì phải treo biển ở phía trên phần xe chạy.
• Trên những đoạn đường có phần đường thô sơ đi riêng, phân biệt bằng dải
phân cách thì cho phép đặt biển trên dải phân cách. Trên những đường xe
chạy tốc độ cao và có nhiều làn đường thì biển có thể treo ở phía trên phần xe
chạy, có thể đặt biển hướng dẫn cho từng làn đường và biển được treo trên giá

long môn (Hình 2.5).

Hình 2.5: Giá long môn

• Trường hợp treo biển trên cột: Độ cao đặt biển tính từ mép dưới của biển đến
mép phần xe chạy là 1.8m đối với đường ngoài phạm vi khu đông dân cư và
2m đối với đường trong phạm vi khu đông dân cư. Biển số 507 “Hướng rẽ:
đặt cao từ 1m đến 1.5m. Loại biển viết bằng chữ áp dụng riêng cho xe thô sơ
và người đi bộ đặt cao hơn mặt lề đường hoặc hè đường là 1.8m.
11


• Trường hợp biển treo ở phía trên phần xe chạy thì cạnh dưới của biển phải cao
hơn tim phần xe chạy từ 5m đến 5.5m. Nếu có nhiều biển cần đặt cùng vị trí,
cho phép đặt kết hợp trên cùng một cột không quá 3 biển và thứ tự ưu tiên:
biển cấm, biển báo nguy hiểm, biển hiệu lệnh, biển chỉ dẫn. Cách đặt nhiều
biển trên một cột như hình 2.6.

Hình 2.6: Sơ đồ kết hợp các biển báo trên một cột

• Khoảng cách giữa các mép biển với nhau là 5cm, độ cao từ trung tâm phần có
biển đến mép xe chạy là 1.8m đối với đường ngoài phạm vi khu đông dân cư
và 2m đối với đường trong phạm vi khu đông dân cư.
Với những quy định chặt chẽ và đồng bộ như trên đã tạo thuận lợi cho việc tự động
nhận dạng nhiều biển báo giao thông đường bộ nhất có thể. Các đối tượng hình
học chủ yếu ở đây là hình tròn dành cho các biển báo cấm, biển hiệu lệnh phải bắt
buộc tuân theo, các biển tam giác để cảnh báo nguy hiểm cho người tham gia giao
thông trên lộ trình của mình, các biển hình chữ nhật dùng để hướng dẫn, chỉ dẫn
cung cấp thông tin thêm cho người tham gia giao thông bên cạnh đó có một số ít
biển báo giao thông đường bộ có cấu trúc hình học đặc biệt khác.

2.2
2.2.1

Tổng quan về xử lý ảnh
Các khái niệm trong xử lý ảnh

• Ảnh thực: Là ảnh trong thực tế liên tục về không gian và giá trị độ sáng, được
coi như một hàm liên tục với hai biến thực. Ví dụ: a(x,y) là giá trị độ sáng của
điểm ảnh tại toạ độ thực (x,y).
• Ảnh số: Ảnh số là ảnh trong thế giới thực được thu nhận từ các thiết bị ghi
hình và số hoá để lưu trữ và xử lý. Số hoá là quá trình chuyển bức ảnh liên tục
về không gian và giá trị độ sáng sang bức ảnh số trong không gian rời rạc hai
12


chiều bằng phương pháp lấy mẫu (rời rạc về không gian) và lượng hoá giá trị
(rời rạc về giá trị độ sáng). Hình 2.7 thể hiện việc số hoá hình ảnh một chiếc
ôtô.

Hình 2.7: Ví dụ về số hoá ảnh

• Điểm ảnh: Hay còn gọi là Pixel (viết tắt của Picture element) là đơn vị cơ
bản nhất để tạo nên một bức ảnh số. Mỗi điểm ảnh có toạ độ (x, y) rời rạc với
độ xám hoặc màu nhất định. Kích thước và khoảng cách giữa các điểm ảnh
đó được chọn thích hợp sao cho cho mắt người cảm nhận được sự liên tục về
không gian và mức xám.
• Độ phân giải: Là mật độ điểm ảnh được ấn định để hiển thị trên một ảnh số.
Một ảnh số biểu diễn một hình ảnh trong thực tế có độ phân giải khác nhau
phụ thuộc vào giai đoạn lấy mẫu. Ảnh có độ phân giải càng cao càng biểu

thị ảnh giống thực tế hơn. Độ phân giải đo bằng tích số pixel biểu diễn chiều
rộng và chiều cao của ảnh. Ví dụ: 320x480 pixel, 1920x1080 pixel.
• Mức xám: Mức xám của điểm ảnh là cường độ sáng được gán bằng giá trị
nguyên tương ứng với thang đo độ xám. Thang đo độ xám phụ thuộc vào số
bit để biểu diễn màu của điểm ảnh. Ví dụ: đối với ảnh nhị phân dùng 1 bit để
biểu diễn màu thì [0,1] là thang đo độ xám, với ảnh dùng 8 bit để biểu diễn
màu thì thang đo độ xám là [0,255].

13


2.2.2

Các kỹ thuật tiền xử lý ảnh

2.2.2.1

Biến đổi ảnh

• Nâng cao độ sáng: Cộng vào mọi điểm ảnh một giá trị C. Nếu C > 0 thì ảnh
sáng lên và ngược lại C < 0 thì ảnh tối đi.
• Tăng độ tương phản: Nhân các điểm ảnh với một số cố định C. Nếu C > 1 thì
ảnh tăng độ tương phản và ngược lại thì ảnh sẽ giảm độ tương phản.
• Hiệu chỉnh Gamma: Luỹ thừa giá trị các điểm ảnh với bậc là một giá trị γ
(Gamma).
• Tách ngưỡng: Phân đoạn giá trị cường độ sáng các điểm ảnh theo các ngưỡng
đặt trước.
• Xoay ảnh: Khi xoay tạo độ một góc θ ngược chiều kim đồng hồ quanh điểm
gốc ta có tạo độ điểm (x, y) biến đổi thành (x’, y’) theo công thức
x

cosθ −sinθ
=
y
sinθ cosθ

x
y

(2.2.1)

• Biến đổi tỉ lệ: hay còn gọi là co giãn tuyến tính với tỉ lệ sx theo trục ngang và
sy theo trục dọc
x
s 0 x
= x
(2.2.2)
y
0 sy y
• Phép trượt ảnh: có hai khả năng là trượt song song theo trục ngang hoặc trượt
song song theo trục dọc một đơn vị k.

x
1 k
=
y
0 1

x
y

(2.2.3)

x
y

(2.2.4)

và
x
1 0
=
y
k 1

• Phép biến đổi affine: là phép biến đổi tổng quan trong ảnh bao gồm các phép
biến đổi đơn giản đơn như phép tỉ lệ, phép xoay, phép trượt. Để biểu diễn biến
đổi affine tổng quát ta có công thức sau
  
 
x
acosθ −bsinθ T
x
y  =  csinθ dcosθ T  y
(2.2.5)
1
e
f
1
1
14

2.2.2.2

Khử nhiễu ảnh

Nhiễu ảnh là một hiện tượng ngẫu nhiên luôn có trong quá trình xử lý ảnh
thực. Có rất nhiều nguồn tạo ra nhiễu như sự thay đổi thông số thiết bị thu hình,
do sự biến đối của môi trường, do sai số lượng tử hoá hay sai số đường truyền...
Một số phương pháp khử nhiễu thông dụng như bộ lọc trung bình, bộ lọc trung
bình xén Alpha, bộ lọc trung vị nhưng phương pháp được ứng dụng nhiều nhất là
làm mịn ảnh bằng hàm Gausian hay còn gọi là kỹ thuật Gaussian Blur (Hình 2.8).

Hình 2.8: Ảnh được làm mịn với Gaussian Blur

Phương pháp làm mờ mịn giống như hiệu ứng hình ảnh được đặt dưới một
lớp màn trong suốt bị mờ giúp loại bỏ các nhiễu cục bộ. Về mặt toán học Gaussian
Blur cho một hình cũng chính là tính tích chập của ma trận điểm ảnh với hàm
Gaussian (hàm phân tán chuẩn trong thống kê). Phương trình hàm Gaussian dùng
trong không gian một chiều và hai chiều như sau:
1
G(x) = √
2πσ
1
G(x, y) = √
2πσ

x2
e 2σ 2

(2.2.6)

x 2 + y2
−
e 2σ 2

(2.2.7)

−

Trong đó x và y là toạ độ theo hai trục còn σ là phương sai chuẩn của phân tán
Gaussian hay giá trị quyết định độ lệch giữa các điểm trên bề mặt Gaussian. Trong
không gian hai chiều, phương trình (2.2.7) sinh ra những đường viền là những
đường tròn đồng tâm, tuân theo logic phân toán Gaussian từ điểm trung tâm. Giá
trị từ hệ thống phân tán này sẽ được sử dụng để xây dựng một ma trận tích chập để
dùng tính toán tích chập với hình ảnh gốc. Ma trận tích chập hay được dùng trong
thực tế của kỹ thuật xử lý ảnh Gaussian Blur là ma trận 5x5 ứng với giá trị phương
15