智慧交通领域三维视觉应用的行业分析(19页).docx
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1、-智慧交通领域三维视觉应用的行业分析-第 16 页智慧交通领域三维视觉应用的行业分析目录一、背景1二、深度摄像头1三、智慧交通领域人工智能技术应用分析3四、智慧交通领域计算机视觉应用分析4五、智慧交通市场分析8六、计算机视觉市场分析9七、行业竞争力分析10八、总结14智慧交通领域三维视觉应用的行业分析一、背景计算机视觉是指用摄影机和电脑代替人眼对目标进行识别、跟踪和测量等,并进一步做图形处理,使电脑处理成为更适合人眼观察或传送给仪器检测的图像,计算机视觉作为人工智能的一个重要分支,随着深度学习的不断发展,为计算机视觉和人工智能领域带来了革命性的突破,出现了以结构光、双目视觉、TOF为主要技术路
2、线的三维视觉技术,已经可以可以广泛应用于智慧交通领域。智慧交通是以信息化、智能化引领交通管理和运营服务水平提升,积极推进云计算、大数据等现代信息技术与交通管理、运营服务的深度融合,全面深化交通信息数据的共享和开发利用,建立健全完善的监测感知体系、可靠的通信保障体系、实时的预报预警体系,实现路网“可知、可测、可控、可服务”。随着全球经济的发展和城市化、现代化进程的推动,交通运输行业将保持稳步发展状态,在政策上,各国均积极推进智能交通系统建设,在技术上,使用人工智能等高新技术实现智能交通,在产业上,加速交通产业生态圈的跨界融合,为出行者提供更加准确、完善和智能的服务。人工智能技术的出现为提升运输效
3、率、保障运输安全和降低运输成本,最终实现智能交通带来了新的思路,在交通运输行业绽放光彩。有利的政策导向为智慧交通提供了良好的发展环境。在十九大报告提出的五大强国战略中,“交通强国”占据一席,同时强调要进一步推动智能收费和加快智慧基础设施建设。交通运输部部长、党组副书记李小鹏也提出建设适应“交通强国”发展的智能交通体系,对智慧交通的发展提出了新的要求。2018年2月28日交通运输部发布了关于加快推进新一代国家交通控制网和智慧公路试点的通知等政策。二、深度摄像头深度摄像头(又称3D传感器)是三维视觉配件,该配件能够从视觉数据获取的角度提升机器感知能力,比二维视觉多一个维度,实现三维视觉体验,进行更
4、加精确的物体分割、三维测量、三维数据模型重建和智能视觉识别和分析。众多前沿领域的应用为了获得更精准的体验,越来越依赖深度摄像头,例如VR、机器人、安防等。深度摄像头技术存在一定的技术门槛,国内外的研发公司并不多,国外代表公司有苹果、微软、谷歌、INTEL、Oculus、SONY,国内代表公司有奥比中光、华捷艾米,图漾,乐行天下等。目前,深度摄像头已经渡过技术基础期,具有明确的发展方向,进入成长期,即将掀起3D传感器的浪潮。3D视觉还没有普及,技术尚存难点。一是3D图像是在2D图像的基础上通过颜色渲染每一个点来代表不同的深度,深度图相对传统的平面图有很大的提高空间;二是由于多了一维,其数据处理却
5、不只多一个数量级,在人工智能方面,如果用三维做分析,算法与计算量会有显著的增长,需要有新的处理方法去应对,在目前大部分还在用二维图形做处理的情形下,这是一个挑战。深度摄像头的三种主要技术方法和代表公司分别为:一是单目结构光,代表公司有苹果(收购最大的结构光技术公司PrimeSense)、微软Kinect-1、英特尔RealSense、Google Project Tango等,目前可见的其他创业公司几乎都沿用此技术路线。二是双目可见光,代表公司LeapMotion。三是飞行时间法(TOF),代表公司微软Kinect-2。单目结构光是目前最主流、应用最广泛的深度感知方案,其基本原理是由结构光投射
6、器向被测物体表面投射可控制的光点、光条或光面结构,并由图像传感器获得图像,通过系统几何关系,利用三角原理计算得到物体的三维坐标。应用:目前是业界比较成熟的深度检测方案,很多的激光雷达和3D扫描技术都采用结构光方案。结构光的代表产品有微软的Kinect一代。优势:结构光方案优势在于技术成熟,识别距离远,深度图像分辨率可以做得比较高。缺点:由于以折射光的落点位移来计算位置,这种技术不能计算出精确的深度信息,对识别的距离也有严格的要求。而且容易受到环境光线的干扰,强光下不适合,响应也比较慢。双目视觉是指安装两个摄像头,利用双目立体视觉成像原理,通过两个摄像机来提取包括三维位置在内的信息进行深度感知。
7、应用:目前应用在智能安防监控、机器人视觉、物流检测等领域。市场上的典型的产品有LeapMotion,大疆无人机等。优势:双目视觉的方案不容易受到环境光线的干扰,适合室外环境,满足7*24小时的长时间工作要求,不易损坏。而且,由于不涉及光学系统,因此双目视觉的成本是三种深度感知方案中最低的。缺点:这种技术需要庞大的程序计算量,对硬件设备有一定配置要求,同时受外界环境影响大,比如环境光线昏暗、背景杂乱、有遮挡物等情况下不适用。TOF是飞行时间(Time of Flight)技术的缩写,基本原理是传感器发出经调制的近红外光,遇物体后反射,传感器通过计算光线发射和反射时间差或相位差,来换算被拍摄景物的
8、距离,以产生深度信息,此外再结合传统的相机拍摄,就能将物体的三维轮廓以不同颜色代表不同距离的地形图方式呈现出来。应用:可用于机器人、制造、医疗技术以及数码摄影等领域的设备控制。市场上的典型产品有Kinect2代。优点:TOF是相对结构光和双目视觉来说受环境影响最小的技术,响应速度快、深度信息精度高。缺点:传感器芯片并不成熟,成本很高,实现量产困难。TOF分辨率不高,因此不适合精度要求高的场景。从技术角度上讲,立体视觉技术最成熟,最不成熟的是ToF。深度摄像头技术路线对比表技术路线优点缺点应用单目结构光技术成熟,识别距离远,深度图像分辨率比较高不能计算精确的深度信息,识别距离要求严格,易受环境光
9、线干扰激光雷达和3D扫描技术双目视觉不易受环境光线干扰,适合室外环境,长时间工作,不易损坏,不涉及光学系统,成本最低庞大的程序计算量,对硬件设备有配置要求,受外界环境影响大智能安防监控、机器人视觉、物流检测等领域TOF受环境影响最小,响应速度快、深度信息精度高传感器芯片不成熟,成本高,实现量产困难,分辨率不高机器人、制造、医疗技术以及数码摄影等领域的设备控制资料来源:资料整理三、智慧交通领域人工智能技术应用分析深度学习:机器学习中一种基于对数据进行表征学习的算法。通过对大量历史数据(如图像、文本和声音)进行识别与分析,从而替代人力完成自动化操作。主要用于路况识别,高级驾驶辅助系统(ADAS),
10、路线规划等。语音识别与自然语言处理:指机器理解并解释人类写作、说话方式的能力,是人工智能技术的核心组成部分。从语音识别到文本分析,再到信息检索、信息抽取,自然语言处理涉及到处理文字、语音的各个方面。主要应用于服务领域,如车载娱乐系统、货物追踪系统等。计算机视觉:基于图像处理的计算机视觉技术是通过摄像机获取场景图像,并借助于计算机软件构建一个自动化或半自动化的图像/视频理解和分析系统,从而模仿人的视觉功能以提供及时准确的图像/视频处理结果。在交通运输行业中,计算机视觉技术主要应用于路况检测,安检扫描,流量监控,值机登记等。机器人技术:在交通运输行业,智能机器人可以代替传统人力完成重复琐碎的货物分
11、拣、搬运、包装等工作,极大地减轻了人类繁重的体力劳动,提高了运输效率。根据不同的应用场景,具体可以分为AGV机器人、码垛机器人、分拣机器人。大数据分析:大数据分析技术主要通过对大量非结构化或结构化数据进行分析,利用算法探索数据间的未知联系和隐藏信息,从而帮助决策和判断。从运输设备的维护预测到运输过程中的路线优化、时间预测,这些服务或功能都离不开大数据技术的支持。四、智慧交通领域计算机视觉应用分析计算机视觉在交通领域主要有五大应用:一是感知,即车辆的检测;二是车辆身份的识别;三是车辆身份的比对;四是车辆的行为分析;五是驾控,即汽车辅助驾驶与无人驾驶。1、车辆检测与感知(1)车辆检测。车辆检测是计
12、算机通过图片或者视频,把其中的车辆或其它关注目标准确的“框”出,检测是很多系统的基础。在2012年以前,很多智能交通系统中用的检测是一种基于运动的检测,这种检测会受天气、光线等方面的影响,在不同天气下会存在很多问题。而深度学习的检测,是基于车辆的轮廓和形态的检测,完全模拟人看车的方式,只要人眼可以辨识那是一辆车,就可以“框”出来,解决了很多过去车辆检测存在的问题,排除了天气光线等来带的干扰。(2)路口感知。目前国内许多城市交通拥堵严重,十字路口红绿灯配时不是最优,通过基于深度学习的车辆精确感知检测,可以精准的感知交通路口各个方向的车辆数量、流量和密度,从而可以为交通路口的最优配时提供准确依据。
13、如果各个路口都用上这种车辆检测技术,将极大缓解交通拥堵。(3)路段感知。过去几年,我国的大中型城市安装了很多监控摄像头,通过路段的感知,可以基于原有监控系统获取道路的总体交通路况,为道路路况分析、交通大数据、交通规划等提供可靠的数据依据。(4)路侧停车感知。有两方面的应用,一是路侧违法停车的感知和抓拍,不再需要摄像机去轮询检测,大大提高了摄像机的使用寿命。二是路侧停车位的管理,之前的方案在外场要感知车位是否被占用,一般通过地磁感知,成本高,系统可靠性差,基于图像的识别则可以很好的解决这个问题,一台摄像机即可监控和感知一大片区域的停车位是否被占用,成本低、准确度高。(5)停车场感知。目前室内停车
14、场大多应用图像识别实现车位检测,但对车的检测都是基于车牌,有车牌就可以成功检测,没车牌则检测不出,甚至车牌模糊无法检测。而基于深度学习的车辆检测,只看车辆轮廓,不看车牌,精度很高。通过计算机视觉技术,可以做到模拟人的视觉感知,准确检测车位信息,将数据发送给平台,最后发布到停车场诱导系统。停车场和出入口都安装有车牌识别系统,但车牌不清楚或车辆没有挂牌,系统就无法识别车辆。采用基于深度学习的车辆特征识别系统,可以识别车辆本身,检测精度达到99%以上,甚至完全取代地磁进行车辆感知,完成抬杆落杆控制。另外,基于图像的车辆检测,还可以实现出入口视频浓缩存储等附加功能。2、车辆身份特征识别“车脸识别”技术
15、能够精确识别车牌、车辆的颜色、类型、品牌年款、车辆里人物、车辆挡风玻璃上的特殊标志以及车辆尾部的特征标志等。目前,常用的ETC和电子标签技术识别车辆非常可靠,精度比图像识别更高。但现实中仍存在很多大货车无法用ETC,ETC系统遭到破坏等问题,并且电子标签真正落地还需时间,在这个时间窗口,通过深度学习不仅能够提升车牌识别的准确率,还能实现更多维度的识别,实现车辆身份特征的唯一性识别。3、车辆比对(1)套牌分析。最典型的应用是以图搜图,世界上没有两片相同的树叶,也没有两辆完全一样的车,基于视图大数据的以图搜图功能,可以在海量图片里找到一辆特定的车,无论车辆有没有号牌。车辆比对能实现套牌车分析,计算
16、机可以通过两个车牌是完全一样的车,进行车型比对和车辆特征比对来鉴定是否是套牌车。(2)收费结算。车辆比对另外一个应用场景是收费结算,目前车牌识别用在停车场收费中,还存在一些遗留问题,如无牌、污牌和套牌车,必须依赖人工参与。车脸识别可以构建车辆多层多维度的特征,然后通过特征比对判断是否是同一辆车。4、交通视频分析应用(1)交通事故及事件检测。基于连续视频可以分析车辆的行为,检测如停车、逆行等行为,发现交通事故和交通拥堵进行报警。借助深度学习技术,实现真正准确的交通事件检测系统,为交通运营部门提供准确及时的报警信息。(2)车辆违章抓拍。由于计算机视觉技术的快速进步,违章抓拍在我国应用非常广泛,而且
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