一種基于攝像機(jī)前端處理的交通測(cè)速方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及一種車(chē)輛測(cè)速方法，具體地說(shuō)，是涉及一種基于攝像機(jī)前端處理的交 通測(cè)速方法。
【背景技術(shù)】
[0002] 為了保證道路行駛安全，對(duì)道路上行駛的車(chē)輛進(jìn)行行駛速度檢測(cè)是交通領(lǐng)域的熱 點(diǎn)應(yīng)用之一，它既涉及道路交通的管理、統(tǒng)計(jì)，還牽涉到事故后的責(zé)任認(rèn)定。
[0003] 現(xiàn)有的對(duì)行駛中的車(chē)輛進(jìn)行速度檢測(cè)的技術(shù)主要包括雷達(dá)檢測(cè)、線圈檢測(cè)及視頻 檢測(cè)幾種方式。其中雷達(dá)檢測(cè)和線圈檢測(cè)雖然精度及穩(wěn)定性較高，但由于其硬件設(shè)施或者 施工的成本較高，往往只能安裝在主要路口及高速卡口等重點(diǎn)位置。
[0004] 而視頻測(cè)速由于攝像頭同時(shí)可以用作違法取證，是最為經(jīng)濟(jì)實(shí)用的檢測(cè)方式。視 頻測(cè)速的方法根據(jù)其原理不同，大致可以分為虛擬線圈檢測(cè)及三維標(biāo)定檢測(cè)兩種。虛擬線 圈檢測(cè)方法的主要缺陷在于：其一，時(shí)間差只能根據(jù)視頻的幀號(hào)來(lái)確定，車(chē)輛通過(guò)虛擬線圈 標(biāo)志位的時(shí)間無(wú)法精確測(cè)量，系統(tǒng)誤差無(wú)法避免，且誤差會(huì)隨著車(chē)速提高而增加；其二，根 據(jù)車(chē)牌等標(biāo)記在圖像中的位置來(lái)確定車(chē)輛位置的方法也會(huì)帶來(lái)誤差，車(chē)牌高度不同的車(chē)輛 在車(chē)牌處于圖像同一位置時(shí)車(chē)輛的實(shí)際位置可以相差幾米甚至十幾米。而三維標(biāo)定檢測(cè)方 法的主要缺陷則在于：其一，手動(dòng)選擇的點(diǎn)需要已知三維坐標(biāo)其中的某一維，在實(shí)際測(cè)速應(yīng) 用中這種手動(dòng)交互的方式難以實(shí)用化；其二，標(biāo)定參考點(diǎn)需要已知三維坐標(biāo)的六個(gè)以上的 點(diǎn)，實(shí)際應(yīng)用中獲取的難度較大。
[0005] 基于上述現(xiàn)狀，必須要開(kāi)發(fā)一種易于應(yīng)用、能夠自動(dòng)檢測(cè)接地點(diǎn)的測(cè)速方法，以滿 足實(shí)際工作中的需要。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006] 本發(fā)明的目的在于提供一種基于攝像機(jī)前端處理的交通測(cè)速方法，解決現(xiàn)有技術(shù) 中存在的問(wèn)題，在不提高成本的同時(shí)，降低車(chē)輛測(cè)速的難度，提高精確度。
[0007] 為了實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用的技術(shù)方案如下： 一種基于攝像機(jī)前端處理的交通測(cè)速方法，包括以下步驟： (1) 假設(shè)攝像機(jī)光軸相對(duì)于三維世界坐標(biāo)中X-FP面的垂直夾角為俯仰角^攝像機(jī)視 場(chǎng)角為〃，從三維坐標(biāo)系中的辟由沿逆時(shí)針?lè)较虻綌z像機(jī)光軸在X-FP面投影線上的水平 夾角為轉(zhuǎn)動(dòng)角A按照俯仰角汰于等于〃/2、轉(zhuǎn)動(dòng)角^大于70°的方式安裝攝像機(jī)，輸入 四個(gè)標(biāo)定點(diǎn)的圖像坐標(biāo)，對(duì)攝像機(jī)進(jìn)行標(biāo)定，以獲取攝像機(jī)參數(shù)； (2) 對(duì)攝像機(jī)拍攝的原始視頻圖像進(jìn)行場(chǎng)景坐標(biāo)重建，在重建圖中對(duì)車(chē)輛進(jìn)行接地點(diǎn) 檢測(cè)和接地點(diǎn)跟蹤，然后計(jì)算行駛距離及行駛速度；或者，在原始視頻幀中對(duì)車(chē)輛進(jìn)行接地 點(diǎn)檢測(cè)和接地點(diǎn)跟蹤，將多幀的接地點(diǎn)坐標(biāo)換算成場(chǎng)景實(shí)際坐標(biāo)，然后計(jì)算車(chē)輛的行駛距 離及行駛速度。
[0008] 另外，在光線不足的場(chǎng)景中，可以先通過(guò)閃光燈進(jìn)行兩次補(bǔ)光，然后根據(jù)兩幀補(bǔ)光 圖像對(duì)車(chē)輛接地點(diǎn)進(jìn)行定位，并計(jì)算車(chē)輛行駛距離及速度；或者，通過(guò)車(chē)燈上的特征點(diǎn)對(duì)車(chē) 輛進(jìn)行跟蹤定位，并利用估計(jì)的車(chē)燈高度值，計(jì)算車(chē)輛的行駛速度；或者，先在車(chē)輛較遠(yuǎn)時(shí) 對(duì)車(chē)輛進(jìn)行速度預(yù)估，當(dāng)預(yù)估的速度值超過(guò)當(dāng)前場(chǎng)景的速度限定值時(shí)，觸發(fā)閃光燈對(duì)駛?cè)?最佳拍攝區(qū)的車(chē)輛進(jìn)行兩次補(bǔ)光拍攝，根據(jù)兩幀補(bǔ)光圖片，對(duì)車(chē)輛接地點(diǎn)進(jìn)行定位，然后計(jì) 算車(chē)輛的行駛距離及速度。
[0009] 優(yōu)選地，所述步驟（2)中，將多幀的接地點(diǎn)坐標(biāo)換算成場(chǎng)景實(shí)際坐標(biāo)通過(guò)下列公式 完成：
優(yōu)選地，兩次補(bǔ)光間隔時(shí)間0. 5秒。
[0010] 優(yōu)選地，所述車(chē)輛的行駛速度通過(guò)下列公式計(jì)算得出：
[0011] 優(yōu)選地，車(chē)輛的行駛距離和行駛速度通過(guò)0MAPL138芯片計(jì)算完成。
[0012] 與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明具有以下有益效果： 本發(fā)明通過(guò)對(duì)攝像機(jī)的安裝方式進(jìn)行合理設(shè)定，首先從攝像機(jī)的工作角度來(lái)減小拍攝 誤差，包括定位誤差、抖動(dòng)誤差、車(chē)牌變形等等，為車(chē)輛速度檢測(cè)的準(zhǔn)確性奠定可靠的基礎(chǔ)。 然后，通過(guò)借助道路的六九標(biāo)線和人工鋪裝的標(biāo)定模板對(duì)攝像機(jī)進(jìn)行標(biāo)定，通過(guò)簡(jiǎn)單的方 法來(lái)確定攝像機(jī)的工作環(huán)境；最后，通過(guò)接地點(diǎn)檢測(cè)和跟蹤，以及場(chǎng)景實(shí)際坐標(biāo)換算相互 配合，使用0MAPL138芯片來(lái)得到車(chē)輛的行駛速度，實(shí)現(xiàn)了低成本獲取高精度的車(chē)輛速度檢 測(cè)，具有很高的實(shí)用價(jià)值和市場(chǎng)前景。
【附圖說(shuō)明】
[0013]圖1為本發(fā)明中的攝像機(jī)成像模型。
[0014]圖2為本發(fā)明中雙消失點(diǎn)標(biāo)定法的標(biāo)定模板。
[0015]圖3為本發(fā)明中單消失點(diǎn)標(biāo)定法的標(biāo)定模板。
[0016] 圖4為本發(fā)明中兩種標(biāo)定法在不同轉(zhuǎn)動(dòng)角環(huán)境下計(jì)算俯仰角的誤差。
[0017] 圖5為本發(fā)明中兩種標(biāo)定法在病態(tài)現(xiàn)象環(huán)境中由不同標(biāo)定誤差等級(jí)引起的俯仰 角計(jì)算誤差。
[0018] 圖6為本發(fā)明中跟蹤點(diǎn)高度與投影距離之間的關(guān)系示意圖。
【具體實(shí)施方式】
[0019] 下面結(jié)合附圖和實(shí)施例對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步說(shuō)明，本發(fā)明的實(shí)施方式包括但不限于 下列實(shí)施例。 實(shí)施例
[0020] 如圖1所示，本發(fā)明公開(kāi)的一種基于攝像機(jī)前端處理的交通測(cè)速方法，主要利用 0MAPL138芯片來(lái)實(shí)現(xiàn)算法處理。該芯片為T(mén)I公司推出的C6748浮點(diǎn)DSP內(nèi)核和ARM9 內(nèi)核的雙核高速處理器，集圖像、語(yǔ)音、網(wǎng)絡(luò)、存儲(chǔ)于一體，性價(jià)比高。頻率最高達(dá)456MHz 的C6748內(nèi)核提供浮點(diǎn)工作能力以及更高性能的定點(diǎn)工作能力；ARM9具有高度的靈活性， 開(kāi)發(fā)人員可以在其上使用Linux等操作系統(tǒng)，方便地為其應(yīng)用添加人機(jī)接口、網(wǎng)絡(luò)功能、 觸摸屏等。
[0021] 0MAPL138芯片在不同使用情況下總功耗為440mW，待機(jī)模式功耗為15mW，其內(nèi)存 和外設(shè)資源十分豐富，可以滿足高精度視頻測(cè)速系統(tǒng)的設(shè)計(jì)要求，而且也方便將來(lái)進(jìn)行系 統(tǒng)的擴(kuò)展和升級(jí)。
[0022] 在實(shí)際測(cè)速之前，首先要安裝攝像機(jī)，攝像機(jī)的安裝方式在很大程度上影響著速 度檢測(cè)的精確度。攝像機(jī)的安裝高度不僅需要考慮測(cè)速誤差、定位誤差，還要考慮施工難 度、視野范圍，而為了降低抖動(dòng)誤差，在保證視野的情況下，盡量增大俯仰角，本實(shí)施例中， 俯仰角艱置為大于等于〃/2。轉(zhuǎn)動(dòng)角決定了攝像機(jī)屬于側(cè)裝還是正裝，正裝時(shí)轉(zhuǎn)動(dòng)角接 近90°，側(cè)裝時(shí)為了增大視角以及減少車(chē)牌的變形，也應(yīng)盡量靠近90°方向，因此本實(shí)施 例中將其設(shè)置成大于70°。至于旋轉(zhuǎn)角，則按照接近0°來(lái)安裝。
[0023] 攝像機(jī)安裝完畢之后，首先對(duì)攝像機(jī)進(jìn)行標(biāo)定和坐標(biāo)轉(zhuǎn)換。如圖1所示，使用俯仰 角轉(zhuǎn)動(dòng)角A旋轉(zhuǎn)角?、焦距沒(méi)卩攝像機(jī)高度A等幾個(gè)參數(shù)來(lái)定義圖像平面和實(shí)際三維世 界坐標(biāo)的關(guān)系。俯仰角堤攝像機(jī)光軸相對(duì)于三維世界坐標(biāo)中X-FP面的垂直夾角；轉(zhuǎn)動(dòng)角 P是從三維坐標(biāo)系中的辟由沿逆時(shí)針?lè)较虻綌z像機(jī)光軸在X-FP面投影線上的水平夾角； 旋轉(zhuǎn)角s是指攝像機(jī)沿著它的光軸的旋轉(zhuǎn)角度；焦距是指從圖像平面沿光軸到攝像機(jī)鏡片 中心的距離；攝像機(jī)高度是指從攝像機(jī)鏡頭中心到X-FP面的垂直高度。
[0024] 假設(shè)Q=C^ 4 0為三維世界坐標(biāo)中的一點(diǎn)，它在二維圖像坐標(biāo)中的對(duì)應(yīng)點(diǎn)為 Q=(Xpj9)。一個(gè)從三維世界坐標(biāo)中的點(diǎn)到圖像坐標(biāo)的正向映射函數(shù)釦可以由以下公式給 出：
其中，旋轉(zhuǎn)矩陣R和平移矩陣T用來(lái)表征攝像機(jī)的外部參數(shù)，而3X3的上三角矩陣K用來(lái)表征攝像機(jī)的內(nèi)部參數(shù)，它們具有以下形式：
〇 = 乂 /乂.為縱橫比(通常為1)，為傾斜因子(通常設(shè)為〇)，為光軸與圖像平面相交 的原點(diǎn)坐標(biāo)(通常設(shè)為（0，0))。通過(guò)以上公式，可以推導(dǎo)出：

通過(guò)標(biāo)定點(diǎn)計(jì)算攝像