CN100578562C - 用视频监测车辆违法行为的方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及计算机图像处理技术领域，尤其是一种用于视频监测交通车辆违法的方法，实现方法的步骤如下：选择是单系统连接的方式或系统连接的方式中任一种；步骤有：监测区域设置，图像采集，识别车辆、记录。监测与记录车辆违法行为的图像是用同一个图像采集器采集的；记录违法车辆牌照的图片是高分辨率的图片，该图片和记录车辆违法位置图片的图像范围是一致的；所记录的数据还包括一个记录车辆违法过程的视频流文件；本方法不仅可以监测记录车辆闯红灯违法行为，还可以监测记录车辆其它违法行为，如违禁转向、压实线行驶、在禁驶车道行驶、越线行驶、超速、逆行、非正常停车等车辆违法行为；可广泛应用在交通车辆违法管理中。

Description

用视频监测车辆违法行为的方法

技术领域

本发明涉及计算机图像处理技术领域，尤其是涉及一种将计算机图像处理技术用于视频监测交通车辆违法的方法。

背景技术

目前，现有的成熟技术，是用相机记录车辆闯红灯违法行为的方法，其工作原理是：在交通路口埋设地感线圈，当车辆在红灯期间行驶越过地感线圈，车辆切割地感线圈使其磁力线产生变化，以此触发相机拍摄，相机将该车辆的闯红灯违法行为记录在胶片或存储卡上；由人工从相机内取下胶片或存储卡。这种方法的不足之处是：在右转车道上无法安装；地面埋设感应线圈时需要破坏路面且施工量大，路面变更或变动时需要重埋地感线圈；处罚周期较长；处罚证据仅是一张相片。

另外一种用视频监测车辆闯红灯违法行为的方法，其工作原理是：用一个大场景摄像机监测路口上的一条或几条车道的车辆，用固定位置的一个小场景摄像机记录一条车道上的车辆牌照；由于普通摄像机的分辨率约为45万像素，采集动态物体有效分辨率仅为22.5万像素；所以为了在多条车道上采集到清晰的车牌，则需用多个摄像机来分别记录每个车道上的车辆牌照。当红灯期间车辆在车道上行驶越过停车线时，由大场景摄像机识别出车辆，由小场景摄像机记录下该条车道上的车辆牌照；记录的数据通常是三张图片，第一张图片记录车辆闯红灯前的位置，第二张图片记录车辆闯红灯后的位置，第三张图片记录车辆的牌照。记录下的违法数据可以存储在本地硬盘上再由人工下载，也可以通过网络传输方式传回到控制中心。

已公开的专利有《一种集中模式的全视频车辆信息采集系统》，公开日：2007年6月20日，公开号CN 1983346A，申请号：200510111381.1，公开了一种集中模式的全视频车辆信息采集系统，包括：至少一个图像抓拍装置，至少一个嵌入式板卡，控制中心，一后端控制板，一前端控制板，一通信设备，实现车辆信息自动采集。

上述的现有技术不足之处是：由于小场景摄像机仅能记录在车道内违法行驶车辆的牌照，如果车辆在两条车道中间行驶就无法记录到违法车辆的牌照；用于处罚证据的第一张和第二张是由大场景摄像机记录的，第三张图片是由小场景摄像机记录的，所以证据不具备一致性和完整性；只能实现自动监测记录车辆闯红灯违法行为，不能自动监测记录车辆其它违法行为，如违禁转向、压实线行驶、在禁驶车道行驶、越线行驶、超速、逆行、非正常停车等车辆违法行为；另外由于小场景摄像机是固定的并且分辨率较低，所以只能监测在设定的单车道内车辆的违法行为，不能监测与记录在其它车道和在两条车道中间行驶车辆的违法行为。

公开的发明不足之处是：提出一种集中模式的全视频车辆信息采集系统，仅能实现自动监测记录车辆在车道内超速行驶的违法行为和在车道内检测黑名单车辆，不能自动监测记录车辆其它违法行为；再者由于摄像机是固定的并且分辨率较低，所以只能采集车道内行驶的车辆信息，无法采集其它车道和在两条车道中间行驶的车辆信息。

发明内容

针对上述现有技术以及公开的发明存在的缺陷，本发明的目的就是提供一种用视频监测车辆违法行为的方法：采用了用安装的视频监测车辆违法行为的装置，包括：图像采集器，云台，补光设备，交通信号灯，处理机，记录设备，传输设备以及外部系统，来实现监测与记录车辆违法行为，实现方法的步骤如下：

(1)选择系统连接方式：选择单系统连接的方式或系统连接的方式；

(2)监测区域设置的步骤：在图像采集器采集的范围上设置一个监测区域，该区域是一个以上监测子区域，并对每个监测子区域建立一个坐标系和设置交通违法线，每个监测子区域均是用一条以上的线围成的一个封闭区域，交通违法线为一条以上线段，这些线段所围区域，或者这些线段和监测子区域边界线所围区域在监测子区域中形成一个以上禁行区，禁行区是指禁行区域和时间禁行区域；禁行区域是指禁止车辆穿越交通违法线行驶的区域，时间禁行区域是指在交通信号限制时禁止车辆穿越交通违法线行驶的区域；

(3)图像采集的步骤：图像采集器连续采集图像源的视频图像，并将这些图像输入到处理机，处理机将这些图像的每幅图像分别变换成一组数据；

(4)识别车辆的步骤：根据监测子区域内的物体移动产生的图像差异和图像中车辆的形状，处理机将车辆与非移动物体以及其它移动物体相区别，并计算车辆的位置、车辆的移动方向和移动量；图像差异是指当监测子区域内物体移动时在不同组数据中产生的数据数值大小的差异；

(5)记录的步骤：根据车辆的移动方向和移动量，如车辆在禁行区内移动，则由处理机控制图像采集器采集车辆违法图片和由处理机生成视频流数据，车辆违法图片是指记录该车辆违法位置的图片和记录该车辆牌照的高分辨率图片，视频流数据是指以确定编码格式压缩车辆违法这段时间的视频流的数据，再由处理机控制记录设备记录下这些图片数据和视频流数据；

(6)补光设备的设置：当监测区域光照度小于图像采集器最低照度时，由处理机控制补光设备处于开，否则补光设备处于关。

单系统连接的方式是，图像采集器和处理机连接，处理机和交通信号灯输出端连接，处理机和记录设备连接，处理机和补光设备连接，图像采集器是安装在固定架上或是安装在云台上，当图像采集器安装在云台上时，处理机和云台连接。

系统连接的方式是，图像采集器和处理机连接，处理机和交通信号灯输出端连接，处理机和记录设备连接，处理机和补光设备连接，处理机和传输设备连接，传输设备和外部系统连接，外部系统是系统以外的网络和计算机系统，图像采集器是安装在固定架上或是安装在云台上，当图像采集器安装在云台上时，处理机和云台连接。

记录的步骤：设定记录的数据是二张图片，则一张图片记录车辆违法的一个位置，另一张图片记录车辆违法的另一个位置和该违法车辆的牌照；或，

记录的步骤：设定记录的数据是三张图片，则一张图片记录车辆违法的一个位置，另一张图片记录车辆违法的另一个位置，还有一张图片记录该违法车辆的牌照。

本发明的显著特征是：监测与记录车辆违法行为的图像是用同一个图像采集器采集的；记录违法车辆牌照的图片是大于120万像素的图片，该图片和记录车辆违法位置图片的图像范围是一致的；所记录的数据还包括一个记录车辆违法过程的视频流文件；记录车辆违法过程的视频流文件是指以确定编码格式压缩车辆违法这段时间的视频文件。

图像采集器的技术参数是：视频输出：PAL或NTSC制式的视频，水平分辨率≥240线；采集图片的分辨率：≥水平1280×垂直960，最大采集速率≤20ms，图片传输：图片传输是用以下四种接口之一或以下四种接口中两种以上的接口进行传输，每种接口使用的数量一个以上，这四种接口是以太网口、USB口、1394口、串口；最低光照度≥10Lux；镜头：固定焦距镜头或1倍以上变动焦距镜头。

处理机技术参数是：(1)处理设备：普通计算机：CPU奔腾31.0GHz以上、内存≥32MB、硬盘≥20GB；(2)采集压缩卡：视频采集分辨率：≥水平160×垂直120，采样位数≥5位，具有确定编码格式的压缩视频功能，压缩视频的分辨率：≥水平88×垂直72；(3)交通信号灯检测电路：交通信号灯输出端电压或电流实时转换成处理器通信口使用电压的器件或电路；通信口：以下五种接口之一或以下五种接口中两种以上的接口，每种接口使用的数量一个以上，这五种接口是以太网口、USB口、1394口、串口、并行口；(4)系统处理机的传输接口：一个以上以太网口，或一个以上串口，或一个以上以太网口和一个以上串口；(5)补光设备控制电路：当图像采集器采集范围的监测区域上光照度小于图像采集器最低照度时，处理机控制补光设备控制电路使补光设备处于开，否则处理机控制补光设备控制电路使补光设备处于关；该区域光照度的检测方法是：用感光元件进行检测，或者用处理机计算图像采集器采集的该区域图像的平均亮度进行检测。

补光设备的技术参数是：输出可见光，输出可见光的光照度使图像采集器采集范围的监测区域上的光照度≥图像采集器的最低照度。

云台的主要技术参数是：室外二维旋转云台，水平方向旋转角度不小于60°，垂直方向旋转角度向上不小于0°，垂直方向旋转角度向下不小于20°；最大负载：不低于3kg。

单系统记录的数据存储在该系统的存储载体上。

系统记录的数据第一种存储方式：记录的数据存储在该系统的存储载体上；第二种存储方式：由该系统的处理机通过传输设备将所记录的数据传输到外部系统的存储载体上；传输设备是指用于处理机和外部系统传输数据的设备。

本发明的方法的有益效果是：监测与记录车辆违法行为的图像是同一个图像采集器采集的，该方法的图像采集器既能输出监测场景的视频流又可采集高分辨率的图片；该图像采集器安装在一个云台上，通过旋转云台可以监测与记录其它车道的车辆违法行为；本方法记录的证据是二张以上图片和一个记录车辆违法过程的视频流，同时这些图片还可以记录交通信号，其证据具有一致性和完整性；本方法能监测与记录监测区域内行驶的车辆，包括在两条车道中间行驶的车辆，并能清晰地记录车辆牌照；本方法除可以监测记录车辆闯红灯违法行为，还可以监测记录车辆其它违法行为，如违禁转向、压实线行驶、在禁驶车道行驶、越线行驶、超速、逆行、非正常停车等车辆违法行为。

附图说明

图1：是本发明的固定式的单系统结构图

图中，单系统由图像采集器、补光设备、交通信号灯、处理机和记录设备组成；图像采集器安装在固定架上。

图2：是本发明的旋转式的单系统结构图

图中，单系统由图像采集器、补光设备、交通信号灯、处理机和记录设备组成；图像采集器安装在云台上，通过处理机控制云台旋转达到改变监测区域的目的。

图3：是本发明的固定式的系统结构图

图中，系统由图像采集器、补光设备、交通信号灯、处理机、记录设备、传输设备和外部系统组成；图像采集器安装在固定架上。

图4：是本发明的旋转式的系统结构图

图中，系统由图像采集器、补光设备、交通信号灯、处理机、记录设备、传输设备和外部系统组成；图像采集器安装在云台上，通过处理机控制云台旋转达到改变监测区域的目的。

图5：是本发明单系统或系统的处理流程图

图中，监测区域的设置是在图像采集器采集的范围上设置一个以上监测子区域，并对每个监测子区域建立一个坐标系和设置交通违法线，监测子区域是用一条以上的线围成的一个封闭区域，交通违法线为一条以上线段，这些线段所围区域或者这些线段和监测子区域边界线所围区域在监测子区域中形成一个以上禁行区；图像采集是将图像源的视频图像连续采集到处理机，处理机比较不同组的图像的差异，如不同组的图像无差异，则继续采集图像；如有差异，则识别这些差异中有无车辆，如无车辆，则继续采集图像；如有车辆，则判断车辆是否正常行驶；如车辆正常行驶，则继续采集图像；如车辆非正常行驶，则记录车辆违法数据；非正常行驶是指车辆在禁行区内移动；记录车辆违法数据是指由处理机控制图像采集器采集车辆违法图片和由处理机生成车辆违法视频流数据，再由处理机控制记录设备记录下这些图片数据和视频流数据；车辆违法图片是指记录该车辆违法位置的图片和记录该车辆牌照的高分辨率图片，车辆违法视频流是指记录该车辆违法过程的视频流。

图6：是本发明系统传输数据的处理流程图

图中，外部系统首先查询系统有无记录车辆违法行为的数据；如有，则判断是否能传输这些数据，如能传输，则由系统处理机通过其传输设备将所记录的数据传输到外部系统中。

具体实施方式

下面结合附图，详细叙述本发明的方法的具体实施方式：

在交通路口L型杆上安装视频监测车辆违法行为方法的装置，图像采集器是一台高清晰摄像机，交通信号灯为红灯，其输出端接入到处理机，处理机由一台工控计算机、一块插在该计算机内的图像采集压缩卡，一块插在该计算机内的以太网卡，信号灯检测电路和补光设备控制电路组成；传输设备是工控计算机内的网卡和传输数据的相关电路；外部系统是本系统以外的网络和中心控制计算机。

图像采集器安装在云台上；高清晰摄像机既可输出PAL制式的视频流，又可采集120万像素的图片；图像采集压缩卡实时地将每帧视频图像转变成红色、绿色、蓝色三个二维图像阵列，每个阵列水平方向有320个点，垂直方向有240个点，每个点的亮度值为0～255；同时该卡还实时地产生一个MPEG-工压缩编码格式的视频流数据；压缩视频的分辨率176(水平)×144(垂直)；信号灯检测电路：是一个电压转换器及相关电路，它将红灯输出的0V～220V交流电压转换成0V～5V直流电压，并将这直流电压接入工控计算机的串口；工控计算机内的网卡用网线和外部系统相连接。

监测区域设置为一个监测子区域，该子区域是一个梯形区域，该区域水平方向覆盖三条车道，其中最右边的车道为非机动车道，区域左边线位于这三条车道最左边车道线上，区域右边线位于这三条车道最右边车道线上；垂直方向从停车线后方6米至停车线前方24米；建立的坐标系是直角坐标系，坐标系的X轴是梯形区域的底边线，Y轴是梯形区域的左边线；交通违法线是一条直线，该线位于停车线上，该线和该区域左边线、右边线将该区域分出一个禁行区，该禁行区是Y向从交通违法线至监测子区域的前端边线，X向为监测子区域左边线至右边线的区域；该禁行区是时间禁行区域；在红灯期间，不允许车辆穿越交通违法线到该禁行区行驶。

当上述监测区域光线照度小于图像采集器最低照度时，由处理机控制补光设备控制电路使补光设备开，否则处理机控制补光设备控制电路使补光设备关；检测该区域的光照度方法是：用处理机计算图像采集器采集的该区域图像的平均亮度进行检测；补光设备控制电路是个开关电路，其开或关由工控计算机依据检测出该区域的光照度进行控制。

工控计算机在内存中始终保存5秒压缩的视频流数据，5秒时间是从当前时间前5秒至当前时间；工控计算机计算本帧图像和前帧图像的差异，并从这些差异中判断有无移动物体，如有移动物体则计算每个移动物体的大小和形状，如一个移动物体的大小和形状符合车辆的大小和形状，就判断该移动物体是车辆，如果该车辆前端进入监测子区域，就计算该车辆前边线中点的坐标，如果该车辆后端进入监测子区域就计算该车辆后边线中点的坐标；如果该车辆继续移动则不断计算出它的前边线中点坐标和后边线中点坐标；如果该车辆是在红灯期间行驶，则当车辆前边线Y向中点坐标值越过交通违法线时就记录下车辆这个位置的一幅视频图像，该图片作为车辆违法前的图片，同时该时刻T作为记录后5秒视频流的起始时刻；当车辆后边线Y向中点坐标值越过交通违法线时，则由工控计算机控制摄像机采集一幅120万像素的图片，该图片作为车辆违法后的图片和车辆牌照图片；同时工控计算机用在T时刻前5秒的视频流和T时刻后5秒的视频流生成该车辆违法视频流文件。由于摄像机采集的图片像素是120万像素，所以这个图像采集器至少同时可以监测与记录三条车道的车辆违法行为，即使车辆在监测范围内的两条车道中间违法行驶，该系统也能有效监测并能清晰地记录下车辆牌照。

记录的车辆违法行为的证据是两张图片文件和10秒钟视频流文件，其中一张记录的是车辆位于停车线前的图片，另一张是车辆后端位于停车线后并有清晰车辆牌照的图片，这两张图片记录的场景是完全一致的，同时这些图片还记录了交通信号灯处于红灯的状态；10秒钟视频流记录了车辆闯红灯前5秒和闯红灯后5秒视频图像，视频流的压缩格式为MPEG-I；该视频流完整的记录下车辆闯红灯的全过程；所以这些记录的证据具有一致性和完整性。当外部系统要求记录下车辆违法数据的系统传输违法数据时，该系统通过传输设备将这些数据传到外部系统的中心控制计算机的硬盘上。

因为监测区域上车道最右边车道是一条非机动车道，所以该系统也能监测与记录下车辆在非机动车道行驶的违法行为。

由于图像采集器安装在云台上，所以处理机控制云台旋转就可以实现监测与记录其它车道上车辆违法行为的目的。

Claims (12)

1.一种用视频监测车辆违法行为的方法，采用了用安装的视频监测车辆违法行为的装置，包括：图像采集器，云台，补光设备，交通信号灯，处理机，记录设备，传输设备以及外部系统，来实现监测与记录车辆违法行为，其特征在于，实现方法的步骤如下：

(1)选择系统连接方式：选择单系统连接的方式或系统连接的方式；

(2)监测区域设置：在图像采集器采集的范围上设置一个监测区域，该区域是一个以上监测子区域，并对每个监测子区域建立一个坐标系和设置交通违法线，每个监测子区域均是用一条以上的线围成的一个封闭区域，交通违法线为一条以上线段，这些线段所围区域，或者这些线段和监测子区域边界线所围区域在监测子区域中形成一个以上禁行区，禁行区是指禁行区域和时间禁行区域；禁行区域是指禁止车辆穿越交通违法线行驶的区域，时间禁行区域是指在交通信号限制时禁止车辆穿越交通违法线行驶的区域；

(3)图像采集：图像采集器连续采集图像源的视频图像，并将这些图像输入到处理机，处理机将这些图像的每幅图像分别变换成一组数据；

(4)识别车辆：根据监测子区域内的物体移动产生的图像差异和图像中车辆的形状，处理机将车辆与非移动物体以及其它移动物体相区别，并计算车辆的位置、车辆的移动方向和移动量；图像差异是指当监测子区域内物体移动时在不同组数据中产生的数据数值大小的差异；

(5)记录：根据车辆的移动方向和移动量，如车辆在禁行区内移动，则由处理机控制图像采集器采集车辆违法图片和由处理机生成视频流数据，车辆违法图片是指记录该车辆违法位置的图片和记录该车辆牌照的高分辨率图片，视频流数据是指以确定编码格式压缩车辆违法这段时间的视频流的数据，再由处理机控制记录设备记录下这些图片数据和视频流数据；

(6)补光设备的设置：当监测区域光照度小于图像采集器最低照度时，由处理机控制补光设备处于开，否则补光设备处于关。

2.根据权利要求1所述的用视频监测车辆违法行为的方法，其特征在于，所述的单系统连接的方式是，图像采集器和处理机连接，处理机和交通信号灯输出端连接，处理机和记录设备连接，处理机和补光设备连接，图像采集器是安装在固定架上或是安装在云台上，当图像采集器安装在云台上时，处理机和云台连接。

3.根据权利要求1所述的用视频监测车辆违法行为的方法，其特征在于，所述的系统连接的方式是，图像采集器和处理机连接，处理机和交通信号灯输出端连接，处理机和记录设备连接，处理机和补光设备连接，处理机和传输设备连接，传输设备和外部系统连接，外部系统是系统以外的网络和计算机系统，图像采集器是安装在固定架上或是安装在云台上，当图像采集器安装在云台上时，处理机和云台连接。

4.根据权利要求1所述的用视频监测车辆违法行为的方法，其特征在于，所述的记录的步骤：设定记录的数据是二张图片，则一张图片记录车辆违法的一个位置，另一张图片记录车辆违法的另一个位置和该违法车辆的牌照。

5.根据权利要求1所述的用视频监测车辆违法行为的方法，其特征在于，所述的记录的步骤：设定记录的数据是三张图片，则一张图片记录车辆违法的一个位置，另一张图片记录车辆违法的另一个位置，还有一张图片记录该违法车辆的牌照。

6.根据权利要求1所述的用视频监测车辆违法行为的方法，其特征在于，所述的监测与记录车辆违法行为的图像是用同一个图像采集器采集的。

7.根据权利要求4或5所述的用视频监测车辆违法行为的方法，其特征在于，所述的记录违法车辆牌照的图片是大于120万像素的图片，该图片和记录车辆违法位置图片的图像范围是一致的。

8.根据权利要求1所述的用视频监测车辆违法行为的方法，其特征在于，所述的记录的数据还包括一个记录车辆违法过程的视频流文件；记录车辆违法过程的视频流文件是指以确定编码格式压缩车辆违法这段时间的视频文件。

9.根据权利要求1所述的用视频监测车辆违法行为的方法，其特征在于，所述的图像采集器，图像采集器的技术参数是：视频输出：PAL或NTSC制式的视频，水平分辨率≥240线；采集图片的分辨率：≥水平1280×垂直960，最大采集速率≤20ms，图片传输：图片传输是用以下四种接口之一或以下四种接口中两种以上的接口进行传输，每种接口使用的数量一个以上，这四种接口是以太网口、USB口、1394口、串口；最低光照度≥10Lux；镜头：固定焦距镜头或1倍以上变动焦距镜头。

10.根据权利要求1所述的用视频监测车辆违法行为的方法，其特征在于，所述的处理机，处理机技术参数是：(1)处理设备：普通计算机：CPU奔腾31.0GHz以上、内存≥32MB、硬盘≥20GB；(2)采集压缩卡：视频采集分辨率：≥水平160×垂直120，采样位数≥5位，具有确定编码格式的压缩视频功能，压缩视频的分辨率：≥水平88×垂直72；(3)交通信号灯检测电路：交通信号灯输出端电压或电流实时转换成处理器通信口使用电压的器件或电路；通信口：以下五种接口之一或以下五种接口中两种以上的接口，每种接口使用的数量一个以上，这五种接口是以太网口、USB口、1394口、串口、并行口；(4)系统处理机的传输接口：一个以上以太网口，或一个以上串口，或一个以上以太网口和一个以上串口；(5)补光设备控制电路：当图像采集器采集范围的监测区域上光照度小于图像采集器最低照度时，处理机控制补光设备控制电路使补光设备处于开，否则处理机控制补光设备控制电路使补光设备处于关；该区域光照度的检测方法是：用感光元件进行检测，或者用处理机计算图像采集器采集的该区域图像的平均亮度进行检测。

11.根据权利要求1所述的用视频监测车辆违法行为的方法，其特征在于，所述的补光设备，补光设备的技术参数是：输出可见光，输出可见光的光照度使图像采集器采集范围的监测区域上的光照度≥图像采集器的最低照度。

12.根据权利要求1所述的用视频监测车辆违法行为的方法，其特征在于，所述的云台，云台的主要技术参数是：室外二维旋转云台，水平方向旋转角度不小于60°，垂直方向旋转角度向上不小于0°，垂直方向旋转角度向下不小于20°；最大负载：不低于3kg。

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