CN101201976A - 通过视频方式精确获取车辆速度的方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开一种通过视频精确获取车辆速度的方法，主要有以下几个特征：1.测量摄像机需要安装被测车道的正上方；2.需要对路面进行处理，包括画若干条与车行驶方向一致的条纹利在条纹的两端画出两条水平标志线；主机将不断对条纹进行扫描获得速度，对水平线扫描获得安装位置是否偏移的依据；3.本发明还利用了视频信号每场之间的时间间隔一样的特性，并且还采用了补光措施。

Description

通过视频方式精确获取车辆速度的方法

技术领域

本发明是属于智能交通领域一种视频测速的方法，通过本方法可以提高视频测速的精度。

背景技术

在智能交通领域对如何准确测量行使中的测量速度一直是科技工作者研究的重点，根据测量原理不同，目前有如下几种测量方式：1、触发线圈测速；2、微波测速；3、激光测速；4、视频测速。

线圈测速原理是基于电磁感应原理，即在路面上埋设两个线圈，车辆作为一个大的导体经过线圈必将对线圈的磁场造成较大的影响，从而影响到流经线圈的电流，故只需要检测出这种变化(两个线圈)，即可经过测得车辆的速度。该测速方式是实现简单、造价低，但需要破坏路面，施工较麻烦。

微波测速，又称雷达测速，是利用多普勒原理实现测速。即通过测速仪主动向运动的车辆发送雷达波，雷达波碰到运动的车辆后，反射波的频率将产生变化，根据该变化与速率变化规律即可测得车辆速度。该测速方式需要主动发送一定张角的雷达波，准确度受角度控制，而且容易被反雷达设备捕捉，造价较贵。

激光测速原理是基于激光测距的基础上实现，激光测距是通过对被测物体发射激光光束，并接收该激光光束的反射波，记录该时间差，来确定被测物体与测试点的距离。激光测速是对被测物体进行两次有特定时间间隔的激光测距，取得在该一时段内被测物体的移动距离，从而得到该被测物体的移动速度。由于该激光光束基本为射线，估测速距离相对于雷达测速有效距离远，可测1KM外的车辆；测速精度高，误差＜1公里；鉴于激光测速的原理，激光光束必须要瞄准垂直与激光光束的平面反射点，又由于被测车辆距离太远、且处于移动状态，或者车体平面不大，而导致激光测速成功率低、难度大，特别是执勤警员的工作强度很大、很易疲劳，而且该设备价格昂贵。

视频测速是基于图像处理而实现的，主要是通过计算机获取道路的背景图像，计算机对每场图像背景进行分析，判断是否有变化，根据变化判断是否有车，进而判断相邻两场或多场之间车的位移，由于相邻两场之间的时间是固定的(对于pal格式的摄像机是20ms)，故可以计算出来车辆速度。

通过以上分析，视频测速是最先进的测量手段，但目前的视频测量主要存在两个问题而容易导致漏车、测速误差大。

一、由于视频测速主要依据图像来分析，而图像是室外全天候的图像，在不同的时间、气候条件下导致图像的变化很大，有时会导致背景在有车无车情况下变化不够大，而导致误判；有时会因为突然出现阴影(云)而导致判断有车经过；

二、由于摄像机安装在室外，遭受到风吹雨打后可能导致固定位置偏移，而位置不论是向上、下、左、右偏均会对视频测速造成致命的影响，导致测速误差巨大。

发明内容

本发明是通过视频对车辆速度进行精确测量的方法。本发明有如下几个特征：

一、本发明视频获取是通过摄像机实现的，一个摄像机可以实现对一个或多个车道车辆速度的测量，一个车道测量时，摄像机需要安装在该车道的正上方；对多个车道测量的情况下，需要安装在几个车道的正上方；

二、路面处理，即本发明为了通过视频精确获取车辆速度，必须对路面进行处理，本发明的处理方法包括两部分：1、在每个车道沿车行方向画出多条间隔均匀的白色(或黄色)条纹，主机对路面不断进行扫描，无车的正常背景将是间隔波纹；有车的情况下，由于背景被车辆覆盖，条纹的规律被破坏，如此将可以精确将车辆位置确定；2、在条纹线的两端各画出两条水平横向标志，该标志距离摄像机安装杆的水平距离是一样的。

三、按照本发明的工作流程如下：

1、初始化，在初始化阶段，主机对一些系统重要的参数进行赋值，包括摄像机安装高度(H)、摄像机和近端横向标志线之间的水平方向的垂直距离(L1)及两个标志线之间的水平方向垂直距离(L2)、两水平横向标志线在图像中的行位置允许范围及两者之间的行偏差数允许范围；

2、安装位置偏差扫描及控制，主机获取一场图像，在确定该场图像没有车辆存在的情况下(通过判断波纹规律存在)，在图像的底部分析出左右两块横向标志块的起始位置，并分别标记p1、p2。对p1和p2之间的差值及各自的位置与系统设定的标准值进行比较，当所有的值在标准值范围之内，即取p1、p2的平均值作为横向标志在图像中行位置并赋值给linep1，然后对顶部的水平横向标志作同样处理，找出开始行数并赋值给linep2，进入到下一环节；当p1、p2之间的偏差大于系统设定的范围，或p1、p2的本身位置不在设定的范围之内，系统将进行自我矫正(通过控制云台、镜头实现)，或向中心进行报警；系统将保证每天至少对安装位置偏差扫描一次，或则在连续20辆车(可根据实际进行修改)速度的平均值(也可以采用前一天的平均速度)比该路段设定平均值低20％(可根据实际进行修改)时，强制对安装位置偏差进行扫描，当安装位置确定无误后，根据当前测量的速度修改设定的平均速度；当发现安装位置偏差后，系统将进行自我矫正(通过控制云台、镜头实现)，或向中心进行报警；

3、第一次扫描，在判断前一次扫描没有发现车辆的情况下，主机(计算机、DSP、或嵌入式CPU)通过不断扫描各场视频，并分析顶部若干行的视频特性是否满足波纹规律，在发现波纹规律完整的情况下，即判断本场视频内没有发现车辆，结束扫描；在发现波纹规律不完整的情况下，将扫描行位置向下移动若干行再查找，在多次移动后可以找到车辆在本场内的开始出现的起始位置Lines，并纪录下来；

4、第二次扫描，在第一次扫描中发现有车出现在视频图像中，主机获取随后的指定场图像(该场与第一场的间隔数可以根据测量测速、主机性能、单机测量的车道数量进行设置)，并在该场根据第一次判断车辆在视频位置的方法对车辆在该场内的起始位置进行定位，并将该位置纪录为Linee；

5、速度计算，根据两次测量车辆在视频中的位置计算车辆的速度，计算公式如下：

V＝H*(tg(a1+a2*(linep1-lines)/(linep1-linep2))-

tg(a1+a2*(linep1-linee)/(linep1-linep2)))/(N*20*0.001)

式中各符号的含义如下：

a1：摄像机安装杆与靠近摄像机的横向标志水平线垂直方向的夹角；

a2：摄像机安装杆与远离摄像机的横向标志水平线垂直方向的夹角；

H：摄像机安装高度；

Lines：第一次扫描中车辆在图像中出现的起始行数；

Linee：第二次扫描中车辆在图像中出现的起始行数；

N：两次扫描之间的场间隔数。

6、后处理，在本环节中，涉及到测量信息的保存、测量速度与限速的比较、是否向联网中心发送报警信息(在有联网情况下)；

四、以上解决了距离测量的精确性，但测量速度，不但需要距离测量准确度高，还需要时间间隔测量准确度高，本发明采用了电视模拟视频图像的固有特性，即每场之间的间隔是固定的特性。另外为了确保各场视频信号之间间隔的稳定，本发明还采用了利用摄像机的电子快门来进行成像，在有快门的情况下，如果环境光不够，还需要采用补光措施，光源采用大功率的金卤灯或闪光灯，金卤灯和闪光灯的控制由主机完成。

通过本发明可以大大提高视频测速时对环境的适应力，能大大提高测速的精度；并且本发明极大地降低了测速的成本、测速实施的难度。

附图说明

图1；系统构成图。

1、摄像机；

2、主机；

3、辅助光源；

4、安装杆；

图2；精确视频测速示意图。

图中参数说明如下：

a1：摄像机安装杆与靠近摄像机的横向标志水平线垂直方向的夹角；

a2：摄像机安装杆与远离摄像机的横向标志水平线垂直方向的夹角；

ax：摄像机安装杆与远离摄像机的横向标志水平线垂直方向的夹角；

H：摄像机安装高度；

Lines：第一次扫描中车辆在图像中出现的起始行数；

Linee：第二次扫描中车辆在图像中出现的起始行数；

Linep1：底部两水平横向标志在图像中的水平行位置；

Linep2：顶部两水平横向标志在图像中的水平行位置；

图3；安装位置偏差计算示意图。

图中参数说明如下：

p1：底部左水平标志线头在视场中出现的行位置；

p2：底部右水平标志线头在视场中出现的行位置；

图4；系统工作流程。

具体实施方式

本部分就一个单方向、单车道视频测速实施进行介绍：

1、设备安装

本系统需要的设备共有四样，摄像机(1)、主机(2)、辅助光源(3)和安装杆(4)，摄像机(1)安装在被测车道的中央位置，高度一般为5.5~6米(需要龙门架或单挑横杆)，对于带有自动调整功能的摄像机，还需要安装云台，并将摄像机安装在云台上；主机(2)可以采用工控机或嵌入式的带视频处理功能的主机，一般安装在摄像机附近，两者之间通过线缆联接；辅助光源(3)一般为大功率的金卤灯或闪光灯，一般情况下，灯另外采用安装杆，并安装位置能够保证光覆盖被测车道全部位置；

2、路面处理

在对路面进行处理之前需要确定几个参数，即摄像机安装位置距离测量视场的水平距离、测量视场的长度。一般情况下，摄像机安装位置距离测量视场的水平距离和安装高度相仿；测量视场的长度由该路段的最高可能车速及主机性能决定，即保证两次扫描的时间间隔之内车没有跑出测量视场即可，一般测量视场取3～6米长度。

在决定了以上参数后，就可以对路面进行处理了，路面处理主要是在路面上画出两种线，一种是纵向的多条间隔相同的白色(或黄色)条纹，另外一种就是在条纹的两端各自画出两标志块，两个标志块距离摄像机安装杆的水平距离是一样的。

3、软件流程

A、对系统进行参数设置，包括H、L1、L2、L3、L4、n、摄像机角度误差最大参数，定期启动条件；

B、获取背景图像，分析图像，参看图3，分别获取水平标志线头所在的行位置，据此计算摄像机位置偏移参数，并根据参数是否在设定范围内决定是否报警；

C、当判断摄像机安装位置在设定值范围之内时，则进行视频测速环节：

视频测速的关键就是不断获取并分析各场图像，没有车出现的情况下，背景图片数据因为标志线原因是间隔波纹状，而在有车辆的情况下，背景被车覆盖，该特征将消失，根据该图像特征从而可以判定车头在背景中的行位置；然后系统间隔1或多个场再获取图像并分析车头位置，在第二次分析图像位置时为了加快分析速度，将采用预测方式，即开始判定的位置为：第一次出现的行位置+预测行数，预测行数可以采用历史的平均速度对应的行数。

D、由于摄像机安装位置偏移会导致测量的速度与实际值有很大的偏差，故可以采用多次计算出的平均车速和设定的平均车速进行比较，若两者相差太大(超过设定范围)，将强制启动位置偏移扫描步骤对安装位置进行确认。

Claims (7)

1.一种通过视频测量车辆速度的方法，其特征在于：通过摄像机获取视频信号，并通过分析视频信号的特征获得被测车辆的速度；利用视频信号的特征还可以确定摄像机自身安装位置是否偏移；为了加强视频比对特征，需要对路面进行特殊处理；还具有获取精确时间间隔的手段；

2.权利要求书所要求的摄像机可以实现对一个或多个车道车辆速度的测量，一个车道测量时，摄像机需要安装在该车道的正上方；对多个车道测量的情况下，需要安装在几个车道的正上方；

3.权利要求书所要求的路面处理，包括两部分：一、在每个车道沿车行方向画出多条间隔均匀的白色(或黄色)条纹，主机对路面不断进行扫描，无车的正常背景将是间隔波纹；有车的情况下，由于背景被车辆覆盖，条纹的规律被破坏，如此将可以精确将车辆位置确定；二、在条纹线的两端各画出两条水平横向标志，该标志距离摄像机安装杆的水平距离是一样的。

4.该方法具有按照如下的步骤工作的特征：

步骤一：初始化，在初始化阶段，主机对一些系统重要的参数进行赋值，包括摄像机安装高度(H)、摄像机和近端横向标志线之间的水平方向的垂直距离(L1)及两个标志线之间的水平方向垂直距离(L2)、两水平横向标志线在图像中的行位置允许范围及两者之间的行偏差数允许范围；

步骤二：安装位置偏差扫描及控制，主机获取一场图像，在确定该场图像没有车辆存在的情况下(通过判断波纹规律存在)，在图像的底部分析出左右两块横向标志块的起始位置，并分别标记p1、p2。对p1和p2之间的差值及各自的位置与系统设定的标准值进行比较，当所有的值在标准值范围之内，即取p1、p2的平均值作为横向标志在图像中行位置并赋值给linep1，然后对顶部的水平横向标志作同样处理，找出开始行数并赋值给linep2，进入到下一环节；当p1、p2之间的偏差大于系统设定的范围，或p1、p2的本身位置不在设定的范围之内，系统将进行自我矫正(通过控制云台、镜头实现)，或向中心进行报警；系统将保证每天至少对安装位置偏差扫描一次，或则在连续20辆车(可根据实际进行修改)速度的平均值(也可以采用前一天的平均速度)比该路段设定平均值低20％(可根据实际进行修改)时，强制对安装位置偏差进行扫描，当安装位置确定无误后，根据当前测量的速度修改设定的平均速度；当发现安装位置偏差后，系统将进行自我矫正(通过控制云台、镜头实现)，或向中心进行报警；

步骤三：第一次扫描，在判断前一次扫描没有发现车辆的情况下，主机(计算机、DSP、或嵌入式CPU)通过不断扫描各场视频，并分析顶部若干行的视频特性是否满足波纹规律，在发现波纹规律完整的情况下，即判断本场视频内没有发现车辆，结束扫描；在发现波纹规律不完整的情况下，将扫描行位置向下移动若干行再查找，在多次移动后可以找到车辆在本场内的开始出现的起始位置Lines，并纪录下来；

步骤四：第二次扫描，在第一次扫描中发现有车出现在视频图像中，主机获取随后的指定场图像(该场与第一场的间隔数可以根据测量测速、主机性能、单机测量的车道数量进行设置)，并在该场根据第一次判断车辆在视频位置的方法对车辆在该场内的起始位置进行定位，并将该位置纪录为Linee；

步骤五：速度计算，根据两次测量车辆在视频中的位置计算车辆的速度，计算公式如下：

V＝H*(tg(a1+a2*(linep1-lines)/(linep1-linep2))-

               tg(a1+a2*(linep1-linee)/(linep1-linep2)))/(N*20*0.001)

式中各符号的含义如下：

a1：摄像机安装杆与靠近摄像机的横向标志水平线垂直方向的夹角；

a2：摄像机安装杆与远离摄像机的横向标志水平线垂直方向的夹角；

H：摄像机安装高度；

Lines：第一次扫描中车辆在图像中出现的起始行数；

Linee：第二次扫描中车辆在图像中出现的起始行数；

N：两次扫描之间的场间隔数。

步骤六：后处理，在本环节中，涉及到测量信息的保存、测量速度与限速的比较、是否向联网中心发送报警信息(在有联网情况下)；

5.权利要求1所说的获取精确时间间隔的手段是指利用了电视模拟视频图像的固有特性，即每场之间的间隔是固定的特性来确保每次测量间隔时间的准确性。

6.为了确保权利要求5所述的视频每场之间的间隔特性一致性，本发明利用摄像机的电子快门来进行成像，通过设定电子快门将保证每场成像时间的一致性，即确保了测量时间间隔的准确性。

7.权利要求6所述的摄像机有快门的情况下，如果环境光不够，还需要采用补光措施，光源采用大功率的金卤灯或闪光灯，金卤灯和闪光灯的控制可以由主机完成。

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