CN105989593B - 视频录像中进行特定车辆速度测量的方法及装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了视频录像中进行特定车辆速度测量的方法及装置，其中，该方法包括：选取视频录像中包含同一待测车辆的两个帧图像，表示为F1帧和F2帧；确定待测车辆在F1帧和F2帧中出现所对应的实际时间差，表示为T；在F1帧和F2帧中的所述待测车辆上分别标定特征点M和特征点N，所述特征点M和特征点N为所述待测车辆上的同一特征点；根据所述特征点M和特征点N间间隔的像素点数和/或特征点M和特征点N的图像坐标计算特征点M和特征点N间对应的实际距离，表示为D；由T和D计算得到待测车辆视频录像的平均车速V：V＝D/T。本发明方案能够提高车辆速度的测量准确性。

Description

视频录像中进行特定车辆速度测量的方法及装置

技术领域

本发明涉及视频录像技术，尤其涉及视频录像中进行特定车辆速度测量的方法及装置。

背景技术

在视频录像中，特别对于视频录像监控场景，需要对视频录像中的某一特定车辆的速度进行测定。尤其适用于公安侦查业务中，也可应用于其他视频录像中进行测量速度测量需求的场景。

目前，视频录像中进行测量速度测量的方案中，通常是针对某个路段的平均过车速度进行统计；对于单一的某一特定车辆，其速度测量并不准确。

综上，现有视频录像中进行特定车辆速度测量的方案，存在准确率不高的缺陷。

发明内容

本发明提供了一种视频录像中进行特定车辆速度测量的方法，该方法能够提高车辆速度的测量准确性。

本发明提供了一种视频录像中进行特定车辆速度测量的装置，该装置能够提高车辆速度的测量准确性。

一种视频录像中进行特定车辆速度测量的方法，该方法包括：

选取视频录像中包含同一待测车辆的两个帧图像，表示为F1帧和F2帧；

确定所述待测车辆在F1帧和F2帧中出现所对应的实际时间差，表示为T；

在F1帧和F2帧中的所述待测车辆上分别标定特征点M和特征点N，所述特征点 M和特征点N为所述待测车辆上的同一特征点；

根据所述特征点M和特征点N间间隔的像素点数和/或特征点M和特征点N的图像坐标计算特征点M和特征点N间对应的实际距离，表示为D；

由T和D计算得到待测车辆视频录像的平均车速V：V＝D/T。

一种视频录像中进行特定车辆速度测量的装置，该装置包括帧图像选取单元、时间差确定单元、距离确定单元和速度计算单元；

帧图像选取单元，选取视频录像中包含同一待测车辆的两个帧图像，表示为F1 帧和F2帧；

时间差确定单元，确定所述待测车辆在F1帧和F2帧中出现所对应的实际时间差，表示为T；将T发送给速度计算单元；

距离确定单元，在F1帧和F2帧中的所述待测车辆上分别标定特征点M和特征点 N，所述特征点M和特征点N为所述待测车辆上的同一特征点；根据所述特征点M 和特征点N间间隔的像素点数和/或特征点M和特征点N的图像坐标计算特征点M和特征点N间对应的实际距离，表示为D；将D发送给所述速度计算单元；

速度计算单元，由T和D计算得到待测车辆在视频录像里的平均车速V：V＝D/T。

从上述方案可以看出，本发明中，针对某一需要进行速度测量的车辆，选取视频录像中包含同一待测车辆的两个帧图像，表示为F1帧和F2帧；确定所述待测车辆在 F1帧和F2帧中出现所对应的实际时间差，表示为T；在F1帧和F2帧中的所述待测车辆上分别标定特征点M和特征点N，所述特征点M和特征点N为所述待测车辆上的同一特征点；根据所述特征点M和特征点N间间隔的像素点数和/或特征点M和特征点N的图像坐标计算特征点M和特征点N间对应的实际距离，表示为D；由T和 D计算得到待测车辆视频录像的平均车速V：V＝D/T。采用本发明方案，实现了对某一具体车辆的速度进行测量，提高了车辆速度的测量准确性，进一步满足了需求。

附图说明

图1为本发明视频录像中进行特定车辆速度测量的方法示意性流程图；

图2为本发明两个帧图像中的待测车辆示意图；

图3为本发明摄像机光轴与道路垂直的示意图；

图4为本发明摄像机光轴与道路平行或近似平行的示意图；

图5a为本发明摄像机光轴与道路平行时标定点的选取示意图一；

图5b为本发明摄像机光轴与道路平行时标定点的选取示意图二；

图6为本发明视频录像中进行特定车辆速度测量的装置结构示意图。

具体实施方式

为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚明白，下面结合实施例和附图，对本发明进一步详细说明。

本发明中，针对某一需要进行速度测量的车辆，选取视频录像中包含同一待测车辆的两个帧图像，基于这两帧图像确定出车辆速度，从而，提高了车辆速度的测量准确性。参见图1，为本发明视频录像中进行特定车辆速度测量的方法示意性流程图，其包括以下步骤：

步骤101，选取视频录像中包含同一待测车辆的两个帧图像，表示为F1帧和 F2帧。

摄像机采集视频数据后，从待测车辆所在的视频录像里选取两个帧图像。

步骤102，确定待测车辆在F1帧和F2帧中出现所对应的实际时间差，表示为T。

本步骤中，可直接由车辆在F1帧中出现的时间点与在F2帧中出现的时间点进行相减，得到T。或者，利用F1帧与F2帧的帧差数以及每帧的时间，进行相乘，计算得到T。

步骤103，在F1帧和F2帧中的所述待测车辆上分别标定特征点M和特征点 N，所述特征点M和特征点N为所述待测车辆上的同一特征点；根据所述特征点 M和特征点N间间隔的像素点数和/或特征点M和特征点N的图像坐标计算特征点M和特征点N间对应的实际距离，表示为D。

如图2所示，为F1帧与F2帧中的待测车辆；在两个帧图像的待测车辆中选取同一特征点，例如为车头一点(如车灯)、某一轮胎的着力点等，在图像中的位置分别为M1和M2；M1和M2之间的距离，所对应的实际距离，即为D。

步骤104，由T和D计算得到待测车辆在视频录像里的平均车速V：V＝D/T。

本发明针对某一需要进行速度测量的车辆，选取视频录像中包含待测车辆的两个帧图像，基于这两帧图像确定出车辆速度；先确定所述待测车辆在F1帧和F2 帧中出现所对应的实际时间差，表示为T；在F1帧和F2帧中的所述待测车辆上分别标定特征点M和特征点N，所述特征点M和特征点N为所述待测车辆上的同一特征点；再根据所述特征点M和特征点N间间隔的像素点数和/或特征点M和特征点N的图像坐标计算特征点M和特征点N间对应的实际距离，表示为D；而后，由T和D计算得到待测车辆在视频录像里的平均车速V：V＝D/T。采用本发明方案，实现了对某一具体车辆的速度进行测量，提高了车辆速度的测量准确性，进一步满足了需求。

图1流程中，对实际距离D的计算，根据不同情形，有多种实现方式。计算 D时，可先建立测量参数与D之间的计算关系式，得到距离测量模型；再根据距离测量模型，计算得到实际距离。具体地，例如，可以根据图像中两个像素点之间距离与实际距离的比例关系，进行计算；还可以，根据几何位置关系确定出像素点坐标位置与实际坐标位置之间的关系，计算出图像上某点对应的实际坐标值，进而确定出两个实际坐标值之间的距离；等等。下面进行举例说明。

实例一、

对于摄像机的光轴与道路垂直或近似垂直的情况，即车辆在视频中的任何位置对于摄像机都拥有近似相同的景深；如图3所示；实际距离D，可采用如下方式计算：

选取图像中待测车辆上两个特征点，表示为特征点A和特征点B；

获取图像中特征点A和特征点B之间的像素点距离，表示为L；

确定真实车辆上L所对应的实际距离；

由以下公式计算出D：

D＝(真实车辆上L所对应的实际距离/L)×两个帧图像中待测车辆上特征点M和特征点N之间的距离。

特征点A和特征点B，可根据自行选取。例如：特征点A为车辆前轮胎着力点，特征点B为车辆后轮胎着力点，则特征点A和特征点B之间的距离为轴距；此时：

D＝(车辆真实轴距/图像中车辆轴距的像素点长度)×车辆在图像中行驶的像素点长度(即M1与M2两点距离)。

实例二、

对于摄像机的光轴与道路平行或近似平行的情况，如图4所示；此时，实际距离 D，可采用如下方式计算：

将两个帧图像中待测车辆上同一特征点的两个图像坐标值用变量(u₁,v₁)和(u₂,v₂) 表示，建立D与(u₁,v₁)、(u₂,v₂)的变量关系式；

获取特征点M和特征点N的图像坐标值；

将获取的两个图像坐标值代入所述关系式，得到D。

进一步地，所述变量关系式为：

其中，

其中，H为摄像机的实际高度，f为摄像机归一化焦距，为摄像机对应水平面的倾斜角；u，v为图像坐标。

进一步地，H、f和的确定方法包括：

在摄像机拍摄的标定视频上选取标定点对，每个标定点对包含两个标定点；

获取各标定点对中两个标定点所对应的实际距离，获取的实际距离为括车辆的轴距、平行于车辆的距离或者垂直于车辆的距离；

将获取的实际距离以及相应标定点的图像坐标，代入变量关系式，计算得到H、f和

下面对摄像机的光轴与道路平行或近似平行的情况，做进一步详细说明。实际距离D的计算采用如下方式：

预先在摄像机拍摄的标定视频上选取标定点，记录各标定点在图像上的图像坐标值以及相应的实际坐标值；

根据几何位置关系，建立实际坐标与图像坐标的几何关系式；

由各标定点在图像上的图像坐标值以及相应的实际坐标值，计算出几何关系式中的摄像机参数；

获取两个帧图像中待测车辆上同一特征点的两个图像坐标值；

将获取的两个图像坐标值代入几何关系式，得到两个实际坐标值；而后，便可计算两个实际坐标值之间的距离D。

在同一摄像机下，拍摄标定视频，如图5所示的实例：图5a中，在待测车辆所属的车道中放置ABCD四个标定物，量出ABCD四个边的距离，并确保ABCD四个标定点都能被摄像机所拍摄；记录各标定点在图像上的图像坐标值以及相应的实际坐标值，用(u，v)标识标定点的图像坐标，用(X，Y)表示标定点的实际坐标。或者，在场景图像允许的情况下，通过标定车辆在不同位置的轴距A1B1、A2B2、A3B3、 A4B4，标定点可从A1-A4，B1-B4中选取，如图5b所示。

实际坐标与图像坐标之间存在一定的几何关系，与摄像机参数有关。通过一定的几何运算，便可得到实际坐标与图像坐标的几何关系式，这是本领域技术人员能够实现的；本实例中，在满足计算精确度的前提下，对几何关系式进行了简化，得到如下式子(仅为一个较佳实现方式，并不限于此)：

其中，H为摄像机的实际高度，f为摄像机归一化焦距，为摄像机对应水平面的倾斜角，此时为未知参数。

以图5a为例，由四边形各顶点的图像坐标值以及相应的实际坐标值，对公式(1)进行迭代运算，得到各摄像机参数。

而后，便可计算得到D：

其中，(u₁,v₁)和(u₂,v₂)是M1、M2在图 像中的坐标，将(u₁,v₁)、(u₂,v₂)代入下面的关系式，便可得到(X₁,Y₁)和(X₂,Y₂)：

本发明提出了针对监控视频中某一特定车辆的速度估算方法，不同于现有技术中计算某路段在一定时间内的车流的平均速度。采用本发明方案，可应用于与公安刑侦业务及交通事件认定上的应用需求。并且，本发明提出了通过道路上设置4个标定点而获得画面与真实场景的映射关系的方法；该方法简单易行，适合在实际工作中使用。

参见图6，为本发明视频录像中进行特定车辆速度测量的装置结构示意图，该装置包括帧图像选取单元、时间差确定单元、距离确定单元和速度计算单元；

帧图像选取单元，选取视频录像中包含同一待测车辆的两个帧图像，表示为F1 帧和F2帧；

时间差确定单元，确定所述待测车辆在F1帧和F2帧中出现所对应的实际时间差，表示为T；将T发送给速度计算单元；

距离确定单元，在F1帧和F2帧中的所述待测车辆上分别标定特征点M和特征点 N，所述特征点M和特征点N为所述待测车辆上的同一特征点；根据所述特征点M 和特征点N间间隔的像素点数和/或特征点M和特征点N的图像坐标计算特征点M和特征点N间对应的实际距离，表示为D；将D发送给所述速度计算单元；

速度计算单元，由T和D计算得到待测车辆在视频录像里的平均车速V：V＝D/T。

较佳地，所述距离确定单元，建立测量参数与D之间的计算关系式，得到距离测量模型；根据距离测量模型，计算得到实际距离。

较佳地，摄像机的光轴与道路垂直或近似垂直时，所述距离确定单元包括第一距离确定子单元，选取图像中待测车辆上两个特征点，表示为特征点A和特征点B；获取图像中特征点A和特征点B之间的像素点距离，表示为L；确定真实车辆上L所对应的实际距离；由以下公式计算出D：

D＝(真实车辆上L所对应的实际距离/L)×两个帧图像中待测车辆上特征点M和特征点N之间的距离。

较佳地，所述特征点A为车辆前轮胎着力点，所述特征点B为车辆后轮胎着力点。

较佳地，摄像机的光轴与道路平行或近似平行时，所述距离确定单元包括第二距离确定子单元；

所述第二距离确定子单元，将两个帧图像中待测车辆上同一特征点的两个图像坐标值用变量(u₁,v₁)和(u₂,v₂)表示，建立D与(u₁,v₁)、(u₂,v₂)的变量关系式；获取特征点M和特征点N的图像坐标值；将获取的两个图像坐标值代入所述关系式，得到D。

变量关系式：

较佳地，所述第二距离确定子单元生成得到的变量关系式为：

其中，

其中，H为摄像机的实际高度，f为摄像机归一化焦距，为摄像机对应水平面的倾斜角；u，v为图像坐标。

以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明保护的范围之内。

Claims (7)

1.一种视频录像中进行特定车辆速度测量的方法，其特征在于，该方法包括：

选取视频录像中包含同一待测车辆的两个帧图像，表示为F1帧和F2帧；

确定所述待测车辆在F1帧和F2帧中出现所对应的实际时间差，表示为T；

在F1帧和F2帧中的所述待测车辆上分别标定特征点M和特征点N，所述特征点M和特征点N为所述待测车辆上的同一特征点；

根据所述特征点M和特征点N间间隔的像素点数和/或特征点M和特征点N的图像坐标计算特征点M和特征点N间对应的实际距离，表示为D；其中，摄像机的光轴与道路垂直或近似垂直时，计算D包括：

选取图像中待测车辆上两个特征点，表示为特征点A和特征点B；

获取图像中特征点A和特征点B之间的像素点距离，表示为L；

确定真实车辆上L所对应的实际距离；

由以下公式计算出D：

D＝(真实车辆上L所对应的实际距离/L)×两个帧图像中待测车辆上特征点M和特征点N之间的距离；

由T和D计算得到待测车辆视频录像的平均车速V：V＝D/T。

2.如权利要求1所述的方法，其特征在于，摄像机的光轴与道路平行或近似平行时，确定D包括：

将两个帧图像中待测车辆上同一特征点的两个图像坐标值用变量(u₁,v₁)和(u₂,v₂)表示，建立D与(u₁,v₁)、(u₂,v₂)的变量关系式；

获取特征点M和特征点N的图像坐标值；

将获取的两个图像坐标值代入所述关系式，得到D。

3.如权利要求2所述的方法，其特征在于，所述变量关系式为：

其中，

其中，H为摄像机的实际高度，f为摄像机归一化焦距，为摄像机对应水平面的倾斜角；u，v为图像坐标。

4.如权利要求3所述的方法，其特征在于，H、f和的确定方法包括：

在摄像机拍摄的标定视频上选取标定点对，每个标定点对包含两个标定点；

获取各标定点对中两个标定点所对应的实际距离，获取的实际距离包括车辆的轴距、平行于车辆的距离或者垂直于车辆的距离；

将获取的实际距离以及相应标定点的图像坐标，代入所述变量关系式，计算得到H、f和

5.一种视频录像中进行特定车辆速度测量的装置，其特征在于，该装置包括帧图像选取单元、时间差确定单元、距离确定单元和速度计算单元；

帧图像选取单元，选取视频录像中包含同一待测车辆的两个帧图像，表示为F1帧和F2帧；

时间差确定单元，确定所述待测车辆在F1帧和F2帧中出现所对应的实际时间差，表示为T；将T发送给速度计算单元；

距离确定单元，在F1帧和F2帧中的所述待测车辆上分别标定特征点M和特征点N，所述特征点M和特征点N为所述待测车辆上的同一特征点；根据所述特征点M和特征点N间间隔的像素点数和/或特征点M和特征点N的图像坐标计算特征点M和特征点N间对应的实际距离，表示为D；将D发送给所述速度计算单元；

摄像机的光轴与道路垂直或近似垂直时，所述距离确定单元包括第一距离确定子单元，选取图像中待测车辆上两个特征点，表示为特征点A和特征点B；获取图像中特征点A和特征点B之间的像素点距离，表示为L；确定真实车辆上L所对应的实际距离；由以下公式计算出D：

D＝(真实车辆上L所对应的实际距离/L)×两个帧图像中待测车辆上特征点M和特征点N之间的距离；

速度计算单元，由T和D计算得到待测车辆在视频录像里的平均车速V：V＝D/T。

6.如权利要求5所述的装置，其特征在于，摄像机的光轴与道路平行或近似平行时，所述距离确定单元包括第二距离确定子单元；

所述第二距离确定子单元，将两个帧图像中待测车辆上同一特征点的两个图像坐标值用变量(u₁,v₁)和(u₂,v₂)表示，建立D与(u₁,v₁)、(u₂,v₂)的变量关系式；获取特征点M和特征点N的图像坐标值；将获取的两个图像坐标值代入所述关系式，得到D。

7.如权利要求6所述的装置，其特征在于，所述第二距离确定子单元生成得到的变量关系式为：

其中，

其中，H为摄像机的实际高度，f为摄像机归一化焦距，为摄像机对应水平面的倾斜角；u，v为图像坐标。