專利名稱：交通流量監(jiān)測設備的制作方法
技術領域：
本發(fā)明涉及一種交通流量監(jiān)測設備，用于通過利用由用于拍攝在道路上行駛的車輛的電視攝象機所接收到的圖象，來監(jiān)測交通流量；更具體地說，本發(fā)明涉及一種交通流量監(jiān)測設備，該設備用于在逐個跟蹤車輛的同時識別交通流量。
本發(fā)明還涉及一種用于檢測高速公路上作為交通堵塞的停止狀態(tài)以及不同于停止狀態(tài)的低速行駛狀態(tài)的裝置。
作為傳統(tǒng)的交通流量監(jiān)測設備，在美國專利第4,847,772、日本未審查專利公開第2-166,598號、日本未審查專利公開第5-298,591號和日本未審查專利公開第6-030,417號中描述的交通流量監(jiān)測設備都是已知的。在這些公開中，美國專利第4,847,772和日本未審查專利公開第2-166,598中都提出了一種系統(tǒng)—其中其上沒有車輛的道路部分的圖象被用作參考圖象，且當新輸入的圖象的發(fā)光分布與參考圖象的發(fā)光分布顯著地不同時，判定在道路部分上有車輛存在。另一方面，日本未審查專利公開第5,298,591和日本未審查專利公開第6-030,417中提出了一種系統(tǒng)—其中在一個屏幕上形成的檢測區(qū)中檢測到的一個物體先作為樣板而得到寄存，且隨后通過相關性計算對車輛進行跟蹤以檢測交通堵塞。
作為傳統(tǒng)的交通流量監(jiān)測設備，例如，提出了“利用圖象處理的處理長度測量算法檢驗”(General Meeting of Institute of ElectronicsandCommunication Engineering of JapanD-423p.149，1995)。在該設備中，對圖象進行識別以檢查車輛的有/無，且根據(jù)該框與下一個框來確定車輛的停止。在此情況下，當車輛存在并停止時，就判定交通堵塞。
在上述相關技術中，在美國專利第4,847,772和日本未審查專利公開第2,166,598中，其上沒有車輛的道路部分的參考圖象必須得到寄存，且該參考圖象必須根據(jù)陰影或明亮部分的改變而得到更新。然而，在交叉的道路上，參考圖象的寄存和更新是不容易進行的，且測量的精度降低了。在日本未審查專利公開第5-298,591中，不論有無車輛，都要寄存一個樣板—該樣板具有預定的大小并位于預定的位置即與電視攝象機相距預定距離的位置，且實際的車輛得到了跟蹤。在此系統(tǒng)中，樣板的大小和實際車輛的大小隨著車輛的運動而彼此不同，且不能進行高度精確的跟蹤。另外，難于確定所跟蹤的是該車輛的陰影還是相鄰地行駛的另一車輛的陰影。
另外，在日本未審查專利公開第6-030,417中，預先把多個車輛圖象作為樣板保持起來，且每次輸入圖象時都進行各個圖象與所有樣板之間的相關性計算。因此，為了獲得高度相關的值，必須準備在大小、形狀和亮度上都非常不同的大量的樣板。因此，當輸入圖象時所進行的相關性計算的量是非常大的，從而阻止了高速的處理。
在高速公路上，當大量的車輛以低速行駛時，必須確定交通堵塞。因此，速度測量是確定交通堵塞所必須進行的。然而，在傳統(tǒng)的方法中，速度測量無法進行，且不能檢測以低速行駛的車輛。在傳統(tǒng)的方法中，不能借助框之間的不同來檢測車輛的運動，其理由如下。即，即使車輛以相等的速度行駛，根據(jù)車輛的形狀或顏色，輸出也是彼此不同的，輸出根據(jù)距攝象機的距離而彼此不同。
本發(fā)明的第一個目的，信號提供一種交通流量監(jiān)測設備，它具有良好的測量精度，且不需要其上沒有車輛的道路部分的參考圖象，并能夠方便地把相鄰行駛的車輛與影子區(qū)分開來，并能夠可靠地在從電視攝象機至遠離電視攝象機的大的范圍內(nèi)跟蹤車輛而不論交通是否擁擠。
本發(fā)明的第二個目的，是提供一種交通流量監(jiān)測設備，它能夠檢測高速公路上作為交通堵塞的停止狀態(tài)和沒有停止狀態(tài)的低速行駛狀態(tài)。
為了實現(xiàn)第一個目的，本發(fā)明提出了一種交通流量監(jiān)測設備，它包括用于以俯視的方式拍攝道路的圖象攝取裝置；用于分析一個圖象分析區(qū)中的發(fā)光分布的裝置，該圖象分析區(qū)橫跨每個預定周期所接收到的俯視的道路圖象的道路；用于對該圖象分析區(qū)中的整個車輛的一部分的發(fā)光圖案進行樣板寄存的裝置，該部分被作為該車輛的特征部分；跟蹤裝置，用于通過相關性計算來計算樣板與俯視的道路圖象的發(fā)光圖案之間的相似度以跟蹤具有高相似度的發(fā)光圖案而將其作為受到樣板寄存的車輛；以及監(jiān)測裝置，用于根據(jù)在每一個預定周期所接收到的俯視道路圖象中的車輛位置的改變，來監(jiān)測曲折行駛、速度的突然改變、過度低速的行駛、過度高速的行駛等。
該交通流量監(jiān)測設備包括這樣的裝置，即該裝置用于根據(jù)其時間差不短于每一個預定周期所接收到的俯視道路圖象的預定時間周期的兩個圖象之間運動的車輛的移動距離，來計算車輛的即時速度，且監(jiān)測裝置根據(jù)該即時速度來監(jiān)測速度的突然改變、過度低速行駛，過度高速行駛等等。
用于對車輛的特征部分進行樣板寄存的裝置，可以具有與所要監(jiān)測的車輛的數(shù)目相應的多個樣板。在此情況下，該跟蹤裝置通過采用多個樣板而同時跟蹤其運動不同的多個車輛。
該跟蹤裝置具有用于各個樣板的跟蹤管理表、獨立地在各個跟蹤管理表的列中寄存樣板、獨立地加上或擦除信息以獨立地跟蹤各個車輛的不同的運動。
在任何情況下，該交通流量監(jiān)測設備都可包括用于保持車道分割線以作為初級近似表示或多項式近似表示的裝置；用于通過利用每一個預定周期接收的俯視道路圖象中的車輛位置和該初級近似表示或多項式近似表示來計算車輛所屬于的車道的裝置；以及，用于判定通過改變所屬于的車道而進行的車道改變。
該交通流量監(jiān)測設備最好還包括這樣的裝置，即該裝置通過利用初級近似表示或多項式近似表示來計算屏幕上在一個位置處的車道寬度的裝置—在該位置樣板得到初始寄存—以將該車道寬度作為基準車道寬度，通過利用初級近似表示或多項式近似表示來計算屏幕上當樣板已經(jīng)被移動之后的位置處的車道寬度以將該車道寬度確定為檢測位置車道寬度，并放大或減小在初始寄存中的樣板的大小以使檢測位置車道寬度與基準車道寬度的比值等于初始寄存中的樣板的大小與樣板已經(jīng)被移動之后的樣板的大小的比值，從而確定在樣板已經(jīng)被移動之后的樣板大小。
該交通流量監(jiān)測設備還可包括這樣的裝置，即該裝置用于形成與每一個預定周期所接收到的俯視道路圖象的道路相交叉的測量區(qū)、計數(shù)通過各個車道的該測量區(qū)的車輛、并測量通過該測量區(qū)的每一個車輛的平均速度。
在該交通流量監(jiān)測設備中，可以加上這樣的裝置—即該裝置用于為每一個預定周期所接收到的俯視道路圖象的道路表面上的各個車道設置至少一個道路表面發(fā)光圖案對照區(qū)、根據(jù)道路表面發(fā)光圖案與實際發(fā)光圖案之間的相關性計算來估算預先作為樣板保留的對照區(qū)的道路表面發(fā)光圖案與實際發(fā)光圖案之間的相似度、當相似度高時判定在對照區(qū)中沒有車輛、且當相似度低時判定在對照區(qū)中有車輛。
在此情況下，該交通流量監(jiān)測設備可包括這樣的裝置—即該裝置用于在車輛通過對照區(qū)時根據(jù)對照區(qū)與車輛的前和后部的相對位置來測量車輛的長度。
為了實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明提出了一種交通流量監(jiān)測設備，它包括鍵盤；諸如顯示單元的人—機接口；帶有主存儲器的CPU；圖象輸入裝置，它在CPU的控制下接收來自圖象攝取裝置的俯視道路圖象，以將該圖象轉(zhuǎn)換成數(shù)字值；圖象處理裝置，用于在CPU的控制下處理所轉(zhuǎn)換的數(shù)字圖象；以及，用于該數(shù)字圖象的圖象存儲器，其中圖象處理裝置被用來對與每一個預定周期所接收到的俯視道路圖象的道路相交叉的一個圖象分析區(qū)中的發(fā)光分布進行分析，且該CPU被用作對作為圖象分析區(qū)中的車輛的一部分或全部一個發(fā)光圖案進行樣板寄存以作為車輛的特征部分的裝置、用于識別至少起始寄存坐標、起始寄存時刻、最后圖象輸入時刻、在最后圖象中的車輛存在位置、在最后圖象存在中車輛的車道號、在多個周期中輸入圖象的時候、每一個車輛在多個周期中圖象輸入中的車輛圖形的位置，并通過相關性計算而計算出俯視道路圖象的發(fā)光圖案與樣板之間的相似度以作為受到樣板寄存的車輛而跟蹤具有高相似度的發(fā)光圖案，以及監(jiān)測裝置—該裝置用于根據(jù)每一個預定周期所接收到的俯視道路圖象中的車輛位置改變、異常行駛發(fā)生的記錄時間和位置以及異常行駛的內(nèi)容來監(jiān)測諸如曲折行駛—速度的突然改變、過度低速行駛或過度高速行駛并通知異常行駛的時間、位置和內(nèi)容。
根據(jù)上述任何一種交通流量監(jiān)測設備，在一種交通流量監(jiān)測系統(tǒng)中—其中根據(jù)本發(fā)明的交通流量監(jiān)測設備通過一個視頻分配器接收俯視道路圖象以處理該圖象、在交通事件積累裝置中存儲交通事件或諸如即時速度或車道改變的交通指標(Index)、將交通事件或交通指標通過交通事件通信裝置發(fā)送到控制室，且在控制室側視頻重疊裝置使通過交通事件通信裝置而獲得的交通事件與通過視頻分配器而獲得的俯視道路圖象相重疊以把所產(chǎn)生的圖象的顯示在顯示裝置上，該交通流量監(jiān)測設備能夠監(jiān)測即時速度和各個車輛所在的車道的改變，并將諸如檢測時間、檢測位置以及根據(jù)車輛的規(guī)避行駛或曲折行駛的車道改變的內(nèi)容和車輛的過度低速行駛或過度高速行駛送到控制室，以將該數(shù)據(jù)積累在控制室中的一個存儲單元中。
在這種交通流量監(jiān)測系統(tǒng)中，圖象處理裝置是一個彩色電視攝象機，該交通流量監(jiān)測設備接收作為單色圖象的俯視道路圖象，且控制室中的顯示裝置是用于重疊顯示來自圖象處理裝置的彩色圖象和交通流量監(jiān)測設備根據(jù)該單色圖象所產(chǎn)生的單色監(jiān)測數(shù)據(jù)的裝置。以此方式，交通流量監(jiān)測設備的處理負荷能夠得到減小。
在具有上述設置的本發(fā)明中，與每一個預定周期所接收到的俯視道路圖象的道路相交叉的圖象分析區(qū)得到了分析，獲得了作為特征的部分—諸如具有發(fā)光分布的車輛的前或后部，車輛作為樣板而逐個地得到寄存，且車輛在這些樣板得到更新的同時得到了跟蹤。因此，不需要其上沒有車輛的道路部分的參考圖象，且不需要對一個車輛進行諸如采用多個樣板的匹配或集成的處理，且另一車輛的接近或重疊的影響能夠得到減小。因此，車輛能夠得到高速的跟蹤，而不論交通是否擁擠，且交通流量能夠得到高度準確的監(jiān)測。
具體地，由于樣板的大小在樣板更新期間根據(jù)車道的視在寬度的改變而得到了減小或放大，因而能夠通過利用具有適當大小的樣板而在從接近電視攝象機的位置至遠離電視攝象機的位置的范圍內(nèi)進行穩(wěn)定的車輛跟蹤。
第二個目的是通過以下方式實現(xiàn)的。每一個周期所接收的道路圖象都得到數(shù)字處理，且通過的車輛的由多個車輛組成的車輛組的特征部分通過圖形匹配而得到跟蹤，且通過車輛的即時速度得到了測量。進一步地，道路圖象借助車道和距離而被分成區(qū)，在各區(qū)中的車輛的即時速度的平均值被計算出來，且根據(jù)該平均值的幅度來確定交通堵塞的有/無。
更具體地說，為了實現(xiàn)第二個目的，本發(fā)明提出了一種交通流量監(jiān)測設備，它包括用于對每一個預定周期所接收到的道路圖象進行數(shù)字處理以跟蹤通過的車輛的裝置、用于測量通過的車輛的即時速度的裝置、用于借助車道和距離而將道路圖象分成小區(qū)并計算代表通過的車輛在各個小區(qū)中的平均速度的小區(qū)速度的裝置、以及用于根據(jù)該小區(qū)速度的幅度來對于每一個小區(qū)確定交通堵塞的有/無和交通堵塞程度的裝置。
該通過的車輛跟蹤裝置是用于借助陰影圖形匹配來跟蹤通過的車輛的特征部分—諸如具有大的亮度改變的部分—的裝置。
該通過的車輛跟蹤裝置是具有多個樣板的裝置，用于通過利用多個樣板而同時跟蹤不同地移動的多個車輛。
即時速度測量裝置是用于根據(jù)每一個預定周期所接收到的道路圖象的兩個圖象之間的車輛移動來計算車輛的即時速度的裝置—該兩個圖象的時間差不大于預定的時間間隔。
小區(qū)速度計算裝置是這樣的裝置 即該裝置用于保持作為初級近似表示或多項式近似表示的線分割線、將初級近似表示或多項式近似表示應用到每一個預定周期所接收到的道路圖象的車輛位置上、并計算車輛所在的車道。
該交通流量監(jiān)測設備具有用于樣板的跟蹤管理表，獨立地把樣板寄存在該跟蹤管理表的列中，把信息加到各個列中或從其中擦除，并獨立地監(jiān)測各個車輛的不同運動。
通過的車輛跟蹤裝置最好是這樣的裝置—即該裝置用于通過利用初級近似表示或多項式近似表示來計算屏幕上樣板受到初始寄存的位置處的車道寬度以將該車道寬度確定為基準車道寬度，通過利用初級近似表示或多項式近似表示來計算屏幕上在樣板已經(jīng)移動之后的位置處的車道寬度以將該車道寬度確定為檢測位置車道寬度，放大或減小初始寄存中的樣板的大小從而使檢測位置車道寬度與基準車道寬度的比值等于初始寄存中的樣板的大小與樣板已經(jīng)移動之后的樣板的大小的比值，從而確定樣板已經(jīng)移動之后的樣板大小。
該交通堵塞確定裝置是這樣的裝置—即該裝置用于計算在預定的時間間隔中存在于該小區(qū)中的所有車輛的即時速度的平均值以將該平均值確定為一個小區(qū)速度，并根據(jù)小區(qū)速度的幅度來對于各個小區(qū)確定交通堵塞的有/無或交通堵塞的程度。
該交通堵塞確定裝置是這樣的裝置—即該裝置用于利用一個濾波器而對在預定的時間間隔中存在于該小區(qū)中的車輛的即時速度進行平滑處理，計算一個平均值以將該平均值確定為一個小區(qū)速度，并根據(jù)該小區(qū)速度的幅度來對于各個小區(qū)判定交通堵塞的有/無或交通堵塞的程度。
該交通堵塞確定裝置還可以是這樣的裝置—即該裝置用于計算一個加權平均值以給即時速度提供一個與即時速度測量時刻之晚成比例的權以將該平均值確定為一個小區(qū)速度，并根據(jù)該小區(qū)速度的幅度來為各個小區(qū)確定交通堵塞的有/無或交通堵塞的程度。
在任何一種交通流量監(jiān)測設備中，交通堵塞確定裝置，當相對于車道而確定為交通堵塞區(qū)的區(qū)彼此相鄰時，都測量相連的交通堵塞區(qū)的長度以將該長度確定為交通堵塞的長度。
為了實現(xiàn)第二個目的，本發(fā)明提出了一種交通流量監(jiān)測設備，它包括鍵盤；諸如顯示單元的人機接口；帶有主存儲器的CPU；圖象輸入裝置，它在CPU的控制下接收來自圖象攝取裝置的俯視道路圖象，以將該圖象轉(zhuǎn)換成數(shù)字值；圖象處理裝置，用于在CPU的控制下處理所轉(zhuǎn)換的數(shù)字圖象；以及，用于該數(shù)字圖象的圖象存儲器，其中圖象處理裝置是這樣的裝置—即該裝置設置與每一個預定周期所接收到的道路圖象的道路相交叉的至少一個圖象分析區(qū)，并對該圖象分析區(qū)中的發(fā)光分布進行分析，且該CPU被用作對作為圖象分析區(qū)中的車輛的一部分或全部一個發(fā)光圖案進行樣板寄存以作為車輛的特征部分的裝置；通過的車輛跟蹤裝置用于利用該樣板并通過圖形匹配處理而從下一個周期中接收到的圖象中搜索車輛圖形、將該車輛圖形作為新的樣板而進行更新、并識別至少起始寄存坐標、起始寄存時刻、最后圖象輸入時刻、最后圖象中的車輛存在位置、其中在最后圖象中存在的車輛的車道號、在多個周期中輸入圖象的時候、在多個周期中為每一個車輛輸入的圖象中的車輛圖形的位置；即時速度測量裝置，用于計算各個車輛的即時速度；以及，用于設置被車道和距道路中的攝象機的距離分割成小區(qū)、利用濾波器來平滑在預定的時間間隔中存在于這些小區(qū)中的車輛的即時速度、計算負荷的加權平均值—其與根據(jù)即時速度的測量時刻的最新即時速度成比例—作為這些小區(qū)的小區(qū)速度、并根據(jù)小區(qū)速度的幅度來判定各個小區(qū)中交通堵塞的有/無。
顯示單元是這樣的裝置—即該裝置用于顯示小區(qū)的設置以使小區(qū)的設置與道路圖象或示意圖重疊，并改變被確定為具有交通堵塞的小區(qū)部分的小區(qū)部分的亮度或彩色以顯示交通堵塞長度或交通堵塞端部。
在具有上述設置的本發(fā)明中，車輛或車輛組的特征部分利用圖形匹配而得到跟蹤，以測量即時速度，并對于各個小區(qū)計算小區(qū)速度。因此，可以檢測出作為交通堵塞的停止狀態(tài)。具體地，也可以將高速公路上沒有停止狀態(tài)的低速行駛狀態(tài)顯示為交通堵塞。
另外，由于測量到的小區(qū)速度被一個中間濾波器所倍增，并相對于過去的一或幾分鐘而受到了平均處理，因而能夠穩(wěn)定地確定小區(qū)速度和交通堵塞。
在小區(qū)速度的平均中，當根據(jù)測量的小區(qū)速度之晚而進行加權時，對諸如交通堵塞的發(fā)生或消除的交通狀態(tài)的響應是高的。
為了實現(xiàn)第二個目的，本發(fā)明提出了一種交通流量監(jiān)測設備，它包括樣板寄存裝置，用于保持存在于圖象處理裝置每一個預定周期所接收到的道路圖象中的車輛的前或后部的發(fā)光圖案以作為車輛的樣板；跟蹤裝置，用于指導樣板和發(fā)光圖案進行圖形匹配處理以跟蹤該車輛；即時速度測量裝置，用于根據(jù)道路圖象之間的接收間隔和道路圖象之間的車輛的運動距離來測量車輛的即時速度；以及，重疊測量校正裝置，用于當至少兩個車輛通過時，計算兩個車輛之間的通過時間差和速度差、當通過時間差不大于預定時間差且速度差不小于預定的速度差時確定一個車輛的不同部分被多個樣板所跟蹤，并只使與該車輛有關的一個樣板有效而使另一個樣板無效。
該重疊測量校正裝置是這樣的裝置—即該裝置用于在多個樣板中只使其中即時速度為最低速度的樣板有效，并使其他的樣板無效。
該預定時間差和預定的速度差最好與即時速度成正比。
該交通流量監(jiān)測設備還可包括以下裝置用于設置與俯視道路圖象的道路相交叉的帶狀測量區(qū)并當車輛通過該測量區(qū)時計數(shù)所跟蹤的車輛所屬于的各個車道的車輛的裝置；用于根據(jù)車輛進入測量區(qū)的時刻與車輛離開測量區(qū)的時刻之差來測量車輛的區(qū)速度的裝置；一個緩存器，用于按照車輛進入車輛離開測量區(qū)時所在的車道的順序來記錄車輛的離開時刻和區(qū)速度；用于在該緩存器中記錄車輛的離開時刻和區(qū)速度、以及前面已經(jīng)在與上述車輛所在的同一車道中得到記錄的車輛的進入時刻與該車輛的離開時刻之差以作為“時間差”的裝置；以及，用于在該緩存器中記錄車輛的區(qū)速度與所記錄同上述車輛處于同一車道的前一個車輛的區(qū)速度之差以將該差作為“速度差”的裝置。
在此情況下，車輛的離開時刻和區(qū)速度、時間差、速度差以及一個1位無效標記都被存儲在該緩存器中，且該無效標記當該時間差小且速度差大時被導通，且在時間差小且速度差大的情況以外的情況下該無效標記被關斷。
該交通流量監(jiān)測設備包括這樣的裝置—即該裝置用于按照先后順序擦除記錄在緩存器上的車輛信息、計數(shù)通過的車輛、在一個記錄單元上記錄通過的車輛的數(shù)目和區(qū)速度、和/或?qū)⑼ㄟ^的車輛的數(shù)目和區(qū)速度發(fā)送到控制室。
在所有情況下，該交通流量監(jiān)測設備可以包括這樣的裝置—即該裝置用于具有小的時間差和大的速度差的車輛、只使具有最低區(qū)速度的車輛有效、并使其他的車輛無效以將其他車輛排除在測量目標之外。
該交通流量監(jiān)測設備可包括這樣的裝置—即該裝置用于計算除了在緩存器中其無效標記為導通的車輛之前的車輛以外的、從俯視道路圖象上的一個近位置離開的通過的車輛，在記錄單元中記錄通過的車輛的數(shù)目和區(qū)速度，和/或?qū)⑼ㄟ^的車輛的數(shù)目和區(qū)速度發(fā)送到控制室。與此相對比，該交通流量監(jiān)測設備包括這樣的裝置—即該裝置用于計算除了其在緩存器中的無效標記為導通的車輛之外接近俯視道路圖象上的一個近位置的通過的車輛，在記錄單元中記錄通過的車輛的數(shù)目和區(qū)速度，和/或?qū)⑼ㄟ^的車輛的數(shù)目和區(qū)速度發(fā)送到控制室。
該交通流量監(jiān)測設備可包括用于記錄車輛在跟蹤管理表上得到跟蹤期間所屬于的車道的號的裝置；用于將過去所屬于的車道號與當前所屬于的車道號進行比較的裝置；用于當車道號彼此不同時判定進行了車道改變的裝置；用于當即時速度測量裝置所獲得的即時速度不高于預定速度時判定低速行駛車輛的裝置；以及，用于當?shù)退傩旭傑囕v進行車道改變時判定規(guī)避行駛車輛的裝置。
在具有上述設置的本發(fā)明中，該交通流量監(jiān)測設備可包括這樣的裝置—即該裝置用于根據(jù)每一個預定周期所接收到的俯視道路圖象中其時間差不短于預定的時間間隔的兩個圖象之間移動的車輛的移動距離來計算車輛的即時速度，且該監(jiān)測裝置根據(jù)該即時速度來監(jiān)測速度的突然改變、過度低速行駛、過度高速行駛等等。
用于對車輛的特征部分進行樣板寄存的裝置可具有與所要監(jiān)測的車輛數(shù)目相應的多個樣板。在此情況下，跟蹤裝置利用多個樣板同時跟蹤具有不同的移動的多個車輛。
該跟蹤裝置對于每一個樣板都具有一個跟蹤管理表，獨立地把樣板寄存在各個跟蹤管理表的列中，獨立地加上或擦除信息以獨立地跟蹤各個車輛的不同運動，從而防止重疊計數(shù)。
在任何情況下，該交通流量監(jiān)測設備可包括用于以初級近似表示或多項式近似表示的形式保持車道分割線的裝置；用于通過利用每一個預定周期所接收到的俯視道路圖象中的車輛位置和該初級近似表示或多項式近似表示來計算車輛所屬于的車道的裝置；以及，用于借助所屬于的車道的改變來判定車道的改變的裝置。
該交通流量監(jiān)測設備最好包括這樣的裝置—即該裝置用于通過利用初級近似表示或多項式近似表示來計算屏幕上樣板受到初始寄存的位置處的車道寬度以將該車道寬度確定為基準車道寬度，通過利用該初級近似表示和初級近似表示來計算屏幕上在樣板已經(jīng)移動之后的位置處的車道寬度以將該車道寬度確定為檢測位置車道寬度，并放大或縮小初始寄存中的樣板的大小從而使檢測位置車道寬度與基準車道寬度的比值等于初始寄存中的樣板的大小與樣板已經(jīng)移動之后的樣板的大小的比值，從而確定樣板已經(jīng)移動之后的樣板的大小。
對于交通堵塞確定，提出了一種交通流量監(jiān)測設備，它包括用于借助車道和距離而將道路圖象分成小區(qū)并計算表示各個小區(qū)中的通過的車輛的平均速度的小區(qū)速度的裝置，以及用于根據(jù)該小區(qū)速度的幅度來確定各個小區(qū)中交通堵塞的有/無以及交通堵塞的程度的裝置。
小區(qū)速度計算裝置是這樣的裝置—即該裝置用于以初級近似表示或多項式近似表示的形式保持一個車道分割線，將該初級近似表示或多項式近似表示應用于每一個預定周期所接收到的道路圖象中的車輛位置，并計算車輛所屬于的車道。
交通堵塞確定裝置是這樣的裝置—即該裝置用于計算在預定的時間間隔中存在于一個小區(qū)中的所有車輛的即時速度的平均值以將該平均值確定為小區(qū)速度，并根據(jù)該小區(qū)速度的幅度來判定各個小區(qū)中交通堵塞的有/無或交通堵塞的程度。
該交通堵塞確定裝置還可以是這樣的裝置—即該裝置用于利用一個濾波器而對在預定的時間間隔中存在于該小區(qū)中的車輛的即時速度進行平滑處理，計算一個平均值以將該平均值確定為小區(qū)速度，并根據(jù)該小區(qū)速度的幅度來判定各個小區(qū)中交通堵塞的有/無或交通堵塞的程度。
該交通堵塞確定裝置還可以是這樣的裝置—即該裝置用于計算一個加權平均值以給出一個與即時速度的測量時間之晚成比例的權從而將該平均值確定為小區(qū)速度，并根據(jù)該小區(qū)速度的幅度來判定各個小區(qū)中交通堵塞的有/無或交通堵塞的程度。
在這些交通流量監(jiān)測設備的任何一個中，當被確定為交通堵塞區(qū)的區(qū)域相對于車道彼此相鄰時，交通堵塞確定裝置測量相連的交通堵塞區(qū)的長度以將該長度確定為交通堵塞長度。
顯示單元是這樣的裝置 即該裝置用于小區(qū)的設置以使小區(qū)的設置與道路圖象或示意圖相重疊，并改變被確定為具有交通堵塞的小區(qū)部分的小區(qū)部分的亮度或顏色以顯示交通堵塞長度或交通堵塞端部。
在本發(fā)明中，車輛的特征部分借助圖形匹配而得到跟蹤以測量即時速度，且對于各個小區(qū)計算出一個小區(qū)速度。因此，停止狀態(tài)當然可被檢測為交通堵塞。特別地，高速公路上沒有停止狀態(tài)的低速行駛狀態(tài)也可以被檢測為交通堵塞。
另外，由于測量到的小區(qū)速度被一個中間濾波器所倍增并受到對于過去一或幾分鐘的平均處理，小區(qū)速度和交通堵塞能夠得到穩(wěn)定的判定。
在獲得小區(qū)速度的平均值時，當根據(jù)測量的小區(qū)速度之晚進行加權時，對諸如交通堵塞的發(fā)生或消除的交通狀態(tài)改變的響應是高的。


圖1顯示了根據(jù)本發(fā)明的實施例1的交通流量監(jiān)測設備的處理程序的一個例子。
圖2是框圖，顯示了根據(jù)本發(fā)明的交通流量監(jiān)測設備的設置。
圖3是框圖，顯示了其中應用了實施例1的交通流量監(jiān)測系統(tǒng)的系統(tǒng)設置的一個例子。
圖4顯示了根據(jù)本發(fā)明的交通流量監(jiān)測設備中使用的跟蹤管理表的排列的一個例子。
圖5顯示了根據(jù)本發(fā)明的交通流量監(jiān)測設備所拍攝的四車道道路的俯視道路圖象的一個例子。
圖6(a)和6(b)用于說明當在根據(jù)本發(fā)明的交通流量監(jiān)測設備中樣板得到更新時樣板大小的放大或縮小處理。
圖7是流程圖，用于說明用于計算根據(jù)本發(fā)明的交通流量監(jiān)測設備的即時速度的處理程序。
圖8(a)和8(b)顯示了當跟蹤從接近根據(jù)本發(fā)明的交通流量監(jiān)測設備中的攝象機的位置離開的車輛時用于測量車輛的長度的步驟。
圖9(a)和(b)顯示了當跟蹤從遠離根據(jù)本發(fā)明的交通流量監(jiān)測設備中的攝象機的位置離開的車輛時用于測量車輛的長度的步驟。
圖10是流程圖，顯示了根據(jù)本發(fā)明的實施例2的交通流量監(jiān)測設備中的處理程序的一個例子。
圖11是框圖，顯示了其中將要應用實施例2或3的交通流量監(jiān)測系統(tǒng)的系統(tǒng)設置的一個例子。
圖12顯示了四車道公路的俯視道路圖象的一個例子。
圖13(a)和13(b)顯示了用于獲取圖象分析區(qū)中的車輛的前或后部的圖象分析方法的一個例子。
圖14(a)至14(c)顯示了獲取一對光線的步驟。
圖15顯示了用于計算受到圖象分析和跟蹤的車輛的速度場的小區(qū)的設置。
圖16顯示了在圖15所示的狀態(tài)之后若干秒所獲得的狀態(tài)。
圖17顯示了一個例子—其中顯示了與圖12中的四車道公路的俯視道路圖象重疊的車輛的速度場。
圖18顯示了一個例子—其中顯示了與圖15中的小區(qū)相重疊的車輛的速度場。
圖19(a)至19(c)顯示了在根據(jù)本發(fā)明的交通流量監(jiān)測設備的俯視道路圖象上的小區(qū)的速度場、濾波器處理速度場、以及一分鐘平均速度場。
圖20是曲線圖，顯示了具有負系數(shù)并用在加權操作中的指數(shù)函數(shù)的一個例子。
圖21顯示了圖11中的顯示裝置306的顯示的一個例子。
圖22顯示了圖11中的顯示裝置306的顯示的另一個例子。
圖23顯示了在根據(jù)本發(fā)明的實施例2的交通流量監(jiān)測設備中的跟蹤管理表的一個例子。
圖24是流程圖，顯示了在根據(jù)本發(fā)明的實施例3的交通流量監(jiān)測設備中的處理程序的一個例子。
圖25顯示了四車道公路的俯視道路圖象的一個例子。
圖26顯示了一個例子—其中顯示了與圖25中的四車道公路的俯被道路圖象相重疊的車輛的即時速度。
圖27顯示了一個例子—其中顯示了與圖15中的小區(qū)相重疊的一分鐘平均速度場。
圖28顯示了在根據(jù)本發(fā)明的實施例3的交通流量監(jiān)測設備中的跟蹤管理表的一個例子。
圖29是流程圖，顯示了用于根據(jù)實施例3計算即時速度的步驟。
圖30顯示了在根據(jù)實施例3的交通流量監(jiān)測設備的緩存器中排列測量數(shù)據(jù)的方法。
圖31(a)和31(b)顯示了多個列跟隨一個車輛的方式。
圖32是流程圖，顯示了管理和檢查圖30中所示的緩存器中的列之間的時間差和速度差的步驟。
圖33顯示了一種狀態(tài)—其中作為圖11的顯示裝置306的顯示的一個例子而顯示了與一個視頻相重疊的測量結果。
(實施例1)下面結合圖1至9描述根據(jù)本發(fā)明的實施例1的交通流量監(jiān)測設備。
圖3是框圖，顯示了其中應用了本發(fā)明的交通流量監(jiān)測系統(tǒng)的系統(tǒng)設置的一個例子。在該交通流量監(jiān)測系統(tǒng)中，實施例1的交通流量監(jiān)測設備301通過一個視頻分配器302接收由設置在沿著道路建立的桿子上部的電視攝象機300拍攝的俯視道路圖象以進行圖象處理，諸如即時速度和車道改變的交通指標或交通事件被存儲在一個交通事件累積裝置303中，且該交通指標和交通事件通過交通事件通信裝置304而被發(fā)送到控制室。在該控制室中，一個視頻疊加裝置305使通過交通事件通信裝置304獲得的交通事件與通過視頻分配器302獲得的俯視道路圖象重疊，以把該圖象顯示在顯示裝置306上。在此情況下，在控制室側，根據(jù)通過交通事件通信裝置304獲得的交通指標和交通事件，可以操作一個警報裝置。
圖2是框圖，顯示了根據(jù)本發(fā)明的實施例1的交通流量監(jiān)測設備的設置。根據(jù)本發(fā)明的該交通流量監(jiān)測設備包括一個CPU201； 一個人—機接口202，用于使操作者能夠操作CPU201；一個主存儲器203，它被用作存儲CPU201的程序的存儲器和一個操作存儲器；一個圖象處理裝置204，用于在CPU201的控制下處理圖象；一個圖象輸入裝置206，用于在CPU201的控制下接收圖象以將該圖象轉(zhuǎn)換成數(shù)字值；以及，一個圖象存儲器205，它保持圖象輸入裝置206獲得的數(shù)字圖象并被用作圖象處理裝置204的操作存儲器。圖象處理裝置204對一個圖象分析區(qū)(將在后面描述)進行圖象分析，檢測車輛的前或后部的一個特征部分的發(fā)光圖案或某些或所有特征部分的發(fā)光圖案，并通過利用該發(fā)光圖案作為樣板來進行圖形匹配處理。
圖1顯示了根據(jù)本發(fā)明的實施例1的交通流量監(jiān)測設備的處理程序的一個例子?；镜?，電視圖象輸入101和圖象分析102得到重復。同時，有條件分支112至120。當預定的條件得到滿足時，控制轉(zhuǎn)到樣板初始寄存(T.P.初始寄存)103、與車輛跟蹤類似的樣板跟蹤(T.P.跟蹤)104、樣板更新(T.P.更新)105、即時速度測量106、車道改變檢測107、車輛長度測量108、車輛計數(shù)和區(qū)速度測量109、測量結果通信110、以及測量結果累積111。條件分支112至120將在下面與根據(jù)實施例1的交通流量監(jiān)測設備的處理一起進行描述。
圖4顯示了根據(jù)實施例1的交通流量監(jiān)測設備中采用的跟蹤管理表的設置的一個例子。INDEX 1至INDEX N中的任何一個被給予各個目標對象，一個列被分配給該對象以識別該對象的狀態(tài)。更具體地說，當車輛得到跟蹤時，從樣板初始化至更新正在被跟蹤的樣板的操作都是利用相同的列來進行的。
各列的“跟蹤狀態(tài)標記”表示了該列是否正在被用于車輛跟蹤。如果該標記為0，該列未被使用，且該碳可被用于新的車輛跟蹤。如果該標記是1，則該標記表明樣板初始寄存完成。因此，該樣板受到樣板跟蹤104和樣板更新105。如果該“跟蹤狀態(tài)標記”為2，該標記表明其中樣板初始寄存候選得到保持的狀態(tài)。在此情況下，“初始寄存坐標”中的樣板分割候選區(qū)在樣板初始寄存103中受到樣板初始寄存，且“跟蹤狀態(tài)標記”被置于1。如果一個“正在跟蹤標記”為1，則該標記表明一個車輛正在被跟蹤。如果該“正在跟蹤標記”為0，則該標記表示車輛跟蹤結束或停止。
“起始寄存時刻”表示用于初始寄存中的圖象被輸入的時刻?！白詈髨D象輸入時刻”和“在最后圖象上的坐標”分別表示最后圖象被輸入圖形檢測坐標作為最后圖象上的車輛的時刻。如果“跟蹤狀態(tài)標記”為1，則它們中有一個是有效的?！白詈蟠嬖谲嚨馈北３炙櫟能囕v即“在最后圖象上的坐標”所屬于的車道號。從“一個周期之前的圖象輸入時刻”至“p個周期之前的圖象輸入時刻”的p個圖象的輸入時刻以及從“1個周期之前的車輛檢測坐標”至“p個周期之前的車輛檢測坐標”的p個圖象的車輛檢測坐標，被用于計算一個即時速度。該計算的細節(jié)將在下面描述。從“1個周期之前的車輛存在車道”至“q個周期之前的車輛存在車道”的q個圖象的車輛存在車道，被用于確定車輛的曲折行駛或躲避障礙物的行駛。該車輛存在車道的細節(jié)將在下面得到描述。
以下詳細描述根據(jù)實施例1的交通流量監(jiān)測設備的處理程序。
在圖1的電視圖象輸入101中，圖3中的交通流量監(jiān)測設備301通過視頻分配器302以預定的周期接收來自電視攝象機300的俯視道路圖象，將該俯視道路圖象轉(zhuǎn)換成數(shù)字數(shù)據(jù)，并將該數(shù)字數(shù)據(jù)保持在圖象存儲器205中。
在圖象分析102，圖3的交通流量監(jiān)測設備301在電視圖象輸入101中對于保持在圖象存儲器205中的圖象形成與圖象中的道路相交叉的圖象分析區(qū)，分析該區(qū)中的發(fā)光分布，獲取車輛的前或后部的特征部分或特征部分的某些或全部—即前柵、風擋、前燈或尾燈—以作為樣板初始寄存區(qū)。
圖5顯示了圖2中的交通流量監(jiān)測設備所拍攝的四車道公路的俯視道路圖象的一個例子。使在該圖的下部所示的一個圖象分析區(qū)501與道路交叉。在該四車道公路中，由車道分割線502至506分割的第一、第二、第三和第四車道從圖的左側開始排列。車道分割線502至506作為初級近似表示或多項式近似表示而被保持在圖2的主存儲器203中。這里，例如，假定車道分割線502至506以初級公式1至公式5的方式得到保持。在這些公式中，x是沿著屏幕上的水平方向的坐標，且y是沿著屏幕上的縱向方向的坐標。另外，a1、a2、a3、a4和a5是車道分割線502至506的直線的斜率，且b1、b2、b3、b4和b5是車道分割線502至506的直線與y軸的交點。
x＝(y-b1)/(a1) (1)x＝(y-b2)/(a2) (2)x＝(y-b3)/(a3) (3)x＝(y-b4)/(a4) (4)x＝(y-b5)/(a5) (5)圖5的車輛的后部的矩形框507至512表示了通過跟蹤中的車輛圖形匹配而被跟蹤的部分。在圖1的圖象分析102中，根據(jù)檢測到的候選車輛的坐標而確定樣板位置，且“跟蹤狀態(tài)標記”被置于2。
如果“跟蹤狀態(tài)標記”為2，則條件分支112變?yōu)檎妫刂七M到樣板初始寄存103以檢查“起始寄存坐標”。如果起始寄存坐標在跟蹤中與另一列中的最后圖象上的坐標不過度地接近，所要處理的圖象的相應區(qū)域被該起始寄存坐標所切割，且該區(qū)域作為樣板而被保持在圖象存儲器205中。另外，圖象輸入時刻在“起始寄存時刻”得到記錄，“跟蹤狀態(tài)標記”被置于1以表示初始寄存已經(jīng)完成，且表示控制正在跟蹤的“正在跟蹤標記”被置于1。
當“起始寄存坐標”與另一列的最后圖象上的坐標過度接近時，不進行寄存操作，“跟蹤狀態(tài)標記”和“正在跟蹤標記”被置于0。借助這種處理，“起始寄存坐標”不被用作樣板。
條件分支113和114當“跟蹤狀態(tài)標記”和“正在跟蹤標記”為1是變?yōu)檎?，且控制進到樣板跟蹤104和樣板更新105。
在樣板跟蹤104，借助相應列的樣板進行圖形匹配處理，車輛檢測坐標作為“在最后圖象上的坐標”而得到記錄，且處理的圖象被輸入的時刻被記錄為“最后圖象輸入時刻”。車輛所屬于的車道根據(jù)“在最后圖象上的坐標”而得到確定，且該1被記錄為該列的“最后存在車道”。例如，當在最后圖象上的坐標為(xp，yp)且采用公式1至5時，車道分割線502至506的x坐標由公式6至10表示。注意xp1、xp2、xp3、xp4和xp5分別代表了車道分割線502至506的x坐標。
xp1＝(yp-b1)/(a1)(6)xp2＝(yp-b2)/(a2)(7)xp3＝(yp-b3)/(a3)(8)xp4＝(yp-b4)/(a4)(9)xp5＝(yp-b5)/(a5)(10)當x坐標xp、xp1、xp2、xp3、xp4和xp5得到彼此比較時，車輛所屬于的車道得到確定。另外，列的“1個周期之前的圖象輸入時刻”至“p個周期之前的圖象輸入時刻”、列的“1個周期之前的車輛檢測坐標”至“p個周期之前的車輛檢測坐標”、以及“1個周期之前的車輛存在車道”至“p個周期之前的車輛存在車道”得到了更新。
在該圖形匹配處理中，當樣板從圖象中顯出，或者匹配的相似度很低，則只有列的“正在跟蹤標記”被置于0，以表示跟蹤操作的結束。在跟蹤操作完成時，列在車輛計數(shù)和區(qū)速度測量109(將在下面得到描述述)中作為通過的車輛而得到計數(shù)以計算區(qū)速度，且跟蹤管理表的“跟蹤狀態(tài)標記”被置于0。因此，列被置于初始狀態(tài)，且可以對新的車輛進行跟蹤。
在樣板跟蹤104的圖形匹配處理中，借助樣板圖象掃描一個目標圖象，兩個圖象之間的不同或兩個圖象之間的相似度得到計算，且目標圖象中與樣板圖象最接近的部分被找到。作為計算這種不同的方法，采用了由公式11表示的方法。注意D表示目標圖象與樣板圖象在坐標(x，y)處的不同；m和n分別表示沿著樣板的水平方向的象素的數(shù)目和沿著樣板的縱向方向的象素的數(shù)目；x和y分別表示當用樣板掃描目標圖象時所采用的變量；且，i和g分別是當計算該不同時使用的變量。在其處不同(差)D為最小的坐標(x，y)是所要跟蹤的車輛的坐標。D(x,y)=ΣimΣjn|f(x+i,y+j)-t(i,j)|----(11)]]>作為計算相似度的方法，采用了公式12表示的利用密度歸一化相關的方法。符號S表示坐標(x，y)處目標圖象與樣板圖象之間的相關性，并被置于從0至1的范圍內(nèi)的值。一般地，當S為0.7或更大時，就判定重合，且當S小于0.7時就判定不重合。在公式12中，m和n分別表示沿著樣板的水平方向的象素數(shù)目和沿著樣板的縱向方向的象素的數(shù)目；x和y分別代表當借助樣板對目標圖象進行掃描時采用的變量；且i和j分別是當計算相關性時采用的變量。在其處相關性S為最大的坐標(x，y)是所要跟蹤的車輛的坐標。S(x，y)=mnΣimΣjnf(x+i,y+j)t(i,j)-(ΣimΣjnf(x+i,y,j))(ΣimΣjnt(i,j))[mnΣimΣjnf(x+i,y+j)2-(ΣimΣjnf(x+i,y+j))2][mnΣimΣjnt(i,j)2-(ΣimΣjnt(i,j))2]----(12)]]>在樣板更新105中，從一個位置切割具有一個樣板大小的圖象—該位置由在樣板跟蹤104中獲得的最后圖象上的坐標表示，且該圖象作為新的樣板而被保持在圖2的圖象存儲器205中。該車輛可以從接近電視攝象機300的位置離開或者從遠離該攝象機的位置接近電視攝象機300。因此，車輛在屏幕上的大小增大或減小。因而，樣板大小必須在樣板更新中被復置到適當?shù)拇笮　?br> 圖6(a)和6(b)用于說明當樣板在圖2的交通流量監(jiān)測設備中得到更新時的樣板大小放大(縮小)處理。圖6(a)顯示了車道分割線1001、車道分割線1002、和樣板框1003至1009。雖然實際的車道分割線1001和1002彼此平行，該車道的寬度在屏幕上向上減小。樣板框1003至1009是這樣獲得的，即使得一定的樣板框根據(jù)車道分割線1001和車道分割線1002之間的間隔而放大或縮小。例如，在電視攝象機300附近即屏幕的下部寄存的樣板大小等于樣板框1003，且樣板框1004、1005、……1009的大小向著遠離攝象機的位置而逐漸增大。寄存在遠離電視攝象機300的位置即在屏幕的上部處的樣板的大小等于樣板框1009的大小，且樣板框1008、1007、……1003的大小向著接近攝象機的位置而逐漸減小。
當與屏幕上的位置對應的樣板大小(如圖6(b)所示)預先得到計算并被保持為一個清單時，用于設定樣板大小的計算量能夠得到減小，且處理速度可以提高。
如上所述，在該交通流量監(jiān)測設備中，為了在樣板更新中將樣板框的大小依次復置到適當?shù)拇笮?，可以在從接近電視攝象機300的位置至遠離電視攝象機300的位置的大范圍中對車輛進行高度精確的跟蹤。
在圖1的條件分支115中，如果“跟蹤狀態(tài)標記”和“正在跟蹤標記”為1，控制進到即時速度測量106以計算跟蹤的車輛的即時速度。
圖7是流程圖，顯示了計算即時速度的程序。
步驟1101圖4中的跟蹤管理表的“最后圖象輸入時刻”與“1個周期之前的圖象輸入時刻”之差被用來計算一個速度測量時間。
步驟1102如果該速度測量時間短于一個預定的時間間隔，流程在步驟1103向后退一個周期，流程返回到步驟1101以計算圖4的跟蹤管理表中的“最后圖象輸入時刻”與“2周期之前的圖象輸入時刻”之差，從而計算速度測量時間。類似地，流程后退p個周期，從而使速度測量時間被置于預定的時間間隔或更長。另一方面，當速度測量時間長于預定的時間間隔時，流程轉(zhuǎn)到步驟1104。
步驟1104根據(jù)用于計算速度測量時間的圖象上的車輛位置，計算車輛的運動距離。
步驟1105根據(jù)速度測量時間和運動距離，計算車輛的即時速度。
如上所述，在交通流量監(jiān)測設備中，速度是在比預定的時間間隔長的時間中的運動距離上測量的。因此，能夠以穩(wěn)定的精度獲得即時速度。這里，預定的時間間隔對于在電視攝象機300附近的車輛最好被置于幾百毫秒，且預定的時間間隔對遠離電視攝象機300的車輛最好被置于幾秒。
在圖1的條件分支116中，“跟蹤狀態(tài)標記”和“正在跟蹤標記”為1，控制轉(zhuǎn)到車道改變檢測107，以檢測被跟蹤的車輛的車道改變。
在車道改變檢測107中，根據(jù)在圖4的跟蹤管理表中的列的“最后存在車道”和“車輛存在車道”搜索“q個周期之前的車輛存在車道”，以檢查車道改變的有/無。
在條件分支117，如果“跟蹤狀態(tài)標記”和“正在跟蹤標記”為1，控制轉(zhuǎn)到車輛長度測量108以測量車輛的長度。
圖8(a)和8(b)顯示了在根據(jù)本發(fā)明的交通流量監(jiān)測設備中當跟蹤離開電視攝象機300的位置的車輛時對車輛的長度進行測量的方法。圖8(a)和8(b)顯示了道路發(fā)光圖案對照區(qū)801、行駛車輛802和通過圖形匹配所跟蹤的部分803。為各個車輛設定了一或多個道路發(fā)光圖案對照區(qū)801以與車道交叉，將道路上的發(fā)光分布作為樣板而預先保持，并在每次輸入新圖象時計算輸入圖象與樣板之間的相關性。如圖8(a)所示，當?shù)缆钒l(fā)光圖案對照區(qū)801沒有被車輛802所掩蓋時，相關性值變高。如圖8(b)所示，當?shù)缆钒l(fā)光圖案對照區(qū)801被車輛802所掩蓋時，相關性值變低。車輛802的長度可以根據(jù)在相關性值變低時的道路發(fā)光圖案對照區(qū)801和借助圖形匹配所跟蹤的部分803的位置而被計算出來。
圖9(a)和9(b)顯示了在根據(jù)本發(fā)明的交通流量監(jiān)測設備中在跟蹤從遠離攝象機的位置接近電視攝象機300的車輛時測量車輛長度的一種方法。圖9(a)和9(b)顯示了道路發(fā)光圖案對照區(qū)901、行駛車輛902、以及通過圖形匹配而被跟蹤的部分903。對于每一個車輛設置了一或多個道路發(fā)光圖案對照區(qū)901以與車道相交叉，將道路上的發(fā)光分布作為樣板而預先保持，并在每次輸入新的圖象時計算輸入圖象與樣板之間的相關性。如圖9(a)中所示，當?shù)缆钒l(fā)光圖案對照區(qū)901被車輛902所掩蓋時，該相關性值變低。如圖9(b)所示，當?shù)缆钒l(fā)光圖案對照區(qū)901從車輛902之后出現(xiàn)時，該相關性值變高。
車輛902的長度可以根據(jù)相關性值變高時的道路發(fā)光圖案對照區(qū)901和借助圖形匹配而被跟蹤的部分903的位置而被計算出來。根據(jù)上述測量車輛長度的方法，即使在道路發(fā)光圖案對照區(qū)801和901車輛的啟動和停止重復進行，測量精度也不受影響。
在圖1的條件分支118中，如果“跟蹤狀態(tài)標記”和“正在跟蹤標記”為1，則車輛的總運動距離超過了預定的距離，控制轉(zhuǎn)到車輛計數(shù)和區(qū)速度測量109，以計數(shù)通過各個車道的車輛并計算區(qū)速度。
總移動量可以根據(jù)起始寄存坐標和圖4中的跟蹤管理表中相應的列的最后圖象上的坐標來計算?？偢檿r間可以根據(jù)起始寄存時刻和該跟蹤管理表中相應列的最后圖象輸入時刻來計算。區(qū)速度可以根據(jù)總運動距離和總跟蹤時間而以平均速度的形式得到測量。另外，根據(jù)跟蹤管理表中相應列的最后存在車道，可以計算出通過相應車道的車輛的數(shù)目。
如果圖1中的條件分支119和120為真，控制轉(zhuǎn)到測量結果通信110和測量結果累積111，以累積并發(fā)送各種交通事件和已經(jīng)得到測量的交通指標。條件分支119和120根據(jù)通信和累積的時序而具有不同的條件。例如，通信和累積是每個預定時間進行的，則預定的時間間隔的過去被用作該條件。當通信和累積是以事件驅(qū)動類型的方法進行時，一個異常即時速度或車道改變或車輛跟蹤的結束被用作該條件。
在圖2的實施例中，用于CPU201中的計算的圖象不一定要是彩色圖象。當使用單色圖象時，所發(fā)送的圖象信息的量和CPU201中的計算量都變小，且能夠進行高速處理。因此，來自電視攝象機300的彩色圖象可以作為由控制室中的操作者進行識別的顯示圖象而被直接發(fā)送，且單色圖象可作為用于CPU201中的計算的圖象而得到接收。
根據(jù)本發(fā)明的實施例1，諸如車輛的前或后部的特征部分通過圖形匹配而得到獲取和跟蹤。因此，不需要其中沒有車輛的道路部分的參考圖象，且跟蹤不受另一車輛的接近和這些車輛之間的重疊的影響。因此，在非高峰的交通中，甚至在高峰的交通中，都能夠?qū)煌髁窟M行高度精確的監(jiān)測。當樣板得到更新時，樣板大小通過利用車道分割線之間的間隔而得到放大或縮小。因此，通過利用具有適當大小的樣板，可以在從近位置至遠位置的范圍內(nèi)對車輛進行穩(wěn)定的跟蹤。
(實施例2)下面結合圖1至23描述根據(jù)本發(fā)明的實施例2的交通流量監(jiān)測設備。
圖11是框圖，顯示了其中應用本發(fā)明的交通流量監(jiān)測系統(tǒng)的系統(tǒng)設置。實施例2中的交通流量監(jiān)測設備301對由沿著道路設置的桿的上部的電視攝象機300所拍攝的俯視道路圖象進行處理，測量由車道分割的小區(qū)的平均速度，判定交通堵塞的有/無，通過交通事件通信裝置304把交通堵塞判定結果發(fā)送到一個交通控制室307，和/或在顯示裝置306上顯示該結果。
圖2是框圖，顯示了根據(jù)本發(fā)明的實施例2的交通流量監(jiān)測設備的設置，根據(jù)實施例2的交通流量監(jiān)測設備301包括CPU201；人—機接口202，用于使操作者能夠操作CPU201；主存儲器203，它被用作存儲CPU201的程序的存儲器并被用作操作存儲器；圖象輸入裝置206，用于在CPU201的控制下接收圖象，以將該圖象轉(zhuǎn)換成數(shù)字值；圖象處理裝置204，用于在CPU201的控制下對圖象進行處理；以及，圖象存儲器205，它保持由圖象輸入裝置206所獲得的數(shù)字圖象并被用作圖象處理裝置204的操作存儲器。圖象處理裝置204對圖象分析區(qū)(將在后面描述)進行圖象分析，檢測車輛的前或后部的發(fā)光圖案，并通過利用該發(fā)光圖案作為樣板來進行圖形匹配處理。
圖10是流程圖，顯示了根據(jù)本發(fā)明的實施例2中的交通流量監(jiān)測設備中的處理程序的一個例子。在此處理程序中，電視圖象輸入101和圖象分析102基本上是循環(huán)進行的。當在通過條件分支112至115、113和119的每一個循環(huán)中預定的條件得到滿足時，執(zhí)行樣板初始寄存(T.P.初始寄存)103、車輛樣板跟蹤(T.P.跟蹤)104、樣板更新(T.P.更新)105、即時速度測量106、各個區(qū)130的速度場計算、以及測量結果通信110。條件分支112至115、113和119將在后面結合車輛跟蹤處理進行描述。
圖12顯示了四車道公路的俯視道路圖象的一個例子。更具體地說，圖12顯示了一種狀態(tài)—其中車輛的后部被初始寄存在一個圖象分析區(qū)401中。矩形框408至417表示了被圖形匹配所跟蹤的部分。在此情況下，四車道公路被車道分割線402至406分成第一、第二、第三和第四車道—這些車道從圖的左邊開始排列。車道分割線402至406作為初級近似表示或多項式近似表示而被保持在圖2中的主存儲器205中。這里，例如，假定車道分割線402至406作為初級公式1至5而得到保持。在這些公式中，x是屏幕上沿著水平方向的坐標，且y是屏幕上沿著縱向方向的坐標。另外，a1、a2、a3、a4和a5是車道分割線402至406的直線的斜率，且b1、b2、b3、b4和b5是車道分割線402至406的直線與y軸的交點。
一個跟蹤限制限線407表示了通過圖形匹配而進行的車輛跟蹤的界線。當被跟蹤的車輛通過跟蹤限制限線407時，跟蹤結束。這是由于當所要跟蹤的車輛在跟蹤限制限線上時，產(chǎn)生了很多匹配錯誤和不正確的跟蹤。根據(jù)矩形框408至417的運動距離和時間信息，可以計算出車輛通過該位置的即時速度。
圖13(a)至13(c)顯示了用于在圖象分析區(qū)401中獲取車輛的前或后部的一種圖象分析方法，并顯示了當車輛1501和1502進入圖象分析區(qū)401時所獲得的波形1504。波形1504是一維數(shù)據(jù)，因而沿著圖象分析區(qū)401的縱向方向分出的數(shù)據(jù)被沿著縱向方向投影以彼此相加。該一維數(shù)據(jù)當車輛的前或后部的水平邊緣的數(shù)目大時增大。當對于波形1504確定了一個閾值1511時，高于閾值的部分用k1至k2和k3至k4表示。當一個樣板—該樣板跟蹤在具有k1與k2之間的區(qū)中的最大值1505的、作為中心的位置處的車輛1501—得到切割時，區(qū)1509的水平位置得到確定。當一個樣板—該樣板跟蹤在具有k3與k4之間的區(qū)中的最大值1506的、作為中心的位置處的車輛1501—得到切割時，區(qū)1510的水平位置得到確定。樣板切割區(qū)1509或1510沿著縱向方向的定位，是按照以下方式進行的。即，在k1與k2之間的區(qū)和在k3與k4之間的區(qū)中的縱向分出的圖象被沿著水平方向投影，以形成波形1507和1508，且波形1507和1508的最大值被確定為中心。
這種圖象分析方法適合于亮度使得車輛能夠被充分地看到的情況。與此相對比，當在夜間不能容易地看到物體，且?guī)缀跛熊囕v都打開了燈時，則獲取各個車輛的一對左和右燈的方法是有效的。當獲取這對燈時，在圖象分析區(qū)401中，作為一個預處理，一個最小值濾波器被倍增若干倍，且最大值濾波器被倍增相同的倍數(shù)，以計算該圖象與原來的圖象之間的差。當進行這種預處理時，由于道路反射的光散布可被有效地消除。
圖14(a)至14(c)顯示了用于獲取一對燈的處理。圖14(a)顯示了一種狀態(tài)—其中車輛1601和1602進入了圖象分析區(qū)401。在夜間，只有兩個車輛的四個燈1605至1608出現(xiàn)在實際的圖象上。當該光線圖象的發(fā)光分布沿著圖象分析區(qū)401的縱向方向投影并彼此相加時，可獲得一個波形1609，且產(chǎn)生了與光線1605至1609相應的四個峰。此時，當進行上述的處理時，即使用最小濾波器和最大濾波器時，道路反射所散布的光線可被有效地除去，且四個峰之間的對比度可得到增大。圖14(b)顯示了通過沿著水平方向一次分離光線1609所獲得的波形。正和負峰對1611至1614是與光線1605至1608相對應地產(chǎn)生的。各個光線的水平坐標與各個峰對的零交叉坐標重合。圖14(c)顯示了證實其水平坐標得到確定的光線的縱向坐標的處理。例如，在光線1617的水平坐標附近沿著水平方向投影并疊置光線以獲得波形1615，且波形1615的峰被設定為縱向坐標。然而，當?shù)缆酚捎谙掠甓儩駮r，光線的反射光出現(xiàn)在車輛的前面，且該反射光容易得到拾取。因此，當計算波形1615時，最好沿著縱向向上的方向放大一個相加區(qū)。
在圖13和14的圖象處理的描述中，從車輛的后面對該車輛進行拍攝，以進行車輛后部的特征的圖象分析。然而，顯然的是也可以從車輛的前部對該車輛進行拍攝以對車輛的前部的特征進行圖象分析。
圖15用于說明計算各個小區(qū)的即時速度和平均速度的方法。小區(qū)的即時速度和平均速度是用于計算小區(qū)中的車輛流量的量。以下，小區(qū)的即時速度被稱為即時速度場，且小區(qū)的平均速度被稱為小區(qū)的速度場。小區(qū)A11、A12、……A53和A54被車道分割線402至406和線線701至705所分割。圖15還顯示了跟蹤界線407和其中借助圖形匹配對車輛進行跟蹤的部分的矩形框。以下將描述用于計算矩形框的即時速度a1、b1、i1和j1的步驟的細節(jié)。象在圖15的小區(qū)A11、A12、A14、A22、A23和A32中一樣，一個車輛存在在一個區(qū)中，車輛的即時速度被明確為小區(qū)的即時速度。更具體地說，小區(qū)的即時速度場分別用a1、b1、e1、f1、g1和h1來表示。另一方面，如在小區(qū)A13和A42中，當多個車輛處于一個區(qū)中時，存在的車輛的即時速度的平均值被明確為該小區(qū)的即時速度場。更具體地說，小區(qū)A13的即時速度場是c1與d1之間的平均值，且小區(qū)A42的即時速度場是i1與j1之間的平均值。
圖16顯示了在幾秒之后的跟蹤中小區(qū)和矩形框的設置。在此情況下，小區(qū)A21、A23、A24、A33和A52的即時速度場分別被更新為a2、c2、e2、g2和j2，且小區(qū)A13、A22和A42的小區(qū)的即時速度場被更新至d2與k2的平均值、b2與f2的平均值、以及h2與i2的平均值。象在小區(qū)A11與A12中那樣，當沒有正在被跟蹤的矩形框時，已經(jīng)被使用的即時速度場得到保持。
圖17顯示了一個例子，其中顯示了與圖12中的四車道公路的俯視道路圖象相重疊的車輛的速度場。圖18顯示了一個例子，其中顯示了與圖15中的小區(qū)相重疊的車輛的即時速度。
由于上述的即時速度場作即時改變，為了把交通指標用作即時速度場，該速度場借助在預定的時間間隔內(nèi)的一個濾波器處理而得到平滑和平均，且必須獲得穩(wěn)定的速度場。
下面描述用于獲得穩(wěn)定速度場的速度場濾波器處理。
圖19(a)至19(c)顯示了在所監(jiān)測的道路上的一定小區(qū)的速度場處理。在圖19(a)中，在時刻t1、t2……的即時速度場分別用p1、p2……表示。該即時速度場用上述方法獲得。這里，該即時速度場被一個中間濾波器所倍增，以獲得q3、q4、……作為中間濾波器，采用例如這樣的一個濾波器—即它輸出在時刻t3的即時速度場p3與過去的即時速度場p1與p2的中心值作為q3。時刻t1、5，2的間距被設定為約1秒。由于交通堵塞的發(fā)生或消除能夠以分鐘為單元而得到有效的檢測，因而計算出濾波器處理速度場q3、q4……的一分鐘平均。圖19(b)是用于表示濾波器處理速度場的一分鐘平均的表。例如，在時刻t62處的1-平均速度場是過去的一分鐘濾波器處理速度場q3、q4……q62的平均值。作為一個時間周期，除了了一秒，也可以采用電視圖象輸入101的圖象輸入周期或幾秒。除了一分鐘平均速度，也可以根據(jù)應用而采用3或5分鐘的平均速度場。圖19(c)是一個表，其中顯示了速度場、濾波器處理速度場、以及一分鐘平均速度場。在此情況下，雖然濾波器的窗口寬度被置于3，該窗口寬度只是一個例子，且本發(fā)明不僅限于該窗口寬度。
為了使對一分鐘平均場的交通堵塞的響應速度得到提高，對老的濾波器處理速度場采用加權小的平均處理，且對新的濾波器處理速度場采用加權大的平均處理。作為權，如圖20中所示，適當?shù)夭捎昧司哂胸撓禂?shù)的指數(shù)函數(shù)。
根據(jù)這些處理，在道路上設置的各個小區(qū)速度場得到了測量，且各個小區(qū)的交通堵塞的有/無可以根據(jù)速度場的幅度而得到判定。在高速公路的主車道上，當速度場為例如40km/h或更低時，判定發(fā)生了交通堵塞。另一方面，在進入斜坡或出口斜坡處，當速度場為20km/h時，判定發(fā)生了交通堵塞。
圖21顯示了圖11中的顯示裝置306的顯示器的一個例子。在該顯示屏幕上，顯示了小區(qū)A11至A54，且其中發(fā)生了交通堵塞的小區(qū)A12、A22、A23、A32、A42和A52可以用顏色分類，或者小區(qū)A12、A22、A32和A52的整數(shù)化的距離可以得到顯示。
如圖22所示，例如，可以顯示表示交通堵塞的詞“堵塞”。
以下描述車輛跟蹤處理的細節(jié)。
圖23顯示了跟蹤管理表的一個例子。INDEX 1至INDEX N中的任何一個被給予所要跟蹤的對象，以分配一個列，從而識別所要跟蹤的對象的狀態(tài)。該列的INDEX 1至INDEX N分別對應于正在被跟蹤的車輛。更具體地說，當車輛得到跟蹤時，在從樣板初始化操作至正在被跟蹤的樣板的更新操作的操作中都使用同一個列。
各個列的跟蹤狀態(tài)標記表示一列是否被用于跟蹤車輛。如果該標記為0，該列未被使用，且可以跟蹤新的車輛。如果跟蹤狀態(tài)標記為2，其中樣板初始寄存候選得到保持的狀態(tài)得到設定，在起始寄存坐標中的樣板切割候選區(qū)受到樣板初始寄存103的樣板初始寄存，且跟蹤狀態(tài)標記被置于1。如果跟蹤狀態(tài)標記為1，由于它表示樣板初始寄存已經(jīng)完成，樣板跟蹤104和樣板更新105被用作目標。
起始寄存時刻是輸入用于初始寄存的圖象的時刻。最后圖象輸入時刻表示輸入最后圖象的時刻，且在最后圖象上的坐標代表最后圖象上的車輛的圖形檢測坐標。當跟蹤狀態(tài)標記為1時，最后圖象輸入時刻和在最后圖象上形成坐標是有效的。一個最后存在車道保持正在被跟蹤的車輛即最后圖象上坐標所屬于的車道號。雖然從1個周期之前的圖象輸入時刻至p個周期之前的圖象輸入時刻輸入的p個圖象的輸入時刻與從1個周期之前的車輛檢測坐標與p個周期之前的車輛檢測坐標的p個圖象的車輛檢測坐標都被用于計算即時速度，該輸入時刻和車輛檢測坐標將在后面得到描述。
以下描述根據(jù)實施例2的交通流量監(jiān)測設備的處理程序的細節(jié)。參見圖10，在電視圖象輸入101中，俯視道路圖象通過電視攝象機300而周期性地得到輸入并被轉(zhuǎn)換成所要保持的數(shù)字數(shù)據(jù)。在圖象分析102中，在電視圖象輸入101所保持的一個圖象中形成與道路交叉的一個圖象分析區(qū)，該區(qū)的發(fā)光分布得到分析以獲取亮度具有大的改變的車輛的前或后部，即后蓋、尾燈、前柵、風擋、前燈等等，以作為一個初始寄存區(qū)。該樣板的位置是根據(jù)檢測的候選車輛的坐標而確定的，且跟蹤狀態(tài)標記被置于2。
當跟蹤狀態(tài)標記為2時，條件112為真，且控制轉(zhuǎn)到樣板初始寄存103。在樣板初始寄存103，檢查起始寄存坐標。當起始寄存坐標不接近正在被跟蹤的另一列的起始寄存坐標和作為車輛的最后圖象的坐標時，處理圖象的相應區(qū)域在起始寄存坐標處得到分割，且該區(qū)作為樣板而被保持在圖象存儲器205中。圖象輸入時刻作為起始寄存時刻而得到記錄，且跟蹤狀態(tài)標記被置于1以表明初始寄存已經(jīng)完成。另一方面，當起始寄存坐標與在另一列的最后圖象上的坐標接近時，起始寄存坐標不被寄存，且跟蹤狀態(tài)標記保持為0。在此處理中，起始寄存坐標不被用作樣板當跟蹤狀態(tài)標記為1時，條件113為真，且控制轉(zhuǎn)到樣板跟蹤104。在樣板跟蹤104，借助相應的坐標的樣板進行圖形匹配處理，車輛檢測坐標作為最后圖象上的坐標而得到記錄，且處理圖象被輸入的時刻被記錄為最后圖象輸入時刻。根據(jù)在最后圖象上的坐標判定車輛所屬于的車道，以將車道號作為該列的最后存在車道進行記錄。例如，當在最后圖象上形成坐標為(xp，yp)時，如果采用公式1至5，車道分割線402至406的x坐標用公式6至10表示。這里，xp1、xp2、xp3、xp4和xp5分別表示車道分割線402至406的x坐標。
當把值xp、xp1、xp2、xp3、xp4和xp5的幅度彼此比較時，xp即車輛所屬于的車道可得到判定。另外，相應的列的從1個周期之前的圖象輸入時刻和p個周期之前的輸入時刻的時刻、從1個周期之前的車輛檢測坐標至p個周期之前的車輛檢測坐標的坐標、以及從1個周期之前的最后存在車道至q個周期之前的最后存在車道，都得到了更新。
在圖形匹配處理中，當用作所要跟蹤的部分的矩形框從圖象中突出時，或者相似度低時，相應的列的跟蹤狀態(tài)標記被置于0。當該列被置于一個閑置狀態(tài)并隨后得到初始化時，可以跟蹤一個新的車輛。
在樣板跟蹤104的圖形匹配處理中，借助一個樣板圖象對目標圖象進行掃描，且兩個圖象之間的差或兩個圖象的相似度得到計算，且找到目標圖象中與樣板圖象最接近的部分。作為計算該距離的方法，采用了公式1表示的方法。注意D表示目標圖象與樣板圖象在坐標(x，y)處之差；m和n分別表示沿著樣板的水平方向的象素數(shù)目和沿著樣板的縱向方向的象素數(shù)目；x和y分別表示當借助樣板掃描目標圖象時采用的變量；且i和g分別是當計算該差時采用的變量。差D在其為最大的坐標(x，y)是所要跟蹤的車輛的坐標。
作為計算相似度的方法，采用了利用由公式(12)表示的密度歸一化相關的方法。符號S代表在坐標(x，y)處目標圖象與樣板圖象之間的相關性，并被置于從0至1的范圍中的一個值。相關性S當目標圖象與樣板圖象完全重合時為1，且相關性當目標圖象完全與樣板圖象不重合時為0。在公式12中，m和n分別代表沿著樣板的水平方向的象素數(shù)目和沿著樣板的縱向方向的象素數(shù)目；x和y分別代表當目標圖象通過樣板而得到掃描時使用的變量；且i和j分別是當計算相關性時采用的變量。在其處相關性S為最大的坐標是所要跟蹤的車輛的坐標。
當跟蹤狀態(tài)標記為1時，條件114為真，且控制轉(zhuǎn)到樣板更新105。在樣板更新105，借助樣板跟蹤104從由最后圖象上的坐標表示的一個位置切割下具有一個樣板大小的一個圖象，且該圖象作為新的樣板而被保持在圖2的圖象存儲器205中。
當車輛從接近電視攝象機300的位置離開至遠離電視攝象機300的位置或者從遠離電視攝象機300的位置接近電視攝象機300時，在各個圖象上的車輛的大小增大或減小。該樣板大小在樣板更新期間必須被復置到適當?shù)拇笮　?br> 圖6(a)和6(b)顯示了在樣板更新期間復置樣板大小的方法的實施例。圖6(a)顯示了車道分割線1001、車道分割線1002、以及樣板框1003至1009。雖然實際的車道分割線1001和1002是彼此平行的，但在屏幕上車道的寬度向上減小。樣板框1003至1009是以這樣的方式獲得的，即使得一定的樣板框根據(jù)車道分割線1001與車道分割線1002之間的間隔而得到放大或縮小。例如，在電視攝象機300附近即屏幕的下部寄存的樣板的大小等于樣板框1003的大小，且樣板框1004、1995、……1009的大小向著遠離攝象機的位置而逐漸減小。在遠離電視攝象機300的位置處即屏幕的上部寄存的樣板的大小等于樣板框1009的大小，且樣板框1008、1007、……1003的大小向著接近攝象機的位置而逐漸增大。當對應于屏幕上的位置的樣板大小如圖6(b)所示地預先得到計算和保持時，計算量能夠得到減小，且能夠進行高速處理。
以此方式，根據(jù)本發(fā)明，由于樣板的大小在樣板更新期間被復置至適當?shù)拇笮。軌蛟趶慕咏娨晹z象機300的位置至遠離電視攝象機300的位置的大范圍內(nèi)對車輛進行跟蹤。
在圖10的條件分支115中，當跟蹤狀態(tài)標記為1時，控制轉(zhuǎn)到即時速度測量106。在即時速度測量106中，正在被跟蹤的車輛的即時速度得到計算。
圖7是流程圖，顯示了計算即時速度的步驟。
步驟1101圖23中的跟蹤管理表的“最后圖象輸入時刻”與“1個周期之前的圖象輸入時刻”之差被用于計算速度測量時間。
步驟1102判定速度測量時間是預定的時間間隔或更長。如果速度測量時間是預定的時間間隔或更長，流程轉(zhuǎn)到步驟1104。另一方面，如果速度測量時間短于預定的時間間隔，流程轉(zhuǎn)到步驟1103。
步驟1103流程返回到步驟1101，以計算圖23的跟蹤管理表的最后圖象輸入時刻和2周期之前的圖象輸入時刻，以計算速度測量時間。類似地，流程返回p個周期，速度測量時間被置于預定的時間間隔或更長。
步驟1104車輛的運動距離，根據(jù)用于計算速度測量時間的圖象上的車輛位置和在最后圖象上的車輛位置，而得到計算。
步驟1105車輛的即時速度根據(jù)速度測量時間和運動距離而得到計算。
如上所述，由于速度測量是根據(jù)預定的時間間隔或更長的運動距離而進行的，因而能夠獲得具有穩(wěn)定精度的即時速度。這種預定的時間間隔對于在電視攝象機300附近的車輛為幾百秒，且對于遠離電視攝象機300的車輛為幾秒。
如果圖10的條件131為真，控制轉(zhuǎn)到對各個區(qū)130的速度場計算，且速度場、受到濾波器處理的速度場、以及速度場的加權平均值得到計算。條件131是預定的時間間隔已經(jīng)過去，且每1秒計算一次。另外，控制進行到對所有小區(qū)的計算，且該計算可以在每一個周期中進行。
如果圖10中的條件119為真，控制轉(zhuǎn)到測量結果通信110，且傳送計算出的速度場和/或交通堵塞的長度。條件119即預定的時間間隔已經(jīng)過去，且傳送是每一、五、或幾分鐘進行的。
根據(jù)本發(fā)明的實施例2，車輛或車輛組的特征部分借助圖形匹配而得到跟蹤，以測量即時速度，且各個小區(qū)的速度場被計算出來。因此，可以檢測高速公路等等在其上車輛沒有停止的道路上的交通堵塞。
在根據(jù)本發(fā)明的交通流量監(jiān)測設備中，測量的速度場被一個中間濾波器所倍增，并受到對過去1或幾分鐘的平均處理。因此，能夠穩(wěn)定地判定速度場和交通堵塞。
在速度場的平均處理中，當速度場根據(jù)測量到的速度場之晚而得到加權時，對諸如交通堵塞的發(fā)生或消除的交通狀態(tài)改變的響應很高。
(實施例3)以下結合圖2至33描述根據(jù)本發(fā)明的實施例3的交通流量監(jiān)測設備。
圖11是框圖，顯示了將要應用本發(fā)明的交通流量監(jiān)測設備的系統(tǒng)設置的一個例子。實施例3中的交通流量監(jiān)測設備301對由沿著道路設置的桿子的上部的電視攝象機300所拍攝的俯視道路圖象進行處理，測量交通事件或車輛的交通指標—諸如通過的車輛的數(shù)目、車輛的長度、車道改變或有/無或作為對各個車道中的小區(qū)的交通堵塞的有/無的速度場來測量各車道中的小區(qū)的平均速度，通過一個交通事件通信裝置304將交通堵塞測量結果發(fā)送到交通控制室307，并將結果顯示在一個顯示裝置306上。
圖2是框圖，顯示了根據(jù)本發(fā)明的實施例3的交通流量監(jiān)測設備的設置。根據(jù)實施例3的交通流量監(jiān)測設備301包括一個CPU201；用于使操作者能夠操作CPU201的人—機接口202；一個主存儲器203，它被用作存儲CPU201的程序的存儲器并被用作操作存儲器；一個圖象處理裝置204，用于在CPU201的控制下處理圖象；以及，一個圖象存儲器205，它保持由圖象輸入裝置206獲得的數(shù)字圖象，并被用作圖象處理裝置204的操作存儲器。圖象處理裝置204對一個圖象分析區(qū)(以及在后面描述)進行圖象分析，檢測車輛的前或后部的發(fā)光圖案，并通過利用該發(fā)光圖案作為樣板而進行圖形匹配處理。
圖24是流程圖，顯示了根據(jù)本發(fā)明的實施例3的交通流量監(jiān)測設備的處理程序的一個例子。電視圖象輸入101和圖象分析102基本上是周期性地得到重復的。同時，有條件分支112至115、150至155、119和120。當預定的條件得到滿足時，控制轉(zhuǎn)到樣板初始寄存(T.P.初始寄存)103、與車輛跟蹤類似的樣板跟蹤(T.P.跟蹤)104、樣板更新(T.P.更新)105、即時速度測量106、速度場計算140、區(qū)測量—重疊測量校正141、跟蹤結束判定142、車道改變檢測143、低速—停止車輛檢測144、規(guī)避行駛車輛檢測145、測量結果通信110、以及測量結果累積111。條件分支112至115、150至155、119和120將在以下結合根據(jù)實施例3的交通流量監(jiān)測設備的處理而得到描述。
圖25顯示了一個四車道公路的俯視道路圖象的一個例子。圖25顯示了用于通過圖象分析來獲取車輛的前或后部的圖象分析方法的一個例子。與道路交叉的一個圖象分析區(qū)401被置于圖的下部。在此情況下，該四車道公路被車道分割線402至406分成第一、第二、第三和第四車道—這些車道從圖的左邊開始排列。車道分割線402至406作為初級近似表示或多項式近似表示而被保持在圖2中的主存儲器203中。這里，例如假定車道分割線402至406以初級公式1至5的方式得到保持。在這些公式中，x是屏幕上沿著水平方向的坐標，且y是屏幕上沿著縱向方向的坐標。另外，a1、a2、a3、a4和a5是車道分割線402至406的直線的斜率，且b1、b2、b3、b4和b5是車道分割線402至406的直線與y軸的交點。
當車輛通過與該道路交叉的圖象分析區(qū)401時，車輛跟蹤開始。各個車輛的后部的矩形框408至417表示通過對正在被跟蹤的車輛的圖形匹配而得到跟蹤的部分。跟蹤界線407表示借助圖形匹配而進行的車輛跟蹤的界限。當正在被跟蹤的車輛通過跟蹤界線407時，跟蹤結束。這是由于當要在該跟蹤界線時，出現(xiàn)了很多匹配錯誤和不正確的跟蹤。根據(jù)矩形框408至417的運動距離和時間信息，可以計算通過該位置的車輛的即時速度。在屏幕的下部加有右上的影線的部分，是一個測量區(qū)418，且通過該測量區(qū)418的車輛的平均速度作為區(qū)速度而得到測量。測量區(qū)邊界419是表示測量區(qū)418的最遠邊界的水平線。當車輛通過測量區(qū)邊界419時，這些車輛得到計數(shù)而作為在各個存在車道中通過的車輛的數(shù)目。
圖13(a)至13(c)顯示了用于通過圖象分析而獲取車輛的后部的圖象分析方法的一個例子，并顯示了當車輛1501和1502進入圖象分析區(qū)401時所獲得的波形1504。波形1504是由一維數(shù)據(jù)構成的，因而沿著圖象分析區(qū)401中的縱向方向得到分離的數(shù)據(jù)沿著該縱向方向而得到投射，以彼此相加。該一維數(shù)據(jù)當車輛的后部的光線的水平邊緣或后擋板與頂之間的邊界大時增大。當對于波形1504確定了一個閾值1511時，高于該閾值的部分用k1至k2和k3至k4表示。當一個樣板—該樣板跟蹤在具有k1與k2之間的區(qū)中的最大值1505的、作為中心的位置處的車輛1501—得到切割時，區(qū)1509的水平位置得到確定。當一個樣板—該樣板跟蹤在具有k3與k4之間的區(qū)中的最大值1506的、作為中心的位置處的車輛1501—得到切割時，區(qū)1510的水平位置得到確定。樣板切割區(qū)1509或1510沿著縱向方向的定位，是按照以下方式進行的。即，在k1與k2之間的區(qū)和在k3與k4之間的區(qū)中的縱向分出的圖象被沿著水平方向投影，以形成波形1507和1508，且波形1507和1508的最大值被確定為中心。該圖象分析方法適合于具有使車輛能夠充分地看到的亮度的情況。
當物體在夜間不能被方便地看到，且?guī)缀跛熊囕v都打開了燈時，則獲取各個車輛的一對左和右燈的方法是有效的。當獲取這對燈時，在圖象分析區(qū)401中，作為一個預處理，一個最小值濾波器被倍增若干倍，且最大值濾波器被倍增相同的倍數(shù)，以計算該圖象與原來的圖象之間的差。當進行這種預處理時，由于道路反射的光散布可被有效地消除。
圖14(a)至14(c)顯示了用于獲取一對燈的處理。圖14(a)顯示了一種狀態(tài)—其中車輛1601和1602進入了圖象分析區(qū)401。在夜間，只有兩個車輛的四個燈1605至1608出現(xiàn)在實際的圖象上。當該光線圖象的發(fā)光分布沿著圖象分析區(qū)401的縱向方向投影并彼此相加時，可獲得一個波形1609，且產(chǎn)生了與光線1605至1608相應的四個峰。此時，當進行上述的處理時，即使用最小濾波器和最大濾波器時，道路反射所散布的光線可被有效地除去，且四個峰之間的對比度可得到增大。圖14(b)顯示了通過沿著水平方向一次分離光線1609所獲得的波形。正和負峰對1611至1614是與光線1605至1608相對應地產(chǎn)生的。各個光線的水平坐標與各個峰對的零交叉坐標重合。圖14(c)顯示了證實其水平坐標得到確定的光線的縱向坐標的處理。例如，在光線1605的水平坐標附近沿著水平方向投影并疊置光線以獲得波形1615，且波形1615的峰被設定為縱向坐標。類似地，該光線得到投射并被沿著水平方向加到光線1608的水平坐標附近，以獲得波形1616，且波形1616的峰被設定為縱向坐標。在圖13和14的圖象處理的描述中，從車輛的后面對該車輛進行拍攝，以進行車輛后部的特征的圖象分析。然而，顯然的是也可以從車輛的前部對該車輛進行拍攝以對車輛的前部的特征進行圖象分析。圖13中顯示的白天中的處理且圖14所示的夜間的處理可以立即進行而不會遇到問題。然而，屏幕的白天和夜間是根據(jù)道路表面上的發(fā)光分布來判定的，且白天的處理和夜間的處理可以根據(jù)該判定而彼此切換。
圖15顯示了用于對于受到圖象分析和跟蹤的車輛計算速度場的小區(qū)的設置的一個例子。小區(qū)A11、A12、……A53和A54被車道分割線402至406和線線701至705所分割。圖15還顯示了跟蹤界線407和用于跟蹤車輛的矩形框。以下將描述用于計算矩形框的即時速度a1、b1、i1和j1的步驟的細節(jié)。參見圖15，小區(qū)A11、A12、A14、A22、A23和A32中的即時速度場是即時速度a1、b1、i1和j1，在小區(qū)A13中的即時速度場是即時速度d1與c1的平均值，且小區(qū)A42中的即時速度場是速度i1與j1的平均值。
圖16顯示了在幾秒之前的矩形框。在此情況下，小區(qū)A21、A23、A24、A33和A52的即時速度場分別被更新為a2、c2、e2、g2和j2，且小區(qū)A13、A22和A42的即時速度場被更新至d2與k2的平均值、b2與f2的平均值、以及h2與i2的平均值。
圖26顯示了一個例子—其中顯示了與圖25中的四車道公路的俯視道路圖象重疊的車輛的即時速度。由于在幾秒中即時速度頻繁改變，因而即時速度作為用于交通控制的指標或當前的交通信息是不適當?shù)?。因此，在實施?中，在至少一分鐘內(nèi)的平均速度場被計算出來，以被用作交通指標。
下面描述用于獲得穩(wěn)定的一分鐘平均速度場的即時速度場的平均處理和濾波器處理。
圖19(a)至19(c)顯示了對所監(jiān)測的道路上的小區(qū)中的即時速度場的濾波器處理和平均處理。在圖19(a)中，在時刻t1、t2……的即時速度場分別用p1、p2……表示。該即時速度場用上述方法獲得。這里，該即時速度場被一個中間濾波器所倍增，以獲得q3、q4、……作為中間濾波器，采用例如這樣的一個濾波器—即它輸出在時刻t3的即時速度場p3與過去的即時速度場p1與p2的中心值作為q3。時刻t1、5，2的間距被設定為約1秒。由于交通堵塞的發(fā)生或消除能夠以分鐘為單元而得到有效的檢測，因而計算出濾波器處理速度場q3、q4……的一分鐘平均。圖19(b)是用于表示濾波器處理速度場的一分鐘平均的表。例如，在時刻t62處的1-平均速度場是過去的一分鐘濾波器處理速度場q3、q4……q62的平均值。作為一個時間周期，除了了一秒，也可以采用電視圖象輸入101的圖象輸入周期或幾秒。除了一分鐘平均速度，也可以根據(jù)應用而采用3或5分鐘的平均速度場。圖19(c)是一個表，其中顯示了速度場、濾波器處理速度場、以及一分鐘平均速度場。在此情況下，雖然濾波器的窗口寬度被置于3，該窗口寬度只是一個例子，且本發(fā)明不僅限于該窗口寬度。為了使對一分鐘平均場的交通堵塞的響應速度得到提高，對老的濾波器處理速度場采用了加權小的平均處理，且對于新的濾波器處理速度場采用了加權大的平均處理。
作為權，如圖20所示，具有負系數(shù)的指數(shù)函數(shù)可以得到適當?shù)牟捎谩?br> 圖27顯示了一個例子—其中顯示了與圖15中的小區(qū)重疊的一分鐘平均速度場。由于該速度場是通過對即時速度進行上述處理而獲得的，該速度場不與即時速度場重合，并表示了在各個道路區(qū)域中的車輛流動的方式。
根據(jù)這些處理，在道路上設置的各個小區(qū)的速度場得到了測量，且各個小區(qū)的交通堵塞的有/無可以根據(jù)該速度場的幅度而得到判定。例如，在高速公路上，當速度場為40km/h或更低時，就判定發(fā)生了交通堵塞。
圖21顯示了圖11中的顯示裝置306的顯示器的一個例子。在該顯示屏幕上，顯示了小區(qū)A11至A54，且其中發(fā)生了交通堵塞的小區(qū)A12、A22、A23、A32、A42和A52可以用顏色分類，或者小區(qū)A12、A22、A32和A52的整數(shù)化的距離可以得到顯示。
如圖22所示，例如，可以顯示表示交通堵塞的詞“堵塞”。
以下描述車輛跟蹤處理的細節(jié)。
圖28顯示了根據(jù)本發(fā)明的實施例3的交通流量監(jiān)測設備的跟蹤管理表的一個例子。INDEX 1至INDEX N中的任何一個被給予所要跟蹤的對象，以分配一個列，從而識別所要跟蹤的對象的狀態(tài)。該列的INDEX 1至INDEX N分別對應于正在被跟蹤的車輛。更具體地說，當車輛得到跟蹤時，在從樣板初始化操作經(jīng)過正在被跟蹤的樣板的更新操作至該跟蹤操作的結束的操作中都使用同一個列。
各個列的“跟蹤狀態(tài)標記”表示一個列是否被用于跟蹤一個車輛。如果該標記為0，則該列未被使用，且該列可被用于跟蹤一個新的車輛。如果“跟蹤狀態(tài)標記”為2，則設定一個狀態(tài)—其中樣板初始寄存候選得到保持但初始寄存還沒有得到進行，“起始寄存坐標”中的一個樣板切割候選區(qū)受到樣板初始寄存103的樣板初始寄存，且“跟蹤狀態(tài)標記”被置于1。如果“跟蹤狀態(tài)標記”為1，由于它表示樣板初始寄存已經(jīng)完成，樣板跟蹤104和樣板更新105被用作所要處理的目標。如果“正在跟蹤標記”為1，該標記表明該車輛正在被跟蹤。當“正在跟蹤標記”為0時，該標記表明該車輛沒有被跟蹤，例如車輛跟蹤的結束或步驟。
“起始寄存時刻”是這樣的時刻—即在此時刻輸入了用于初始寄存的圖象?！白詈髨D象輸入時刻”代表在其輸入了最后圖象的時刻，且“最后圖象上的坐標”代表最后圖象上的車輛圖形的檢測坐標。如果“跟蹤狀態(tài)標記”為1，則最后圖象輸入時刻和最后圖象上的坐標是有效的。一個“最后存在車道”保持著正在被跟蹤的車輛即在最后圖象上的坐標所屬于的車道號。雖然從“1個周期之前的圖象輸入時刻”至p個周期之前的圖象輸入時刻”輸入的p個周期的圖象的輸入時刻和從“1個周期之前的車輛檢測坐標”至“p個周期之前的車輛檢測坐標”的p個周期的圖象的車輛檢測坐標被用于計算即時速度，該輸入時刻和車輛檢測坐標將在下面得到描述。從“1個周期之前的車輛存在車道”至“q個周期之前的車輛存在車道”的q個周期的圖象的車輛存在車道，被用于判定車輛的曲折行駛或躲避障礙的行駛。該車輛存在車道的細節(jié)將在后面描述。
“即時速度”每當在車輛跟蹤期間計算即時速度時都得到更新。“即時速度有效標記”在初始狀態(tài)下是關斷的。當即時速度在車輛跟蹤期間只被計算一次，且“即時速度”得到更新時，“即時速度有效標記”被導通，以表明“即時速度”的內(nèi)容是有效的。區(qū)測量完成標記在初始狀態(tài)是關斷的。正在被跟蹤的車輛通過測量區(qū)，相應的車輛得到計數(shù)以作為通過車輛的數(shù)目，且平均區(qū)速度得到測量。在此情況下，區(qū)測量完成標記被關斷。在初始狀態(tài)下一個“車道改變標記”是關斷的。然而，當在圖24的車道改變檢測143中檢測到車道改變時，“車道改變標記”被導通；當沒有檢測到車道改變時，“車道改變標記”被關斷。在初始狀態(tài)下一個“異常速度標記”是0。如果“即時速度有效標記”被關斷，則在初始狀態(tài)強行設定該“異常速度標記”如果“即時速度有效標記”是導通，且“即時速度”低于一個預定的速度且高于第二個預定速度，該“異常速度標記”變成1以表明車輛以低速行駛。另外，如果“即時速度有效標記”為導通，且“即時速度”低于該第二預定速度，則該“異常速度標記”變?yōu)?以表示車輛停止。
在高速公路上，該預定速度被適當?shù)卦O定為40km/h，且該第二預定速度被適當設定為5km/h。另外，-5km/h被設定為一個第三預定速度，在第二預定速度與第三預定速度之間的狀態(tài)被設定為停止狀態(tài)，且低于第三預定速度的速度被設定為沿著相反的方向行駛的狀態(tài)。在此情況下，也可以檢測在高速公路上倒行的車輛。從“即時速度”至“異常速度標記”的細節(jié)將在下面進行描述。當該設備啟動時，列的內(nèi)容得到初始化，且在車輛跟蹤期間相應的列被更新至各自的值。在車輛跟蹤完成時，列被初始化。在初始狀態(tài)下，“跟蹤狀態(tài)標記”和“正在跟蹤標記”為0，且“即時速度有效標記”和“區(qū)測量完成標記”都被關斷。
如上所述，用于車輛跟蹤的矩形框和跟蹤管理表的列具有一一對應關系，并彼此緊密相關。因此，車輛跟蹤的矩形標記在以下被稱為列。
以下描述根據(jù)實施例3的交通流量監(jiān)測設備的處理程序。在圖24的電視圖象輸入101中，俯視道路圖象通過圖11中的電視攝象機300而被周期地輸入并被轉(zhuǎn)換成數(shù)字數(shù)據(jù)，且該數(shù)字數(shù)據(jù)得到保持。在圖象分析102中，在由電視圖象輸入101所保持的圖象中形成與該圖象中的道路相交叉的的一個圖象分析區(qū)，該區(qū)中的發(fā)光分布得到分析以獲取具有大的亮度改變的車輛的前或后部的一部分即后風擋、尾燈、前柵、前燈等等以作為初始寄存區(qū)。樣板的位置是根據(jù)所檢測的候選車輛的坐標而確定的，且跟蹤狀態(tài)標記被置于2。
在條件分支112，如果“跟蹤狀態(tài)標記”為2的列是真的，控制進行到樣板初始寄存103。在樣板初始寄存103，“起始寄存坐標”得到檢查。當起始寄存坐標與另一正在被跟蹤的列的“在最后圖象上的坐標”不過度接近時，處理的圖象的相應區(qū)域在起始寄存坐標處得到切割，且該區(qū)被保持在圖象存儲器205中。相應地，圖象輸入時刻作為起始寄存時刻而得到記錄，且“跟蹤狀態(tài)標記”被置于1，以表示已經(jīng)設定了一個正在被跟蹤狀態(tài)。
當起始寄存坐標與另一列的最后圖象上的坐標過度接近時，“跟蹤狀態(tài)標記”和“正在跟蹤標記”被置于0而不進行寄存操作。借助這種處理，“起始寄存坐標”不被用作樣板。
條件分支113對于“跟蹤狀態(tài)標記”為2或1且“正在跟蹤標記”為1的列是真的，且控制進行到樣板跟蹤104。在該樣板跟蹤中，如果“跟蹤狀態(tài)標記”為2，則根據(jù)最后圖象形成跟蹤。因此，跟蹤切割位置與檢測位置相同。因此，“跟蹤狀態(tài)標記”被置于1而不進行圖形匹配處理，且樣板跟蹤104的處理結束。另一方面，如果“跟蹤狀態(tài)標記”為1，在此列中，從“1個周期之前的圖象輸入時刻”至“p個周期之前的圖象輸入時刻”的時間、從“1個周期之前的車輛檢測坐標”至“p個周期之前的車輛檢測坐標”的車輛檢測坐標、以及從“1個周期之前的最后存在車道”至“p個周期之前的車輛存在車道”的車輛存在車道都得到更新。
其結果，最后圖象輸入時刻的內(nèi)容、在最后圖象上的坐標，以及最后存在車道都被寫入到“1個周期之前的圖象輸入時刻”、“1個周期之前的車輛檢測坐標”、以及“1個周期之前的車輛存在車道”。隨后，通過利用該列的樣板進行圖形匹配處理，該車輛檢測坐標被記錄在“在最后圖象上的坐標”上，且處理圖象在其得到輸入的時刻被記錄在“最后圖象輸入時刻”上。車輛所屬于的車道根據(jù)“最后圖象上的坐標”而得到判定，且該車道被記錄在“最后存在車道”上。例如，當“在最后圖象上的坐標”為(xp，yp)時，如果公式1至5得到采用，車道分割線402至406的x坐標用公式6至10表示。這里，xp1、xp2、xp3、xp4和xp5分別代表了車道分割線502至506的x坐標。
當xp1、xp2、xp3、xp4和xp5的值的幅度得到彼此比較時，能夠判定車輛所屬于的車道。
在該圖形匹配處理中，當樣板框從圖象中突出或與跟蹤限制線407相交叉，或者相似度由于車輛所造成的妨害而較低時，列的“正在跟蹤標記”被置于0，以表明跟蹤操作的結束。在其中跟蹤操作結束的列中，跟蹤狀態(tài)標記被跟蹤結束判定142中的條件分支152置于0。同時，該列的內(nèi)容得到初始化。該列重新能夠跟蹤一個新的車輛。
樣板跟蹤104中的圖形匹配處理是這樣一個處理—即其中借助樣板圖象對一個目標圖象進行掃描，兩個圖象之間的不同或相似度以及與樣板圖象最接近的目標圖象部分被找出。作為計算該不同的方法，可以采用由公式11所表示的方法。注意D代表了目標圖象與樣板圖象在坐標(x，y)處的不同；m和n分別代表了樣板沿著水平方向的象素數(shù)目和樣板沿著縱向方向的象素數(shù)目；x和y分別代表了當目標圖象借助樣板而得到掃描時使用的變量；且i和g分別是當計算該不同時采用的變量。差D在其為最小的坐標(x，y)是所要跟蹤的車輛的坐標。
作為計算相似度的一種方法，采用了利用公式12的、利用了密度歸一化相關的方法。符號S代表目標圖象與樣板圖象在坐標(x，y)處的相關性，并被置于從0至1范圍內(nèi)的一個值。當目標圖象與樣板圖象完全重合時，相關性S為1，且相關性S當目標圖象與樣板圖象完全重合時為0。在公式12中，m和n分別代表了樣板沿著水平方向的象素數(shù)目和樣板沿著縱向方向的象素數(shù)目；x和y分別代表了當借助該樣板掃描目標圖象時使用的變量；且i和j分別是當計算相關性時使用的變量。在其處相關性S為最小的坐標(x，y)是所要跟蹤的車輛的坐標。
對于“跟蹤狀態(tài)標記”為1且“正在跟蹤標記”為1的列，條件分支114為真，且控制進行到樣板更新105。在樣板更新105，從通過樣板跟蹤104而由最后圖象上的坐標表示的一個位置處，切割具有樣板大小的一個圖象，且該圖象作為一個新的樣板而被保持在圖2的圖象存儲器205中。車輛可以從接近電視攝象機300的位置離開或者從遠離該攝象機的位置接近電視攝象機300。車輛在圖象上的大小相應地減小或增大。在樣板更新期間，該樣板大小必須也被復置到適當?shù)拇笮　?br> 圖6(a)和6(b)用于說明當樣板在根據(jù)實施例3的交通流量監(jiān)測設備中得到更新時的樣板大小放大(縮小)處理。圖6(a)顯示了車道分割線1001、車道分割線1002、和樣板框1003至1009。樣板框1003至1009是這樣獲得的，即使得一定的樣板框根據(jù)車道分割線1001和車道分割線1002之間的間隔而放大或縮小。例如，在電視攝象機300附近即屏幕的下部寄存的樣板大小等于樣板框1003，且樣板框1004、1005、……1009的大小向著遠離攝象機的位置而逐漸減小。寄存在遠離電視攝象機300的位置即屏幕的上部處的樣板的大小等于樣板框1009的大小，且樣板框1008、1007、……1003的大小向著接近攝象機的位置而逐漸增大。
當與屏幕上的位置對應的樣板大小(如圖6(b)所示)預先得到計算和保持時，用于設定樣板大小的計算量能夠得到減小，且處理速度可以提高。
在本發(fā)明的實施例3中，為了在樣板更新中將樣板框的大小依次復置到適當?shù)拇笮。囕v可以在從接近攝象機關斷位置至遠離攝象機的位置的大范圍中得到高精度的跟蹤。
如果圖24中的條件分支115對于“跟蹤狀態(tài)標記”為1且“正在跟蹤標記”為1的列為真，控制進行到即時速度測量106以計算正在被跟蹤的車輛的即時速度。
圖29是流程圖，顯示了根據(jù)實施例3計算即時速度的步驟。
步驟1701圖28中的跟蹤管理表的“最后圖象輸入時刻”與“1個周期之前的圖象輸入時刻”之間的差被用來計算速度測量時間。
步驟1702該速度測量時間與一個預定的時間間隔被彼此比較。如果速度測量時間等于或長于該預定的時間間隔，流程進行到步驟1705。如果該速度測量時間短于該預定的時間間隔，流程通過步驟1703和步驟1704而返回到步驟1701。
步驟1703向后的周期的數(shù)目得到管理，當速度測量時間在p個周期中短于該預定的時間間隔時，控制被旁路，且圖29的處理結束而不更新即時速度。此時的周期數(shù)目的上限被確定為預先設定在跟蹤管理表中的周期數(shù)目與對應于車輛跟蹤時間的周期數(shù)目中較小的一個。更具體地說，即使在跟蹤管理表中設定了大的空間，向后的周期的數(shù)目在車輛跟蹤得到啟動之后也不是立即就很大。當向后的周期的數(shù)目為1時，流程進行到步驟1704。
步驟1704圖28的跟蹤管理表中的“最后圖象輸入時刻”與“2周期之前的圖象輸入時刻”之間的差，被用來在步驟1701計算速度測量時間。類似地，流程通過步驟1702至步驟1704和步驟1701而回到最大的p個周期，從而使速度測量時間被設定為預定的時間間隔或更長。
步驟1705根據(jù)用于計算速度測量時間的圖象上的車輛位置，計算出車輛的運動距離。
步驟1706根據(jù)該速度測量時間和運動距離計算出車輛的即時速度。
步驟1707借助上述即時速度更新跟蹤管理表的即時速度和相應的列。
步驟1708跟蹤管理表的相應的列的即時速度有效標記被導通，且該處理結束。
如上所述，在根據(jù)實施例3的交通流量監(jiān)測設備中，速度是在長于預定的時間間隔的一個時間中的運動距離上得到測量的。因此，可以以穩(wěn)定的精度獲得即時速度。這里，預定的時間間隔對于在攝象機附近的車輛最好被設定為幾百毫秒，且對于位于遠離攝象機的車輛被適當?shù)卦O定為幾秒。
在圖24的條件分支150中，各個周期得到測量的時間、對于各個預定時間間隔控制進行至速度場計算140，且各個小區(qū)的速度場得到更新。雖然預定時間間隔被適當?shù)卦O定為1至幾秒，控制每個周期都進行到速度場計算140，且速度場可以得到更新。在速度場計算140，跟蹤管理表中的“跟蹤狀態(tài)標記”和“正在跟蹤標記”為1。如上所述，參照其中“即時速度有效標記”導通的列的“即時速度”而計算出一分鐘或幾分鐘的平均速度場，且該速度場通過利用該平均速度場而得到更新在圖24的條件分支151中，對其中“跟蹤狀態(tài)標記”和“正在跟蹤標記”為1的列檢查最后圖象上的坐標，且顯然的是車輛通過圖25中的測量區(qū)邊界419。另外，當區(qū)測量完成標記為關斷時，條件分支151為真，且控制轉(zhuǎn)到區(qū)測量—重疊測量校正141。在區(qū)測量—重疊測量校正141，通過測量區(qū)邊界419的列借助車道而排列，區(qū)通過速度得到測量，且通過的車輛得到計數(shù)。與上述列同時得到跟蹤的列被轉(zhuǎn)換成無效的，且重疊的測量得到校正。在區(qū)測量—重疊測量校正141中，通過測量區(qū)邊界419的列如圖30所示地得到排列。
圖30顯示了在根據(jù)實施例3的交通流量監(jiān)測設備的緩存器中排列測量數(shù)據(jù)的方法。相應的列按照當列通過測量區(qū)邊界419時使用的車道而得到分類，且無效標記、測量區(qū)邊界419的通過時間和通過速度、列與事先通過同一車道的列之間的時間差和速度差得到暫時記錄。暫時記錄的列信息部分借助測量結果通信110并通過交通事件通信裝置304而按照每個圖象輸入周期或每個預定時間中列的通過時間之早的順序被依次發(fā)送到交通控制室307。同時，根據(jù)需要，按照列的通過時間之早的順序，借助測量結果累積111，將列信息部分記錄在記錄介質(zhì)上。對于預定的時間間隔，例如1分鐘或5分鐘，出現(xiàn)在圖30中的列的數(shù)目被彼此相加，且所獲得的值作為各個預定時間中通過的車輛的數(shù)目而被發(fā)送到交通控制室307，或者可以被記錄在磁介質(zhì)上。已經(jīng)受到通信、記錄和計數(shù)處理的列被從記錄中除去，且新的列依次地得到暫時記錄。該緩存處理是在圖2的主存儲器203中進行的。圖30顯示了一個例子—其中為每一個車道存儲了六個列。對于各個1，老的列可以得到保持，直到新的列出現(xiàn)。保持時間可以得到管理，且記錄可以每幾秒或每幾分鐘地得到擦除。
以下描述各個列之后的無效標記。
圖31(a)和31(b)顯示了跟隨車輛的列。圖31(a)顯示了其中離開攝象機的車輛得到跟蹤的情況，且圖31(b)顯示了其中接近攝象機的車輛得到跟蹤的情況。列1901和列1902分別跟蹤不同的小車輛。另一方面，列1903和列1904跟蹤一個大車輛1905。當這些列得到計數(shù)，且一個大車輛1905通過檢測位置時，通過車輛被列1903和列1904計數(shù)為2。其結果，測量出現(xiàn)了錯誤。
因此，為了保證測量的精度，對各個列是否跟蹤不同的車輛或同一列是否被多個列所跟蹤進行檢查，以將這些列從與測量無關的列區(qū)分開。與測量無關的列必須被置于無效。以下先描述檢測無效列的步驟，且隨后描述用于無效的測量結果的校正步驟。
相對于圖象的水平方向，根據(jù)一個車輛的寬度而確定一個預定的值。當沿著水平方向正在被跟蹤的列之間的距離等于或大于該預定值時，判定同一車輛通過多個列所跟蹤，且對一個列以外的列的跟蹤被停止。另一方面，相對于屏幕的縱向方向，即屏幕的深度方向和高度方向，跟蹤不能只由距離確定。如圖31(a)所示，列1901與列1902之間的縱向距離幾乎等于列1903與列1904之間的縱向距離。不同的車輛由兩個前面的列進行跟蹤，且同一車輛由兩個隨后的列進行跟蹤。
由于屏幕的各個部分都與距地面的高度相對應，列1904的速度等于正在被跟蹤的車輛1905的速度。另一方面，列1903的速度比正在被跟蹤的速度由高得多，這是由于它們之間的地理幾何關系的原因。因此，在沿著屏幕的縱向方向的確定中，其中多個列通過測量區(qū)邊界419的時間間隔，即當它由車輛表示時，一個時間間隔在車輛的后端之間。如果在車輛的后端之間的時間間隔較短，且相應的列之間的速度差較大，則判定同一車輛的具有不同高度的部分得到了跟蹤，且圖30中的無效標記被導通。
參見圖31(a)和31(b)，列是彼此接近的。在圖31的第二車道中，列1903和列1904依次通過測量區(qū)邊界419，且這些列被記錄在圖30的緩存器上。在此情況下，雖然車輛的后端之間的時間間隔較短，時間差很大。因此，前面的列1903被置于無效。
在圖31(a)的第三車道中，列1901和列1902被依次記錄在圖30的緩存器上。在此情況下，車輛的后端之間的時間間隔較短，且時間差較小。因此，兩個列都是有效的。在第三車道中，當兩個車輛彼此接近地行駛時，這些速度的車輛之差不會相差較大。
在圖31(b)中，顯示了接近電視攝象機300的車輛1913、依次通過測量區(qū)邊界419的列1912和列1911，且這些列被記錄在圖30的緩存器上。在此情況下，雖然車輛的前端之間的時間間隔較短，速度差較大。因此，隨后的列1911被置于無效。
圖32是流程圖，顯示了用于根據(jù)上述考慮而管理和檢查設置在圖30所示的緩存器中的列之間的時間差和速度差。
步驟2001圖28中的跟蹤管理表中的相應的列的“區(qū)測量完成標記”被導通。該“區(qū)測量完成標記”表示相應的列已經(jīng)得到測量。
步驟2002在與圖30中的緩存器的相應列的“最后存在車道”相重合的車道中，保證了一個列記錄區(qū)，且無效標記被關斷，從而進行初始化。
步驟2003測量區(qū)418的通過速度得到計算。測量區(qū)418關斷跟蹤距離根據(jù)跟蹤管理表中的相應列的“起始寄存坐標”和“在最后圖象上的坐標”而得到計算，一個跟蹤時間根據(jù)“起始寄存時刻”和“最后圖象輸入時刻”而得到計算，且測量區(qū)418的通過速度根據(jù)該跟蹤距離和跟蹤時間而得到計算。該通過速度被記錄在圖30的緩存器的相應記錄區(qū)中。
步驟2004跟蹤管理表中的相應列的“最后圖象輸入時刻”被記錄在圖30中的緩存器的相應記錄區(qū)中以作為通過時間。另外，相應的列的通過時間與同一車道上的前面的列的通過時間之差作為時間差而得到記錄。
步驟2005當該時間差大于預定的時間間隔時，判定一個獨立的車輛正在被跟蹤，且操作結束。當該時間差等于或短于預定的時間間隔時，前面的列所跟蹤的車輛可以得到跟蹤。因此，相應的列與前面的列之間的速度差在步驟2006得到檢查。作為預定的時間間隔，可以適當?shù)夭捎眉s1秒。然而，根據(jù)相應的列的速度，該預定的時間間隔當相應列的速度低時可以較長，且當相應的列的速度高時可以較短。
步驟2006在步驟2003測量的在同一車道中相應列與前面的列的通過速度之差，作為速度差而被記錄在圖30中的緩存器的相應記錄區(qū)中。
步驟2007當步驟2006中記錄的速度差等于或小于預定的值時，判定相應的列正在跟蹤一個獨立的車輛，且操作結束。
步驟2008當該速度差大于該預定值時，判定相應的列跟蹤的是前面的列所跟蹤的同一車輛，無效標記被導通，且操作結束。
以下描述當測量結果被發(fā)送或累積時圖30的緩存器的無效標記的處理。在用于跟蹤離開攝象機的車輛的交通流量監(jiān)測設備中，如圖31(a)中所示，使列1904與車輛1905相對應，且列1903必須被忽略。這是由于列1904的速度和車輛1905的速度彼此相等。因此，在測量結果的傳送或累積中，在圖30的緩存器中，在其中無效標記為導通的列之后的列可被忽略。
在用于跟蹤接近攝象機的車輛的交通流量監(jiān)測設備中，如圖31(b)中所示，使列1912與車輛1913相對應，且列1911必須被忽略。這是由于列1912的速度和車輛1913的速度彼此相等。因此，在測量結果的傳送和累積中，在圖30的緩存器中，其中無效標記為導通的列可被忽略。
當車輛離開或接近攝象機時，所要忽略的列以比校正速度高得多的速度得到測量。因此，可以忽略接近的列的高速列。
在條件分支152中，控制轉(zhuǎn)到對其中圖28中的跟蹤管理表中的“跟蹤狀態(tài)標記”為1且“正在跟蹤標記”為0的列的跟蹤結束判定142，相應的列的所有內(nèi)容都得到初始化?！案櫊顟B(tài)標記”和“正在跟蹤標記”被置于0。在此狀態(tài)下，相應的列能夠跟蹤一個新的車輛。
在圖24的條件分支153中，控制轉(zhuǎn)到到對其中圖28中的跟蹤管理表中的“跟蹤狀態(tài)標記”和“正在跟蹤標記”為1的列的車道改變檢測143。在車道改變檢測143中，圖28中的跟蹤管理表中的“最后存在車道”和在“1個周期之前的車輛存在車道”與“q個周期之前的車輛存在車道”之間的車道得到檢查，以檢查有/無車道改變。如果有車道改變，相應的列的“車道改變標記”被導通。如果沒有車道改變，“車道改變標記”被關斷。根據(jù)該判定結果，使屏幕上相應的列閃爍，或者把相應的列發(fā)送到交通控制室307或記錄到記錄介質(zhì)上。
在圖24中的條件分支154中，控制轉(zhuǎn)到對于其中圖28的跟蹤管理表中的“跟蹤狀態(tài)標記”和“正在跟蹤標記”為1的列的低速—停止車輛檢測144，如果圖28的跟蹤管理表中的相應的列關斷“即時速度有效標記”為導通，且“異常速度標記”為1，則相應的車輛被判定為低速行駛的車輛。如果“異常速度標記”為2，該車輛被判定為停止的車輛。根據(jù)該判定結果，使屏幕上的相應的列流程圖以通知用戶，或者把相應的列發(fā)送到交通控制室307或記錄在記錄介質(zhì)上。
在圖24的條件分支155中，控制轉(zhuǎn)到對其中圖28的跟蹤管理表中的“跟蹤狀態(tài)標記”和“正在跟蹤標記”為1的列的規(guī)避—行駛車輛檢測145。具體地，在高速公路上，當車道改變是在低速行駛中進行時，可以認為車輛是在躲避妨礙。因此，在規(guī)避—行駛車輛檢測145中，如果圖28的跟蹤管理表中的相應的列的“即時速度有效標記”和“車道改變標記”為導通，且“異常速度標記”為1，則車輛被判定為規(guī)避行駛車輛。根據(jù)該判定結果，使屏幕上的相應的列流程圖，或者把相應的列發(fā)送到交通控制室307或記錄在記錄介質(zhì)上。
在根據(jù)本發(fā)明的交通流量監(jiān)測設備中，根據(jù)需要，可以把上述交通指標發(fā)送到交通控制室307或記錄在記錄介質(zhì)上。
在圖24的條件分支119中，各個周期的時間得到測量，且每一個預定時間間隔控制都轉(zhuǎn)到測量結果通信110。在測量結果通信110中，圖30的緩存器中的內(nèi)容都按照列之先而被依次發(fā)送到交通控制室307。
在圖24的條件分支120中，各個周期的時間得到測量，且控制每個預定時間間隔都轉(zhuǎn)到測量結果累積111。在測量結果累積111，圖30的緩存器的內(nèi)容按照列之先而被依次記錄在記錄介質(zhì)上。
來自電視攝象機300的視頻信號，通過一個模擬電路或一個數(shù)字電路，而被傳送到交通控制室307。觀測者可以借助交通控制室307的顯示裝置306而看到來自電視攝象機300的視頻信號。送到交通控制室307的視頻信號可以是直播視頻信號或數(shù)字壓縮/擴展的視頻信號。當視頻信號被顯示在顯示裝置306上時，從交通流量監(jiān)測設備301傳送來的交通指標可以通過交通事件通信裝置304而彼此同時地得到顯示。該交通指標包括預定的時間間隔中通過的車輛的數(shù)目、通過速度、在各個小區(qū)中交通堵塞的有/無、進行車道改變的車輛、低速—停止車輛的有/無、規(guī)避行駛車輛的有/無等等。圖33顯示了重疊顯示的一個例子。該顯示包括一分鐘里各個車道中的通過車輛的數(shù)目、交通堵塞的發(fā)生/消除、低速行駛車輛的有/無、停止車輛的有/無、以及規(guī)避行駛車輛的有/無。
根據(jù)本發(fā)明的實施例1，獲取了諸如車輛的前或后部的特征部分，且通過圖形匹配進行跟蹤。因此，不需要其中沒有車輛的道路部分的參考圖象，且另一車輛的接近或重疊的影響可以得到減小。因此，可以對車輛進行高速跟蹤，而不論是不擁擠的交通或擁擠的交通，且交通流量能夠得到高度精確的監(jiān)測。在樣板更新中，通過利用車道分割線之間的間隔，對樣板大小進行放大或縮小。因此，通過采用具有適當大小的樣板，可以在從近至遠的范圍中對車輛進行穩(wěn)定的跟蹤。
根據(jù)本發(fā)明的實施例2，借助圖形匹配對車輛或車輛組的特征部分進行跟蹤，以測量一個即時速度，且可以為各個小區(qū)計算出一個速度場。因此，能夠?qū)Ω咚俟飞蠜]有停止車輛的交通堵塞進行檢測。在根據(jù)本發(fā)明的交通流量監(jiān)測系統(tǒng)中，測量的速度場被一個中間濾波器所倍增，且對過去一分鐘或幾分鐘進行平均處理。因此，速度場和交通堵塞能夠得到穩(wěn)定的確定。另外，在速度場的平均處理中，當速度場根據(jù)測量到的速度場之新而得到加權時，對于諸如交通堵塞的發(fā)生或消除的交通狀態(tài)改變的響應可以較高。
根據(jù)實施例3，當根據(jù)樣板之間的位置和速度關系而檢測出車輛被多個樣板所跟蹤時，使與相應車輛有關的一個樣板為有效，并使其他的樣板無效。因此，可以防止重疊的測量。
權利要求
1.一種交通流量監(jiān)測設備，包括圖象攝取裝置，用于以俯視的方式對道路進行拍攝；用于對每個預定周期所接收的俯視道路圖象中與道路交叉的一個圖象分析區(qū)的發(fā)光分布進行分析的裝置；用于對該圖象分析區(qū)中的車輛的部分或整體一個發(fā)光圖案進行樣板寄存以作為車輛的特征部分的裝置；跟蹤裝置，用于通過相關性計算來計算樣板與俯視道路圖象的發(fā)光圖案之間的相似度，以將具有高相似度的發(fā)光圖案作為受到樣板寄存的車輛進行跟蹤；以及監(jiān)測裝置，用于根據(jù)每一個預定周期所接收的俯視道路圖象中的車輛位置的改變，來監(jiān)測曲折行駛、速度的突然改變、過度低速行駛、過度高速行駛等等。
2.根據(jù)權利要求1的交通流量監(jiān)測設備，包括用于根據(jù)車輛在每一個預定周期所接收的俯視道路圖象的兩個圖象—這兩個圖象具有不短于預定的時間間隔的時間差—之間的運動距離來計算車輛的即時速度的裝置；其中所述監(jiān)測裝置是用于根據(jù)該即時速度來監(jiān)測速度的突然改變、過度低速行駛、過度高速行駛等等的監(jiān)測裝置。
3.根據(jù)權利要求1或2的交通流量監(jiān)測設備，其中所述用于對車輛的特征部分進行樣板寄存的裝置具有與所要監(jiān)測的車輛的數(shù)目相當?shù)亩鄠€樣板；且所述跟蹤裝置是用于利用這多個樣板對以不同地運動的多個車輛進行同時跟蹤的跟蹤裝置。
4.根據(jù)權利要求3的交通流量監(jiān)測設備，其中所述跟蹤裝置對于每一個樣板都具有一個跟蹤管理表，獨立地把樣板寄存在各個跟蹤管理表的列中，獨立地加入或擦除信息以對各個車輛的不同運動進行獨立跟蹤。
5.根據(jù)權利要求1至4中任何一項的交通流量監(jiān)測設備，包括用于把車道分割線作為初級近似表示或多項式近似表示而進行保持的裝置，用于通過利用每一個預定周期所接收的俯視道路圖象中的車輛位置以及該初級近似表示或多項式近似表示來計算車輛所屬于的車道的裝置，以及用于借助所屬于的車道的改變來判定車道改變的裝置。
6.根據(jù)權利要求1至5中任何一項的交通流量監(jiān)測設備，包括一個裝置，該裝置用于通過利用初級近似表示或多項式近似表示而計算屏幕上這樣一個位置處—在該位置處樣板受到初始寄存—的車道寬度以將該車道寬度確定為一個基準車道寬度、利用該初級近似表示或多項式近似表示來計算在樣板已經(jīng)運動之后在屏幕上的一個位置處的車道寬度以將該車道寬度確定為一個檢測位置車道寬度、并放大或縮小初始寄存中的樣板大小從而使該檢測位置車道寬度與基準車道寬度的比值等于初始寄存中的樣板的大小與樣板已經(jīng)運動之后的樣板的大小的比值，從而確定樣板已經(jīng)運動之后的樣板大小。
7.根據(jù)權利要求1至6中任何一項的交通流量監(jiān)測設備，包括用于形成與每一個預定周期所接收的俯視道路圖象的道路相交叉的測量區(qū)、計數(shù)各個車道中通過該測量區(qū)的車輛、并測量通過該測量區(qū)的各個車輛的平均速度的裝置。
8.根據(jù)權利要求1至7中任何一項的交通流量監(jiān)測設備，包括用于為在每一個預定周期所接收的俯視道路圖象的道路表面上的每一個車道設置至少一個道路表面發(fā)光圖案對照區(qū)、根據(jù)道路表面發(fā)光圖案與實際發(fā)光圖案之間的相關性計算來估算預先作為樣板而得到保持的對照區(qū)的道路表面發(fā)光圖案與實際發(fā)光圖案之間的相似度、當該相似度高時判定在該對照區(qū)中沒有車輛、且在該相似度低時判定在該對照區(qū)中有車輛的裝置。
9.根據(jù)權利要求8的交通流量監(jiān)測設備，包括用于當車輛通過該對照區(qū)時不時根據(jù)該對照區(qū)與車輛的前和后部的相對位置而測量車輛的長度的裝置。
10.一種交通流量監(jiān)測設備，包括一個鍵盤；諸如顯示單元的人—機接口；具有主存儲器的CPU；圖象輸入裝置，它在所述CPU的控制下從圖象攝取裝置接收一個俯視道路圖象以將該圖象轉(zhuǎn)換成一個數(shù)字值；圖象處理裝置，用于在所述CPU的控制下對轉(zhuǎn)換的數(shù)字圖象進行處理；以及，用于該數(shù)字圖象的圖象存儲器，其中所述圖象處理裝置處于用于分析與每一個預定周期所接收到的俯視道路圖象的道路相交叉的一個圖象分析區(qū)中的發(fā)光分布的裝置，且所述CPU被用作用于對圖象分析區(qū)中的作為車輛的特征部分的車輛的一部分或全部的發(fā)光圖案進行樣板寄存的裝置；用于為每一個車輛至少識別起始寄存坐標、起始寄存時刻、最后圖象輸入時刻、在最后圖象中的車輛存在位置、最后圖象中車輛所在的車道號、在多個周期中圖象的輸入時刻、在多個周期中輸入的圖象中的車輛圖形的位置，并借助相關性計算計算樣板與俯視道路圖象的發(fā)光圖案之間的相似度，以作為受到樣板寄存的車輛而跟蹤具有高相似度的發(fā)光圖案；以及，監(jiān)測裝置，用于根據(jù)每一個預定周期所接收到的俯視道路圖象中車輛位置的改變，來監(jiān)測諸如曲折行駛的異常行駛、速度的突然改變、過度低速行駛、或過度高速行駛，記錄異常行駛發(fā)生的時間和位置以及異常行駛的內(nèi)容，并通知異常行駛的時間、位置和內(nèi)容。
11.一種交通流量監(jiān)測系統(tǒng)，其中根據(jù)權利要求1至10中任何一項的交通流量監(jiān)測設備通過一個視頻分配器接收俯視道路圖象，以處理該圖象、把交通事件或諸如即時速度或車道改變的交通指標存儲在一個交通事件累積裝置中、把該交通事件或交通指標通過交通事件通信裝置發(fā)送到一個控制室，且在控制室側一個視頻重疊裝置將通過所述交通事件通信裝置獲得的交通事件與通過所述視頻分配器獲得的俯視道路圖象相疊加以將所產(chǎn)生的圖象顯示在顯示裝置上，其中所述交通流量監(jiān)測設備對于每一個車輛監(jiān)測即時速度和所在車道的改變，并將諸如檢測時間、檢測位置、以及車道改變的內(nèi)容—諸如根據(jù)車輛的躲避行駛或曲折行駛的車道改變或車輛的過度低速行駛或過度高速行駛—的數(shù)據(jù)傳送到所述控制室，以將該數(shù)據(jù)累積在所述控制室中的一個存儲單元中。
12.根據(jù)權利要求11的交通流量監(jiān)測系統(tǒng)，其中所述圖象攝取裝置是一個彩色電視攝象機；所述交通流量監(jiān)測設備以單色圖象的形式接收俯視道路圖象；且所述控制室中的所述顯示裝置是用于對來自所述圖象攝取裝置的彩色圖象和由所述交通流量監(jiān)測設備根據(jù)該單色圖象所產(chǎn)生的單色監(jiān)測數(shù)據(jù)進行重疊顯示的裝置。
13.一種交通流量監(jiān)測設備，包括用于對每一個預定周期所接收的道路圖象進行數(shù)字處理以跟蹤通過的車輛的裝置；用于測量通過的車輛的即時速度的裝置；用于借助車道和距離將道路圖象分成小區(qū)并對于各個小區(qū)計算代表通過的車輛的平均速度的小區(qū)速度的裝置；以及用于為各個小區(qū)根據(jù)該小區(qū)速度的幅度來判定交通堵塞的有/無和/或交通堵塞的程度的裝置。
14.根據(jù)權利要求13的交通流量監(jiān)測設備，其中所述通過車輛跟蹤裝置是用于借助陰影圖形匹配來跟蹤通過的車輛一個特征部分—諸如具有大的亮度改變的部分—的裝置。
15.根據(jù)權利要求13或14的交通流量監(jiān)測設備，其中所述通過車輛跟蹤裝置是具有多個樣板以通過利用該多個樣板來同時跟蹤不同地運動的多個車輛的裝置。
16.根據(jù)權利要求13至15中任何一項的交通流量監(jiān)測設備，其中所述即時速度測量裝置是用于根據(jù)每一個預定周期所接收的參考圖象的兩個圖象—這兩個圖象的時間差不長于一個預定的時間間隔—之間的車輛運動來計算車輛的即時速度的裝置。
17.根據(jù)權利要求13至16中任何一項的交通流量監(jiān)測設備，其中所述小區(qū)速度計算裝置是用于作為初級近似表示或多項式近似表示而保持一個車道分割線、將該初級近似表示或多項式近似表示應用于每一個預定周期所接收的道路圖象中的車輛位置、并計算車輛所屬于的車道的裝置。
18.根據(jù)權利要求13至17中任何一項的交通流量監(jiān)測設備，其中跟蹤管理表是為樣板設置的，這些樣板被獨立地寄存在該跟蹤管理表的列中，信息被加到各個列中或從各個列中被擦除，且各個車輛的不同運動得到獨立的監(jiān)測。
19.根據(jù)權利要求18的交通流量監(jiān)測設備，其中所述通過車輛跟蹤裝置用于通過利用初級近似表示或多項式近似表示，來計算屏幕在其中樣板受到初始寄存的位置處的車道寬度，以將該車道寬度確定為一個基準車道寬度；通過利用初級近似表示或多項式近似表示，來計算屏幕上在樣板已經(jīng)運動之后的一個位置處的一個車道寬度，以將該車道寬度確定為一個檢測位置車道寬度；放大或減小初始寄存的樣板大小，從而使檢測位置車道寬度與基準車道寬度之比值等于初始寄存中的樣板大小與樣板已經(jīng)運動之后的樣板大小的比值，從而確定樣板已經(jīng)運動之后的樣板大小。
20.根據(jù)權利要求13至19中任何一項的交通流量監(jiān)測設備，其中所述交通堵塞確定裝置用于計算在一個預定的時間間隔中存在于該小區(qū)中的所有車輛的即時速度的平均值，以將該平均值確定為一個小區(qū)速度；以及，根據(jù)該小區(qū)速度的幅度來對于各個小區(qū)判定交通堵塞的有/無或交通堵塞的程度。
21.根據(jù)權利要求13至19中任何一項的交通流量監(jiān)測設備，其中所述交通堵塞確定裝置用于通過利用一個濾波器，對在該預定的時間間隔中存在于該小區(qū)中的車輛的即時速度進行平滑處理；計算一個平均值以將該平均值確定為一個小區(qū)速度；以及，根據(jù)該小區(qū)速度的幅度來為各個小區(qū)判定交通堵塞的有/無或交通堵塞的程度。
22.根據(jù)權利要求20或21的交通流量監(jiān)測設備，其中所述交通堵塞確定裝置用于計算一個加權平均值，以給出一個權—該權與即時速度的測量時刻之新正比例，以將該平均值確定為一個小區(qū)速度；以及，根據(jù)該小區(qū)速度的幅度，判定交通堵塞的有/無或交通堵塞的程度。
23.根據(jù)權利要求13至22中任何一項的交通流量監(jiān)測設備，其中所述交通堵塞確定裝置用于當被判定為交通堵塞區(qū)的區(qū)域相對于車道彼此相鄰時，測量相連的交通堵塞區(qū)的長度以將該長度確定為交通堵塞的長度。
24.一種交通流量監(jiān)測設備，包括一個鍵盤；諸如顯示單元的人—機接口；具有主存儲器的CPU；圖象輸入裝置，它在所述CPU的控制下從圖象攝取裝置接收一個俯視道路圖象以將該圖象轉(zhuǎn)換成一個數(shù)字值；圖象處理裝置，用于在所述CPU的控制下對轉(zhuǎn)換的數(shù)字圖象進行處理；以及，用于該數(shù)字圖象的圖象存儲器，其中所述圖象處理裝置用于設置與每一個預定周期所接收的道路圖象的道路相交叉的至少一個圖象分析區(qū)；以及，分析該圖象分析區(qū)中的發(fā)光分布，且所述CPU被用作對圖象分析區(qū)中的車輛的前或后部的發(fā)光圖案或圖象分析區(qū)中的車輛的部分或全部的發(fā)光圖案進行樣板寄存以作為該車輛的特征部分的裝置；通過車輛跟蹤裝置，用于通過利用該樣板并借助圖形匹配處理從下一個周期中所接收的圖象搜索車輛圖形、將該車輛圖形更新為新的樣板、并為各個車輛識別至少起始寄存坐標、起始寄存時刻、最后圖象輸入時刻、在最后圖象中的車輛存在位置、最后圖象中車輛所在的車道號、在多個周期中輸入圖象的時刻、在多個周期中輸入的圖象中的車輛圖形的位置；即時速度測量裝置，用于計算各個車輛的即時速度；以及，用于設置被車道和距道路上的攝象機的距離所分割的小區(qū)、利用一個濾波器對在一個預定的時間間隔中存在于這些小區(qū)中的車輛的即時速度進行平滑處理、根據(jù)即時速度的測量時間計算負荷的一個加權平均值—該加權平均值與即時速度之新成正比—以作為這些小區(qū)的平均速度、并根據(jù)這些小區(qū)速度的幅度來判定各個小區(qū)中交通堵塞的有/無。
25.根據(jù)權利要求24的交通流量監(jiān)測設備，其中所述顯示單元用于顯示小區(qū)的排列以將該排列與道路圖象和一個示意圖相重疊；以及，改變被判定為具有交通堵塞的小區(qū)部分的小區(qū)部分的亮度或顏色，以顯示交通堵塞長度或交通堵塞端部。
26.一種交通流量監(jiān)測設備，包括樣板寄存裝置，用于把圖象攝取裝置在每一個預定周期所接收的道路圖象中所存在的車輛的前或后部的發(fā)光圖案作為車輛的一個樣板而保持起來；跟蹤裝置，用于對該樣板和發(fā)光圖案進行圖形匹配處理，以跟蹤車輛；即時速度測量裝置，用于根據(jù)道路圖象之間的接收間隔和這些道路圖象之間的車輛運動距離，來測量車輛的即時速度；以及重疊測量校正裝置，用于當至少兩個車輛通過時，計算這兩個車輛的通過時間差和速度差，當該通過時間差不長于一個預定時間差且當該速度差不小于一個預定的速度差時判定一個車輛的不同部分受到多個樣板的跟蹤，并只使與車輛有關的一個樣板有效且使其他的樣板無效。
27.根據(jù)權利要求26的交通流量監(jiān)測設備，其中所述重疊測量校正裝置用于在多個樣板中只使其中即時速度為最低速度的一個樣板有效，且使其他的樣板無效。
28.根據(jù)權利要求26的27的交通流量監(jiān)測設備，其中預定時間差和預定的速度差與即時速度成正比。
29.根據(jù)權利要求26或28的交通流量監(jiān)測設備，包括用于設置與俯視道路圖象的道路相交叉的位狀測量區(qū)并在車輛通過該測量區(qū)時為正在被跟蹤的車輛所屬于的各個車道計數(shù)車輛的裝置；用于根據(jù)車輛進入測量區(qū)的時刻與車輛離開該測量區(qū)的時刻之差來測量車輛的區(qū)速度的裝置；一個緩存器，用于按照車輛進入一個車道—車輛在該車道中離開測量區(qū)—的順序，來記錄車輛的離開時刻和區(qū)速度；用于在所述緩存器中記錄車輛的離開時刻和區(qū)速度以及在與上述車輛的車輛相同的車道中所記錄的前一車輛的車輛的進入時刻與該車輛的離開時刻之差以將其作為“時間差”的裝置；以及用于在所述緩存器中記錄該車輛的區(qū)速度與在與上述車輛的車輛相同的車道中所記錄的前一個車輛的區(qū)速度之差并將其作為“速度差”的裝置。
30.根據(jù)權利要求29的交通流量監(jiān)測設備，其中該車輛的離開時刻和區(qū)速度、一個時間差、一個速度差、以及一個1位無效標記被存儲在所述緩存器中；且該無效標記當該時間差小且該速度差大時被導通，且在該時間差小且該速度差大以外的時間里該無效標記被關斷。
31.根據(jù)權利要求29或30的交通流量監(jiān)測設備，包括用于按照早的順序擦除記錄在所述緩存器中的車輛信息、計數(shù)通過的車輛、在一個記錄單元上記錄通過的車輛的數(shù)目以及區(qū)速度、和/或?qū)⑼ㄟ^的車輛的數(shù)目和該區(qū)速度發(fā)送到一個控制室的裝置。
32.根據(jù)權利要求29至31中任何一項的交通流量監(jiān)測設備，包括用于在具有小的時間差和大的速度差的車輛中只使具有最低區(qū)速度的車輛有效并使其他車輛無效以將其他車輛排除在測量目標之外的裝置。
33.根據(jù)權利要求30或31的交通流量監(jiān)測設備，包括用于計算從俯視道路圖象上的接近位置離開并除了在具有在所述緩存器中為導通的無效標記的車輛之前的車輛以外的通過的車輛、將通過的車輛的數(shù)目和區(qū)速度記錄在所述記錄單元上、和/或?qū)⑼ㄟ^的車輛的數(shù)目和該區(qū)速度發(fā)送到所述控制室的裝置。
34.根據(jù)權利要求30或31的裝置，包括用于計算從俯視道路圖象上的接近位置離開并除了在具有在所述緩存器中為導通的無效標記的車輛以外的通過的車輛、將通過的車輛的數(shù)目和區(qū)速度記錄在所述記錄單元上、和/或?qū)⑼ㄟ^的車輛的數(shù)目和該區(qū)速度發(fā)送到所述控制室的裝置。
35.根據(jù)權利要求26至34中任何一項的交通流量監(jiān)測設備，包括用于在跟蹤管理表上記錄在車輛跟蹤期間該車輛所屬于的車道號的裝置；用于將過去所屬于的車道號與當前所屬于的車道號相比較的裝置；用于當這些車道號彼此不同時判定進行了車道改變的裝置；用于當通過所述即時速度測量裝置獲得的即時速度不大于一個預定速度時判定低速行駛車輛的裝置；以及用于當一個低速行駛車輛改變車道時判定規(guī)避行駛車輛的裝置。
全文摘要
一種交通流量監(jiān)測設備,它能夠在從接近一個電視攝像機的位置至較遠的位置的大范圍中以高精度監(jiān)測交通流量,而不論交通狀態(tài)如何。每一個預定周期所接收到的俯視道路圖象的與道路相交叉的一個圖象分析區(qū)得到分析,車輛的前(后)部的特征部分作為樣板而得到寄存,車輛借助圖形匹配處理而得到跟蹤,同時對樣板進行更新,且樣板大小根據(jù)車道的視在寬度在樣板更新期間的改變而得到減小(放大)。交通流量能夠得到高度精確的監(jiān)測,而不論交換是否擁擠。
文檔編號G01P3/36GK1170178SQ9711155
公開日1998年1月14日 申請日期1997年5月14日 優(yōu)先權日1996年5月15日
發(fā)明者高橋一哉, 北村忠明, 佐藤良幸 申請人:株式會社日立制作所