CN111179604A - 一种车型识别方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种车型识别方法，属于交通设备领域，包括以下步骤：A、倾斜设置在路面上方的激光扫描装置扫描并获取待测车辆的断面深度图和对应的在垂直面上的投影图；B、利用最小二乘直线拟合算法计算投影图中车辆图形的前边缘和后边缘并与垂直线的角度进行比较判断车辆行进方向；C、如果判定车辆前行通过或者倒车退出，通过投影图中轮胎的数量判定车轴的数量，通过断面深度图判定轮胎是单胎还是双胎，获得待测车辆的车型信息。本发明采用一个激光扫描装置即可实现传统路侧激光分型设备无法判断行车方向的问题，使用简单可靠的算法在嵌入式控制器内实现实时车型及车辆行进方向分析。

Description

一种车型识别方法

技术领域

本发明属于交通设备领域，具体涉及一种车型识别方法。

背景技术

在高速公路收费系统中，需要一种通行车辆的车型检测手段。目前常规的检测手段是使用激光、视频和红外光栅，激光又分为路测安装方式和车道顶装式。视频分析车型方式存在大量的图像处理分析，其数据不是直接量侧的物理量数据，在光线不良或是车辆行进过程改变方向时，容易出现错误判断。传统路侧安装式激光式扫描检测车型设备和本发明实施设备的区别是，它们是垂直扫描，没有倾斜角度，因此无法判别车辆行驶方向。车道顶部安装激光方式优点是可以获取直观的车辆长度和高度讯息，但是缺点为无法获取车轴讯息，因此也无法做到精细的车型分析；尤其是即将要实施的货车根据轴数收费时，更需要完全正确的轴讯息，顶装式激光就无法满足要求。双激光方案是以一个车道顶装激光加一个路侧激光共同完成车型判别，由路侧激光提供给顶装激光轮轴讯息。此方式目前最普遍为高速公路业主接受，可以满足要求的方案；但是缺点是布署成本太高，维护也更困难，需要封道并使用登高车维修顶装激光。技术上双激光方案也存在另一个技术上的缺陷，路侧激光是安装在车道岛头，在车辆通过后输出车型和轮轴讯息；顶激光是安装在收费亭位置，在车辆到达收费亭位置时出车型；二者时间差内可能有多辆车通过路侧激光，中间便存在匹配问题。如果有车辆倒车，但路侧激光还是当作前行处理，会在队列里面多出两辆车，造成匹配错误；此时错误的轮轴讯息反而降低主激光识别正确率。

发明内容

本发明要解决的技术问题是提供一种车型识别方法，通过将激光扫描装置倾斜设置在车道入口一侧，扫描通过的车辆得到投影图和深度图，根据投影图和深度图提供的车辆信息判断的识别车型。

为解决上述技术问题，本发明采用的技术方案是：

一种车型识别方法，包括以下步骤：

A、倾斜设置在车道入口侧的激光扫描装置扫描并获取待测车辆的断面深度图和对应的在垂直面上的投影图；

B、利用最小二乘直线拟合算法计算投影图中车辆图形的前边缘和后边缘并与垂直线的角度进行比较判断车辆行进方向，如果前边缘和后边缘相对于垂直线倾斜的角度方向相同则判定车辆前行通过或者倒车退出，如果前边缘和后边缘相对于垂直线向上聚拢或者前边缘和后边缘相对于垂直线向下聚拢则判定属于无效通行；

C、如果判定车辆前行通过或者倒车退出，通过投影图中轮胎的数量判定车轴的数量，通过断面深度图判定轮胎是单胎还是双胎，获得待测车辆的车型信息。

本发明通过采用一个激光扫描装置，得到相互对应的车辆的断面深度图和投影图，断车后通过投影图中车辆图形的前边缘和后边缘并与垂直线的角度进行比较判断车辆行进方向，如果判断是前进方向则通过投影图中轮胎的数量判定车的高度、车长、车轴的数量及距离，通过车辆断面深度图判定轮胎是单胎还是双胎，实现传统路侧激光分型设备无法判断行车方向的问题，使用简单可靠的算法在嵌入式控制器内实现实时车型及车辆行进方向分析。

下面结合附图对本发明进行详细说明。

附图说明

图1为本发明车型识别方法中激光扫描装置的结构示意图；

图2为本发明车型识别方法的流程图；

图3为本发明的激光扫描装置与地面的安装示意图；

图4为本发明车型识别方法中投影图处理的说明；

图5为本发明车型识别方法中得到的前边缘和后边缘角度结果示意图；

图6为本发明车型识别方法中投影图和车轮轴定位方式图；

图7为本发明车型识别方法中中单胎轮轴和双胎轮轴的深度图。

具体实施方式

本发明提供了一种车型识别方法，本方法包括以下步骤。

步骤A、倾斜设置在路面上方的激光扫描装置扫描并获取待测车辆的断面深度图和对应的在垂直面上的投影图。投影图是激光扫描装置扫描并获取到的车辆侧面在与其通行方向相平行的垂直面上的投影图，用于判断车辆的行进方向、车的高度、车长、车轴的数量及距离等信息（如图4所示）。断面深度图是激光扫描装置扫描并获取到的车辆底部在与其通行方向相垂直的垂直面上的投影图，用于判断是单胎还是双胎（如图7所示）。

参见附图1-3，激光扫描装置包括激光发射端、激光数据搜集模块（接收端）、图形提取模块、行进方向判别模块、轴数和轴类型判别模块、车型判断模块以及数据输出模块。

参见附图3，激光扫描装置的发射端与路面的仰角φ为0-15°、与车辆行进方向相垂直的垂直面的夹角θ为30-45°、距离地面高度为50-150cm。

激光数据搜集模块用于搜集激光扫描数据，并进行每个数据点的投影计算和深度计算，得到车辆底部的断面深度图和车辆在垂直面上的投影图。当数据和前一条扫描线变化量小于阀值时抛弃，大于阀值时积累新一条扫描线结果并实时进行断车计算。

在进行计算时，激光扫描扇形角度范围为λ（-1/2λ～1/2λ），得到的投影图中共有N条等角度间距的扫描线。

因激光安装的俯仰角度为φ，则每条扫描线相对于Z轴的角度为：

F（n） = -1/2λ+φ+（n）×λ/（N-1），其中n 取值范围为0～（N-1）。

给任意一条激光扫描线与车身反射点距离为R（n）时，该反射点距离路面高度为：h（n）= H + R（n）×sin（F（n））×cos（θ）。

该反射点距离原点的深度为：Z（n）= R（n）× cos（F（n））。

详细地，参见附图2，激光扫描装置发射并接收激光，通过对车道内行进的车辆扫描并获取每个扫描断面的垂直投影，拼接为二维的二值化投影图和断面深度图；二维二值化投影图提供每个被扫描到的车身点的高度讯息，其中没有车身反射的点是0，属于车身反射的点是1；二维投影图的最低点是路面，全图高度是车辆最高点；二维二值化投影图每个像素垂直方向间距为固定的物理高度，例如2厘米，其水平方向的像素间距不代表空间上的水平方向距离，因为车辆行进速度是不定的；断面深度图提供每个被扫描到的车身点的深度讯息，所述的断面深度图和二维二值化投影图是点对点一一对应的。

图形提取模块用于断车后，提取本车二维二值化投影图，并清除车尾部分和下一辆车车头部分重叠的图像。

行进方向判别模块用于根据二维二值化投影图结果，使用最小二乘直线拟合方法计算图形里面前沿和后沿的图形角度，以垂直线为0度，顺时钟方向为正角度，逆时钟方向为负角度；根据这两个角度的结果，判断通行方向；可能的结果为车辆前行通过、车辆倒出通过、车辆前行未过完又倒出通过、车辆倒出未过完又前行通过。

轴数和轴类型判别模块用于根据二维二值化投影图，定位所有车轮轴位置，并使用对应的断面深度图判断每个车轮轴是单胎或是双胎类型。判断方式是双胎轮轴的轮毂中央部分有明显凹陷。

车型判断模块用于判断通过车辆的车型，对于多轴车，直接使用轴数判断车型是货3~货5；对于双轴车，在二维二值化投影图上计算底盘高度、底盘平整度、以及车辆高度，进一步判断通行车辆是客1~客4或是货1~货2。

数据输出模块用于输出最后车辆分型结果，可以是网络输出或是串口输出。

参见附图2和4，对于得到的投影图，需要对需要对投影图中的车辆进行投影图处理以对投影图进行分割得到完整的整车投影图。

投影图处理步骤包括扫描每一条投影图中的投影线，如果相邻两条投影线的下降高度超过预设的阀值则计算此高度下降处的空白下降线段直接或间接与路面连通。

直接连通到路面是指空白下降线段的底部是路面；间接连通到路面是指当前一条扫描线的最长空白线段和后一条扫描线段在垂直投影方向有重叠部分。

如果空白下降线段是直接与路面连通，则代表相邻两车的投影图在水平方向上没有重叠部分，因此直接可以判定为车辆通过然后提取车头到车尾的连续投影图并消除前后车重叠部分的投影图像点后执行步骤B。如果空白下降线段是间接连通则需要进行判定是车辆还未通过还是已通过。

间接连通判断判断方法是循环往前比对每条扫描线的最长空白线段，当前一条扫描线的最长空白线段和后一条扫描线段在垂直投影方向有重叠部分时，则表示它们两个是连通的区域。当满足以下两个条件时则循环结束：1、车辆未通过，需要继续搜集车辆通行图，即扫描到相邻的两条扫描线的空白下降线段在垂直方向没有重叠部分；2、车辆通过，即相邻的两条扫描线的空白下降线段在垂直方向具有重叠部分并且上一条扫描线的最长空白线段的底端是路面。当判定车辆通过时提取车头到车尾的连续投影图并消除前后车重叠部分的投影图像点后执行步骤B。

参见附图4，h（x）为第x扫描线的所有反射点最高位置，B（x）为第x扫描线最长空白段（不含最上方空白段），Bh（x）为B（x）线段的高点像素位置（路面为0），Bl（x）为B（x）线段的低点像素位置（路面为0），△H（x）为h（x-1）-h（x）。

每次扫描一条新的数据，定义最新一条扫描线为n，计算△H（n）。当△H（n）大于阀值时：如果h（n）为0，表示是空白断面，车辆已经通过。否则循环以下算法直到结束循环条件触发：初始值Bh（n）取值h（n-1），Bl（n）取值h（n），循环递增量k=1....（n-1），k初始值为1。比较B（n-k）与B（n-k+1）在垂直投影方向是有重叠部分，如果没有代表车未通过，如果有则判断Bl（n-k）是否为路面，如果是则代表车已通过，否则k取值加1重复上述判断。

步骤B、得到完整的整车投影图后，利用最小二乘直线拟合算法计算投影图中车辆图形的前边缘和后边缘并与垂直线的角度进行比较判断车辆行进方向，如果前边缘和后边缘相对于垂直线倾斜的角度方向相同则判定车辆前行通过或者倒车退出，如果前边缘和后边缘相对于垂直线向上聚拢或者前边缘和后边缘相对于垂直线向下聚拢则判定属于无效通行（即车辆是前进还没通过又倒车退出和车辆是先倒车还没过完又前进通过）。

具体地，参见附图5，使用最小二乘直线拟合方法分别计算二维投影图里车辆图形前沿和图形后沿直线与垂直面形成的角度，其角度计算为垂直方向作为0度，顺时钟方向为正的角度，逆时钟方向为负的角度。车头和车尾线角度用于判断车辆通行方向；当车头和车尾线都是正角度时，车辆是前行通过；当车头线和车尾线角度都是负值时，车辆是倒车退出；当车头线角度是正值，车尾线角度是负值时，车辆是前进还没通过又倒车退出；当车头线角度是负值，车尾线角度是正值时，车辆是先倒车还没过完又前进通过。其中，后面两种通行方式属于无效通行，即等同于没有发生车辆通行；不进行后续处理。

步骤C、参见附图6和7，如果判定车辆前行通过或者倒车退出（一般是通过的情形才会进行车型识别），通过投影图中轮胎的数量判定车的高度、车长、车轴的数量及距离，通过与投影图对应的车辆断面深度图判定轮胎是单胎还是双胎。对每个车轮判断其为单胎或是双胎；双胎轴的特征是车轮轮毂中央是凹陷。

若检测出来的车轮轴数大于2，一定是货车。直接根据车轮轴数区分车型为货3~货5；如果是两个轮轴的车辆，必须进一步提取其它特征讯息；其中包括两个车轮之间二维投影图的底盘平均高度（离路面距离），底盘平整度，车辆高度等参数。根据这三个主要参数和第2轴是单胎或是双胎，可以区分车型为客1~客4，货1，货2六种可能。

最后应当说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非对其限制；尽管参照较佳实施例对本发明进行了详细的说明，所属领域的普通技术人员应当理解：依然可以对本发明的具体实施方式进行修改或者对部分技术特征进行等同替换；而不脱离本发明技术方案的精神，其均应涵盖在本发明请求保护的技术方案范围当中。

Claims (3)

1.一种车型识别方法，其特征在于，包括以下步骤：

A、倾斜设置在车道入口侧的激光扫描装置扫描并获取待测车辆的断面深度图和对应的在垂直面上的投影图；

B、利用最小二乘直线拟合算法计算投影图中车辆图形的前边缘和后边缘并与垂直线的角度进行比较判断车辆行进方向，如果前边缘和后边缘相对于垂直线倾斜的角度方向相同则判定车辆前行通过或者倒车退出，如果前边缘和后边缘相对于垂直线向上聚拢或者前边缘和后边缘相对于垂直线向下聚拢则判定属于无效通行；

C、如果判定车辆前行通过或者倒车退出，通过投影图中轮胎的数量判定车轴的数量，通过断面深度图判定轮胎是单胎还是双胎，获得待测车辆的车型信息。

2.根据权利要求1所述的车型识别方法，其特征在于，所述步骤A还包括投影图处理步骤，所述投影图处理步骤包括扫描每一条投影图中的投影线，如果当前扫描线最高点高度比前一扫描线最高点高度的下降高度超过预设的阀值则计算此高度下降处的空白下降线段直接或间接与路面连通，如果空白下降线段直接与路面连通则判定为车辆通过然后提取车头到车尾的连续投影图并消除前后车重叠部分的投影图像点后执行步骤B，

如果空白下降线段间接与路面连通则循环向前比对相邻的两条扫描线的空白下降线段是否在垂直方向具有重叠部分，当相邻的两条扫描线的空白下降线段在垂直方向没有重叠部分时退出循环并继续搜集车辆通行图，当相邻的两条扫描线的空白下降线段在垂直方向具有重叠部分并且上一条扫描线的最长空白线段的底端是路面时退出循环并提取车头到车尾的连续投影图并消除前后车重叠部分的投影图像点后执行步骤B。

3.根据权利要求1所述的车型识别方法，其特征在于，所述激光扫描装置的发射端与路面的仰角为0-15°、与车辆行进方向相垂直的垂直面的夹角为30~45°、距离地面高度为50-150cm。

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