專利名稱：基于路面標(biāo)記的行采集視頻車輛檢測器及其檢測方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及交通監(jiān)控領(lǐng)域，特別是涉及一種視頻車輛檢測器。
技術(shù)背景
車輛檢測器的分類有很多種，目前具有代表性的是按檢測器的工作原理將其分為三類磁頻車輛檢測器、波頻車輛檢測器和視頻車輛檢測器。
磁頻車輛檢測器，主要是環(huán)形感應(yīng)線圈車輛檢測器，其檢測方法精確，設(shè)備穩(wěn)定， 技術(shù)成熟，且在惡劣天氣條件下仍具備出色的性能。但其安裝維護(hù)成本高，安裝時需要切割路面以致嚴(yán)重影響路面壽命，線圈埋設(shè)在路上容易被車輛(尤其是重型車)壓壞，維修時需要封路，影響交通流。
波頻檢測應(yīng)用最多的有雷達(dá)檢測器和激光檢測器。雷達(dá)檢測器具有不受天氣影響、安裝和維護(hù)對交通流沒有影響，也無需開挖原有路面、可同時檢測多條車道車流信息的優(yōu)點(diǎn)。其主要缺點(diǎn)是在車流擁堵以及大型車較多、車型公布不均勻的路段，因遮擋，其測量精度會受到比較大的影響，同時對安裝的精度要求比較高等。激光車檢器與雷達(dá)車檢器比較類似，并且價格昂貴，因此實(shí)際應(yīng)用的不多。
視頻車輛檢測器是利用視頻傳感器，實(shí)時獲得交通場景的信息，利用模式識別技術(shù)、圖像處理技術(shù)等來實(shí)現(xiàn)車輛的檢測的一種車輛檢測器。視頻檢測優(yōu)點(diǎn)是可檢測較大的交通場景面積，采集更多交通信息；投資少、費(fèi)用低；視頻傳感器等設(shè)備，例如攝像頭，易于安裝和調(diào)試，其軟件可以升級，可擴(kuò)展性好，使用壽命長，且安裝和維護(hù)不會破換路面。
視頻車輛檢測中主要有灰度比較法、背景差分法、幀差法和邊緣檢測法等。然而， 這些檢測方法在實(shí)際應(yīng)用中，仍存在許多問題。首先，道路在戶外，光照條件隨時間發(fā)生顯著改變，檢測算法除了要適應(yīng)不同的光照條件變化外，還要排除因陰影引起的車輛錯檢。 其次，不同的車輛在大小、顏色上差異較大，車輛識別難度較大，易出現(xiàn)誤檢和漏檢情況。再次，視頻圖像包含的信息量較大，數(shù)據(jù)冗余大，目前計算機(jī)的運(yùn)算能力有限，許多方法盡管理論上是可行的，卻不能在實(shí)際應(yīng)用中滿足實(shí)時處理的要求。發(fā)明內(nèi)容
針對目前視頻車檢器檢測過程中存在的主要問題，本發(fā)明提供一種基于路面標(biāo)記的行采集視頻車輛檢測器及其檢測方法，用于實(shí)時檢測路面交通流信息，具有檢測精度高、 計算冗余度小和方便安裝的特點(diǎn)。
本發(fā)明的技術(shù)方案是提供一種基于路面標(biāo)記的行采集視頻車輛檢測器，包括以下組成單元攝像頭，用于采集路面視頻信息；處理器，提取標(biāo)線所在的行的像素值并按設(shè)定檢測算法進(jìn)行處理；存儲器，用于處理器存儲和讀取數(shù)據(jù)；GPRS通信模塊，將處理結(jié)果反饋給交通監(jiān)控中心的服務(wù)器。
進(jìn)一步地，通過一體化設(shè)計，所述的攝像頭、處理器、存儲器和GPRS通信模塊集成在一起。
進(jìn)一步地，所述服務(wù)器通過GPRS通信模塊設(shè)定車輛檢測器的算法參數(shù)和工作模式，這樣，通過GPRS通信模塊服務(wù)器和車輛檢測器實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)交換。
進(jìn)一步地，所述車輛檢測器具有兩種工作模式，在安裝調(diào)試時，采用輸出完整視頻圖像的模式，使攝像頭對準(zhǔn)檢測區(qū)域；在進(jìn)行檢測時，采用分析視頻圖像中的某行像素值進(jìn)行計算的模式，輸出交通流信息。
作為改進(jìn)之一，所述GPRS通信模塊接入互聯(lián)網(wǎng)，可以在網(wǎng)上共享交通流信息。
同時，本發(fā)明還公開了基于路面標(biāo)記的行采集視頻車輛檢測器的檢測方法，包括以下步驟設(shè)置路面標(biāo)線；處理器從攝像頭采集的視頻信息中提取標(biāo)線所在的行的像素值；處理器通過檢測算法判斷是否有車輛通過以及統(tǒng)計車流量、計算車輛的時間占有率； GPRS通信模塊將車流量、車輛的時間占有率通過GPRS模塊發(fā)送到交通監(jiān)控中心的服務(wù)器。
進(jìn)一步地，所述檢測算法包括以下流程獲取路面標(biāo)線數(shù)據(jù)；對數(shù)據(jù)進(jìn)行去直流處理；對數(shù)據(jù)進(jìn)行單邊中值二值化處理；對破壞區(qū)域進(jìn)行檢測；車輛計數(shù)。
作為改進(jìn)之一，所述路面標(biāo)線有2條或以上，通過比對車輛通過前后標(biāo)線的時間差，測量車輛的行駛速度。
作為改進(jìn)之一，所述檢測方法，通過比對車型特點(diǎn)，判斷所檢測車輛的車型。
本發(fā)明的有益效果是1、由于在對車輛進(jìn)行檢測時，本發(fā)明只采集視頻中某一行的像素，相比采集完整視頻像素的普通車輛檢測器來說，其數(shù)據(jù)量大大減小，容易實(shí)現(xiàn)高幀率的視頻采集，從而提高了車輛檢測的時間精度。所需處理的數(shù)據(jù)量小，可以使用單片機(jī)處理數(shù)據(jù)，大大的降低了車輛檢測器的成本。
2、傳統(tǒng)視頻車輛檢測是將視頻傳送回監(jiān)控計算機(jī)，由監(jiān)控計算機(jī)處理數(shù)據(jù)，這種方法對監(jiān)控計算機(jī)的配置要求較高，且監(jiān)控的道路數(shù)量有限。而本發(fā)明完全由車輛檢測器的微處理器處理算法，只是向監(jiān)控計算機(jī)發(fā)送交通流數(shù)據(jù)。理論上，使用一臺監(jiān)控計算機(jī)就能夠完成所有道路的交通流采集。
3、本發(fā)明通過一體化設(shè)計將攝像頭裝置、處理器和GPRS通信模塊集成為一個便攜的車輛檢測器，而且一條道路多個車道只需一個車檢器，方便架設(shè)，降低成本。
4、實(shí)現(xiàn)兩種工作模式，既可輸出完整的視頻圖像，也可輸出交通流信息。在安裝調(diào)試時，可采用輸出完整視頻圖像的模式，使攝像頭對準(zhǔn)檢測區(qū)域；在對車輛進(jìn)行檢測時，采用分析視頻圖像中的某行像素進(jìn)行計算的模式，輸出交通流信息。
5、車輛檢測器可以在有路燈等輔助照明的情況下全天候工作。相比于傳統(tǒng)的車輛檢測器，本發(fā)明能夠較好的解決車流密集，多車并行時的車輛檢測問題，平均識別率達(dá)95% 以上，具有較高的應(yīng)用價值。


圖1是本發(fā)明的結(jié)構(gòu)示意圖；圖2是無車經(jīng)過時黑夜?fàn)顟B(tài)標(biāo)線灰度值曲線； 圖3是有車經(jīng)過時黑夜?fàn)顟B(tài)標(biāo)線灰度值曲線； 圖4是窗口大小為12的均值濾波曲線； 圖5是窗口大小為36的均值濾波曲線；圖6是去直流處理后的曲線； 圖7是單邊中值分割法閾值示意圖； 圖8是無車經(jīng)過時單邊中值法分割結(jié)果； 圖9是有車經(jīng)過時破壞區(qū)域檢測結(jié)果； 圖10是單輛車經(jīng)過時子區(qū)域破壞數(shù)的條形圖。
具體實(shí)施方式
圖1是本發(fā)明提供的基于路面標(biāo)記的行采集視頻車輛檢測器的結(jié)構(gòu)示意圖，包括以下組成單元攝像頭裝置，用于采集路面視頻信息；處理器單元，提取標(biāo)線所在的行的像素值并按設(shè)定程序進(jìn)行處理；存儲單元，用于處理器存儲和讀取數(shù)據(jù)；GPRS通信模塊，將處理結(jié)果反饋給交通監(jiān)控中心的服務(wù)器。其中處理器為微處理器MC9S12XS128，攝像頭型號為 0V7620, GPRS通信模塊為EM310，集成在一起。服務(wù)器通過GPRS通信模塊設(shè)定車輛檢測器的算法參數(shù)和工作模式。
其具體檢測方法分為以下步驟1、設(shè)置路面標(biāo)線，可以利用已有的人行道，也可以自行繪制。
2、處理器從攝像頭采集的視頻信息中提取標(biāo)線所在的行的像素值。以黑夜的一個場景實(shí)例來說明。在沒有車經(jīng)過時，采集到的標(biāo)線數(shù)據(jù)灰度值曲線如圖2所示，可以看出曲線變化的規(guī)律是符合標(biāo)線分布特點(diǎn)的。當(dāng)有車經(jīng)過時，采集到的標(biāo)線數(shù)據(jù)灰度值曲線如圖 3所示，曲線局部的變化規(guī)律遭到破壞。我們通過檢測這種破壞來判斷是否有車經(jīng)過。
3、處理器通過檢測算法判斷出是否有車輛通過以及統(tǒng)計車流量、計算車輛的時間占有率。其檢驗(yàn)算法具體包括以下流程3. 1均值濾波為了濾除圖像噪聲，對于采集到的路面標(biāo)線數(shù)據(jù)，以路面標(biāo)線塊大小的一半為窗口寬度，進(jìn)行均值濾波。圖3的濾波效果如圖4所示。
3. 2去直流處理為了更好的去除局部燈光、陰影等干擾，本專利使用了去直流的處理方法。去直流處理就是將小窗口均值濾波后的數(shù)據(jù)減去大窗口均值濾波后的數(shù)據(jù)，大窗口的寬度定為小窗口寬度的三倍，對于圖4，大窗口均值濾波后的效果如圖5。將圖4的數(shù)據(jù)減去圖5的數(shù)據(jù)就得到去直流后的數(shù)據(jù)，如圖6所示。
3. 3單邊中值二值化處理對于局部閾值分割法，怎么確定局部區(qū)域是其中一個重要的關(guān)鍵。傳統(tǒng)的局部閾值分割法只是考慮了區(qū)域的一些參數(shù)如方差、均值等，而缺少了對區(qū)域特征的考慮。針對傳統(tǒng)局部閾值在標(biāo)線分割里存在的問題，本發(fā)明使用了單邊中值法確定閾值和分割圖像，雖然在適用性上不如傳統(tǒng)的局部閾值分割法，但是在標(biāo)線分割這個特定的應(yīng)用里，單邊中值法的性能遠(yuǎn)優(yōu)于傳統(tǒng)的局部閾值分割法。
單邊中值分割算法原理假定標(biāo)線是由若干條邊組合而成，如出現(xiàn)一個尖峰，可以認(rèn)為它是由兩條邊組合而成，于是，標(biāo)線的分割就轉(zhuǎn)為邊的分割，即將邊定為一個局部來分割。每條邊使用的是邊的最大值和最小值的平均值作為閾值來分割。
分析無車經(jīng)過時的路面標(biāo)線經(jīng)去直流處理的灰度值曲線。如圖7所示，每條邊上的黑點(diǎn)代表該邊的閾值，每條邊的閾值等于該邊的最大值和最小值的均值。每條邊的分割是獨(dú)立的，即一條邊的閾值只對自己分割，而不會影響其他邊。
對圖7的分割結(jié)果如圖8所示，可見單邊中值分割法能夠很好的分割灰度不均勻的標(biāo)線數(shù)據(jù)，具有很強(qiáng)的適應(yīng)性和實(shí)用價值。
對有車經(jīng)過時的路面標(biāo)線經(jīng)去直流處理的灰度值曲線進(jìn)行單邊中值二值化處理， 可以得到圖9所示的曲線圖。
3. 4破壞區(qū)域檢測破壞區(qū)域檢測算法的基本思想是判斷單邊中值二值化后的標(biāo)線相鄰邊緣之間的距離是否滿足要求。算法主要分為三步1)對于單邊中值二值化后的標(biāo)線數(shù)據(jù)/00,通過下式計算它的一階導(dǎo)數(shù)/b)的大小和正負(fù)來判斷跳變和跳變方向。
/'(z) = /(x + l)-/(x)若/(X)^ 0,表示檢測到邊緣；若/(X) > 0 ,則邊緣為上升沿；若/(^ <0 ,則邊緣為下降沿。
2)在第一步檢測到邊緣的基礎(chǔ)上，對邊緣間的距離進(jìn)行判斷。左邊上升沿和右邊下降沿組成谷，左邊下降沿和右邊上升沿組成峰。由于谷和峰的寬度不一定相同，我們定義了谷寬和峰寬來標(biāo)示標(biāo)線塊是否被破壞，不使用絕對的寬度，而是給出一個寬度范圍，在寬度范圍外的邊緣是被破壞的邊緣。破壞邊緣組成破壞區(qū)域。
3)對于檢測到的破壞區(qū)域，先合并距離相近的區(qū)域，再判斷區(qū)域的寬度。若區(qū)域的寬度范圍小于一個閾值(我們將其設(shè)為一部車所占的寬度范圍)，忽略該破壞區(qū)域。對于那些寬度大于閾值的區(qū)域，我們才將其定為最終的破壞區(qū)域。圖9中打圈部分為最后確定的破壞區(qū)域。
3. 5車輛計數(shù)為了車輛計數(shù)的方便，將標(biāo)線分為等寬的25個子區(qū)域。對于前面得到的破壞區(qū)域，通過以下方法將其映射到子區(qū)域中，設(shè)子區(qū)域?qū)挾葹?)標(biāo)線上的邊緣點(diǎn)I映射到子區(qū)域，如下式A^eaMum = X | Width 其中JreaMim表示子區(qū)域編號，X\Widih表示Jf整除廝。2)設(shè)破壞區(qū)域左邊緣力“右邊緣為R ,則破壞區(qū)域?qū)?yīng)的子區(qū)域是從編號為到的子區(qū)域集合，如下式。
BroksnArea = {η | Leji <n < PigM) 其中 Leji = LI Width , Right = R | Width。
對于破壞區(qū)域映射的子區(qū)域，可以認(rèn)為這個子區(qū)域被破壞。通過設(shè)置一個一維數(shù)組變量SfcdC 均)，ι為子區(qū)域編號，來統(tǒng)計子區(qū)域被破壞的次數(shù)。
車輛數(shù)增加需要滿足以下三個條件1) 存在破壞次數(shù)超過閾值A(chǔ)的連續(xù)的子區(qū)域。閾值A(chǔ)表示需要檢測到幾幀被破壞才認(rèn)為破壞是經(jīng)過車輛產(chǎn)生的。按照實(shí)驗(yàn)情況，閾值A(chǔ)定為5。
2) 連續(xù)子區(qū)域數(shù)量大于閾值B。這里的閾值B代表車輛所能破壞子區(qū)域的最小區(qū)域數(shù)。按照實(shí)驗(yàn)情況，閾值B定為4。
3) 連續(xù)子區(qū)域的中每一個子區(qū)域的破壞數(shù)連續(xù)2幀沒有發(fā)生改變。
子區(qū)域的破壞數(shù)需要清零，在子區(qū)域的破壞數(shù)連續(xù)2幀沒有發(fā)生改變的條件下， 且不滿足車輛數(shù)增加的三個條件，子區(qū)域的破壞數(shù)會自動清零。另外，在車輛成功計數(shù)時也需要將其對應(yīng)的連續(xù)子區(qū)域清零。圖10是單輛車經(jīng)過時子區(qū)域破壞數(shù)的條形圖。
處理器中的車輛檢測算法對采集到的某固定單行的像素值進(jìn)行分析研究，從而判斷車輛是否通過，計算車輛時間占有率、判斷車型、統(tǒng)計車流量等交通參數(shù)。更進(jìn)一步地，在一定距離設(shè)置兩條路標(biāo)，通過比對通過前后路標(biāo)的時間差，即可實(shí)現(xiàn)測速的功能。
4、系統(tǒng)將處理器計算所得的各交通流參數(shù)通過GPRS通信模塊發(fā)送到服務(wù)器。
為驗(yàn)證本發(fā)明檢測方法對于車流量檢測的有效性，在廣州市幾個交通要道進(jìn)行了試驗(yàn)，試驗(yàn)結(jié)果顯示平均識別率為97. 45%。實(shí)際檢測結(jié)果如表1所示。
表1車輛檢測器檢測結(jié)果表
權(quán)利要求
1.一種基于路面標(biāo)記的行采集視頻車輛檢測器，其特征在于，包括以下組成單元攝像頭，用于采集路面視頻信息；處理器，提取標(biāo)線所在的行的像素值并按設(shè)定檢測算法進(jìn)行處理；存儲器，用于處理器存儲和讀取數(shù)據(jù)；GPRS通信模塊，將處理結(jié)果反饋給交通監(jiān)控中心的服務(wù)器。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于路面標(biāo)記的行采集視頻車輛檢測器，其特征在于，所述的攝像頭、處理器、存儲器和GPRS通信模塊集成在一起。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于路面標(biāo)記的行采集視頻車輛檢測器，其特征在于，所述服務(wù)器通過GPRS通信模塊設(shè)定車輛檢測器的算法參數(shù)和工作模式。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于路面標(biāo)記的行采集視頻車輛檢測器，其特征在于，所述車輛檢測器具有兩種工作模式，在安裝調(diào)試車時，采用輸出完整視頻圖像的模式，使攝像頭對準(zhǔn)檢測區(qū)域；在進(jìn)行檢測時，采用分析視頻圖像中的某行像素值進(jìn)行計算的模式，輸出交通流信息。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于路面標(biāo)記的行采集視頻車輛檢測器，其特征在于，所述 GPRS通信模塊接入互聯(lián)網(wǎng)。
6.一種基于路面標(biāo)記的行采集視頻車輛檢測器的檢測方法，其特征在于，包括以下步驟設(shè)置路面標(biāo)線；處理器從攝像頭采集的視頻信息中提取標(biāo)線所在的行的像素值；處理器通過檢測算法判斷是否有車輛通過以及統(tǒng)計車流量、計算車輛的時間占有率；GPRS通信模塊將車流量、車輛的時間占有率信息通過GPRS模塊發(fā)送到交通監(jiān)控中心的服務(wù)器。
7.根據(jù)權(quán)利要求2所述的基于路面標(biāo)記的行采集視頻車輛檢測器的檢測方法，其特征在于，所述檢測算法包括以下流程獲取路面標(biāo)線數(shù)據(jù)；對數(shù)據(jù)進(jìn)行去直流處理；對數(shù)據(jù)進(jìn)行單邊中值二值化處理；對破壞區(qū)域進(jìn)行檢測；車輛計數(shù)。
8.根據(jù)權(quán)利要求2所述的基于路面標(biāo)記的行采集視頻車輛檢測器的檢測方法，其特征在于，所述路面標(biāo)線有2條或以上，通過比對車輛通過前后標(biāo)線的時間差，測量車輛的行駛速度。
9.根據(jù)權(quán)利要求2所述的基于路面標(biāo)記的行采集視頻車輛檢測器的檢測方法，其特征在于，所述檢測方法，通過比對車型特點(diǎn)，判斷所檢測車輛的車型。
全文摘要
本發(fā)明提供一種基于路面標(biāo)記的行采集視頻車輛檢測器，包括以下組成單元攝像頭，用于采集路面視頻信息；處理器，提取標(biāo)線所在的行的像素值并按設(shè)定程序進(jìn)行處理；存儲器，用于處理器存儲和讀取數(shù)據(jù)；GPRS通信模塊，將處理結(jié)果反饋給交通監(jiān)控中心的服務(wù)器。同時，本發(fā)明還公開了其檢測方法，用于實(shí)時檢測路面交通流信息，能檢測出是否有車輛通過以及統(tǒng)計車流量、計算車輛的時間占有率、車速、車型等信息，具有檢測精度高、計算冗余度小和方便設(shè)置的特點(diǎn)。
文檔編號G08G1/01GK102542799SQ201110427848
公開日2012年7月4日 申請日期2011年12月19日 優(yōu)先權(quán)日2011年12月19日
發(fā)明者余志 , 劉漫霞, 張輝, 溫澤宏 申請人:中山大學(xué)