CN118015850A - 一种多目标车辆车速同步估算方法、系统、终端及介质 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种多目标车辆车速同步估算方法、系统、终端及介质，涉及图像处理技术领域，其技术方案要点是：本发明对背景图进行网格划分后为每个网格区分配坐标值，将两个帧图像中相同识别特征的第一坐标和第二坐标输入到车距估算函数中，即可快速分析得到目标车辆的实际车速，可以适用于多个目标车辆的车速同步分析，无需针对不同车型提取不同的特征块组，且在道路于帧图像的投影分布不均的情况，可以准确性分析出不同车辆位置所对应的实际车速。
Description
技术领域
本发明涉及图像处理技术领域，更具体地说，它涉及一种多目标车辆车速同步估算方法、系统、终端及介质。
背景技术
由于抓拍到的车辆图像无法实现有效的车速分析，所以一般基于视频数据中车辆位置变化进行车速估计，其原理主要是通过分析视频流中连续帧图像序列之间的车辆位置变化，再以车辆位置变化与帧图像之间的时间间隔求解出车辆的行驶速度。
目前，对于车辆位置变化的相对移动距离，一般通过对行驶车辆中特征块D1的检验，获得车辆在动态时的像素距离B1，再以像素距离B1所表征的实际距离与帧图像之间的时间间隔之比计算得到车辆行驶速度。而像素距离B1所表征的实际距离需要从行驶车辆上提取由两个特征块组成的特征块组，依据特征块组中两个特征块之间的真实距离与像素距离之比来求解出单元像素所表征的真实距离，从而求解出像素距离B1所表征的实际距离，如公告号为CN105989593B的中国发明专利。
然而，由于车辆类型较多，众多类型的车辆中难以提取到具有相同实际距离的特征块组，所以针对不同类型的车辆需要提取不同的特征块组，导致道路中多目标车辆的速度分析难度较大；此外，若为了适应多目标车辆的车速同步分析，就需要扩大每帧图像所覆盖的道路面积，此时摄像头的拍摄中心线将无法与道路保持垂直，使得道路在帧图像的投影分布不均，从而导致相同的像素距离在帧图像中的不同位置所表征的真实距离不同，进而影响到车速分析的准确性。因此，如何研究设计一种能够克服上述缺陷的多目标车辆车速同步估算方法、系统、终端及介质是我们目前急需解决的问题。
发明内容
为解决现有技术中的不足，本发明的目的是提供一种多目标车辆车速同步估算方法、系统、终端及介质，对背景图进行网格划分后为每个网格区分配坐标值，将两个帧图像中相同识别特征的第一坐标和第二坐标输入到车距估算函数中，即可快速分析得到目标车辆的实际车速，可以适用于多个目标车辆的车速同步分析，无需针对不同车型提取不同的特征块组，且在道路于帧图像的投影分布不均的情况，可以准确性分析出不同车辆位置所对应的实际车速。
本发明的上述技术目的是通过以下技术方案得以实现的：
第一方面，提供了一种多目标车辆车速同步估算方法，包括以下步骤：
采集目标区域的背景图，并对背景图进行网格划分后为每个网格区分配坐标值；
基于网格划分后的背景图，依据摄像头的安装参数建立车距估算函数；
根据预设帧间隔时间从摄像头所采集的视频流数据中提取具有同一背景图的第一帧图像和第二帧图像；
从第一帧图像中提取至少一个目标车辆中识别特征的第一坐标，以及从第二帧图像中提取相应识别特征的第二坐标；
将识别特征的第一坐标和第二坐标输入到车距估算函数中，估算得到目标车辆的实际行驶距离；
以实际行驶距离与预设帧间隔时间之比计算得到目标车辆的实际车速。
进一步的，所述对背景图进行网格划分后为每个网格区分配坐标值的过程具体为：
对背景图进行网格划分后，选取一条垂直于道路延伸方向的道路横线作为分界线；
背景图中分界线朝向车辆驶入侧的一侧区域作为第一区域，并为第一区域中的每个网格区分配正向的坐标值，正向的坐标值沿分界线朝向车辆驶入侧的方向进行递增分配；
背景图中分界线朝向车辆驶出侧的一侧区域作为第二区域，并为第二区域中的每个网格区分配负向的坐标值，负向的坐标值沿分界线朝向车辆驶出侧的方向进行递增分配。
进一步的，所述车距估算函数的建立过程具体为：
以分界线所处网格区所表征的实际距离作为参考距离；
依据摄像头的安装参数确定第一区域与第二区域之间沿车辆行驶方向的总实际距离之比，得到区域比值；其中，安装参数包括摄像头的拍摄中心线与拍摄边缘线之间的拍摄偏角以及摄像头的拍摄中心线相对于水平线的安装倾角；
以背景图中网格区所表征的实际距离沿车辆行驶方向呈等比变化为约束，将区域比值分解为相邻网格区之间的等比比值；
依据等比比值和参考距离构建用于求解任意两个坐标之间所表征的实际行驶距离的车距估算函数。
进一步的，若所述分界线位于背景图的中心，则区域比值的计算公式具体为：
其中，表示第一区域与第二区域之间沿车辆行驶方向的总实际距离之比；/>表示摄像头的拍摄中心线相对于水平线的安装倾角；/>表示摄像头的拍摄中心线与拍摄边缘线之间的拍摄偏角。
进一步的，若所述分界线位于背景图的中心，则等比比值的计算公式具体为：
其中，表示相邻网格区之间的等比比值；/>表示第一区域与第二区域之间沿车辆行驶方向的总实际距离之比；/>表示背景图中沿车辆行驶方向的网格区数量。
进一步的，所述车距估算函数的计算公式具体为：
其中，表示目标车辆的实际车速；/>表示参考距离；/>表示相邻网格区之间的等比比值；/>表示第一坐标中沿车辆行驶方向的横坐标；/>表示第二坐标中沿车辆行驶方向的横坐标；/>表示第一区域中沿车辆行驶方向的网格区数量；/>表示第二区域中沿车辆行驶方向的网格区数量；/>表示背景图中沿车辆行驶方向的网格区数量。
进一步的，该方法还包括：
若所述第一坐标与第二坐标中沿分解线分布方向的行驶道路不同，则对实际行驶距离进行校正处理，具体为：
其中，表示校正后的实际行驶距离；/>表示校正之前的实际行驶距离；/>表示跨道行驶的道路数量；/>表示每个行驶道路的实际宽度。
第二方面，提供了一种多目标车辆车速同步估算系统，包括：
网格划分模块，用于采集目标区域的背景图，并对背景图进行网格划分后为每个网格区分配坐标值；
函数构建模块，基于网格划分后的背景图，用于依据摄像头的安装参数建立车距估算函数；
图像采集模块，用于根据预设帧间隔时间从摄像头所采集的视频流数据中提取具有同一背景图的第一帧图像和第二帧图像；
坐标提取模块，用于从第一帧图像中提取至少一个目标车辆中识别特征的第一坐标，以及从第二帧图像中提取相应识别特征的第二坐标；
距离估算模块，用于将识别特征的第一坐标和第二坐标输入到车距估算函数中，估算得到目标车辆的实际行驶距离；
车速估算模块，用于以实际行驶距离与预设帧间隔时间之比计算得到目标车辆的实际车速。
第三方面，提供了一种计算机终端，包含存储器、处理器及存储在存储器并可在处理器上运行的计算机程序，所述处理器执行所述程序时实现如第一方面中任意一项所述的一种多目标车辆车速同步估算方法。
第四方面，提供了一种计算机可读介质，其上存储有计算机程序，所述计算机程序被处理器执行可实现如第一方面中任意一项所述的一种多目标车辆车速同步估算方法。
与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：
1、本发明提供的一种多目标车辆车速同步估算方法，对背景图进行网格划分后为每个网格区分配坐标值，将两个帧图像中相同识别特征的第一坐标和第二坐标输入到车距估算函数中，即可快速分析得到目标车辆的实际车速，可以适用于多个目标车辆的车速同步分析，无需针对不同车型提取不同的特征块组，且在道路于帧图像的投影分布不均的情况，可以准确性分析出不同车辆位置所对应的实际车速；
2、本发明构建的车距估算函数，只需要从背景图中选取分界线所处网格区所表征的实际距离作为参考距离，在帧图像中无需额外提取作为参考的特征块组，有效提高了多目标车速分析的工作效率，降低了多目标车速分析的难度；
3、本发明通过对存在变道行驶的车辆进行识别，通过每个行驶道路的实际宽度对实际行驶距离进行校正处理，有效提高了多目标车辆车速分析的可靠性与准确性。
附图说明
此处所说明的附图用来提供对本发明实施例的进一步理解，构成本申请的一部分，并不构成对本发明实施例的限定。在附图中：
图1是本发明实施例1中的流程图；
图2是本发明实施例1中摄像头的安装示意图；
图3是本发明实施例2中的系统框图。
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，对本发明作进一步的详细说明，本发明的示意性实施方式及其说明仅用于解释本发明，并不作为对本发明的限定。
实施例1：一种多目标车辆车速同步估算方法，如图1所示，包括以下步骤：
S1：采集目标区域的背景图，并对背景图进行网格划分后为每个网格区分配坐标值；
S2：基于网格划分后的背景图，依据摄像头的安装参数建立车距估算函数；
S3：根据预设帧间隔时间从摄像头所采集的视频流数据中提取具有同一背景图的第一帧图像和第二帧图像；
S4：从第一帧图像中提取至少一个目标车辆中识别特征的第一坐标，以及从第二帧图像中提取相应识别特征的第二坐标；
S5：将识别特征的第一坐标和第二坐标输入到车距估算函数中，估算得到目标车辆的实际行驶距离；
S6：以实际行驶距离与预设帧间隔时间之比计算得到目标车辆的实际车速。
需要说明的是，目标区域的背景图指的是道路路面中不包含车辆的图像，其在网格划分时可以依据需要灵活设置网格尺寸，最小尺寸可以直接采用像素点作为网格区，在此不受限制。
如图2所示，对背景图进行网格划分后为每个网格区分配坐标值的过程具体为：对背景图进行网格划分后，选取一条垂直于道路延伸方向的道路横线作为分界线F；背景图中分界线朝向车辆驶入侧的一侧区域作为第一区域Q1，并为第一区域中的每个网格区分配正向的坐标值，正向的坐标值沿分界线朝向车辆驶入侧的方向进行递增分配；背景图中分界线朝向车辆驶出侧的一侧区域作为第二区域Q2，并为第二区域中的每个网格区分配负向的坐标值，负向的坐标值沿分界线朝向车辆驶出侧的方向进行递增分配。
需要说明的是，负向的坐标值与正向的坐标值之间的正负仅仅表示识别方向，不参与车距估算函数的计算。
需要说明的是，分界线的位置不受限制，可以向第一区域偏移，也可以向第二区域偏移。
车距估算函数的建立过程具体为：以分界线所处网格区所表征的实际距离作为参考距离；依据摄像头的安装参数确定第一区域与第二区域之间沿车辆行驶方向V的总实际距离之比，得到区域比值；其中，安装参数包括摄像头的拍摄中心线Z与拍摄边缘线B1或B2之间的拍摄偏角以及摄像头的拍摄中心线相对于水平线SP的安装倾角；以背景图中网格区所表征的实际距离沿车辆行驶方向呈等比变化为约束，将区域比值分解为相邻网格区之间的等比比值；依据等比比值和参考距离构建用于求解任意两个坐标之间所表征的实际行驶距离的车距估算函数。
以网格区采用像素点为例，若分界线位于背景图的中心，由于像素点为偶数，所以分界线位于两个像素点之间，那么参考距离采用两侧像素点所表征的实际距离的均值，获知直接选用两个参考距离，在此不受限制。
则区域比值的计算公式具体为：
其中，表示第一区域与第二区域之间沿车辆行驶方向的总实际距离之比；/>表示摄像头的拍摄中心线相对于水平线的安装倾角；/>表示摄像头的拍摄中心线与拍摄边缘线之间的拍摄偏角。
而等比比值的计算公式具体为：
其中，表示相邻网格区之间的等比比值；/>表示第一区域与第二区域之间沿车辆行驶方向的总实际距离之比；/>表示背景图中沿车辆行驶方向的网格区数量。
另外，车距估算函数的计算公式具体为：
其中，表示目标车辆的实际车速；/>表示参考距离；/>表示相邻网格区之间的等比比值；/>表示第一坐标中沿车辆行驶方向的横坐标；/>表示第二坐标中沿车辆行驶方向的横坐标；/>表示第一区域中沿车辆行驶方向的网格区数量；/>表示第二区域中沿车辆行驶方向的网格区数量；/>表示背景图中沿车辆行驶方向的网格区数量。
通过上述构建的车距估算函数可知，本发明只需要从背景图中选取分界线所处网格区所表征的实际距离作为参考距离，在帧图像中无需额外提取作为参考的特征块组，有效提高了多目标车速分析的工作效率，降低了多目标车速分析的难度。
考虑到目标车辆还可能存在变道行驶的情况，为了提高多目标车辆车速分析的可靠性与准确性，本发明在第一坐标与第二坐标中沿分解线分布方向的行驶道路不同时，对实际行驶距离进行校正处理，具体为：
其中，表示校正后的实际行驶距离；/>表示校正之前的实际行驶距离；/>表示跨道行驶的道路数量；/>表示每个行驶道路的实际宽度。
实施例2：一种多目标车辆车速同步估算系统，该系统用于实现实施例1中所记载的一种多目标车辆车速同步估算方法，如图3所示，包括网格划分模块、函数构建模块、图像采集模块、坐标提取模块、距离估算模块和车速估算模块。
其中，网格划分模块，用于采集目标区域的背景图，并对背景图进行网格划分后为每个网格区分配坐标值；函数构建模块，基于网格划分后的背景图，用于依据摄像头的安装参数建立车距估算函数；图像采集模块，用于根据预设帧间隔时间从摄像头所采集的视频流数据中提取具有同一背景图的第一帧图像和第二帧图像；坐标提取模块，用于从第一帧图像中提取至少一个目标车辆中识别特征的第一坐标，以及从第二帧图像中提取相应识别特征的第二坐标；距离估算模块，用于将识别特征的第一坐标和第二坐标输入到车距估算函数中，估算得到目标车辆的实际行驶距离；车速估算模块，用于以实际行驶距离与预设帧间隔时间之比计算得到目标车辆的实际车速。
工作原理：本发明对背景图进行网格划分后为每个网格区分配坐标值，将两个帧图像中相同识别特征的第一坐标和第二坐标输入到车距估算函数中，即可快速分析得到目标车辆的实际车速，可以适用于多个目标车辆的车速同步分析，无需针对不同车型提取不同的特征块组，且在道路于帧图像的投影分布不均的情况，可以准确性分析出不同车辆位置所对应的实际车速。
本领域内的技术人员应明白，本申请的实施例可提供为方法、系统、或计算机程序产品。因此，本申请可采用完全硬件实施例、完全软件实施例、或结合软件和硬件方面的实施例的形式。而且，本申请可采用在一个或多个其中包含有计算机可用程序代码的计算机可用存储介质（包括但不限于磁盘存储器、CD-ROM、光学存储器等）上实施的计算机程序产品的形式。
本申请是参照根据本申请实施例的方法、设备（系统）、和计算机程序产品的流程图和／或方框图来描述的。应理解可由计算机程序指令实现流程图和／或方框图中的每一流程和／或方框、以及流程图和／或方框图中的流程和／或方框的结合。可提供这些计算机程序指令到通用计算机、专用计算机、嵌入式处理机或其他可编程数据处理设备的处理器以产生一个机器，使得通过计算机或其他可编程数据处理设备的处理器执行的指令产生用于实现在流程图一个流程或多个流程和／或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的装置。
这些计算机程序指令也可存储在能引导计算机或其他可编程数据处理设备以特定方式工作的计算机可读存储器中，使得存储在该计算机可读存储器中的指令产生包括指令装置的制造品，该指令装置实现在流程图一个流程或多个流程和／或方框图一个方框或多个方框中指定的功能。
这些计算机程序指令也可装载到计算机或其他可编程数据处理设备上，使得在计算机或其他可编程设备上执行一系列操作步骤以产生计算机实现的处理，从而在计算机或其他可编程设备上执行的指令提供用于实现在流程图一个流程或多个流程和／或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的步骤。
以上的具体实施方式，对本发明的目的、技术方案和有益效果进行了进一步详细说明，所应理解的是，以上仅为本发明的具体实施方式而已，并不用于限定本发明的保护范围，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，均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (10)
1.一种多目标车辆车速同步估算方法，其特征是，包括以下步骤：
采集目标区域的背景图，并对背景图进行网格划分后为每个网格区分配坐标值；
基于网格划分后的背景图，依据摄像头的安装参数建立车距估算函数；
根据预设帧间隔时间从摄像头所采集的视频流数据中提取具有同一背景图的第一帧图像和第二帧图像；
从第一帧图像中提取至少一个目标车辆中识别特征的第一坐标，以及从第二帧图像中提取相应识别特征的第二坐标；
将识别特征的第一坐标和第二坐标输入到车距估算函数中，估算得到目标车辆的实际行驶距离；
以实际行驶距离与预设帧间隔时间之比计算得到目标车辆的实际车速。
2.根据权利要求1所述的一种多目标车辆车速同步估算方法，其特征是，所述对背景图进行网格划分后为每个网格区分配坐标值的过程具体为：
对背景图进行网格划分后，选取一条垂直于道路延伸方向的道路横线作为分界线；
背景图中分界线朝向车辆驶入侧的一侧区域作为第一区域，并为第一区域中的每个网格区分配正向的坐标值，正向的坐标值沿分界线朝向车辆驶入侧的方向进行递增分配；
背景图中分界线朝向车辆驶出侧的一侧区域作为第二区域，并为第二区域中的每个网格区分配负向的坐标值，负向的坐标值沿分界线朝向车辆驶出侧的方向进行递增分配。
3.根据权利要求2所述的一种多目标车辆车速同步估算方法，其特征是，所述车距估算函数的建立过程具体为：
以分界线所处网格区所表征的实际距离作为参考距离；
依据摄像头的安装参数确定第一区域与第二区域之间沿车辆行驶方向的总实际距离之比，得到区域比值；其中，安装参数包括摄像头的拍摄中心线与拍摄边缘线之间的拍摄偏角以及摄像头的拍摄中心线相对于水平线的安装倾角；
以背景图中网格区所表征的实际距离沿车辆行驶方向呈等比变化为约束，将区域比值分解为相邻网格区之间的等比比值；
依据等比比值和参考距离构建用于求解任意两个坐标之间所表征的实际行驶距离的车距估算函数。
4.根据权利要求3所述的一种多目标车辆车速同步估算方法，其特征是，若所述分界线位于背景图的中心，则区域比值的计算公式具体为：
;
其中，表示第一区域与第二区域之间沿车辆行驶方向的总实际距离之比；/>表示摄像头的拍摄中心线相对于水平线的安装倾角；/>表示摄像头的拍摄中心线与拍摄边缘线之间的拍摄偏角。
5.根据权利要求3所述的一种多目标车辆车速同步估算方法，其特征是，若所述分界线位于背景图的中心，则等比比值的计算公式具体为：
;
其中，表示相邻网格区之间的等比比值；/>表示第一区域与第二区域之间沿车辆行驶方向的总实际距离之比；/>表示背景图中沿车辆行驶方向的网格区数量。
6.根据权利要求3所述的一种多目标车辆车速同步估算方法，其特征是，所述车距估算函数的计算公式具体为：
;
其中，表示目标车辆的实际车速；/>表示参考距离；/>表示相邻网格区之间的等比比值；/>表示第一坐标中沿车辆行驶方向的横坐标；/>表示第二坐标中沿车辆行驶方向的横坐标；/>表示第一区域中沿车辆行驶方向的网格区数量；/>表示第二区域中沿车辆行驶方向的网格区数量；/>表示背景图中沿车辆行驶方向的网格区数量。
7.根据权利要求1所述的一种多目标车辆车速同步估算方法，其特征是，该方法还包括：
若所述第一坐标与第二坐标中沿分解线分布方向的行驶道路不同，则对实际行驶距离进行校正处理，具体为：;
其中，表示校正后的实际行驶距离；/>表示校正之前的实际行驶距离；/>表示跨道行驶的道路数量；/>表示每个行驶道路的实际宽度。
8.一种多目标车辆车速同步估算系统，其特征是，包括：
网格划分模块，用于采集目标区域的背景图，并对背景图进行网格划分后为每个网格区分配坐标值；
函数构建模块，基于网格划分后的背景图，用于依据摄像头的安装参数建立车距估算函数；
图像采集模块，用于根据预设帧间隔时间从摄像头所采集的视频流数据中提取具有同一背景图的第一帧图像和第二帧图像；
坐标提取模块，用于从第一帧图像中提取至少一个目标车辆中识别特征的第一坐标，以及从第二帧图像中提取相应识别特征的第二坐标；
距离估算模块，用于将识别特征的第一坐标和第二坐标输入到车距估算函数中，估算得到目标车辆的实际行驶距离；
车速估算模块，用于以实际行驶距离与预设帧间隔时间之比计算得到目标车辆的实际车速。
9.一种计算机终端，包含存储器、处理器及存储在存储器并可在处理器上运行的计算机程序，其特征是，所述处理器执行所述程序时实现如权利要求1-7中任意一项所述的一种多目标车辆车速同步估算方法。
10.一种计算机可读介质，其上存储有计算机程序，其特征是，所述计算机程序被处理器执行可实现如权利要求1-7中任意一项所述的一种多目标车辆车速同步估算方法。
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