本發(fā)明具體涉及一種垂直式柴油車煙度檢測方法，屬于環(huán)境技術(shù)領(lǐng)域。

背景技術(shù)：

自上世紀80年代末以來，我國極為關(guān)注煙氣污染的監(jiān)測和治理。自本世紀，我國政府把可持續(xù)發(fā)展確立為科學(xué)發(fā)展觀的宏觀基礎(chǔ)，通過環(huán)境立法和加大環(huán)境執(zhí)法等措施嚴格控制污染排放。黑色煙氣污染監(jiān)測作為環(huán)境污染監(jiān)測的重要組成部分，這就要求監(jiān)測法規(guī)規(guī)范嚴格，監(jiān)測技術(shù)先進科學(xué)、監(jiān)測結(jié)果客觀可信，監(jiān)測數(shù)據(jù)安全可靠。在我國有關(guān)工業(yè)鍋爐、電廠鍋爐、工業(yè)爐窯、垃圾焚燒爐等排放標準中，對煙氣黑度的排放都規(guī)定了具體限值。早在2003年，在國家環(huán)保總局組織編寫的《空氣與廢氣監(jiān)測分析方法》(第四版)中，對煙氣黑度的監(jiān)測方法做了規(guī)定，使得全國有了統(tǒng)一的監(jiān)測方法。2007年，國家環(huán)?？偩钟终桨l(fā)布了《固定污染源排放煙氣黑度的測定林格曼煙氣黑度圖法》(HJ/T398-2007)，以此來規(guī)范煙氣黑度的檢測。

國內(nèi)外煙氣黑度的測試技術(shù)發(fā)展至今，就其實現(xiàn)手段來分，主要分為對照法、測煙望遠鏡觀測及光電測煙法三種方式。

對照法即是用林格曼煙氣濃度圖與煙囪排出的煙氣按一定的要求，進行比較測定。由于標準形式的林格曼煙氣黑度圖尺寸較大，使用時必須裝在支架上，一人不便操作，而且在觀察者與煙囪之間要有相當長的一段空距離，因此國外有人按同一原理又研制了其它形式的觀察設(shè)備。一種是英國標準BS-2742M采用的小型林格曼圖。它是將標準形式林格曼圖的按比例縮小后，繪制在半透明的卡片上，以白色不透明材料襯底或嵌在支架上。觀測時，煙氣圖至觀察者眼睛的距離不大于2m，一般在1.5m左右，憑觀測者的主觀判斷確定黑度級數(shù)值。

測煙望遠鏡，在鏡筒內(nèi)安裝一個圓形光屏板，光屏板的一半是透明玻璃，另一半分為上、下兩部分，依次分布著5級林格曼黑度圖。觀察時，透過光屏的透明玻璃部分觀看煙囪出口的煙，將煙氣與光屏上的黑度在同一天空背景下進行比較。通過調(diào)節(jié)目鏡的焦距，可在距煙囪50-300m遠處進行觀察。與標準林格曼圖相比較，使用攜帶都比較方便，但由于林格曼黑度圖安裝在鏡筒內(nèi)，與目鏡距離很小，在很大程度上影響了觀測者對黑度的準確判斷。

光電測煙儀是一種能夠在儀器內(nèi)部標定，自動測定煙氣黑度等級的儀器，它可以通過光學(xué)系統(tǒng)處理，把光信號變成電信號輸出，由顯示系統(tǒng)顯示出煙氣的黑度等級。

上述方法可以在一定程度上測量柴油車尾氣的煙度級別，然而在實踐中具有很大的應(yīng)用局限，或者無法實際應(yīng)用。

在申請?zhí)枮?01310655684.4，發(fā)明名稱為“多車道機動車尾氣PM2.5遙測裝置”，由路況檢測單元、牌照檢測單元、車輛速度加速度檢測單元、風(fēng)速風(fēng)向檢測單元、PM2.5檢測單元、控制單元與數(shù)據(jù)處理單元等組成。可以檢測單向或雙向多車道路面車輛行駛的實時狀況，并能在多車道只有一輛車行駛時，在短時間內(nèi)檢測出車輛的車牌號、速度、加速度以及尾氣中PM2.5的濃度。但并不能對柴油車尾氣煙度級別進行檢測和識別。

在申請?zhí)枮?00910241681.X，發(fā)明名稱為“多車道機動車尾氣遙測裝置”，提出的車輛速度和加速度測量單元主要由三組激光發(fā)生器、接收器、以及以接收器信號為觸發(fā)源的計時器組成，三組激光發(fā)生器以一定距離間隔置于車道一側(cè)，發(fā)射激光水平穿射車道，位于車道另一側(cè)的三個接收器中任意一個接受到光強下降沿信號，即會觸發(fā)計時器進行清零與時間數(shù)據(jù)存儲操作，得到車輛速度加速度檢測單元獲取的三個時刻，依此計算出車輛速度和加速度。但無法對多車道上有多輛車同時進入檢測區(qū)域的情況，而且各個車道速度加速度檢測并不是相互獨立的，會互相干擾。

在申請?zhí)枮?01210194526.9，發(fā)明名稱為“尾氣不透光煙度檢測方法和系統(tǒng)”，提出的機利用接收的高速攝像機發(fā)送的針對第一地面圖像指令和第二地面圖像指令獲取的第一地面圖像數(shù)據(jù)和第二地面圖像數(shù)據(jù)，進行煙度運算，得到該車輛的尾氣不透光煙度。該方案得到的尾氣不透光煙度圖像易受光照、目標物等影響，不能得到實時、準確的背景圖像。

在申請?zhí)枮?01210229911.2，發(fā)明名稱為“一種柴油車尾氣煙度圖像識別系統(tǒng)”，提出的車輛尾氣監(jiān)測單元。CCD攝像機安裝在車道的一側(cè)，背景放置在車道的另一側(cè)，背景為白色的擋板，尾氣識別與處理模塊安裝在車道兩旁的計算機內(nèi)，CCD攝像機將路面上的柴油車狀態(tài)的相關(guān)信息通過視頻的方式記錄下來，并以連續(xù)幀圖像的形式出給尾氣識別與處理模塊，尾氣識別與檢測模塊接收來自視頻測量部分的連續(xù)10幀圖像，對圖像進行預(yù)處理；再根據(jù)柴油車尾氣的靜態(tài)、動態(tài)、顏色特征將圖像中的目標尾氣進行檢查、分割、提取，選擇最佳的五幀圖像，將提取的最佳五幀圖像目標區(qū)域分別與背景區(qū)域進行相減，對相減后得到的目標進行濾波和填充處理，將處理后目標區(qū)域計算其平均灰度值或計算并提取最大、最小灰度值作為參考，經(jīng)計算后的結(jié)果與標準庫中的黑度級別進行對比，給出相應(yīng)的黑度級別。該方案采用背景差分法可以檢測靜態(tài)目標，但是背景建模受光照、目標物等影響，不能得到實時、準確的背景圖像，而且需要額外安裝白色背景擋板，且不適用于多車道測量。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

為克服上述檢測裝置及傳統(tǒng)檢測方法的不足，本發(fā)明提供提出了一種垂直式柴油車煙度檢測方法，并不需要黑度望遠鏡和煙度計測量，只需要通過交通路口攝像機或照相機和圖像識別與處理模塊就可以對在車道上行駛的機動車尾氣排放進行實時遙測與自動監(jiān)測，識別出行駛車輛是否為污染排放車輛并給出柴油車尾氣的黑度級別。而且適用于多車道的柴油車尾氣煙度識別，從而有效提高管理水平和工作效率。

本發(fā)明提出了一種垂直式柴油車煙度檢測方法，包括柴油車尾氣圖像獲取，利用工業(yè)相機對車道進行垂直拍攝；對柴油車尾氣圖像進行預(yù)處理，所述預(yù)處理包括灰度變換、圖像去噪、圖像增強；柴油車尾氣圖像特征提取，將當前車輛尾氣圖像與當前道路背景圖像相減得到尾氣煙羽圖像，但尾氣煙羽圖像中可能包括非煙霧區(qū)域，先通過計算背景差分圖像中保留下來的形狀區(qū)域的凸形度和增長率進一步確定尾氣煙羽圖像區(qū)域，然后采用灰度差分統(tǒng)計算法，并選取熵作為尾氣煙羽圖像的特征描述子，計算尾氣煙羽圖像熵值；柴油車尾氣煙度等級計算，對處理過的尾氣煙羽圖像通過計算Canberra距離進行柴油車尾氣煙度等級判斷，得到柴油車尾氣煙度等級。其中：

(1)所述尾氣煙度等級判別的過程如下：

步驟1：將輸入的尾氣煙羽圖像分解到RGB空間；

步驟2：分別對分解到RGB空間的子圖像用5×5窗口統(tǒng)計像素灰度值在對角線方向的差值，灰度差分因子定義為：G_m＝[g(i),i＝1,2…,8]，其中：

g(1)＝g(i-1,j+1),g(2)＝g(i+1,j+1),

g(3)＝g(i-1,j-1),g(4)＝g(i+1,j-1),

g(5)＝g(i-2,j+2),g(6)＝g(i+2,j+2),

g(7)＝g(i-2,j-2),g(8)＝g(i+2,j-2)

對所求出的灰度差分因子進一步計算，將對角線上的兩點灰度差值的絕對值與閾值Y比較，灰度差值為：

G₁＝|g(1)-g(4)|,G₂＝|g(2)-g(3)|,

G₁₁＝|g(5)-g(8)|,G₂₂＝|g(6)-g(7)|

判決規(guī)則為f(i,j)為圖像中任意一點；

步驟3：對得到的5×5窗口的灰度差分統(tǒng)計圖像進行特征參量熵值計算，通過對熵值的計算比對選取閾值；

步驟4：采用計算特征向量x＝(x₁,x₂,…,x_D),y＝(y₁,y₂,…,y_D)之間距離，D為特征向量維數(shù)，通過相似度尺度對比分析作出尾氣煙度圖像級別判別。

(2)所述閾值為10～25。

本發(fā)明與現(xiàn)有檢測方法相比的優(yōu)點在于：本發(fā)明對多車道上有多輛車同時進入檢測區(qū)域的情況，實現(xiàn)各個車道速度加速度相互獨立檢測，確保測量不會互相干擾，并且克服背景建模受光照、目標物等影響，而且不需要額外安裝白色背景擋板。

附圖說明

圖1為柴油車尾氣煙度識別原理圖；

圖2為灰度差分對5×5窗口。

具體實施方式

本發(fā)明提出了一種垂直式柴油車煙度檢測方法，包括柴油車尾氣圖像獲取，利用工業(yè)相機對車道進行垂直拍攝；對柴油車尾氣圖像尾氣圖像進行預(yù)處理，所述預(yù)處理包括灰度變換、圖像去噪、圖像增強；柴油車尾氣圖像特征提取，將當前車輛尾氣圖像與當前道路背景圖像相減得到尾氣煙羽圖像，但尾氣煙羽圖像中可能包括非煙霧區(qū)域，根據(jù)煙霧運動的擴散性，導(dǎo)致煙霧運動的不規(guī)則性和增長性，定義凸形度可以表征煙霧的不規(guī)則性，其中p^a表示凸形度，p表示周長，a表示面積。定義增長性可以表現(xiàn)煙霧面積隨時間增大，其中g(shù)^r表示煙霧隨時間變化的增長率，s_t+Δt表示t+Δt幀煙霧區(qū)域的面積，s_t表示t幀煙霧區(qū)域的面積。先通過計算背景差分圖像中保留下來的形狀區(qū)域的凸形度和增長率，當其凸形度和增長率滿足一定條件時判定該區(qū)域為尾氣煙羽區(qū)域，然后采用灰度差分統(tǒng)計算法，選取熵作為煙羽圖像的特征描述子，計算尾氣煙羽圖像熵值；柴油車尾氣煙度等級計算，對處理過的尾氣煙羽圖像通過計算Canberra距離進行柴油車尾氣煙度等級判斷，得到柴油車尾氣煙度等級，如圖1所示。

煙度級別識別實現(xiàn)步驟如下：

步驟1將輸入的尾氣煙羽圖像分解到RGB空間。

步驟2分別對分解到RGB空間的子圖像用5×5窗口統(tǒng)計像素灰度值在對角線方向的差值。灰度差分因子定義為：G_m＝[g(i),i＝1,2…,8]，如圖2所示，其中：

g(1)＝g(i-1,j+1),g(2)＝g(i+1,j+1),

g(3)＝g(i-1,j-1),g(4)＝g(i+1,j-1),

g(5)＝g(i-2,j+2),g(6)＝g(i+2,j+2),

g(7)＝g(i-2,j-2),g(8)＝g(i+2,j-2)

對所求出的灰度差分因子進一步計算，將對角線上的兩點灰度差值的絕對值與閾值Y比較，灰度差值為：

判決規(guī)則為f(i,j)為圖像中任意一點。

步驟3對得到的5×5窗口的灰度差分統(tǒng)計圖像進行特征參量熵值計算，通過對熵值的計算比對選取合適閾值(閾值為10～25)。

步驟4采用計算特征向量x＝(x₁,x₂,…,x_D),y＝(y₁,y₂,…,y_D)之間距離，D為特征向量維數(shù)，通過相似度尺度對比分析作出尾氣煙度圖像級別判別。

以上顯示和描述了本發(fā)明的基本原理和主要功能。本行業(yè)的技術(shù)人員應(yīng)該了解，本發(fā)明不受上述實例的限制，上述實例和說明書中的描述只是說明本發(fā)明的原理，在不脫離本發(fā)明精神和范圍的前提下，本發(fā)明還會有各種變化和改進，這些變化和改進都落入要求保護的發(fā)明范圍內(nèi)。本發(fā)明要求保護范圍由所附權(quán)利要求書及其等效物界定。