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專利名稱：柴油車尾氣煙度檢測方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及汽車尾氣檢測技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及柴油車尾氣煙度檢測方法。
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大氣質(zhì)量危害最大。在用柴油車處于正常工作狀態(tài)時，保持正常的煙度排放水平對降低柴油車的排放污染、改善大氣質(zhì)量意義重大，為此需要對在用柴油車進行定期的煙度排放檢測。目前針對柴油車尾氣煙度檢測方法一般采用靜態(tài)檢測方法，如林格曼煙度法、濾紙煙度法和煙度計法，靜態(tài)檢測方法的特點是相對位置固定，采用人工作業(yè)。然而靜態(tài)檢測方法無法解決柴油車尾氣實時監(jiān)測的難題，因為在尾氣實時監(jiān)測中，柴油車一直在運動，排氣管位置因車型而不同，尾氣煙羽持續(xù)時間短。中國專利申請?zhí)枮?01210194526.9，名稱為“尾氣不透光煙度檢測方法和系統(tǒng)”公開了一種尾氣不透光煙度檢測方法和系統(tǒng)，利用接收的高速攝像機發(fā)送的針對第一地面圖像指令、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)進行煙度運算，得到該車輛的尾氣不透光煙度，實現(xiàn)了實時檢測尾氣不透光煙度，檢測效率高，但存在的不足之處是:一是路面漫反射對獲取地面圖像數(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，所以很難得到一個準(zhǔn)確的測量結(jié)果。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是為了克服現(xiàn)有柴油車尾氣檢測方法的不足，提供一種能減少路面漫反射影響、實現(xiàn)柴油車尾氣煙度穩(wěn)定準(zhǔn)確測定的柴油車尾氣煙度檢測方法。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，距離傳感器的測距保持不變，控制器控制攝像機獲取白漆路面的圖像，保存并計算出最近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，控制器控制攝像機連續(xù)拍下M幀含有車輛尾氣圖像的路面圖像，3 < M < 5，計算出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；再對所述背景圖像和所述目標(biāo)圖像均進行灰度變換；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應(yīng)像素值進行相減操作，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BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)訓(xùn)練，輸出尾氣煙度值，并保存在計算機中。本發(fā)明的有益效果是:
1、本發(fā)明采用在攝像機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、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)實現(xiàn)了尾氣煙度的穩(wěn)定準(zhǔn)確的測定。3、實現(xiàn)了柴油車尾氣煙度的實時檢測，解決了路面漫反射對獲取地面圖像數(shù)據(jù)的影響及在檢測過程中受到各種環(huán)境因素影響的問題。


下面結(jié)合附圖和具體實施方式
對本發(fā)明作進一步詳細(xì)說明。圖1為柴油車尾氣煙度檢測裝置的結(jié)構(gòu)示意 圖2為本發(fā)明柴油車尾氣煙度檢測方法流程 圖中:1.距離傳感器；2.攝像機；3.控制器；4.支架；5.計算機；6.白漆路面；7.柴油車;8.尾氣。
具體實施例方式如圖1所示，本發(fā)明柴油車尾氣煙度檢測方法的實施依賴于圖1所示的柴油車尾氣煙度檢測裝置，該柴油車尾氣煙度檢測裝置包括距離傳感器1、攝像機2、控制器3、支架
4、計算機5、白漆路面6，其中，距離傳感器1、攝像機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2均垂直向下朝向路面。距離傳感器I的測量精度為0.01m，攝像機2采用高精度的C⑶攝像機，工作時根據(jù)環(huán)境光強，調(diào)整快門1/lfl/lOK秒、白平衡和自動增益，以獲得較理想的地面圖像。CXD攝像機采用 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。在攝像機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2分別連接控制器3，控制器3連接計算機5，控制器3根據(jù)距離傳感器I的信號控制攝像機2，并將相應(yīng)的柴油車尾氣煙度數(shù)據(jù)傳遞到計算機5進行存儲。如圖2所示的是柴油車尾氣煙度檢測方法，啟動圖1所示的柴油車尾氣煙度檢測裝置，當(dāng)無車輛經(jīng)過白漆路面6時，距離傳感器I測距結(jié)果始終保持不變，控制器3向攝像機2發(fā)出獲取路面圖像的指令，攝像機2對白漆路面6進行拍攝，獲取地面圖像，并保存最近N幀地面圖像，10 ^ 30，攝像機2獲取地面圖像的幀率為30幀/分鐘。計算機5保持空閑狀態(tài)。當(dāng)有車輛經(jīng)過白漆路面6時，車輛頭部導(dǎo)致距離傳感器I測距結(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，距離傳感器I測距結(jié)果再次回歸到常規(guī)值，控制器3向攝像機2發(fā)出抓拍指令，攝像機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。對背景圖像和目標(biāo)圖像進行灰度變換。煙度測定是在灰度空間進行的，所以要對圖像進行灰度變換。硬件采集到的視頻為PAL制式的模擬視頻信號，在傳輸和預(yù)覽時采用YUV422信號，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，就可以實現(xiàn)灰度變換。在目標(biāo)圖像中提取尾氣圖像。采用Sobel邊緣檢測算法確定尾氣圖像邊緣。Sobel算子，即將方向差分運算與局部平均相結(jié)合，它以目標(biāo)像素點/Cr，_7)為中心，計算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效果，同時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定的要求。若增大鄰域范圍如5X5、9X9，效果更好，但增加了計算量，得到的邊緣也較粗，經(jīng)過試驗確定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。計算尾氣數(shù)據(jù)的灰度概率密度。通過對上述尾氣數(shù)據(jù)進行像素灰度統(tǒng)計，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，通過將各級灰度像素數(shù)目與總像素數(shù)目進行相除，計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級之間。輸入層和輸出層節(jié)點數(shù)分別為256和1，隱層節(jié)點數(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)，并對輸出值進行取整。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)對測試樣本測定尾氣煙度，與測試樣本標(biāo)記的尾氣煙度進行對比，如果對比結(jié)果不滿足要求，則繼續(xù)對BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)進行訓(xùn)練，直到滿足要求為止。根據(jù)BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)測定的尾氣煙度，作為柴油車尾氣煙度檢測裝置測定的煙度值輸出，并保存在計算機5中。
權(quán)利要求
1.一種柴油車尾氣煙度檢測方法，將分別連接控制器的距離傳感器、攝像機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，距離傳感器的測距保持不變，控制器控制攝像機獲取白漆路面的圖像，保存并計算出最近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，控制器控制攝像機連續(xù)拍下M幀含有車輛尾氣圖像的路面圖像，3 < M < 5，計算出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)對所述背景圖像和所述目標(biāo)圖像均進行灰度變換；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應(yīng)像素值進行相減操作，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BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)訓(xùn)練，輸出尾氣煙度值，并保存在計算機中。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的柴油車尾氣煙度檢測方法，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)點數(shù)分別為256和1，隱層節(jié)點數(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)，并對輸出值進行取整，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邊緣檢測算法確定尾氣圖像邊緣，是以目標(biāo)圖像像素點/Cr，_7)為中心，計算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方法，其特征是:步驟(3)中，在灰度直方圖上，將各級灰度像素數(shù)目 與總像素數(shù)目相除，計算出灰度概率密度。
全文摘要
本發(fā)明公開一種柴油車尾氣煙度檢測方法，在攝像機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，攝像機獲取白漆路面的圖像，保存并計算出最近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，攝像機連續(xù)拍下M幀含有車輛尾氣圖像的路面圖像，計算出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BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)訓(xùn)練，輸出尾氣煙度值，實現(xiàn)尾氣煙度的穩(wěn)定準(zhǔn)確測定。
文檔編號G01N9/00GK103196789SQ20131011202
公開日2013年7月10日 申請日期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, 夏長高, 張青龍, 徐陽 申請人:江蘇大學(xué)