CN109308809A - 一种基于动态图像特征处理的隧道车辆监控装置 - Google Patents

Abstract

一种基于动态图像特征处理的隧道车辆监控装置，包括壳体，所述壳体上设置有安装支架，所述壳体内设置有中央处理单元，其中所述壳体内还设置有与所述中央处理单元连接的计算单元、存储单元、车牌识别装置、显示单元、报警系统、与所述存储单元连接的图像处理单元、与所述图像处理单元连接的图像采集单元，其中所述中央处理单元还设置有无线发射单元，所述车牌识别装置与所述显示单元连接。本发明能够对雪、雾、雨等恶劣天气的行车图片进行处理，监控数据可上传总控中心，便于查询、跟踪行车信息，通过报警系统能够及时提醒行人隧道内的情况以及车辆信息，适用范围广。

Description

一种基于动态图像特征处理的隧道车辆监控装置

技术领域

本发明涉及一种车辆监控装置，尤其涉及交通行业中能够在不同的天气对车辆、人员的信息进行采集、处理的隧道车辆监控装置。

背景技术

随着我国经济社会的飞速发展，对智能化管理的高等级公路的需求越来越大。十五、十一五期间，我国公路系统进入大发展、大跨越时期。隧道因其具有改善路网，节约土地等优点，逐渐成为公路建设的重要组成部分。但由于隧道具有空间狭窄、结构封闭、视线差等缺陷，行车在隧道中容易出现交通事故，也容易因为隧道的盲区导致灾难性事故，由于隧道入口的行车无法获知隧道内的车辆信息，以致于使交通事故进一步扩大。一旦发生事故，救援工作复杂困难，而且容易造成严重的交通阻塞，并有可能引发火灾，从而引发灾难性的后果，因此，保证隧道行车安全至关重要。同时，对于一些进入隧道内的常规车辆，比如追查肇事司机、查询过往车辆，常规的装置就很难实现。

传统的交通安全监控主要依赖于现场的人工巡视和远程的基于闭路电视系统即电视墙CCTV（close-circletelevision）系统的人工监视。这不仅需要大量人力，而且监控效果不能得到有效保证。针对雾天、雨天等恶劣天气中过往的行车车辆及人员就很难做到正确的识别和辨认，也无法对过往车辆进行信息识别、追踪、查询。

发明内容

针对上述技术的不足，本发明公开一种基于动态图像特征处理的隧道车辆监控装置，该装置能够在各种天气，诸如，雾天、雨天等不同的场合对过往车辆进行视频监控，并能够对过往车辆进行信息识别和人员监控，还能够正确地识别图像中的车辆、车牌、行人，并对行车信息进行保存，方便后续的查询、跟踪。

本发明采用以下技术方案：

一种基于动态图像特征处理的隧道车辆监控装置，包括壳体，所述壳体上设置有安装支架，所述壳体内设置有中央处理单元，其中所述壳体内还设置有与所述中央处理单元连接的计算单元、存储单元、车牌识别装置、显示单元、报警系统、与所述存储单元连接的图像处理单元、与所述图像处理单元连接的图像采集单元，其中所述中央处理单元还设置有无线发射单元，所述车牌识别装置与所述显示单元连接。

优选地，所述图像采集单元包括CCD摄像机和与所述CCD摄像机连接的视频采集卡。

优选地，所述图像处理单元包括图像分割单元、与所述图像分割单元连接的目标图像提取单元、与所述目标图像提取单元连接的目标图像识别单元、与所述目标图像识别单元连接的特征匹配目标计算单元。

优选地，所述计算单元包括图像预处理单元、与所述图像预处理单元连接的图像检测单元、与所述图像检测单元连接的SAD匹配跟踪器。

优选地，所述存储单元包括输出/输出端口、与所述输出/输出端口连接的存储介质，所述存储介质为以下存储介质中的至少一个：CF卡、SD卡、MMC卡、SM卡、xD卡。

优选地，所述车牌识别装置包括牌照切分单元，与所述牌照切分单元连接的字符识别单元。

优选地，所述报警系统包括报警按钮、与所述报警按钮通过总线串联连接的感烟探测器、感温探测器、火焰探测器。

优选地，所述显示单元为1024x768mmLCD液晶显示单元。

优选地，所述中央处理单元设置有主板，所述主板上设置有主频为1.86GHz的Intel Atom D2550处理器。

优选地，所述无线发射单元设置有蓝牙无线通讯接口。

积极有益效果：

1、本发明能够并行多台同时通讯，可通过总控中心统一管理各个控装置的使用状态。

2、本发明能够感测隧道内的烟、雾、火、温度，通过报警系统及时提醒行人隧道内的情况以及车辆信息。

3、本发明能够对雾天、雨天、不同光线下的图片进行处理、识别，正确地识别图像中的车辆、车牌、行人，并对行车信息进行保存，方便后续的查询、跟踪。

4、本发明能够与行人通过无线蓝牙通讯，当行车接近本发明时，可通过手机、PDA与本发明进行无线通讯，用户通过手机或PDA获知本发明的信息，更进一步地了解本发明的存储信息。

5、本发明能够通过液晶显示单元显示存储信息，并能显示隧道内车辆的拥堵、故障等情况。

附图说明

图1为本发明一种基于动态图像特征处理的隧道车辆监控装置的原理结构方框示意图；

图2为本发明一种基于动态图像特征处理的隧道车辆监控装置中图像处理单元的结构方框示意图；

图3为本发明一种基于动态图像特征处理的隧道车辆监控装置中计算单元的结构方框示意图；

图4为本发明一种基于动态图像特征处理的隧道车辆监控装置的车牌识别装置识别车牌的实施例示意图；

图5为本发明一种基于动态图像特征处理的隧道车辆监控装置的一个实施例示意图；

图6为本发明一种基于动态图像特征处理的隧道车辆监控装置中16*16大小模板的目标模板与候选模板一列数据进行SAD运算的电路结构硬件示意图。

具体实施方式

以下结合附图对本发明的优选实施例进行说明，应当理解，此处所描述的实施例仅用于说明和解释本发明，并不用于限定本发明。

如图1所示，一种基于动态图像特征处理的隧道车辆监控装置，包括壳体，所述壳体上设置有安装支架，所述壳体内设置有中央处理单元，其中所述壳体内还设置有与所述中央处理单元连接的计算单元、存储单元、车牌识别装置、显示单元、报警系统、与所述存储单元连接的图像处理单元、与所述图像处理单元连接的图像采集单元，其中所述中央处理单元还设置有无线发射单元，所述车牌识别装置与所述显示单元连接。

在本发明中，所述图像采集单元包括CCD摄像机和与所述CCD摄像机连接的视频采集卡。图像采集单元由CCD摄像机和视频采集卡组成，摄像机采集的视频为PAL制式或NTSC制式，通过视频采集卡进行压缩编码，压缩格式采用高性能和高压缩率的11.264格式。在隧道应用中，由于隧道高度限制了摄像机的架设高度，从而影响了摄像机的有效视场。隧道中摄像机的架设密度高于普通公路，可以每隔150米架设一台。也可以在隧道入口处建立。以保证无监控死角。CCD摄像机负责对于特定区域的交通状况进行视频图像采集，并将采集的信号传输给视频采集卡，经过视频采集卡的处理，将模拟视频信号转换为数据视频信号，再将数据图像送入到中央处理单元中进行缓存。

如图2所示，本发明中的所述图像处理单元包括图像分割单元、与所述图像分割单元连接的目标图像提取单元、与所述目标图像提取单元连接的目标图像识别单元、与所述目标图像识别单元连接的特征匹配目标计算单元。

在本发明中，图像分割单元可将图像中具有不同类型的图像单元（比如，车身、车牌、人物）等不同的区域分开来，该单元能够对不连续性和相似性的特性进行分割。不连续性是基于隧道中车辆的亮度的不连续变化而进行图像的边缘分割。相似性的特性分割可以根据事先定制的准则将图像分割为相似的区域，比如门限处理、区域生长、区域分离和聚合等，在车辆检测中，对系统的实时性的要求较高，要求分割处理的速度尽量快一些。

在本发明中，目标图像提取单元能够对视频序列中检测新到的目标及运动区域，然后对新检测的目标进行特征提取，预测的目标在下一刻可能运动的位置，确定目标在下一刻的搜索范围，在预测搜索范围内，用前一时刻的特征信息进行匹配搜索，寻找最佳匹配位置，当在预测范围内未找到目标时需要进行例外处理。本发明利用匹配的目标图像，重新修正被跟踪目标的特征数据，如此反复，就可以跟踪到这个目标的运动轨迹。该单元能够找到具有比较好的有效性的特征，再运动合理的特征匹配算法，跟踪的实时性可以得到保证。

在本发明中，目标图像识别单元为基于SPCA563B芯片的图像识别单元，能够对目标图像提取单元提取的图像进行识别，对图像进行处理、分析，该单元具有图片识别与处理能力，其提供320*240的8位CMOS图像传感器接口，具有自动白平衡和获得参数控制功能，具有图像颜色校正和图像Gamma校正功能，同时也具有良好的减少噪声的滤波器。

在本发明中，特征匹配目标计算单元是采用利用目标的局部模板在当前帧进行匹配获取目标候选区域，利用改进的距离加权彩色直方图计算候选区域与局部模板的相似度，结合直方图的相似度和卡尔曼预测确定目标的位置。在具体实施例中，在进行特征匹配时，首选要判断目标的运动状态，比如，新的行车目标的出现、旧的行车目标的消失、目标匹配、目标分裂以及目标之间的相互遮挡，在该实施例中，利用目标的运动特征建立数据关联矩阵判断目标的运动状态，然后对各状态分别进行针对性的处理。

在另一个实施例中，在进行目标跟踪前，需要检测出场景出现的的目标，在本实施例中，通过目标检测模型进行目标检测计算，为了能够实时对目标进行跟踪，本实施例采用背景建模来提取摄像机场景中的目标轮廓，实用混合高斯计算模块对视频场景进行建模，利用背景减除单元提取前景目标，然后利用形态学滤波器关联断裂的目标并去噪声，最后根据场景中目标的尺度阈值过滤掉尺度较小的目标，最终获得当前帧出现的运动目标的轮廓外接矩形。根据外形特征，再调用模板进行匹配，在匹配过程中，由于各模板中的前景和背景的像素比不同以及各模板尺度差异等因素，使得仅根据匹配度确定最终匹配区域是不合理的，模板匹配的最有匹配区域仅仅只能作为候选区域，因此为确定目标的位置，还需要结合目标的其他特征进行精确匹配。与其他特征（比如，纹理、梯度直方图等）相比，目标的颜色特征对图像的尺度、方向、视角的依赖性较小，在本发明一个具体实施中，采用颜色特征对模板匹配的结果进行进一步的精确匹配。

在本发明中，图像处理单元可以不仅可以处理图像，还具有视频图像处理的功能，图像处理单元利用计算机视觉技术与数字图像处理技术能够处理道路上交通监控的实时视频图像信息，达到运动车辆自动检测、运动状态预测、车辆自动跟踪等目的，从而自动快速检测车道变换、超速、慢速、停止、交通阻塞等事件及进行车型、平均车速等交通参数的统计，并自动记录相关数据。

如图3所示，本发明中的所述计算单元包括图像预处理单元、与所述图像预处理单元连接的图像检测单元、与所述图像检测单元连接的SAD匹配跟踪器。

在本发明中，图像预处理是在图像特征提取之前的必要步骤,用以降低图像噪声和失真程度,增强图像中的有用信号,改善图像的质量,以利于后续处理。

在本发明中，图像检测单元可实现图像边缘检测，图像检测单元包括但不局限于Sobel算子单元、Isotropic Sobel算子单元、Roberts算子单元、Prewitt算子单元、Laplacian算子单元、Canny算子单元，在边缘检测中，通过图像的梯度变化将图像中梯度变化明显的地方检测出来。在本发明中，边缘是指图像局部强度变化最显著的部分，是图像分割、纹理特征和形状特征等图像进行分析时重要的基础，因此，在进行图像检测时，需要对图像进行分割或者图像分离。

为了更准确地对行车运动进行跟踪，本发明还采用了SAD匹配跟踪器。如图6所示，图6为16*16大小模板的目标模板与候选模板一列数据进行SAD运算的电路结构硬件图。在本实施例中，SAD运算子模块能够将16*16窗生成的子模块生成的目标模板与候选目标内的像素点按公式进行匹配运算。在进行匹配时首先选取模板图像，然后在图像区域中的所有的未知物体进行SAD运算，扫瞄整幅图像寻找SAD值最小的点，将SAD最小值的点所在的领域作为所寻找的目标物体。在具体实施例中，将电路分成四级，在每一级设置寄存器组用于存放中间数据，以减少逻辑运算的延时，以提高系统运行速度，也提供了匹配跟踪的准确度，使得系统的图像处理单元有更快的处理速度和更高的实时性。在本发明中，所述存储单元包括输出/输出端口、与所述输出/输出端口连接的存储介质，所述存储介质为以下存储介质中的至少一个：CF卡、SD卡、MMC卡、SM卡、xD卡。

在本发明中，所述车牌识别装置包括牌照切分单元，与所述牌照切分单元连接的字符识别单元。

汽车牌照识别系统主要由车牌定位、字符切分以及字符识别组成-车牌定位的作用是在整幅图像中找到车牌区域-字符切分是利用车牌字符的局部与整体信息，将车牌定位得到的车牌图像中的字符提取出来-字符识别是模式识别理论的典型应用，目前字符识别技术已经相对成熟，在正常图像质量条件下，正确识别率很高-对车牌识别来说，如果车牌定位和字符切分的性能理想，整个系统的正确识别率就不会低-然而车牌定位很难精确地得到车牌的上下左右边界，而把精确定位问题留到字符切分部分解决-所以，笔者认为整个车牌识别系统的性能瓶颈在车牌精确定位和字符切分部分，尤其是字符切分，能否在车牌图像中准确地切分出字符是车牌识别系统成功的关键。

字符切分最有效也最常用的方法是：投影切分，在一种实施例中，因为可能存在的“过切分”，即把一个字符切分成多个部分，例如可能将字符“8”和“U”下面的横向笔画切断，使得得到的区域个数不少于字符个数，在另一种实施例中，因为字符间的粘连、字符与边框的粘连，使得到的连通区域个数不多于字符个数，这里利用车牌字符的局部和整体特征，提出了字符串的车牌相似度概念，并针对这两种切分思路的特点，在估计出字符高度的基础上，遍历各种可能存在的切分，计算字符串的车牌相似度!最终找到车牌相似度最大的那种情况，完成字符切分。

在一个具体实施例中，当车辆驶入监控装置附近时，图像采集单元开始工作，将拍摄到含有车辆牌照的车牌图像传入图像处理单元。

图像采集过程是在光源提供照明的条件下，数字摄像机拍摄目标物体，并将其转化为数字图像信号，最后通过图像采集卡传输给图像处理单元。

在图像采集环节，一般通过CCD摄像头与视频卡直接连接完成的，在图像采集过程中，外界环境可能受恶劣天气、光照不均、亮度低、对比度太小、倾斜等影响，这些都会影响车牌字符的分割而降低了车牌识别率。对车牌进行预处理就是提高图片的识别率，

如图4所示，在进行车辆车牌识别时，在一个实施例中，车辆驶入时，图像采集单元首先对车牌图像采集，然后对车牌图像预处理，进行去噪，图片更加清楚，在对车牌图像进行分割，然后对车牌图形中字符识别，将是识别后车牌图形中字符存储，通过显示单元将车牌图形中字符显示。

在本发明中，所述报警系统包括报警按钮、与所述报警按钮通过总线串联连接的感烟探测器、感温探测器、火焰探测器。

在本发明中，感烟探测器主要探测周围环境中的烟雾粒子浓度的大小，当烟粒子浓度过大时，产生报警信号，通过总线传给报警主机。感烟探测器又有离子感烟探测器和光电感烟探测器之分。感烟探测器主要安装在饭店、旅馆、教学楼、大厅、卧室、办公室、电子计算机房、通讯机房、楼梯、走道、电梯机房、书库、档案库等有电气火灾危险的场所。感温探测器主要探测周围环境中温度的变化，感温探测器分为定温探测器和差温探测器。定温探测器是当周围环境中温度超过某一设定温度时，产生报警信号；而差温探测器是当周围环境温度的变化幅度超过某一值时，产生报警信号。感温探测器产生的报警信号通过总线传给报警主机，它主要用于相对湿度大、无烟火灾、有大量粉尘、正常情况下有烟和蒸汽滞留的地方，如：地下停车场、厨房、吸烟室、会议室、锅炉房、发电机房等场所。在本发明中，使用在隧道内。手动报警按钮是当着火时，由工作人员按下手动报警按钮，产生报警信号，通过总线传输到报警系统，由报警系统提醒用户。

在本发明中，所述显示单元为1024x768mmLCD液晶显示单元。

在本发明中，所述中央处理单元设置有主板，所述主板上设置有主频为1.86GHz的Intel Atom D2550处理器。

在本发明中，所述无线发射单元设置有蓝牙无线通讯接口。在具体实施例中，通过该通讯接口，可与行车人员中的手机或者PDA等电子通讯设备进行蓝牙通讯，快捷地获取隧道内车辆信息。

如图5所述，在本发明另一个具体实施例中，总控中心与多台本发明进行并行通讯，通过总控中心对多台本发明进行统一管理，各个装置通过CAN总线将监控数据上传总控中心。

本发明具有以下突出的特点：

1、本发明能够并行多台同时通讯，可通过总控中心统一管理各个控装置的使用状态。

2、本发明能够感测隧道内的烟、雾、火、温度，通过报警系统及时提醒行人隧道内的情况以及车辆信息。

3、本发明能够对雾天、雨天、不同光线下的图片进行处理、识别，正确地识别图像中的车辆、车牌、行人，并对行车信息进行保存，方便后续的查询、跟踪。

4、本发明能够与行人通过无线蓝牙通讯，当行车接近本发明时，可通过手机、PDA与本发明进行无线通讯，用户通过手机或PDA获知本发明的信息，更进一步地了解本发明的存储信息。

5、本发明能够通过液晶显示单元显示存储信息，并能显示隧道内车辆的拥堵、故障等情况。

虽然以上描述了本发明的具体实施方式，但是本领域的技术人员应当理解，这些具体实施方式仅是举例说明，本领域的技术人员在不脱离本发明的原理和实质的情况下，可以对上述方法和系统的细节进行各种省略、替换和改变。例如，合并上述方法步骤，从而按照实质相同的方法执行实质相同的功能以实现实质相同的结果则属于本发明的范围。因此，本发明的范围仅由所附权利要求书限定。

Claims (10)

1.一种基于动态图像特征处理的隧道车辆监控装置，包括壳体，所述壳体上设置有安装支架，所述壳体内设置有中央处理单元，其特征在于，所述壳体内还设置有与所述中央处理单元连接的计算单元、存储单元、车牌识别装置、显示单元、报警系统、与所述存储单元连接的图像处理单元、与所述图像处理单元连接的图像采集单元，其中所述中央处理单元还设置有无线发射单元，所述车牌识别装置与所述显示单元连接。

2.根据权利要求1所述的一种基于动态图像特征处理的隧道车辆监控装置，其特征在于，所述图像采集单元包括CCD摄像机和与所述CCD摄像机连接的视频采集卡。

3.根据权利要求1所述的一种基于动态图像特征处理的隧道车辆监控装置，其特征在于，所述图像处理单元包括图像分割单元、与所述图像分割单元连接的目标图像提取单元、与所述目标图像提取单元连接的目标图像识别单元、与所述目标图像识别单元连接的特征匹配目标计算单元。

4.根据权利要求1所述的一种基于动态图像特征处理的隧道车辆监控装置，其特征在于，所述计算单元包括图像预处理单元、与所述图像预处理单元连接的图像检测单元、与所述图像检测单元连接的SAD匹配跟踪器。

5.根据权利要求1所述的一种基于动态图像特征处理的隧道车辆监控装置，其特征在于，所述存储单元包括输出/输出端口、与所述输出/输出端口连接的存储介质，所述存储介质为以下存储介质中的至少一个：CF卡、SD卡、MMC卡、SM卡、xD卡。

6.根据权利要求1所述的一种基于动态图像特征处理的隧道车辆监控装置，其特征在于，所述车牌识别装置包括牌照切分单元，与所述牌照切分单元连接的字符识别单元。

7.根据权利要求1所述的一种基于动态图像特征处理的隧道车辆监控装置，其特征在于，所述报警系统包括报警按钮、与所述报警按钮通过总线串联连接的感烟探测器、感温探测器以及火焰探测器。

8.根据权利要求1所述的一种基于动态图像特征处理的隧道车辆监控装置，其特征在于，所述显示单元为1024x768mmLCD液晶显示单元。

9.根据权利要求1所述的一种基于动态图像特征处理的隧道车辆监控装置，其特征在于，所述中央处理单元设置有主板，所述主板上设置有主频为1.86GHz的Intel Atom D2550处理器。

10.根据权利要求1所述的一种基于动态图像特征处理的隧道车辆监控装置，其特征在于，所述无线发射单元设置有蓝牙无线通讯接口。