CN101339697B - 车辆闯红灯的检测系统及方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种车辆闯红灯的检测系统、以及一种车辆闯红灯的检测方法。本发明能够通过运动检测、车辆检测和车牌检测相结合的方式得到闯红灯车辆的车牌区域，以供控制中心识别该车辆的身份，因而无需将红灯闪亮时的所有图像传输给控制中心，从而不需要存储大量图像、且降低了所需占用的网络带宽、并能够降低线路铺设成本。而且，采用运动检测、车辆检测和车牌检测相结合的方式，相比于现有技术中只使用运动检测的方案，检测的更加准确、且鲁棒性更好。此外，基于本发明，控制中心可以只需对车牌区域进行处理，而无需对多幅整帧图像进行处理，从而能够保证实时性且无需高配置的服务器，进一步降低了成本。
Description
技术领域
本发明涉及检测技术，特别涉及一种车辆闯红灯的检测系统、以及一种车辆闯红灯的检测方法。
背景技术
车辆闯红灯的检测是指：在公路交通路口安装视频摄像头，并由该视频摄像头对过往于红绿灯的车辆进行拍摄，然后通过对拍摄到的图像进行运动检测，当检测出在红灯闪亮时存在运动区域时，即认为有车辆闯红灯，并将红灯闪亮时的多幅整帧图像传输给控制中心，供控制中心确认闯红灯车辆的身份。
现有技术中存在多种车辆闯红灯的检测方案，这些方案存在如下问题：
检测出在红灯闪亮时行驶的车辆后，需要将红灯闪亮时的所有图像传输给控制中心，从而使得车辆闯红灯的检测需要存储大量图像、占用较大的网络带宽、需要较高的线路铺设成本；
而且，控制中心需要对多幅整帧图像进行处理后才能够识别出闯红灯车辆的身份，延时很大、无法满足实时性要求；如果需要兼顾实时性，则对于控制中心的服务器要求极高，从而进一步增加了成本。
发明内容
有鉴于此，本发明提供了一种车辆闯红灯的检测系统、以及一种车辆闯红灯的检测方法，能够降低车辆闯红灯检测的成本。
本发明提供的一种车辆闯红灯的检测系统，该系统接收视频摄像头拍摄到的红绿灯区域的目标图像，且该系统包括：
运动检测模块，用于从目标图像中检测运动区域；
车辆检测模块，用于在所述红绿灯的红灯触发信号有效时，检测运动区域是否表示车辆，如果是，则表示有车辆闯红灯、通知车牌检测模块并将包含运动区域的目标图像发送至车牌检测模块，否则表示没有车辆闯红灯并丢弃包含运动区域的目标图像；
车牌检测模块，用于在运动区域表示车辆时，提取该运动区域中包含字符的车牌区域；
网络通信模块，用于将包含字符的车牌区域通过互联网协议IP网络传输至外部的控制中心。
该系统进一步包括：初始化模块；
所述视频摄像头拍摄到的红绿灯下方的目标图像，经所述初始化模块进行图像预处理后输出至所述运动检测模块。
所述车辆检测模块包括：
触发器，用于在所述红绿灯产生的红灯触发信号有效时，产生使能信号；
线性分类器，用于根据所述使能信号检测运动区域是否表示车辆。
所述车牌检测模块包括：
边缘提取子模块，用于在运动区域表示车辆时，对该运动区域进行边缘提取，得到二值化边缘图；
候选区域子模块，用于对二值化边缘图执行数学形态学操作，得到车牌候选区域；
定位搜索子模块，用于以大于预设字符尺寸的矩形框，依次提取车牌候选区域内各位置的子区域；
车牌分类器，用于识别各位置的子区域中包含的字符，得到各位置的子区域中包含字符的置信度；
区域确定子模块，用于将所述置信度最高的子区域确定为包含字符的车牌区域。
所述车牌分类器是以车牌样本图像中能够区分背景与字符的色彩为特征、并利用向量机预先训练得到的。
该系统进一步包括：时间记录模块，用于在运动区域表示车辆时，记录所述红绿灯所处区域的当前时间；
所述网络通信模块进一步用于将所述当前时间通过IP网络传输至外部的控制中心。
该系统集成于嵌入式处理器中。
本发明提供的一种车辆闯红灯的检测方法，接收视频摄像头拍摄到的红绿灯区域的目标图像，且该方法包括：
a、从目标图像中检测运动区域；
b、在所述红绿灯的红灯触发信号有效时，检测运动区域是否表示车辆，如果是，则表示有车辆闯红灯并执行步骤c，否则，表示没有车辆闯红灯并结束本流程；
c、在运动区域表示车辆时，提取该运动区域中包含字符的车牌区域。
所述从目标图像中检测运动区域之前，该方法进一步包括：对目标图像进行图像预处理。
所述检测运动区域是否表示车辆包括：利用预设的线性分类器检测运动区域是否表示车辆。
所述检测运动区域中包含字符的车牌区域包括：
对该运动区域进行边缘提取，得到二值化边缘图；
对二值化边缘图执行数学形态学操作，得到车牌候选区域；
以大于预设字符尺寸的矩形框，依次提取车牌候选区域内各位置的子区域；
利用预设的车牌分类器识别各位置的子区域中包含的字符，得到各位置的子区域中包含字符的置信度；
将所述置信度最高的子区域确定为中包含字符的车牌区域。
所述利用预设的车牌分类器识别各位置的子区域中包含的字符之前，该方法进一步包括：以车牌样本图像中能够区分背景与字符的色彩为特征、并利用向量机训练车牌分类器。
在运动区域表示车辆时，该方法进一步包括：记录所述红绿灯所处区域的当前时间。
由上述技术方案可见，本发明能够通过运动检测、车辆检测和车牌检测相结合的方式得到闯红灯车辆的车牌区域，以供控制中心识别该车辆的身份，因而无需将红灯闪亮时的所有图像传输给控制中心，从而不需要存储大量图像、且降低了所需占用的网络带宽、并能够降低线路铺设成本。而且，采用运动检测、车辆检测和车牌检测相结合的方式，相比于现有技术中只使用运动检测的方案，检测的更加准确、且鲁棒性更好。
此外，基于本发明，控制中心可以只需对车牌区域进行处理，而无需对多幅整帧图像进行处理，从而能够保证实时性且无需高配置的服务器，进一步降低了成本。
附图说明
图1为本发明实施例中车辆闯红灯的检测系统的示例性结构图；
图2为如图1所示系统中车牌检测模块的一种结构图；
图3为本发明实施例中车辆闯红灯的检测方法的示例性流程图。
具体实施方式
为使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下参照附图并举实施例，对本发明进一步详细说明。
图1为本发明实施例中车辆闯红灯的检测系统的示例性结构图。如图1所示，本实施例中车辆闯红灯的检测系统集成于一嵌入式处理器中、作为控制中心的前端设备，该系统接收视频摄像头拍摄到的红绿灯区域的目标图像，且该系统包括：初始化模块、运动检测模块、车辆检测模块、车牌检测模块。
初始化模块，用于对视频摄像头拍摄到的红绿灯区域的目标图像，进行现有的光照补偿、灰度拉伸、滤波去噪等图像预处理，以提高目标图像的质量。其中，红绿灯区域可以为红绿灯下方的停车线周边区域；初始化模块为一可选的功能模块，即视频摄像头可以直接将目标图像输出至运动检测模块。
运动检测模块，用于利用现有的光流法、或帧间差分法、或背景差分法等运动检测算法，从目标图像中检测运动区域。
车辆检测模块，用于接收控制红绿灯切换的红灯触发信号；在红绿灯的红灯触发信号有效时，检测目标图像中的运动区域是否表示车辆，即检测该运动区域的轮廓形状是否属于车辆的轮廓形状，如果是，则表示有车辆闯红灯、通知车牌检测模块并将包含运动区域的目标图像发送至车牌检测模块，否则表示没有车辆闯红灯并丢弃包含运动区域的目标图像。
其中，由于车辆检测模块的主要功能是识别运动区域中是否表示车辆，而不需要识别具体的车辆类别，因而没有必要使用高精度的车辆分类器，只需使用现有技术中最简单的线性分类器即可实现。这种情况下，本实施例中的车辆检测模块可以包括：触发器和线性分类器。触发器用于在所述红绿灯产生的红灯触发信号有效时，产生使能信号；而线性分类器，则用于根据触发器产生的使能信号检测运动区域是否表示车辆。
车牌检测模块，用于根据车辆检测模块在运动区域表示车辆时、即在运动区域的轮廓形状属于车辆的轮廓形状时发送的通知，提取该运动区域中包含字符的车牌区域，该车牌区域即可供控制中心确认闯红灯车辆的身份。
其中，车牌检测模块提取的包含字符的车牌区域为二值化图像，且在本实施例中，参见图2，车牌检测模块可以包括：
边缘提取子模块，用于在运动区域表示车辆时，利用现有各种二值化算法对该运动区域进行边缘提取，得到二值化边缘图；
候选区域子模块，用于对二值化边缘图执行数学形态学操作，得到车牌候选区域；具体来说，候选区域子模块可以先对二值化边缘图进行数学膨胀操作、以扩展字符边缘，然后在水平方向执行去噪拼合(Horizontal Smearing)处理、以使每个字符组成独立且连通的字符子区域，最后再计算包围所有字符子区域的最小矩形区域，该最小矩形区域即为候选车牌区域；
定位搜索子模块，用于以大于预设字符尺寸、即大于字符子区域的w×h矩形框，在候选车牌区域从上到下、从左到右、并以Δw和Δh为步长，依次提取车牌候选区域内各位置的子区域；
车牌分类器，用于识别各位置的子区域中包含的字符，得到各位置的子区域中包含字符的置信度；具体来说，由于车牌中字符和背景的色彩不同，因此，本实施例中的车牌分类器可以是以预设多幅车牌样本图像中能够区分背景与字符的色彩为特征、并利用向量机预先训练得到的；
区域确定子模块，用于将所述置信度最高的子区域确定为中包含字符的二值化车牌区域，该二值化车牌区域即可供控制中心确认闯红灯车辆的身份。
当然，除了本实施例所提供的上述实现方式之外，车牌检测模块也可以利用现有技术来实现，在此不再一一赘述。
网络通信模块，用于将包含字符的车牌区域通过互联网协议(IP)网络传输至控制中心。当然，如果对实时性要求不高，也可以通过其他途经将车牌检测模块得到的车牌区域传输、或拷贝至控制中心。
这样，控制中心在接收到如图1所示的检测系统的二值化车牌区域后，即可对该二值化车牌区域进行现有的光学字符识别(OCR)处理，识别出二值化车牌区域中包含的字符，从而确认闯红灯车辆的身份。
可见，本实施例中车辆闯红灯的检测系统，能够通过运动检测、车辆检测和车牌检测相结合的方式得到闯红灯车辆的车牌区域，以供控制中心识别该车辆的身份，因而无需将红灯闪亮时的所有图像传输给控制中心，从而不需要存储大量图像、且降低了所需占用的网络带宽、并能够降低线路铺设成本。
而且，采用运动检测、车辆检测和车牌检测相结合的方式，相比于现有技术中只使用运动检测的方案，检测的更加准确、且鲁棒性更好。
此外，基于本实施例中的上述系统，可以仅仅将车牌区域提供给控制中心，使得控制中心只需对车牌区域进行OCR处理，而无需对多幅整帧图像进行处理。虽然OCR处理本身比较复杂，但由于该车牌区域已经过大量的预处理，因而需要由控制中心执行的操作大大减少，从而能够保证实时性且无需高配置的服务器，进一步降低了成本。
实际应用中，如果需要对车辆闯红灯检测的正确性进一步认证，则如图1所示的系统可以进一步包括：时间记录模块(图中未示出)，用于在运动区域表示车辆时，记录所述红绿灯所处区域的当前时间。
这样，网络通信模块则进一步用于将时间记录模块所记录的当前时间通过IP网络传输至外部的控制中心，使得控制中心还可以根据该时间调取对应时间段的视频录像，以进一步验证。
其中，较佳地，视频录像可以由设置于红绿灯处的另一录像装置得到，也就是说，将图像分析与视频录像相分离，从而提高闯红灯车辆检测的整体效率。当然，如果对于效率无要求，也可以在如图1所示的系统中增设一视频录像模块(图中末示出)，用于按照现有方式将视频摄像头连续拍摄到的红绿灯下方的目标图像组合为视频录像并存储。
以上是对本实施例中车辆闯红灯的检测系统的详细说明，下面，再对本实施例中车辆闯红灯的检测方法进行说明。
图3为本发明实施例中车辆闯红灯的检测方法的示例性流程图。该方法需要接收视频摄像头拍摄到的红绿灯区域的目标图像，且如图3所示，该方法包括：
步骤301，对视频摄像头拍摄到的红绿灯区域的目标图像，进行现有的光照补偿、灰度拉伸、滤波去噪等图像预处理，以提高目标图像的质量。
实际应用中，本步骤为一可选的步骤，即可以直接从步骤302开始执行。
步骤302，利用现有的光流法、或帧间差分法、或背景差分法等运动检测算法，从目标图像中检测运动区域。
步骤303，在红绿灯的红灯触发信号有效时，检测运动区域是否表示车辆，即检测该运动区域的轮廓形状是否属于车辆的轮廓形状，如果是，则表示有车辆闯红灯并执行步骤304，否则，表示没有车辆闯红灯并结束本流程。
实际应用中，由于本步骤不需要识别具体的车辆类别，因而没有必要使用高精度的车辆分类器，因而可以利用预设的线性分类器检测运动区域是否表示车辆。
步骤304，在运动区域表示车辆时、即运动区域的轮廓形状属于车辆的轮廓形状时，提取该运动区域中包含字符的车牌区域。
实际应用中，本步骤可以采用如下的具体处理过程得到二值化车牌区域：
a、利用现有各种二值化算法对该运动区域进行边缘提取，得到二值化边缘图；
b、对二值化边缘图执行数学形态学操作，得到车牌候选区域；具体来说，可以先对二值化边缘图进行数学膨胀操作、以扩展字符边缘，然后在水平方向执行去噪拼合(Horizontal Smearing)处理、以使每个字符组成独立且连通的字符子区域，最后再计算包围所有字符子区域的最小矩形区域，该最小矩形区域即为候选车牌区域；
c、以大于预设字符尺寸、即大于字符子区域的w×h矩形框，在候选车牌区域从上到下、从左到右、并以Δw和Δh为步长，依次提取车牌候选区域内各位置的子区域；
d、利用预设的车牌分类器识别各位置的子区域中包含的字符，得到各位置的子区域中包含字符的置信度；具体来说，由于车牌中字符和背景的色彩不同，因此，本实施例中可以先以预设多幅车牌样本图像中能够区分背景与字符的色彩为特征、并利用向量机对车牌分类器进行训练；
e、将所述置信度最高的子区域确定为中包含字符的二值化车牌区域，该二值化车牌区域即可供控制中心确认闯红灯车辆的身份。
至此，本流程结束。
在上述流程之后，可以将步骤304得到的车牌区域通过任意一种现有方式或直接拷贝至控制中心，使得控制中心能够对该车牌区域进行OCR处理，识别出二值化车牌区域中包含的字符，从而确认闯红灯车辆的身份。
可见，本实施例中的上述方法，能够通过运动检测、车辆检测和车牌检测相结合的方式得到闯红灯车辆的车牌区域，以供控制中心识别该车辆的身份，因而无需将红灯闪亮时的所有图像传输给控制中心，从而不需要存储大量图像、且降低了所需占用的网络带宽、并能够降低线路铺设成本。
而且，采用运动检测、车辆检测和车牌检测相结合的方式，相比于现有技术中只使用运动检测的方案，检测的更加准确、且鲁棒性更好。
此外，基于本实施例中的上述系统，可以仅仅将车牌区域提供给控制中心，使得控制中心只需对车牌区域进行OCR处理，而无需对多幅整帧图像进行处理。虽然OCR处理本身比较复杂，但由于该车牌区域已经过大量的预处理，因而需要由控制中心执行的操作大大减少，从而能够保证实时性且无需高配置的服务器，进一步降低了成本。
实际应用中，如果需要对车辆闯红灯检测的正确性进一步认证，则在执行步骤303的同时，还可以进一步记录所述红绿灯所处区域的当前时间。
这样，在执行上述流程之后，可以进一步将时间记录模块所记录的当前时间通过IP网络传输至外部的控制中心，使得控制中心还可以根据该时间调取对应时间段的视频录像，以进一步验证。
以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并非用于限定本发明的保护范围。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换以及改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (13)
1.一种车辆闯红灯的检测系统，其特征在于，该系统接收视频摄像头拍摄到的红绿灯区域的目标图像，且该系统包括：
运动检测模块，用于从目标图像中检测运动区域；
车辆检测模块，用于在所述红绿灯的红灯触发信号有效时，检测运动区域是否表示车辆，如果是，则表示有车辆闯红灯、通知车牌检测模块并将包含运动区域的目标图像发送至车牌检测模块，否则表示没有车辆闯红灯并丢弃包含运动区域的目标图像；
车牌检测模块，用于在运动区域表示车辆时，提取该运动区域中包含字符的车牌区域；
网络通信模块，用于将包含字符的车牌区域通过互联网协议IP网络传输至外部的控制中心。
2.如权利要求1所述的系统，其特征在于，该系统进一步包括：初始化模块；
所述视频摄像头拍摄到的红绿灯下方的目标图像，经所述初始化模块进行图像预处理后输出至所述运动检测模块。
3.如权利要求1所述的系统，其特征在于，所述车辆检测模块包括：
触发器，用于在所述红绿灯产生的红灯触发信号有效时，产生使能信号；
线性分类器，用于根据所述使能信号检测运动区域是否表示车辆。
4.如权利要求1所述的系统，其特征在于，所述车牌检测模块包括：
边缘提取子模块，用于在运动区域表示车辆时，对该运动区域进行边缘提取，得到二值化边缘图；
候选区域子模块，用于对二值化边缘图执行数学形态学操作，得到车牌候选区域；
定位搜索子模块，用于以大于预设字符尺寸的矩形框，依次提取车牌候选区域内各位置的子区域；
车牌分类器，用于识别各位置的子区域中包含的字符，得到各位置的子区域中包含字符的置信度；
区域确定子模块，用于将所述置信度最高的子区域确定为包含字符的车牌区域。
5.如权利要求4所述的系统，其特征在于，所述车牌分类器是以车牌样本图像中能够区分背景与字符的色彩为特征、并利用向量机预先训练得到的。
6.如权利要求1所述的系统，其特征在于，该系统进一步包括：时间记录模块，用于在运动区域表示车辆时，记录所述红绿灯所处区域的当前时间；
所述网络通信模块进一步用于将所述当前时间通过IP网络传输至外部的控制中心。
7.如权利要求1至6中任意一项所述的系统，其特征在于，该系统集成于嵌入式处理器中。
8.一种车辆闯红灯的检测方法，其特征在于，接收视频摄像头拍摄到的红绿灯区域的目标图像，且该方法包括：
a、从目标图像中检测运动区域；
b、在所述红绿灯的红灯触发信号有效时，检测运动区域是否表示车辆，如果是，则表示有车辆闯红灯并执行步骤c，否则，表示没有车辆闯红灯并结束本流程；
c、在运动区域表示车辆时，提取该运动区域中包含字符的车牌区域。
9.如权利要求8所述的方法，其特征在于，所述从目标图像中检测运动区域之前，该方法进一步包括：对目标图像进行图像预处理。
10.如权利要求8所述的方法，其特征在于，所述检测运动区域是否表示车辆包括：利用预设的线性分类器检测运动区域是否表示车辆。
11.如权利要求8所述的方法，其特征在于，所述检测运动区域中包含字符的车牌区域包括：
对该运动区域进行边缘提取，得到二值化边缘图；
对二值化边缘图执行数学形态学操作，得到车牌候选区域；
以大于预设字符尺寸的矩形框，依次提取车牌候选区域内各位置的子区域；
利用预设的车牌分类器识别各位置的子区域中包含的字符，得到各位置的子区域中包含字符的置信度；
将所述置信度最高的子区域确定为包含字符的车牌区域。
12.如权利要求11所述的方法，其特征在于，所述利用预设的车牌分类器识别各位置的子区域中包含的字符之前，该方法进一步包括：以车牌样本图像中能够区分背景与字符的色彩为特征、并利用向量机训练车牌分类器。
13.如权利要求8所述的方法，其特征在于，在运动区域表示车辆时，该方法进一步包括：记录所述红绿灯所处区域的当前时间。
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| CN101339697A (zh) | 2009-01-07 |
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