CN104240505A - 一种解读道路交通视频图像信息的方法 - Google Patents

Abstract

一种解读道路交通视频图像信息的方法，在显示视频图像的同时，检测并显示其中可量化的信息且设置阈值，超出阈值即刻报警或突出显示全景加特写的图像，属交通管理专业。用超广角摄像机以鸟瞰的方式取全景，当多台摄像机的图像连拼起来时，相当于实时航拍的效果，作为可以定量分析的信息，显示路口每个入口的流量、速度、车头时距等数据，分析它们的变化趋势，检测红绿灯周期、相位时长，当上下游路口的周期及相关相位不协调时报警，当上游路口涌向下游路口的车辆数超过下游路口的放行能力时报警，当每相位绿灯开始和(或)结束时所对应的车道的排队长度超过阈值时报警，当速度和(或)车头时距溢出阈值时报警，当某种变化趋势处于持续状态时报警。

Description

一种解读道路交通视频图像信息的方法

技术领域

一种解读道路交通视频图像信息的方法，它在显示视频图像的同时，显示道路交通视频图像中可量化的信息且设置阈值，超出阈值即报警或突出显示特定状况的图像，属交通管理专业。

背景技术

道路交通电视监视图像是交通管理中广泛采用的一种信息源，作为连续画面，它明晰地展现了车辆和行人的实时状况，特别直观，一看就懂。但是，对于同一段图像，由于注意力偏重不同，由于专业素养不同，不同的观察者捕捉到的信息量会有不同，即便是专业素养很好的人，由于反应速度和疲劳的缘故，也会有忙不过来和出差错的时候。因而，在交通管理领域，早就衍生出了基于道路交通视频图像的“电子警察”(它在路口主要用来举证不按交通信号灯规定通行的交通违法行为，在路段主要用来举证超速行驶的交通违法行为)，除此之外，还有其他基于道路交通视频图像的应用，如：对交通流量、速度、车头时距、饱和度、占有率等项目进行检测以及对违法停车、违法逆行、违法变道、冒浓烟、抛洒物品等事件进行检测。但是，依靠道路交通电视监视图像来量化解读和判断路口和路段的通行能力是否与实时交通需求相适应、路口和路口之间的红绿灯信号是否协调，这个功能一直没有得到开发。

发明内容

为方便量化解读和判断路口和路段的通行能力是否与实时的交通需求相适应、路口和路口之间的红绿灯信号是否协调，本发明用摄像机以鸟瞰的方式取全景，同时看清交叉路口及其每个入口所衔接的路段，力争在将多台摄像机的图像连拼起来时，可以覆盖整条道路(或路网)，达到相当于实时航拍的效果，且在特殊事件发生时用全景加特写的方式显示并保留图像，同时，对可以检测计量的信息显示其计量值和变化趋势及变化量，并设置可以调整的阈值，当检测值溢出阈值时报警，且计量值和报警信息及图像可以与其他系统共享(如：调整红绿灯配时、生成交通诱导信息及举证交通违法行为)。

本发明的有益效果是：作为图像信息，单台摄像机看清整个交叉路口及其每个入口所衔接的路段，当多台摄像机的图像连拼起来时，覆盖整条道路(包括沿线的每个路口)，除开树木的遮挡，在道路上行驶的每辆车，时刻都在系统的视野之内，当出现特殊事件时，自动(或手动)捕捉并保留全景加特写的图像；作为可以定量分析的信息，显示路口每个入口左、直、右行车辆的流量、速度和车头时距数据，分析它们的变化趋势，显示所检测到的路口红绿灯周期、相位时长；当上下游路口的周期及相关相位不协调时报警，当上游路口涌向下游路口的车辆数超过下游路口的放行能力时报警，当每相位绿灯开始和(或)结束时所对应的车道的排队长度超过阈值时报警，当速度和(或)车头时距溢出阈值时报警，当某种变化趋势处于持续状态时报警。

具体实施方式

本发明基于公知的交通视频图像采集、传输、处理、储存和显示技术及其他电子信息处理技术。

本发明(下文均省略“本发明”三字)让摄像机的视野完整覆盖道路、连续跟踪车辆；采集并显示流量、速度、车头时距、排队长度及周期和相位等数据；为每一检测器设置可调整的阈值；将采集的数据与设定的阈值比较，当采集的数据在阈值之外时报警；将采集的数据与上周期的数据比较，得出其发展趋势，当连续多个周期保持上升或下降趋势时报警；将周期、相位和流量等数据在上下游路口之间做相应的比较，当上下游路口之间周期、相位、相位差和流量不协调时报警；当发现了特殊事件时报警；报警的形式采用图像附文字或其他约定的方式；凡报警均保留该时段的全景和特写录像；采集到的数据和报警及录像均保存到设定的期限。

在图像信息采集方面的具体实施：

采用若干数量配置广角(或超广角或鱼目)镜头的摄像机(以下简称全景机)，按合适的高度和合适的间隔距离安装，鸟瞰路面。在不需要云台(或有云台但不需要转动)的情况下，力争在将多台全景机的图像连拼起来时，视野覆盖整条道路(或路网)，看全每个交叉路口及其每个入口所衔接的路段，看清每一条车道和每一辆车。

所谓图像连拼，是在一个或多个显示器上，按路口位置的排列顺序同时显示多个全景机的图像，除开树木的遮挡，在道路上行驶的每辆车，时刻都在系统的视野之内。

为了追求多台全景机的图像连拼起来时相当于实时航拍的效果，让每个全景机取景框的水平(或垂直)中轴线，与画面中主要被监视道路的中心线相重合(当道路为曲线时，尽量让取景框周边的中点与道路的中心线相交)，且让每个全景机画面中所展现的道路宽度基本一致，让全部图像中同方向行驶的车辆在画面中的走向一致。

所安装的全景机还可与带云台和变焦镜头的摄像机(以下简称特写机)配合，当全景机发现需要报警的特定状况时，自动或手动引导特写机捕捉该状况的特写。

所谓需要报警的特定状况是指，车辆行驶速度低于阈值、车道的排队长度超过阈值、以及违法停车、违法逆行、违法变道、冒浓烟、抛洒物品、交通事故等事件。

特写画面可以是将全景图像中有特定状况的部分做局部放大，也可以是在屏幕的合适位置显示特写机的图像。有报警时保留该时段的全景和特写录像。

对图像信息量化解读方面的具体实施(没有提到的遵循公知技术)：

为本发明服务的软、硬件可以嵌入到前端设备，也可设置在后台，也可兼而有之；用公知的方法统一授时。

设置包括检测信息、各类阈值、报警信息以及录像画面等内容的数据库；任一检测和报警记录都包含时间、地点、方向等信息；所有检测和报警、录像信息在系统中保存到所设定的时间。

检测一般在全景图像上进行；检测器之间设置必要的互相验证的逻辑关系；剔除或标识可疑数据；且防止车辆不按车道行驶带来的数据丢失或重复计数，防止受光线干扰而造成对触发时长和车辆长度的误判。

检测器类型和阈值及报警标识(或报警词)依时依地个性化设置。

依公知的方法，建立车辆计数检测器、速度检测器、车头时距检测器和车道排队长度检测器、以及对违法停车、违法逆行、违法变道、冒浓烟、抛洒物品、交通事故等事件进行检测。

根据相应的检测方法，在路段上划分对违法停车、违法逆行、违法变道、冒浓烟、抛洒物品、交通事故等事件进行检测的区域(发现此类事件即刻报警，并手动或自动显示特写画面)。

在路口每个入口的每条车道靠近停车线的位置均设置车辆计数检测器、速度检测器、车头时距检测器、车道排队长度检测器。

车辆计数检测器、速度检测器、车头时距检测器可以单独设置，也可在同一位置二合一、三合一设置。

在路段中的每一条上、下行车道上，单独设置或二合一设置速度检测器和车头时距检测器，也可设置车辆计数、速度和车头时距三合一的检测器。

不同类型的车辆转换成车辆当量计数，转换方法依公知的方法。

每一车道的排队长度检测器报告停车等候的车辆排队长度；排队长度报警分两个时刻进行，绿灯开始时，若车辆的排队长度超过阈值则报警，绿灯结束时，若剩余车辆的排队长度超过阈值则报警；车道排队长度的阈值凭观察经验(或依数学模型)分不同时刻取不同的值，绿灯开始时的阈值相对大些，绿灯结束时的阈值相对小些。排队长度阈值可以是排队长度(米)，可以是排队车数(辆)，也可以是超过了某一指定的具体位置。

对每一路口红绿灯的周期、相位的识别，可从具有某种行驶轨迹的车队通行状态来判断，也可从停车线位置某种导向车道上车辆的行进和停止的状况来判断(如：靠近停车线位置的某个车辆计数检测器在中断超过最大车头时距后，被重新触发所经历的时间为一个周期，靠近停车线位置有新的车辆计数检测器在中断超过最大车头时距后被重新触发时，即为一个新相位的开始；所述“中断”不是程序设置的中断，是因红灯阻止车辆前进而使得车辆计数器没有触发的状况；用上述方法检测到的周期和相位，在时长和时刻上肯定与红绿灯控制系统发出的信号有出入，可以看成是在红绿灯控制下的实际周期和相位情况)，还可以直接接受红绿灯控制系统提供的每一路口红绿灯的周期、相位信号(并在屏幕上安排恰当位置显示)。

经过检测和计算，在屏幕的恰当位置实时显示下列数据和趋势标识：

当前周期和当前相位的实时运行时长、及其终止时与上周期相比的时长变化量和变化趋势；

每个车辆计数检测器在本周期的实时累计值、以及本周期与上周期累计值相比的变化量和变化趋势；

每辆车的速度值和本周期各车经过该检测器的平均速度值、以及与上周期平均速度值相比的变化量和变化趋势；

每辆车的车头时距值和本周期各车经过该检测器的平均车头时距值、以及与上周期平均车头时距值相比的变化量和变化趋势。

变化趋势有上升、持平、下降三种状态，持平状态可以不在屏幕上标识。

屏幕信息以新覆旧滚动显示，尽量让检测数据和趋势标识及报警信息出现在图像的对应位置，至少与图像同屏显示；若显示位置不够，可只显示当前放行相位的数据，为让画面清晰，可只显示所选择的重点数据。

按需要将某些车辆计数检测器合并成计数检测器组来计数和显示，形态如：合并计数和显示同一相位同一入口的多条车道的车辆当量，合并计数和显示同一相位不同入口的多条车道的车辆当量，合并计数和显示不同相位不同入口的多条车道的车辆当量；合并操作可随需要临时进行，也可长期捆绑，每次合并计数和显示的计数检测器可少可多，最多时可以是本路口全部相位的全部车辆计数检测器。

按多种时长颗粒，报告检测器和(或)检测器组24小时的车辆当量数，以及对应的平均车速和车头时距。

原始检测数据和固定范式的统计数据分别在系统中保存到所设定的时间。上周期和昨天此刻以及七天前、一月前、一年前此刻的周期和各相位的时长、各检测器的车辆累计值、平均速度值、平均车头时距值等历史数据，可以查阅。

凭观察经验(或依数学模型)，为每一检测器单独设置可调整的阈值(当观察经验不够或数学模型没建立起来时，可暂时取默认值)，阈值的种类如下：

流量阈值(与相位时长、车速、车头时距等因素有关，检测数据小于或大于时报警)；

速度阈值(与车辆密度和“特定状况”等因素有关，检测数据小于或大于时报警)；

车头时距阈值(与速度和密度等因素有关，检测数据小于或大于时报警)；

车道排队长度阈值(分绿灯开始时的阈值和绿灯结束时的阈值，与上游路口放行流量及上下游路口相关相位是否协调等因素有关，检测数据大于时报警)；

周期时长阈值(检测数据小于或大于时报警)；

相位时长阈值(检测数据小于或大于时报警)；

上下游路口周期时长不一致阈值(计算结果的绝对值大于时报警)；

上下游路口相关相位差阈值(计算结果小于或大于时报警)；

上游路口某一出口与相对应的下游路口某一入口的通行能力之差的阈值(计算结果的绝对值大于时报警)；

同一检测器上连续出现同一种变化趋势的次数阈值(计算结果大于时报警)。

在上游路口的一个周期中，当某出口的流量(即其他入口向该出口放行的流量之和)超过(或低于)下游路口对应入口在一个周期中各放行相位的通行能力之和的阈值时，在下游路口对应入口报警“上游的需求大于(或小于)本入口的通行能力”。(下游路口每个相位的通行能力的计算方法采用相位时长除平均车头时距，再乘该相位可使用的车道数。)

流量超出阈值的报警、速度超出阈值的报警、车头时距超出阈值的报警、排队长度超出阈值的报警、周期和(或)相位的时长超出阈值的报警、上下游路口周期时长不一致超出阈值的报警、上下游路口相关相位的相位差超出阈值的报警、上游路口某一出口与相对应的下游路口某一入口的通行能力之差超出阈值的报警、同一检测器上连续出现同一种变化趋势的次数超出阈值的报警、发现有其他特殊事件时报警，它们既单独发出，也可同时并列发出。

当检测值和(或)计算结果超出阈值时，可以将该值用红色以表示报警，当呈现上升或下降的趋势时，可用+、-、↑、↓、正、负等表示，当同一趋势次数超出阈值报警时，报警标识中增加“连续N个周期”的示意。

常见的报警提示词有：

流量太小；

流量太大；

速度太慢；

速度太快；

车头时距太小；

车头时距太大；

流量小、速度慢、车头时距大(对应于车速极慢的状况)；

流量小、速度慢(对应于车速慢的状况)；

流量小、车头时距大(对应于车辆稀疏的状况)；

速度慢、车头时距大(对应于车辆稀疏且慢的状况)；

流量小、速度快、车头时距大(对应于车辆极少的状况)；

排队太长(对应于放行绿灯开始时的状况)；

车辆滞留(对应于放行绿灯结束时的状况)；

上下游路口周期时长不一致(当连续N个周期均报警时，报警标识中增加“连续N个周期”的示意)；

上下游路口相关相位的相位差太小(当连续N个周期均报警时，报警标识中增加“连续N个周期”的示意)；

上下游路口相关相位的相位差太大(当连续N个周期均报警时，报警标识中增加“连续N个周期”的示意)；

上游的需求大于本入口的通行能力(当连续N个周期均报警时，报警标识中增加“连续N个周期”的示意)；

上游的需求小于本入口的通行能力(当连续N个周期均报警时，报警标识中增加“连续N个周期”的示意)；

某某检测量连续N周期上升；

某某检测量连续N周期下降；

发现违法停车；

发现违法逆行；

发现违法变道；

发现冒浓烟；

发现抛洒物品；

发现交通事故。

当有报警时，及时把该位置的图像用特写的形式突出显示，并保留该时段的全景和特写录像；当同时多处报警时，按预先规定的轻重缓急的顺序依次突出显示。

由于报警提示标识在检测器附近显示，且有直观图像，故与保存在数据库中的记录相比，省略了一些信息，当保存报警信息或与其他系统共享时，在报警词前面增加“某某时间某某路口某某入口由某方向至某方向”或“某某时间某某路口至某某路口之间由某方向至某方向”等信息。

Claims (9)

1.一种解读道路交通视频图像信息的方法，其特征是：让全景摄像机的视野完整覆盖道路、连续跟踪车辆；采集并显示流量、速度、车头时距、排队长度及周期和相位等数据；将采集的数据与设定的阈值比较，当采集的数据在阈值之外时报警；将采集的数据与上周期的数据比较，得出其发展趋势，当连续多个周期保持上升或下降趋势时报警；将周期、相位和流量等数据在上下游路口之间做相应的比较，当上下游路口之间周期、相位、相位差和流量不协调时报警；报警的形式采用图像附文字或其他约定的方式。

2.根据权利要求1所述的一种解读道路交通视频图像信息的方法，其特征是：采用若干数量配置广角(或超广角或鱼目)镜头的摄像机(以下简称全景机)，按合适的高度和合适的间隔距离安装，鸟瞰路面；在不需要云台(或有云台但不需要转动)的情况下，在将多台全景机的图像连拼起来时，视野覆盖整条道路(或路网)，看全每个交叉路口及其每个入口所衔接的路段，看清每一条车道和每一辆车，让全部图像中同方向行驶的车辆在画面中的走向一致。

3.根据权利要求1所述的一种解读道路交通视频图像信息的方法，其特征是：所安装的全景机还可与带云台和变焦镜头的摄像机(以下简称特写机)配合；从全景图像中检测到需要报警的特定状况时，自动或手动引导特写机捕捉该状况的特写；特写画面可以是在屏幕的合适位置显示特写机的图像，也可以是将全景图像中有特定状况的部分做局部放大。

4.根据权利要求1所述的一种解读道路交通视频图像信息的方法，其特征是：设置包括检测信息、各类阈值、报警信息以及录像画面等内容的数据库；检测器类型和报警标识(或报警词)依时依地个性化设置；凭观察经验(或依数学模型)为每一检测器单独设置可调整的阈值；采集到的数据和报警录像信息保存到所设定的时间。

5.根据权利要求1所述的一种解读道路交通视频图像信息的方法，其特征是：对每一车道的排队长度报警分两个时刻进行，绿灯开始时，若车辆的排队长度超过阈值则报警，绿灯结束时，若剩余车辆的排队长度超过阈值则报警；车道排队长度的阈值分不同时刻取不同的值，绿灯开始时的阈值相对大些，绿灯结束时的阈值相对小些；对每一路口红绿灯的周期、相位的识别，可从具有某种行驶轨迹的车队通行状态来判断，也可从停车线位置某种导向车道上车辆的行进和停止的状况来判断，还可以直接接受红绿灯控制系统提供的每一路口红绿灯的周期、相位信号。

6.根据权利要求1所述的一种解读道路交通视频图像信息的方法，其特征是：在屏幕的恰当位置实时显示下列数据和趋势标识：当前周期和当前相位的实时运行时长、及其终止时与上周期相比的时长变化量和变化趋势；每个车辆计数检测器在本周期的实时累计值、以及本周期与上周期累计值相比的变化量和变化趋势；每辆车的速度值和本周期各车经过该检测器的平均速度值、以及与上周期平均速度值相比的变化量和变化趋势；每辆车的车头时距值和本周期各车经过该检测器的平均车头时距值、以及与上周期平均车头时距值相比的变化量和变化趋势。

7.根据权利要求1所述的一种解读道路交通视频图像信息的方法，其特征是：阈值的种类有流量阈值、速度阈值、车头时距阈值、车道排队长度阈值、周期时长阈值、相位时长阈值、上下游路口周期时长不一致阈值、上下游路口相关相位差阈值、上游路口某一出口与相对应的下游路口某一入口的通行能力之差的阈值、同一检测器上连续出现同一种变化趋势的次数阈值；当观察经验不够或数学模型没建立起来时，可暂时取默认值。

8.根据权利要求1所述的一种解读道路交通视频图像信息的方法，其特征是：流量超出阈值的报警、速度超出阈值的报警、车头时距超出阈值的报警、排队长度超出阈值的报警、周期和(或)相位的时长超出阈值的报警、上下游路口周期时长不一致超出阈值的报警、上下游路口相关相位的相位差超出阈值的报警、上游路口某一出口与相对应的下游路口某一入口的通行能力之差超出阈值的报警、同一检测器上连续出现同一种变化趋势的次数超出阈值的报警、发现有其他特殊事件时报警，它们既单独发出，也可同时并列发出。

9.根据权利要求1所述的一种解读道路交通视频图像信息的方法，其特征是：当检测值和(或)计算结果超出阈值时，可以将该值用红色以表示报警，当呈现上升或下降的趋势时，可用+、-、↑、↓、正、负等表示，当同一趋势次数超出阈值报警时，报警标识中增加“连续N周期”的示意；屏幕信息以新覆旧滚动显示，尽量让检测数据和趋势标识及报警信息出现在图像的对应位置；若显示位置不够，可只显示当前放行相位的数据；为让画面清晰，可只显示所选择的重点数据；当有报警时，及时把该位置的图像用特写的形式突出显示；当同时多处报警时，按预先规定的轻重缓急顺序依次突出显示。