CN105869408B - 一种轮毂温度异常检测与预警方法及系统 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种汽车轮毂温度异常检测与预警方法及系统，系统包括监控摄像机、红外热像仪、控制主机及可变信息情报板。所述监控摄像机安装在道路上方，红外热像仪安装在路侧，可变信息情报板安置在监控摄像机下游；当车辆到达检测区域，监控摄像机和红外热像仪分别对车辆采集图像，并发送给控制主机；控制主机对监控摄像机所摄照片进行车牌识别；控制主机提取并融合热成像图像中轮毂的SBDD、HOG和LBP特征，再通过增量支持向量机分类判断其温度是否异常；当发现轮毂温度异常时，将车辆信息发送给可变信息情报板进行预警提示。本发明可有效对汽车轮毂温度异常进行检测并预警，从而避免刹车失灵、起火和爆胎等交通事故的发生。
Description
【技术领域】
本发明涉及交通领域，特别涉及一种汽车轮毂温度异常检测与预警方法及系统。
【背景技术】
汽车在刹车时，轮盘与刹车片摩擦致使轮毂发热，尤其货车在长大下坡或连续弯道时频繁制动或连续制动，轮毂温度会急剧升高。但是在汽车行驶过程中驾驶员很难判断轮毂温度是否过高，轮毂无法得到及时的降温，这会造成制动器摩擦力矩显著降低，甚至失灵、起火，导致安全事故的发生。
通常情况下，公路管理部门设置提示货车在连续下坡路段减速慢行的安全设施只能对货车驾驶员起到提示作用，驾驶员多数根据驾车经验对汽车轮毂是否过热进行判断，很少有车辆安装检测轮毂温度异常的接触式装置。常见的非接触式红外热成像测温摄像机需要停车检测，影像道路通行能力，也很难准确判断汽车轮毂的温度，效果不理想。
因此，需要一种能够在视频中及时准确检测轮毂温度异常并预警的系统，在驾驶员驾驶过程中，提醒驾驶员轮毂温度异常，应及时采取降温措施，以确保行车安全。
【发明内容】
本发明为解决以上问题，本发明提供一种基于视频处理汽车(尤指货车)轮毂温度异常检测与预警方法及系统。本发明方法可以有效地检测并预警汽车轮毂温度过高，避免刹车失灵、起火和爆胎等交通事故的发生。
为达到上述目的，本发明采用以下技术方案予以实现：
一种轮毂温度异常检测与预警方法，包括以下步骤：
对行驶的车辆进行拍摄，得到车辆信息图像；
对所述的车辆的轮胎轮毂区域进行拍摄，得到热成像图像；
对车辆信息图像进行识别保存；
提取并融合热成像图像的多种特征，通过支持向量机分类判断车辆的轮毂区域温度是否异常；判断后将分类置信度高的视频帧进行支持向量机增量更新，支持向量机增量更新后作为下一次判断的模型；
当检测到轮毂温度异常时，根据车辆信息图像识别结果对车辆进行预警，提示此车辆的轮毂温度过高；如果温度无异常，则不提示。
作为本发明的进一步改进，初始的增量支持向量机是利用首次收集的轮毂热成像图像训练集提取特征并训练得到的初始模式分类器。。
作为本发明的进一步改进，热成像图像的特征包括轮毂的SBDD、HOG和LBP特征；
作为本发明的进一步改进，提取并融合热成像图像的多种特征的具体步骤为：
2.1)获取整个轮胎轮毂区域的重心位置；
2.2)分别提取热成像图像特征：
a)根据轮胎轮毂热成像亮度特点按散射状分块，不同的区域亮度不同，分别计算各区域中所有像素点像素平均值作为该区域的像素特征，再将相同角度方向的不同区域块的像素特征值进行穷举相减，将得到的值按一定顺序组合得到图像的SBDD特征向量；
b)先运用高斯函数对图像像素值进行权重赋值，再提取HOG特征向量，然后采用主成分分析法PCA对HOG特征进行降维；
c)先运用高斯函数对图像像素值进行权重赋值，再把图像分成若干个小区域，在每个小区域里进行LBP特征直方图统计，然后将所有区域的直方图按顺序排列作为最终的LBP特征向量；
2.3)将提取的SBDD、HOG和LBP三种特征向量进行最大最小归一化处理，将其转换到[0,1]范围，然后串联融合得到最终用于轮毂分类识别的特征向量。
作为本发明的进一步改进，计算重心的公式如下：
其中，xi、yj分别表示像素坐标，Pi表示该像素灰度值。
作为本发明的进一步改进，对车辆信息图像进行识别保存是指对拍摄图像中车辆车牌信息进行识别保存；提示轮毂温度过高车辆是通过在可变信息情报板上显示车牌号进行提示。
一种汽车轮毂温度异常检测与预警系统，包括监控摄像机、热像仪、控制主机和可变信息情报板；
所述的监控摄像机，安装在道路上方，用于对行驶的车辆进行拍摄，将图像传送给控制主机，并发送信号到热像仪；
所述的热像仪，安装在道路一侧，用于接收到监控摄像机发送的信号后对所述的车辆的轮毂区域进行拍摄，并将热成像图像传输给控制主机；
所述的控制主机，用于对监控摄像机所拍图像中车辆信息进行识别保存；用于提取并融合热成像图像中轮毂的SBDD、HOG和LBP特征，再通过增量支持向量机分类判断其温度是否异常，同时将分类置信度高的视频帧进行支持向量机增量更新；当检测到轮毂温度异常时，控制主机将该车辆车牌号传输给可变信息情报板；
所述的可变信息情报板，安置在监控摄像机下游，用于接收轮毂温度异常的车辆信息，并进行预警，提示此车辆轮毂温度过高。
所述的热像仪为红外热像仪。
所述的红外热像仪的上下限温度和色标都是固定的。
所述的监控摄像机还配有补光灯。
与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：
本发明方法通过监控摄像机和红外热像仪分别对车辆采集图像，并发送给控制主机；控制主机对监控摄像机所摄照片进行车牌识别；控制主机提取并融合热成像图像中轮毂的SBDD、HOG和LBP特征，再通过增量支持向量机分类判断其温度是否异常；当发现轮毂温度异常时，将车辆信息发送给可变信息情报板进行预警提示。本发明方法是一种轮毂温度异常的远程检测与预警方法，可以有效地检测并预警汽车轮毂温度过高，避免刹车失灵、起火和爆胎等交通事故的发生。
进一步，采用增量支持向量机分类判断，可以降低数据不断增大所需要的训练时间，增强系统的适应性。
本发明系统包括监控摄像机、热像仪、控制主机及可变信息情报板。该系统结构简单，设置在道路上，监控摄像机用于检测行驶车辆的车辆信息，热像仪用于检测获得轮毂温度，控制主机判断是否温度过高，可变信息情报板用于提示车辆并预警汽车轮毂温度过高。本发明系统可以在现有的测速或监控等卡口上进行功能扩展，且不会影响现卡口系统运行。与现有技术安装在轮毂上的检测装置相比，本发明成本较低，可以增加到测速或监控系统中，适用更加广泛。
进一步，红外热像仪的上下限温度和色标都是固定的，即不同背景、时刻、物体的温度相同时，热成像亮度是相同的，且高温物体的热成像亮度一定高于低温物体。
【附图说明】
图1是本发明实施例设备安装示意图；
图2是SBDD特征构建区域分块示意图；
图3是轮毂特征提取并融合的流程图；
图4是本发明实施例温度异常检测方法的流程图。
其中，1.监控摄像机；2.红外热像仪；3.控制主机；4.可变信息情报板；5.道路。
【具体实施方式】
为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述。
本发明涉及一种汽车轮毂温度异常检测与预警方法，包括以下步骤：
对行驶的车辆进行拍摄，得到车辆信息图像；
对所述的车辆的轮胎轮毂区域进行拍摄，得到热成像图像；
对车辆信息图像进行识别保存；
提取并融合热成像图像特征，通过支持向量机判断车辆的轮毂区域温度是否异常；
当检测到轮毂温度异常时，进行预警，提示此车辆的轮毂温度过高；如果温度无异常，则不显示。
所述的提取并融合热成像图像特征之后还需进行初始轮毂热成像图像支持向量机训练步骤，通过收集到的轮毂图像训练得到初始热成像图像模式分类器。热成像图像特征包括轮毂的SBDD、HOG和LBP特征。
通过增量支持向量机分类判断车辆的轮毂温度是否异常；同时将分类置信度高的视频帧进行支持向量机增量更新。
对车辆信息图像进行识别保存是指对拍摄图像中车辆车牌信息进行识别保存。
提示轮毂温度过高车辆是通过在可变信息情报板上显示车牌号进行提示。
轮毂特征提取并融合的流程如图2所示，所述的SBDD特征是本方法首次提出的散射状亮度差描述子(scattering brightness difference descriptor，SBDD)，其主要原理是：SBDD特征构建时，先将轮胎轮毂区域进行有规律的分块，根据轮胎轮毂热成像亮度特点按散射状分块，不同的区域亮度不同。然后分别计算各区域中所有像素点像素平均值，最后将相同角度方向不同区域块间的像素平均值进行穷举相减，将得到的值按一定顺序组合得到图像的特征向量。
如图3所示，提取轮胎轮毂区域特征前，需要计算整个轮胎轮毂区域的重心位置，为SBDD特征提取以及全局图像高斯加权重等后续工作做准备，计算重心的公式如下：
其中，xi、yj分别表示像素坐标，Pi表示该像素灰度值。
在提取HOG及LBP特征时，为了尽可能的提高精度，淡化图像边界区域对分类效果的影响，对图像进行高斯加权，即运用高斯函数对图像像素值进行权重赋值。由高斯函数可知越靠近重心的点关系越密切，越远离重心的点关系越疏远。因此，重心点权值最大，沿着四周方向权值逐渐减小，从而可以突出各像素点的重要程度。
经过HOG提取的轮胎轮毂图像特征维数较大，若直接利用HOG特征进行识别分类，会导致特征匹配过于复杂，计算量很大，不能满足实时性要求，并且包含一定的冗余干扰信息，如噪声。因此，采用主成分分析法PCA对HOG特征进行降维，从而进一步提升轮胎轮毂的识别率和识别速度。
采用LBP特征获取轮胎轮毂的纹理特征，先把图像分成若干个小区域，在每个小区域里进行LBP特征直方图统计，然后将所有区域的直方图按顺序排列作为最终的特征向量。
SBDD、HOG和LBP三种特征向量融合之前，先进行最大最小归一化，将其转换到[0,1]范围，然后串联融合得到最终用于轮毂分类识别的特征向量。
下面给出一种具体的实时本发明方法的一个最优的系统实施例：
实施例
如图1所示，本发明一种汽车轮毂温度异常检测与预警系统主要由监控摄像机1、红外热像仪2、控制主机3和可变信息情报板4组成。
车辆在路段5上行驶时，位于车辆前端路段5上空的监控摄像机1对其进行拍摄，将图像传送给控制主机3，并发送信号到红外热像仪2。
红外热像仪2位于路侧，接收到信号后对车辆的轮毂区域进行拍摄，并将热成像图像传输给控制主机3。
控制主机3主要包括以下三个功能：
1】控制主机3对监控摄像机1所拍视频帧中车辆车牌信息进行识别保存；
2】控制主机3提取并融合热成像视频帧中轮毂的SBDD、HOG和LBP特征，再通过增量支持向量机分类判断其温度是否异常；同时将分类置信度高的视频帧进行支持向量机增量更新。
3】当检测到轮毂温度异常时，控制主机将该车辆车牌号传输给可变信息情报板，并控制情报板显示该车牌号车辆轮毂温度过高的预警信息。
如图4所示，当车辆到达检测区域，监控摄像机和红外热像仪分别对车辆采集图像，并发送给控制主机；控制主机对监控摄像机所摄照片进行车牌识别；控制主机提取并融合热成像图像中轮毂的SBDD、HOG和LBP特征，再通过增量支持向量机分类判断其温度是否异常；当发现轮毂温度异常时，将车辆信息发送给可变信息情报板进行预警提示。
本发明可以在现有的测速或监控等卡口上进行功能扩展，且不会影响现卡口系统的运行。
以上各实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述各实施例对本发明进行了详细的说明，本发明所属技术领域的技术人员可以对所描述的具体实施例所描述的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的范围。
Claims (9)
1.一种轮毂温度异常检测与预警方法，其特征在于：包括以下步骤：
对行驶的车辆进行拍摄，得到车辆信息图像；
对所述的车辆的轮胎轮毂区域进行拍摄，得到热成像图像；
对车辆信息图像进行识别保存；
提取并融合热成像图像的多种特征，通过支持向量机分类判断车辆的轮毂区域温度是否异常；判断后将分类置信度高的视频帧进行支持向量机增量更新，支持向量机增量更新后作为下一次判断的模型；
当检测到轮毂温度异常时，根据车辆信息图像识别结果对车辆进行预警，提示此车辆的轮毂温度过高；如果温度无异常，则不提示；
热成像图像的特征包括轮毂的SBDD、HOG和LBP特征；SBDD特征构建时，先将轮胎轮毂区域进行有规律的分块，根据轮胎轮毂热成像亮度特点按散射状分块，不同的区域亮度不同；然后分别计算各区域中所有像素点像素平均值，最后将相同角度方向不同区域块间的像素平均值进行穷举相减，将得到的值按一定顺序组合得到图像的特征向量。
2.根据权利要求1所述的一种轮毂温度异常检测与预警方法，其特征在于：初始的增量支持向量机是利用首次收集的轮毂热成像图像训练集提取特征并训练得到的初始模式分类器。
3.根据权利要求1所述的一种轮毂温度异常检测与预警方法，其特征在于：提取并融合热成像图像的多种特征的具体步骤为：
1)获取整个轮胎轮毂区域的重心位置；
2)分别提取热成像图像的特征：
a)根据轮胎轮毂热成像亮度特点按散射状分块，不同的区域亮度不同，分别计算各区域中所有像素点像素平均值作为该区域的像素特征，再将相同角度方向的不同区域块的像素特征值进行穷举相减，将得到的值按一定顺序组合得到图像的SBDD特征向量；
b)先运用高斯函数对图像像素值进行权重赋值，再提取HOG特征向量，然后采用主成分分析法PCA对HOG特征进行降维；
c)先运用高斯函数对图像像素值进行权重赋值，再把图像分成若干个小区域，在每个小区域里进行LBP特征直方图统计，然后将所有区域的直方图按顺序排列作为最终的LBP特征向量；
3)将提取的SBDD、HOG和LBP三种特征向量进行最大最小归一化处理，将其转换到[0,1]范围，然后串联融合得到最终用于轮毂分类识别的特征向量。
4.根据权利要求1所述的一种轮毂温度异常检测与预警方法，其特征在于：计算重心的公式如下：
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其中，xi、yj分别表示像素坐标，Pi表示该像素灰度值。
5.根据权利要求1所述的一种轮毂温度异常检测与预警方法，其特征在于：对车辆信息图像进行识别保存是指对拍摄图像中车辆车牌信息进行识别保存；提示轮毂温度过高车辆是通过在可变信息情报板上显示车牌号进行提示。
6.一种轮毂温度异常检测与预警系统，其特征在于：包括监控摄像机(1)、热像仪(2)、控制主机(3)和可变信息情报板(4)；
所述的监控摄像机(1)，安装在道路(5)上方，用于对行驶的车辆进行拍摄，将图像传送给控制主机(3)，并发送信号到热像仪(2)；
所述的热像仪(2)，安装在道路(5)一侧，用于接收到监控摄像机(1)发送的信号后对所述的车辆的轮毂区域进行拍摄，并将热成像图像传输给控制主机(3)；
所述的控制主机(3)，用于对监控摄像机(1)所拍图像中车辆信息进行识别保存；用于提取并融合热成像图像中轮毂的SBDD、HOG和LBP特征，再通过增量支持向量机分类判断其温度是否异常，同时将分类置信度高的视频帧进行支持向量机增量更新；当检测到轮毂温度异常时，控制主机(3)将该车辆车牌号传输给可变信息情报板(4)；SBDD特征构建时，先将轮胎轮毂区域进行有规律的分块，根据轮胎轮毂热成像亮度特点按散射状分块，不同的区域亮度不同；然后分别计算各区域中所有像素点像素平均值，最后将相同角度方向不同区域块间的像素平均值进行穷举相减，将得到的值按一定顺序组合得到图像的特征向量；
所述的可变信息情报板(4)，安置在监控摄像机(1)下游，用于接收轮毂温度异常的车辆信息，并进行预警，提示此车辆轮毂温度过高。
7.根据权利要求6所述的一种轮毂温度异常检测与预警系统，其特征在于：所述的热像仪(2)为红外热像仪。
8.根据权利要求7所述的一种轮毂温度异常检测与预警系统，其特征在于：所述的红外热像仪的上下限温度和色标都是固定的。
9.根据权利要求6所述的一种轮毂温度异常检测与预警系统，其特征在于：所述的监控摄像机(1)还配有补光灯。
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