專利名稱：視頻測(cè)速儀方法及系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明是依據(jù)圖像處理技術(shù)領(lǐng)域中運(yùn)動(dòng)檢測(cè)技術(shù)、目標(biāo)圖像跟蹤技術(shù)和計(jì)算機(jī)技術(shù)研制而成，測(cè)速精度可達(dá)±1km/h。
背景技術(shù)：
隨著國(guó)發(fā)經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展，我國(guó)高速公路建設(shè)日新月異。公路上行駛的車輛密度越來越大，速度也越來越快，超速交通肇事案件呈上升勢(shì)頭，這已成為交通部門急待解決的問題。
目前可完成測(cè)速系統(tǒng)有雷達(dá)測(cè)速、激光測(cè)速和視頻測(cè)速，其原理如下(1)激光測(cè)速激光測(cè)速是利用對(duì)運(yùn)動(dòng)物體多次測(cè)距與時(shí)間之比測(cè)得運(yùn)動(dòng)速度。激光測(cè)速系統(tǒng)安裝位置應(yīng)該正對(duì)著運(yùn)動(dòng)物體的運(yùn)動(dòng)方向，偏差角度小于10度。否則不可能測(cè)到真正的位移量，當(dāng)然不可能測(cè)得真正車速。
(2)雷達(dá)測(cè)速雷達(dá)測(cè)速系統(tǒng)采作多普勒雷達(dá)體制，當(dāng)發(fā)射源和接收器之間有相對(duì)徑向運(yùn)動(dòng)時(shí)，信號(hào)頻率將發(fā)生變化，據(jù)此可測(cè)得運(yùn)動(dòng)物體速度。
雷達(dá)測(cè)速系統(tǒng)安裝位置應(yīng)正對(duì)著運(yùn)動(dòng)物體的運(yùn)動(dòng)方向，測(cè)量差角應(yīng)小于10度。近距離測(cè)速受車型影響很嚴(yán)重，若安裝在固定龍門架上，向下俯視測(cè)量，很難得到準(zhǔn)確數(shù)據(jù)，精度達(dá)不到±1km/h。
(3)精確視頻測(cè)速精確視頻機(jī)動(dòng)車測(cè)速儀的方法和原理，完全克服了激光測(cè)速和雷達(dá)測(cè)速中存在的對(duì)測(cè)速角度要求高的要求，非常適合于安裝在道路上方，俯視路面進(jìn)行監(jiān)測(cè)。
由于視頻處理的獨(dú)特優(yōu)勢(shì)，在交通監(jiān)控系統(tǒng)采用視頻處理已成為現(xiàn)代智能交通(ITS)的發(fā)展方向和趨勢(shì)，現(xiàn)在多數(shù)大城市中闖紅燈系統(tǒng)已經(jīng)由線圈和雷達(dá)等工作方式過渡到視頻處理方式，并取得了良好效果；流量、速度監(jiān)控系統(tǒng)也逐漸采用了視頻處理方式，在漢城機(jī)場(chǎng)高速路，香港海底隧道等近年投入的工程項(xiàng)目中，采用視頻方式的系統(tǒng)逐漸增多，視頻圖像檢測(cè)已成為ITS的關(guān)鍵核心技術(shù)之一。
多車道實(shí)時(shí)精確視頻機(jī)動(dòng)車測(cè)速系統(tǒng)的出現(xiàn)，更說明了視頻技術(shù)的飛速發(fā)展，將會(huì)在道路監(jiān)控領(lǐng)域中起到越來越大的作用。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明采用圖像處理和圖像識(shí)別理論來實(shí)現(xiàn)的，提供一種純視頻檢測(cè)的機(jī)動(dòng)車超速監(jiān)控方法，克服現(xiàn)有技術(shù)中的不足，提高了機(jī)動(dòng)車測(cè)速的精度。


圖1是幀(場(chǎng))圖像；圖2是相關(guān)匹配區(qū)間；圖3是檢測(cè)流程圖；圖4是車流量檢測(cè)5是車流量統(tǒng)計(jì)直方圖；圖6是本發(fā)明的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)示意圖具體實(shí)施方式
參見圖3以下是對(duì)本發(fā)明方法作進(jìn)一步說明，其主要部分的具體內(nèi)容如下1.平均瞬時(shí)位置速度1.1視場(chǎng)附圖1說明。
幀圖像768×576場(chǎng)圖像768×288稀化行384或256Li=3844=96]]>Mi＝64→128(待定)1.2運(yùn)動(dòng)檢測(cè)攝像機(jī)固定在空中架桿上，俯視車道，如圖1所示，車道數(shù)可為2-4個(gè)。常用的運(yùn)動(dòng)目標(biāo)檢測(cè)方法是差分法。差分法是利用相鄰兩幀或兩場(chǎng)圖像像素的灰度差來提取目標(biāo)信息的。對(duì)于連續(xù)圖像中穩(wěn)定不動(dòng)部分，其灰度值近似為0，而運(yùn)動(dòng)部分則是現(xiàn)出一定的灰度差。因此，差圖像中只有運(yùn)動(dòng)部分的信息。
設(shè)f(xi，yi，ti)為以前幀(或場(chǎng))圖像，f(xj，yj，tj)為當(dāng)前幀(或場(chǎng))圖像，則差分圖像Dtitj可表示為
Dtitj(x，y)＝|f(xi，yi)-f(xj，yj)|............................(1)實(shí)際路面上，一般可有2-4個(gè)車道，檢測(cè)車速時(shí)，可用Li·Wj用來分別檢測(cè)各國(guó)產(chǎn)窗口內(nèi)有無車輛。
1.3軌跡描述(1)初始軌跡點(diǎn)確定如有車輛，則計(jì)算出16×16局部區(qū)域的形心坐標(biāo)點(diǎn)，計(jì)算式為Xc=ΣXiN]]>Yc=ΣYiN]]>……………………………………………………(2)位置(Xc，Yc)則為初始軌跡點(diǎn)(或第1個(gè)軌跡點(diǎn))(2)軌跡點(diǎn)描述用16×16灰度圖像區(qū)域作為模板，用MAD法將此模板分別與第2，3，4幀的第1場(chǎng)圖像相匹配，分別求出車輛的運(yùn)動(dòng)4個(gè)軌跡點(diǎn)。
MAD匹配算式為D(x,y)=1MNΣμ=1NΣv=1M|R(μ+x,υ+y)-S(μ,v)|]]>…………………………(3)匹配區(qū)域?yàn)閰^(qū)配區(qū)域附圖2說明。
匹配區(qū)間為t＝50ns，S(μ，v)＝16×16，t＝5～10ms減法時(shí)間t＝50ns，S(μ，v)＝32×32，t＝5～10ms考慮到四個(gè)車道實(shí)時(shí)檢測(cè)，建議S(μ，v)＝16×16，MAD要隔行隔列匹配，使匹配時(shí)間降為2.1ms.
1.4平均速度計(jì)算若從點(diǎn)(xk-1，yk-1，tk-1)移動(dòng)到點(diǎn)(xk，yk，tk)的位移量為ΔXk＝Xk-Xk-1ΔYk＝Y(jié)k-Yk-1Δt＝tk-tk-1則瞬時(shí)位置速度為
|Vk|=[(ΔXk)2+(ΔYk)2]12/Δtk]]>………………………………(4)平均位置瞬時(shí)速度 為|V-|=1NΣi=14Vi]]>………………………………(5)1.5超速判別在市內(nèi)行駛時(shí)，超過80km/h時(shí)為超速，違法。我們就是判別出那些車速≥80km/h車輛。車在固定視場(chǎng)內(nèi)，若相鄰兩幀內(nèi)車走過≥35行時(shí)(相當(dāng)于≥80km/h)，則判為超速違法。
1.6檢測(cè)流程本發(fā)明檢測(cè)流程附圖3說明。
框圖1(運(yùn)動(dòng)檢測(cè)(車))是檢測(cè)各車道有無車輛。
框圖2(形成16×16模板，計(jì)算出第1個(gè)軌跡點(diǎn))是計(jì)算各車道車輛模板形狀。
框圖3(用MAD法分別找出車輛的第2，3，4個(gè)軌跡點(diǎn))是分別找出各車輛的第2，3，4個(gè)軌跡點(diǎn)。
框圖4(求平均速度 )是求各車輛的平均速度。
框圖6(存入活動(dòng)硬盤(R，G，B)，將超速車圖像存入硬盤，有一場(chǎng)近景違法車輛，有一場(chǎng)遠(yuǎn)景違法車輛周邊環(huán)境。
框圖7(用軟件讀出(后臺(tái)軟件))讀出格式如附超速車輛卡片。
2車流量統(tǒng)計(jì)2.1車流量檢測(cè)附圖4具體說明。
(1)檢測(cè)窗口1，2，3，4尺寸分別為96×64各車道分別檢測(cè)，均在20ms檢測(cè)完。
(2)運(yùn)動(dòng)檢測(cè)算法檢測(cè)超過各個(gè)窗口車輛的個(gè)數(shù)(注一個(gè)車只應(yīng)檢測(cè)一次)2.2統(tǒng)計(jì)附圖5說明。
(1)用直方圖法統(tǒng)計(jì)(2)曲線可隨時(shí)檢看
權(quán)利要求
1.平均瞬時(shí)速度計(jì)算，包括下列步驟(1)視場(chǎng)中車道個(gè)數(shù)的確定(2)運(yùn)動(dòng)檢測(cè)(3)軌跡描述(4)平均速度計(jì)算(5)超速判別(6)車流量統(tǒng)計(jì)
2.如權(quán)利要求1所述視場(chǎng)中車道個(gè)數(shù)的確定，由下列方法得出幀圖像768×576場(chǎng)圖像768×288稀化行384或256Li=3844=96]]>Mi＝64→128(待定)
3.如權(quán)利要求1所述的運(yùn)動(dòng)檢測(cè)方法，其特征在于攝像機(jī)固定在空中架桿上，俯視車道，如圖1所示，車道數(shù)可為2-4個(gè)。常用的運(yùn)動(dòng)目標(biāo)檢測(cè)方法是差分法。差分法是利用相鄰兩幀或兩場(chǎng)圖像像素的灰度差來提取目標(biāo)信息的。對(duì)于連續(xù)圖像中穩(wěn)定不動(dòng)部分，其灰度值近似為0，而運(yùn)動(dòng)部分則是現(xiàn)出一定的灰度差。因此，差圖像中只有運(yùn)動(dòng)部分的信息。設(shè)f(xi，yi，ti)為以前幀(或場(chǎng))圖像，f(xj，yj，tj)為當(dāng)前幀(或場(chǎng))圖像，則差分圖像Dtitj可表示為Dtitj(x，y)＝|f(xi，yi)-f(xj，yj)|……………………(1)實(shí)際路面上，一般可有2-4個(gè)車道，檢測(cè)車速時(shí)，可用Li·Wj用來分別檢測(cè)各國(guó)產(chǎn)窗口內(nèi)有無車輛。
4.如權(quán)利要求1所述的軌跡描述，方法如下(1)初始軌跡點(diǎn)確定如有車輛，則計(jì)算出16×16局部區(qū)域的形心坐標(biāo)點(diǎn)，計(jì)算式為Xc=ΣXiN]]>Yc=ΣYiN...(2)]]>位置(Xc，Yc)則為初始軌跡點(diǎn)(或第1個(gè)軌跡點(diǎn))(2)軌跡點(diǎn)描述用16×16灰度圖像區(qū)域作為模板，用MAD法將此模板分別與第2，3，4幀的第1場(chǎng)圖像相匹配，分別求出車輛的運(yùn)動(dòng)4個(gè)軌跡點(diǎn)。MAD匹配算式為D(x,y)=1MNΣμ=1NΣv=1M|R(μ+x,v+y)-S(μ,v)|...(3)]]>匹配區(qū)域?yàn)閰^(qū)配區(qū)域附圖2說明。匹配區(qū)間為t＝50ns，S(μ，v)＝16×16，t＝5～10ms減法時(shí)間t＝50ns，S(μ，v)＝32×32，t＝5～10ms考慮到四個(gè)車道實(shí)時(shí)檢測(cè)，建議S(μ，v)＝16×16，MAD要隔行隔列匹配，使匹配時(shí)間降為2.1ms.
5.如權(quán)利要求1所述的平均速度計(jì)算方法，其特征在于若從點(diǎn)(xk-1，yk-1，tk-1)移動(dòng)到點(diǎn)(xk，yk，tk)的位移量為ΔXk＝Xk-Xk-1ΔYk＝Y(jié)k-Yk-1Δ＝tk-tk-1則瞬時(shí)位置速度為|Vk|=[(ΔXk)2+(ΔYk)2]12/Δtk...(4)]]>平均位置瞬時(shí)速度 為|V‾|=1NΣi=14Vi...(5)]]>
6.如權(quán)利要求1所述的超速的判定，其特征在于在市內(nèi)行駛時(shí)，超過80km/h時(shí)為超速，違法。我們就是判別出那些車速≥80km/h車輛。車在固定視場(chǎng)內(nèi)，若相鄰兩幀內(nèi)車走過≥35行時(shí)(相當(dāng)于≥80km/h)，則判為超速違法。
7.如權(quán)利要求1所述的車流量統(tǒng)計(jì)，其方法如下(1)檢測(cè)窗口1，2，3，4尺寸分別為96×64各車道分別檢測(cè)，均在20ms檢測(cè)完。(2)運(yùn)動(dòng)檢測(cè)算法檢測(cè)超過各個(gè)窗口車輛的個(gè)數(shù)(注一個(gè)車只應(yīng)檢測(cè)一次)
8.一種視頻測(cè)速系統(tǒng)，其特征包括視頻輸入設(shè)備，其攝取圖像信息，生成視頻模擬圖像；模數(shù)轉(zhuǎn)換部件，其將所述視頻模擬圖像進(jìn)行數(shù)字化轉(zhuǎn)化；計(jì)算機(jī)系統(tǒng)，其設(shè)有目標(biāo)特征數(shù)據(jù)庫，對(duì)所述數(shù)字化的視頻圖像進(jìn)行處理和判別。
9.一種視頻測(cè)速系統(tǒng)，其特征在于所述視頻輸入設(shè)備有遠(yuǎn)景攝像機(jī)和近景攝像機(jī)，遠(yuǎn)景攝像機(jī)用于抓捕超速車輛，近景攝像機(jī)用于抓拍超速車尾牌。所述運(yùn)景攝像機(jī)的近景攝像機(jī)連接視頻矩陣切換器，所述視頻矩陣切換器還分別連接實(shí)時(shí)圖像采集卡、通訊接口傳輸控制模塊和系統(tǒng)報(bào)警與處理平臺(tái)，通過所述通訊接口傳輸控制模塊連接計(jì)算機(jī)總線，接受計(jì)算機(jī)主機(jī)的指令，進(jìn)行通訊切換，接受所述檢測(cè)攝像機(jī)的圖像并發(fā)送給所述實(shí)時(shí)圖像采集卡，接受計(jì)算機(jī)主機(jī)發(fā)出的報(bào)警控制指令，向系統(tǒng)報(bào)警與處理平臺(tái)發(fā)送報(bào)警信號(hào)以及相關(guān)檢測(cè)圖像，由系統(tǒng)報(bào)警與處理平臺(tái)將其生成的警報(bào)信息和相關(guān)圖像送至與其連接的交通控制顯控器顯示。所述計(jì)算機(jī)主機(jī)還通過計(jì)算機(jī)總線連接圖像處理數(shù)據(jù)分析單元和隨機(jī)圖像存儲(chǔ)器。所述數(shù)據(jù)分析單元與所述計(jì)算機(jī)主機(jī)通信，根據(jù)計(jì)算機(jī)主機(jī)控制器的指令進(jìn)行數(shù)據(jù)分析，所述隨機(jī)圖像存儲(chǔ)器同計(jì)算機(jī)主機(jī)控制器通信，用于數(shù)據(jù)的隨機(jī)存儲(chǔ)。
全文摘要
本發(fā)明涉及視頻測(cè)速檢測(cè)方法，該方法包括運(yùn)動(dòng)檢測(cè)、軌跡描述、平均速度計(jì)算、超速判別和車流量統(tǒng)計(jì)等，它是依據(jù)圖像處理技術(shù)領(lǐng)域中的運(yùn)動(dòng)檢測(cè)技術(shù)、圖像跟蹤技術(shù)和計(jì)算機(jī)技術(shù)而研制成的。該方法所用硬件平臺(tái)是攝像機(jī)和計(jì)算機(jī)硬件系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)了本方法，可廣泛用于道路上機(jī)動(dòng)車測(cè)速或其它類似場(chǎng)合。
文檔編號(hào)G01P3/36GK1963884SQ20061016583
公開日2007年5月16日 申請(qǐng)日期2006年12月13日 優(yōu)先權(quán)日2006年12月13日
發(fā)明者王海燕 申請(qǐng)人:王海燕