ES2330499A1 - Method and system for detecting moving objects - Google Patents
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Abstract
Description
Procedimiento y sistema de detección de objetos en movimiento.Object detection system and procedure moving.
El objeto principal de la presente invención es un procedimiento y un dispositivo que detectan el paso de vehículos por una vía. Otro objeto de la presente invención es un procedimiento y un dispositivo que además determinan la longitud, altura y velocidad de los vehículos.The main object of the present invention is a procedure and a device that detect the passage of vehicles One way. Another object of the present invention is a procedure and a device that also determine the length, height and speed of the vehicles.
El análisis y control de tráfico rodado es una necesidad cada vez mayor en las sociedades avanzadas, en las que los problemas de movilidad suponen un gran coste económico y en las que los accidentes de tráfico suponen un enorme coste en vidas humanas.The analysis and control of road traffic is a growing need in advanced societies, in which mobility problems involve a great economic cost and in the that traffic accidents are a huge cost in lives human.
Los sistemas avanzados de control de tráfico utilizan sistemas de visión artificial que estudian diferentes condiciones del tráfico en una escena analizando imágenes digitales. La captura de esas imágenes se produce en general con dos sistemas, uno que detecta el paso de un vehículo y otro que captura al menos una imagen digital de la escena.Advanced traffic control systems they use artificial vision systems that study different traffic conditions in a scene analyzing images digital The capture of these images generally occurs with two systems, one that detects the passage of a vehicle and another that capture at least one digital image of the scene.
El hecho de tener dos elementos en muchos casos supone una gran complejidad de instalación y mantenimiento. Además, los elementos que detectan el paso de los vehículos suelen ser costosos, ya que se trata de elementos de mucha precisión, como por ejemplo radares, o de elementos intrusivos, cuya instalación requiere la ejecución de obras en la calzada con la consiguiente interrupción del tráfico.The fact of having two elements in many cases It is very complex to install and maintain. Further, the elements that detect the passage of vehicles are usually expensive, since these are very precise elements, such as example radars, or intrusive elements, whose installation requires the execution of works on the road with the consequent traffic disruption
También se han propuesto sistemas no intrusivos basados en ultrasonidos y en microondas. Este tipo de sistemas suele presentar problemas relacionados con falta de precisión o excesiva dependencia de las condiciones de entorno en la carretera. Como alternativa a estos elementos se han creado detectores ópticos que interpretan los cambios en la escena como indicadores del paso de un vehículo, pero su uso queda muy limitado al ser excesivamente sensibles a cambios en la iluminación ambiental (provocados por el paso de nubes, por las luces y las sombras producidas por otros coches, por elementos externos a la carretera, etc.), y por ser muy sensibles a las vibraciones, lo que imposibilita su instalación sobre semáforos, farolas, puentes o pórticos.Non-intrusive systems have also been proposed. based on ultrasound and microwave. This type of systems usually presents problems related to lack of precision or excessive dependence on environmental conditions on the road. As an alternative to these elements, optical detectors have been created that interpret the changes in the scene as step indicators of a vehicle, but its use is very limited because it is excessively sensitive to changes in ambient lighting (caused by the passing clouds, through the lights and shadows produced by others cars, for elements external to the road, etc.), and for being very sensitive to vibrations, which makes installation impossible on traffic lights, street lamps, bridges or porches.
La presente invención se refiere a un procedimiento y un dispositivo que resuelven la problemática anterior en un único aparato que detecta el paso del vehículo y toma imágenes de alta resolución para su posterior identificación. La detección del vehículo soluciona las deficiencias de otros sistemas de detección por visión artificial, ya que utiliza un algoritmo que analiza la altura de los objetos, lo que le permite descartar los brillos y las sombras en la calzada que confundirían a otros métodos, y realiza un filtrado de las imágenes.The present invention relates to a procedure and a device that solve the problem previous in a single device that detects the passage of the vehicle and Take high resolution images for later identification. Vehicle detection addresses other deficiencies artificial vision detection systems because it uses a algorithm that analyzes the height of objects, allowing you rule out the highlights and shadows on the road that would confuse to other methods, and filter the images.
El método también es totalmente insensible a las vibraciones, ya que trabaja con imágenes estáticas ("instantáneas") en lugar de vídeo, lo que facilita su instalación en cualquier elemento disponible en la vía pública (farolas, semáforos, puentes, pórticos, etc.).The method is also totally insensitive to vibrations, since it works with static images ("snapshots") instead of video, which facilitates your installation on any element available on public roads (lampposts, traffic lights, bridges, porches, etc.).
Otra ventaja importante del método es que ha sido concebido para trabajar a muy alta velocidad, lo cual posibilita la detección de vehículos independientemente de su velocidad, y para ser fácilmente integrado en un circuito integrado de aplicación específica (ASIC) u otro dispositivo análogo, lo que posibilita su fabricación a gran escala y muy bajo coste.Another important advantage of the method is that it has designed to work at very high speed, which enables the detection of vehicles regardless of their speed, and to be easily integrated into an integrated circuit specific application (ASIC) or other similar device, which It allows its manufacture on a large scale and very low cost.
El método utilizado para la detección de vehículos en la vía se basa en la estimación de la altura de éstos mediante un sistema que contiene dos o más medios de adquisición de imágenes. Comparando las imágenes adquiridas se detectan discrepancias entre píxeles homólogos de las imágenes homólogas, deduciéndose la existencia de objetos con altura no nula.The method used to detect vehicles on the road is based on the estimation of the height of these through a system that contains two or more means of acquiring images. Comparing the acquired images are detected discrepancies between homologous pixels of homologous images, deducing the existence of objects with non-zero height.
En el presente documento, se entenderá que "vía" hace referencia cualquier tipo de camino, calzada, carretera, etc. por la que pasen vehículos cuyas características se desea conocer. De igual modo, el término "vehículo" no se limita sólo a los coches, ya que el presente procedimiento y sistema son capaces de detectar el paso de cualquier objeto de altura no nula, como motocicletas, animales, personas a pie, etc.In this document, it will be understood that "track" refers to any type of road, road, road, etc. through which vehicles whose characteristics are want to meet Similarly, the term "vehicle" is not limited only to cars, since the present procedure and system are able to detect the passage of any object of non-zero height, such as motorcycles, animals, people on foot, etc.
Además, diremos que un "punto" corresponde a una parte de un vehículo, carretera, etc. en el mundo real, en contraposición con los puntos de los que están compuestas las imágenes, a los que haremos referencia como píxeles. Además, se entenderá que el "valor de un píxel" hace referencia a un valor de luminosidad de dicho píxel.In addition, we will say that a "point" corresponds to a part of a vehicle, road, etc. in the real world, in as opposed to the points of which the images, which we will refer to as pixels. Also I know understand that the "value of a pixel" refers to a brightness value of said pixel.
Por tanto, de acuerdo con un aspecto de la presente invención, se proporciona un procedimiento de detección del paso de vehículos por una vía que comprende las dos fases siguientes:Therefore, according to one aspect of the present invention, a detection method is provided of the passage of vehicles through a road that includes the two phases following:
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Fase 1Phase one
Se realiza por lo menos una vez como inicialización del sistema y consiste en analizar, al menos en un par de imágenes homólogas simultáneas, la posición de la carretera, y establecer una referencia de la distancia a la que se encuentra la calzada para cada píxel de la imagen. Esta primera fase comprende las siguientes operaciones:It is done at least once as system initialization and consists of analyzing, at least in a pair of simultaneous homologous images, the position of the road, and establish a reference of the distance you are at the roadway for each pixel of the image. This first phase It includes the following operations:
a) Adquirir, al menos, un par de imágenes homólogas simultáneas de la vía sin vehículos mediante dos medios de adquisición de imágenes separados horizontalmente. Diremos que dos "imágenes homólogas" son dos imágenes de la misma zona de la vía desde dos puntos de vista separados en dirección horizontal una distancia correspondiente a la distancia que separa los medios de adquisición de imágenes. Los medios de adquisición de imágenes obtienen imágenes de la vía al recibir la radiación en ella reflejada, por ejemplo la radiación natural visible.a) Acquire at least a couple of images simultaneous counterparts of the road without vehicles by two means Acquisition of images separated horizontally. We will say that two "homologous images" are two images of the same area of the path from two separate points of view in the horizontal direction a distance corresponding to the distance that separates the means Image acquisition The means of image acquisition they obtain images of the pathway upon receiving the radiation in it reflected, for example visible natural radiation.
b) Generar un modelo de la vía mediante el análisis de las correspondencias entre los píxeles de las imágenes homólogas simultáneas adquiridas en el paso anterior mediante alguna técnica de análisis de correspondencias entre imágenes, por ejemplo utilizando para ello puntos de referencia fijos de la vía. Este modelo es una función de correspondencia \Omega: R^{2} \rightarrow R^{2} que nos da para cada píxel de la imagen izquierda la posición de su píxel homólogo en la imagen derecha. La distancia euclidea entre la posición (x_{i}, y_{i}) de un píxel en la imagen izquierda y su homólogo (x_{d},y_{d}) en la imagen derecha nos da por métodos trigonométricos la distancia entre el medio de adquisición de imágenes y la vía en ese lugar de la escena.b) Generate a model of the road through the analysis of the correspondences between the pixels of the images simultaneous counterparts acquired in the previous step through some correspondence analysis technique between images, by example using fixed waypoints of the track. This model is a correspondence function \ Omega: R2 ? R2 which gives us for each pixel of the image left the position of its homologous pixel in the right image. The Euclidean distance between the position (x_ {i}, y_ {i}) of a pixel in the left image and its counterpart (x_ {d}, y_ {d}) in the image right gives us by trigonometric methods the distance between the means of image acquisition and the path in that place of the scene.
Fase 2Phase 2
Se realiza de forma repetitiva y consiste en detectar objetos que alteran la situación establecida en el modelo obtenido en la primera fase. En esta segunda fase se realizan al menos las siguientes operaciones:It is done repetitively and consists of detect objects that alter the situation established in the model obtained in the first phase. In this second phase they are carried out at minus the following operations:
a) Adquirir, al menos, un par de imágenes homólogas simultáneas de la vía mediante los dos medios de adquisición de imágenes separados horizontalmente y detectar píxeles en las imágenes homólogas que no coincidan con el modelo establecido en la fase anterior, porque la distancia a la carretera en su posición sea diferente a la establecida. Dicho de otro modo, mientras no exista ningún vehículo en la vía el valor de un píxel será aproximadamente igual al de su homólogo, ya que ambos píxeles corresponderán al mismo punto, normalmente de la vía, y por lo tanto ambos tendrán la misma luminosidad. En cambio, cuando pase un vehículo de altura no nula, en algún momento se producirá una situación en que un píxel corresponderá a un punto de la vía, mientras que su píxel homólogo corresponderá un punto del vehículo. En esta situación, la resta de los valores de este par de píxeles homólogos dará como resultado un valor superior a un valor umbral establecido, produciéndose una discrepancia. Por tanto, calculando la resta entre los valores de los píxeles de las dos imágenes homólogas, desplazando previamente los valores de los píxeles en una de ellas un número de píxeles proporcional al modelo \Omega, y comparando los resultados con el valor umbral establecido, obtenemos el número de discrepancias. En el caso de que el número de discrepancias en esta operación supere un número máximo predefinido, concluimos que hay un objeto en la vía que no estaba presente en el momento de la generación del modelo (fase 1). De acuerdo con una realización preferida de la invención, para realizar este proceso a muy alta velocidad centramos nuestro análisis en regiones de las imágenes homólogas con forma de banda perpendicular a la vía.a) Acquire at least a couple of images simultaneous homologues of the pathway by the two means of Acquisition of horizontally separated images and detect pixels in homologous images that do not match the model established in the previous phase, because the distance to the road in its position it is different from the established one. In other words, as long as there is no vehicle on the road the value of a pixel will be approximately equal to that of its counterpart, since both pixels they will correspond to the same point, usually of the track, and therefore Both will have the same brightness. Instead, when a non-zero height vehicle, at some point there will be a situation in which a pixel will correspond to a point on the track, while its homologous pixel will correspond to a point of the vehicle. In this situation, the subtraction of the values of this pair of pixels counterparts will result in a value greater than a threshold value established, producing a discrepancy. Therefore, calculating the subtraction between the pixel values of the two images homologous, previously displacing the pixel values in one of them a number of pixels proportional to the \ Omega model, and comparing the results with the established threshold value, We get the number of discrepancies. In the case that the number of discrepancies in this operation exceed a maximum number predefined, we conclude that there is an object on the road that was not present at the time of model generation (phase 1). From according to a preferred embodiment of the invention, for carry out this process at very high speed we focus our region analysis of homologous band-shaped images perpendicular to the track.
b) En el caso de que el número de discrepancias detectadas en la operación anterior no sea superior al número máximo predefinido, podemos, o bien concluir que no hay ningún objeto en la vía que no estaba presente en el momento de la generación del modelo de la vía (fase 1), o bien que existe un objeto con una altura excesivamente alta que produce la saturación de la imagen (por ejemplo un camión o autocar). Para distinguir entre estas dos posibilidades se verifica si al menos una de las regiones de análisis de las dos imágenes homólogas contiene alguna característica conocida presente en la vía. En el caso de no detectar esta característica en alguna de las dos imágenes concluimos que hay un objeto en la vía que no estaba presente en el momento de la generación del modelo (fase 1).b) In the event that the number of discrepancies detected in the previous operation does not exceed the number predefined maximum, we can either conclude that there is no object on the road that was not present at the time of generation of the road model (phase 1), or that there is a object with an excessively high height that produces saturation of the image (for example a truck or coach). To distinguish between these two possibilities it is verified if at least one of the regions of analysis of the two homologous images contains some known feature present in the pathway. In the case of no detect this feature in any of the two images we conclude that there is an object in the path that was not present in the moment of the model generation (phase 1).
El procedimiento descrito en la fase 2 se realiza de modo continuo, adquiriéndose imágenes homólogas simultáneas de modo consecutivo a muy alta velocidad, y deduciéndose de ellas el número de vehículos que transitan por la vía durante un determinado período de tiempo. De acuerdo con una realización preferida de la presente invención, se llevan a cabo las operaciones de la fase 2 un mínimo de K veces por segundo, siendo K un parámetro que depende, según la siguiente fórmula, de la velocidad máxima a la que circulan los vehículos por la carretera (V_{max}), su longitud mínima (L_{min}) y la distancia longitudinal de la vía que queda cubierta por la región de análisis (L_{reg}). Si no tenemos en cuenta la altura de los vehículos podemos aproximar este parámetro con la siguiente fórmula (por ejemplo, para una motocicleta de 1,5 m de largo, una velocidad máxima de 300 Km/hora y una región de detección de 10 cm necesitamos una frecuencia de análisis mínima de 52 imágenes por segundo):The procedure described in phase 2 is performs continuously, acquiring homologous images concurrently at very high speed, and deducting from them the number of vehicles that transit through the track for a certain period of time. According to a preferred embodiment of the present invention, the phase 2 operations a minimum of K times per second, with K being a parameter that depends, according to the following formula, on the maximum speed at which vehicles travel on the road (V_ {max}), its minimum length (L_ {min}) and the distance length of the track that is covered by the analysis region (L_ {reg}). If we do not take into account the height of the vehicles we can approximate this parameter with the following formula (by example, for a 1.5 m long motorcycle, a speed maximum of 300 km / hour and a 10 cm detection region we need a minimum analysis frequency of 52 images per second):
La precisión de las estimaciones de velocidad y longitud de los vehículos es mayor cuanto mayor la frecuencia de adquisición de imágenes. De acuerdo con una realización preferida de la invención, las operaciones de la fase 2 se realizan 50 o más veces por segundo.The accuracy of speed estimates and vehicle length is greater the higher the frequency of Image acquisition In accordance with a preferred embodiment of the invention, the operations of phase 2 are performed 50 or more times per second
Gracias a la realización repetitiva del anterior procedimiento detectamos de forma inequívoca la entrada y la salida de un objeto en la región de análisis, lo que nos permite capturar una imagen completa del vehículo en el momento más adecuado para nuestra aplicación. Por ejemplo, podemos tomar una imagen de la parte posterior del vehículo para analizar su matrícula.Thanks to the repetitive realization of the previous one procedure we unequivocally detect entry and exit of an object in the region of analysis, which allows us to capture a complete image of the vehicle at the most appropriate time to our application For example, we can take a picture of the back of the vehicle to analyze your license plate.
De acuerdo con otra realización preferida de la invención, el procedimiento comprende además la operación de emitir en dirección a la vía, mediante un medio emisor de radiación, una radiación adecuada para el funcionamiento de los medios de adquisición de imágenes. Así, el medio emisor de radiación podría emitir radiación de tipo visible, infrarroja, ultrasonidos, radar, microondas, etc.According to another preferred embodiment of the invention, the method further comprises the operation of issuing in the direction of the track, by means of a radiation emitting means, a radiation suitable for the operation of the means of Image acquisition Thus, the radiation emitting medium could emit visible type radiation, infrared, ultrasound, radar, microwave, etc.
La adaptación de la potencia de la radiación emitida y de la sensibilidad de los sensores se realiza de forma dinámica en cada captura mediante un esquema realimentado. Dicho esquema toma como dato de partida una estimación de la luminosidad ambiental calculada en base a la evolución de la media de los valores de los píxeles en la región de análisis, en los instantes en que no hay un vehículo en la vía.The adaptation of the radiation power emitted and the sensitivity of the sensors is done so dynamics in each capture through a feedback scheme. Saying scheme takes as an initial data an estimate of the brightness environmental calculated based on the evolution of the average of the pixel values in the analysis region, in moments in which there is no vehicle on the road.
De acuerdo con realizaciones preferidas de la invención, el procedimiento de detección del paso de vehículos por una vía comprende además la operación de determinar la altura del vehículo detectado. Esta función se desprende de modo evidente del funcionamiento descrito anteriormente, ya que es posible determinar la altura de un punto mediante trigonometría básica.According to preferred embodiments of the invention, the method of detecting the passage of vehicles by one way also includes the operation of determining the height of the vehicle detected. This function is evident from the operation described above, since it is possible to determine the height of a point by basic trigonometry.
Además, de acuerdo con otra realización preferida de la invención, el procedimiento de detección del paso de vehículos por una vía comprende además la operación de determinar la longitud del vehículo detectado. Para ello se analizan, en cada par de imágenes adquiridas, varias regiones de análisis homólogas simultáneas con forma de banda perpendicular a la vía. De la información relativa a la altura de los píxeles homólogos localizados en cada uno de los pares de regiones de análisis con forma de banda se deduce la longitud del vehículo, ya que se conoce la distancia en longitudinal entre las regiones de análisis.In addition, according to another embodiment Preferred of the invention, the step detection method of vehicles by a route also includes the operation of Determine the length of the detected vehicle. To do this analyze, in each pair of acquired images, several regions of simultaneous homologous analysis with band shape perpendicular to route. Of the information related to the height of the pixels counterparts located in each of the pairs of regions of band-shaped analysis deduces the length of the vehicle, since that the longitudinal distance between regions of analysis.
De acuerdo con una realización preferida más de la presente invención, el procedimiento de detección del paso de vehículos por una vía comprende además la operación de determinar la velocidad del vehículo detectado. Puesto que las imágenes se toman de manera secuencial a una frecuencia conocida, se puede determinar cuánto tiempo permanece el vehículo dentro de una de las regiones de análisis. Y puesto que, como se ha explicado anteriormente, podemos conocer la longitud del vehículo, se puede deducir la velocidad del vehículo.According to a preferred embodiment more than the present invention, the step detection method of One-way vehicles also include the operation of determining Vehicle speed detected. Since the images are taken sequentially at a known frequency, you can determine how long the vehicle remains within one of the analysis regions And since, as explained Previously, we can know the length of the vehicle, you can deduct vehicle speed.
De acuerdo con otras realizaciones preferidas de la invención, el procedimiento de detección del paso de vehículos por una vía comprende además las operaciones de tomar la fecha y la hora de la detección, medir la localización geográfica del equipo de detección, y encriptar y comunicar los resultados obtenidos mediante un medio de comunicación. Así, se podría enviar el número de vehículos que ha transitado por una carretera y su velocidad media a un centro de control de tráfico, por ejemplo, diariamente, junto con la identificación del punto kilométrico en que se ha realizado la medida y la fecha y hora. También se podría interconectar varios equipos similares para gestionar la detección de vehículos en varias vías de una misma calzada (por ejemplo en carreteras de varios carriles), detectando las situaciones en las que un vehículo está cambiando de carril para evitar que sean contabilizados dos vehículos en lugar de uno. Por motivos de seguridad, todos los envíos se realizan en forma encriptada.In accordance with other preferred embodiments of the invention, the method of detecting the passage of vehicles One way also includes the operations of taking the date and time of detection, measure the geographical location of the equipment of detection, and encrypt and communicate the results obtained through a means of communication. So, you could send the number of vehicles that have traveled on a road and its speed media to a traffic control center, for example, daily, together with the identification of the kilometer point where it has been Made the measurement and the date and time. Could also interconnect several similar devices to manage detection of vehicles on several roads of the same road (for example in multi-lane roads), detecting situations in that a vehicle is changing lanes to prevent them from being counted two vehicles instead of one. For reasons of security, all shipments are made in encrypted form.
De acuerdo con un segundo aspecto de la invención, se describe un sistema de detección del paso de vehículos por una vía, caracterizado porque comprende los siguientes dispositivos:According to a second aspect of the invention, a step detection system of one-way vehicles, characterized in that it comprises the following devices:
a) Dos medios de adquisición de imágenes que adquieren dos imágenes homólogas simultáneas de un tramo de la vía. De acuerdo con realizaciones preferidas de la invención, los medios de adquisición de imágenes pueden ser cámaras digitales, cámaras de vídeo digitales, cámaras infrarrojas, detectores de ultrasonidos, detectores de radar, etc. Además, de acuerdo con otra realización preferente de la presente invención, la distancia entre las cámaras infrarrojas izquierda y derecha (3, 4) está dentro del rango de 20 cm a 100 cm.a) Two means of image acquisition that they acquire two simultaneous homologous images of a section of the road. In accordance with preferred embodiments of the invention, the means Image acquisition can be digital cameras, cameras digital video, infrared cameras, ultrasonic detectors, radar detectors, etc. In addition, according to another embodiment Preferred of the present invention, the distance between the cameras Left and right infrared (3, 4) is within the range of 20 cm to 100 cm
b) Un medio de procesamiento conectado a los medios de adquisición de imágenes (3, 4), que resta, para cada píxel de una de las imágenes homólogas simultáneas, el valor del píxel homólogo en la otra imagen homóloga simultánea y determina, en función del número de discrepancias, si se produce una detección. Además, el medio de procesamiento tiene la capacidad de encriptar los datos para su envío a, por ejemplo, un centro de control de tráfico. El medio de procesamiento podría ser cualquier dispositivo capaz de efectuar los cálculos necesarios para determinar la presencia de vehículos sobre la vía, aunque de acuerdo con realizaciones preferentes de la invención podría ser un microcontrolador, un ordenador, un ASIC, un DSP, una FPGA, etc.b) A processing medium connected to the means of image acquisition (3, 4), which remains, for each pixel of one of the simultaneous homologous images, the value of homologous pixel in the other simultaneous homologous image and determines, depending on the number of discrepancies, if a detection. In addition, the processing medium has the ability to Encrypt data for sending to, for example, a data center traffic control. The processing medium could be any device capable of performing the calculations necessary to determine the presence of vehicles on the road, although according to preferred embodiments of the invention it could be a microcontroller, a computer, an ASIC, a DSP, an FPGA, etc.
Además, de acuerdo con realizaciones preferidas de la invención se puede añadir un medio emisor de radiación que emita radiación en dirección a la vía, evitando así la dependencia de la luz visible natural. La radiación podría ser de cualquier tipo, siempre que se refleje en los vehículos que transitan por la vía y pueda ser detectada por los medios de adquisición de imágenes. De acuerdo con realizaciones preferentes de la invención, el medio emisor de radiación puede emitir radiación de tipo visible, infrarroja, ultrasonidos, radar, microondas, etc. Sin embargo, no es aconsejable la radiación visible, ya que podría molestar a los conductores de los vehículos que transiten por la vía.In addition, according to preferred embodiments of the invention a radiation emitting medium can be added which emit radiation in the direction of the track, thus avoiding dependence of natural visible light. The radiation could be from any type, as long as it is reflected in the vehicles that pass through the via and can be detected by the means of acquiring images. In accordance with preferred embodiments of the invention, the radiation emitting medium can emit type radiation visible, infrared, ultrasound, radar, microwave, etc. Without However, visible radiation is not advisable, as it could annoy the drivers of vehicles traveling through the via.
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De acuerdo con realizaciones preferidas de la invención se puede añadir un medio para determinar la fecha y hora en que se produce la detección del vehículo y un medio para identificar la posición geográfica del equipo, que podría ser, por ejemplo, un sistema de posicionamiento GPS.According to preferred embodiments of the invention can be added a means to determine the date and time in which vehicle detection occurs and a means to identify the geographical position of the team, which could be, by example, a GPS positioning system.
Finalmente, de acuerdo con otra realización preferida más, el sistema puede comprender un medio de comunicación para comunicar los resultados obtenidos, por ejemplo a un centro de control de tráfico. El medio de comunicación puede ser de cualquier tipo capaz de transmitir los resultados obtenidos aunque, de acuerdo con realizaciones preferidas, podría utilizar Internet, Ethernet, USB, RS232, RS485, Bluetooth, IEEE_{802.11b/g}, Zigbee, radio, línea telefónica, UMTS, GSM, infrarrojos, etc.Finally, according to another embodiment more preferred, the system may comprise a means of communication to communicate the results obtained, for example to a center of traffic control. The means of communication can be of any type capable of transmitting the results obtained although, of according to preferred embodiments, you could use the Internet, Ethernet, USB, RS232, RS485, Bluetooth, IEEE_ {802.11b / g}, Zigbee, radio, telephone line, UMTS, GSM, infrared, etc.
Para complementar la descripción que se está realizando y con objeto de ayudar a una mejor comprensión de las características de la invención, de acuerdo con un ejemplo preferente de realización práctica de la misma, se acompaña como parte integrante de dicha descripción, un juego de dibujos en donde con carácter ilustrativo y no limitativo, se ha representado lo siguiente:To complement the description that is being performing and in order to help a better understanding of the characteristics of the invention, according to an example preferred practical implementation of it, is accompanied as integral part of that description, a set of drawings where with an illustrative and non-limiting nature, what has been represented next:
Figura 1.- Muestra un esquema del sistema de detección de vehículos de acuerdo con la presente invención.Figure 1.- Shows a scheme of the system of vehicle detection according to the present invention.
Figura 2.- Muestra un ejemplo del tipo de imágenes que adquiere una de las cámaras del ejemplo de la presente invención.Figure 2.- Shows an example of the type of images acquired by one of the cameras in the example herein invention.
Figuras 3 y 4.- Muestra un par de imágenes homólogas simultáneas capturada por un par de cámaras del sistema de detección de vehículos de acuerdo con la presente invención.Figures 3 and 4.- Shows a couple of images Simultaneous counterparts captured by a pair of system cameras of vehicle detection according to the present invention.
Figuras 5 y 6.- Muestra el par de imágenes homólogas simultáneas de la figura 3, carretera en el que se aprecian tres regiones de análisis con forma de banda perpendicular a la carretera.Figures 5 and 6.- Shows the pair of images simultaneous counterparts of figure 3, road on which appreciate three regions of perpendicular band-shaped analysis To the road.
Figuras 7 y 8.- Muestra el par de imágenes homólogas simultáneas de la figura anterior tomadas en el momento de paso de un vehículo, de donde se ha extraído un detalle de una de las regiones de análisis con forma de banda perpendicular a la carretera.Figures 7 and 8.- Shows the pair of images simultaneous counterparts of the previous figure taken at the time of passage of a vehicle, from which a detail of a of the band-shaped analysis regions perpendicular to the highway.
Figura 9.- Muestra una vista en planta de la ubicación del sistema de la presente invención en un puente que cruza la carretera cuyo volumen de tráfico se desea conocer.Figure 9.- Shows a plan view of the location of the system of the present invention on a bridge that cross the road whose traffic volume you want to know.
Figura 10.- Muestra una vista en perspectiva de la ubicación del sistema de acuerdo con la invención por encima de la carretera.Figure 10.- Shows a perspective view of the location of the system according to the invention above road.
Figura 11.- Muestra una vista en planta de las regiones detectadas por el par de cámaras del sistema de acuerdo con la presente invención.Figure 11.- Shows a plan view of the regions detected by the system camera pair according with the present invention.
Figura 12.- Muestra un alzado del sistema de detección de vehículos de la figura 11.Figure 12.- Shows an elevation of the system of vehicle detection of figure 11.
De acuerdo con la figura 1, el sistema (1) de detección del paso de vehículos (7) por una vía se compone de uno o más pares de medios de adquisición de imágenes que toman imágenes de la escena de la carretera o vía pública desde dos posiciones diferentes en horizontal. Para garantizar que existe luz visible suficiente veinticuatro horas al día, el sistema incluye un medio emisor de radiación que emite radiación con la potencia necesaria para alcanzar los vehículos (7) a la distancia de trabajo del sistema. En este ejemplo, el medio emisor de radiación es una lámpara infrarroja (2), y los medios de adquisición de imágenes son un par de cámaras infrarrojas (3, 4). En la figura 2 se muestra el tipo de imágenes que adquiere una de las cámaras infrarrojas (3, 4), en el momento de paso de un vehículo (7). El uso de radiación infrarroja evita el peligro de molestar o deslumbrar a los conductores durante la noche.According to figure 1, the system (1) of detection of the passage of vehicles (7) by a road consists of one or more pairs of image acquisition media that take pictures from the scene of the road or public road from two positions Different horizontally. To ensure that there is visible light enough twenty four hours a day, the system includes a medium radiation emitter that emits radiation with the necessary power to reach the vehicles (7) at the working distance of the system. In this example, the radiation emitting medium is a infrared lamp (2), and the image acquisition means are a pair of infrared cameras (3, 4). Figure 2 shows the type of images acquired by one of the infrared cameras (3, 4), at the time of passage of a vehicle (7). Radiation use infrared avoids the danger of disturbing or dazzling Drivers during the night.
Las figuras 3 y 4 muestran dos imágenes adquiridas por las cámaras infrarrojas (3, 4), siendo la figura 3 la imagen tomada por una cámara infrarroja izquierda (3), y la figura 4 la imagen tomada por una cámara infrarroja derecha (4). Se observa la ligera diferencia existente entre las posiciones de las líneas de señalización horizontal de la carretera (8, 9), causada por la diferencia de posición de las cámaras infrarrojas (3, 4), que en este ejemplo es de 40 cm.Figures 3 and 4 show two images acquired by infrared cameras (3, 4), figure 3 being the image taken by a left infrared camera (3), and the Figure 4 The image taken by a right infrared camera (4). Be observe the slight difference between the positions of the horizontal road marking lines (8, 9), caused by the position difference of the infrared cameras (3, 4), which in this example is 40 cm.
El medio de procesamiento es un microcontrolador (5), que está conectado a las cámaras infrarrojas (3, 4), a la lámpara infrarroja (2), a un reloj de tiempo real (66) y a un sistema de posicionamiento GPS (67). El microcontrolador (5) controla la captura de imágenes por las cámaras infrarrojas (3, 4) y controla el nivel de emisión de la lámpara infrarroja (2) en función de las condiciones de la escena.The processing medium is a microcontroller (5), which is connected to the infrared cameras (3, 4), to the infrared lamp (2), a real time clock (66) and a GPS positioning system (67). The microcontroller (5) controls image capture by infrared cameras (3, 4) and controls the emission level of the infrared lamp (2) in depending on the conditions of the scene.
El microcontrolador (5) tiene capacidad para analizar las imágenes adquiridas por las cámaras infrarrojas (3, 4), bien sea recibiéndolas directamente o después de pasar por un elemento digitalizador (por ejemplo, conversor analógico digital). El microcontrolador (5) también dispone de capacidad para comunicar los resultados de sus análisis a través de un medio de comunicaciones (6), en este ejemplo un puerto Ethernet (6). Los resultados que se transmiten por el puerto Ethernet (6) van encriptados y combinados con la fecha y hora medidas con el reloj de tiempo real (66) y las coordenadas de su localización geográfica medidas con el sistema de posicionamiento GPS (67).The microcontroller (5) has the capacity to analyze the images acquired by infrared cameras (3, 4), either receiving them directly or after going through a digitizing element (for example, digital analog converter). The microcontroller (5) also has the ability to communicate the results of your analysis through a means of communications (6), in this example an Ethernet port (6). The results that are transmitted through the Ethernet port (6) are encrypted and combined with the date and time measured with the clock real time (66) and the coordinates of its geographical location measurements with the GPS positioning system (67).
Así, el microcontrolador (5) puede enviar periódicamente, por ejemplo con frecuencia horaria, el número y la velocidad media de los vehículos (7) que han pasado por ese tramo de la red viaria.Thus, the microcontroller (5) can send periodically, for example with hourly frequency, the number and the average speed of the vehicles (7) that have passed through that section of the road network.
El sistema (1), que está integrado de forma compacta en una carcasa, se instala sobre un pórtico que cruza en perpendicular la carretera cuyo tráfico se desea medir, como se observa en la figura 9.The system (1), which is integrated in a way compact in a housing, it is installed on a porch that crosses in perpendicular to the road whose traffic you want to measure, as see in figure 9.
En este ejemplo, se realiza en primer lugar y como mínimo una vez cuando se pone en marcha el sistema un proceso de inicialización correspondiente a la fase 1 descrita anteriormente, y que consiste en capturar un par de imágenes homólogas de la carretera, figuras 3 y 4, y en calcular su función \Omega de correspondencia como la correlación cruzada entre ambas imágenes, tomando como base las regiones de interés definidas por el usuario. Esta función nos da para cada píxel de la región en la imagen homóloga izquierda la posición de su píxel homólogo en la imagen homóloga derecha. Como puntos de referencia fijos para el cálculo de la función \Omega se podrían tomar, en este ejemplo, las líneas (8, 9) de señalización horizontal de la vía.In this example, it is done first and at least once when the system starts up a process initialization corresponding to phase 1 described previously, and that is to capture a couple of images Road counterparts, figures 3 and 4, and in calculating their function \ Omega correspondence as the cross correlation between the two images, based on the regions of interest defined by the user. This function gives us for each pixel of the region in the homologous image left the position of its homologous pixel in the right homologous image. As fixed benchmarks for the calculation of the function \ Omega could be taken, in this example, the horizontal signaling lines (8, 9) of the track.
El proceso de detección correspondiente a la fase 2 consiste, en este ejemplo, en capturar simultáneamente tres regiones de análisis (12, 13, 14) con forma de banda perpendicular a la carretera cada 10 milisegundos (correspondiente a una frecuencia de 100 imágenes/segundo) mediante cada una de las cámaras infrarrojas (3, 4), y en determinar el número de discrepancias en cada región de análisis (12, 13, 14) con forma de banda, como se muestra en las figuras 5 y 6. Para ello se resta el valor de cada píxel en cada región de análisis (12, 13, 14) de la imagen homóloga derecha del valor de su píxel homólogo en la imagen homologa izquierda, según la correspondencia de posiciones S2 establecida en el proceso de inicialización, y se compara el valor absoluto del resultado con un umbral t de referencia predefinido. Si el valor de un píxel y su homólogo no son lo suficientemente parecidos se considera que se ha producido una discrepancia. El valor de un píxel podría ser, por ejemplo, un valor de luminosidad o el porcentaje de negro del píxel.The detection process corresponding to the phase 2 consists, in this example, of simultaneously capturing three analysis regions (12, 13, 14) with band shape perpendicular to the road every 10 milliseconds (corresponding to a frequency 100 images / second) through each of the cameras infrared (3, 4), and in determining the number of discrepancies in each region of analysis (12, 13, 14) with band form, as shown in figures 5 and 6. To do this, the value of each pixel in each analysis region (12, 13, 14) of the homologous image right of the value of its homologous pixel in the homologous image left, according to the correspondence of positions S2 established in the initialization process, and the absolute value of the result with a predefined reference threshold t. If the value of a pixel and its counterpart are not similar enough it considers that a discrepancy has occurred. The value of a pixel could be, for example, a brightness value or the pixel black percentage.
Así, cuando no pasa ningún vehículo por la vía (Figuras 5 y 6), el píxel A y el píxel A', situados en la banda central 13, corresponderán a un mismo punto situado sobre la calzada, y por lo tanto la diferencia entre los valores de esos píxeles será menor que el umbral t de referencia. Sin embargo, si está pasando un vehículo por la vía (figuras 7 y 8), el píxel A corresponderá a un punto sobre la calzada, mientras que el píxel A' corresponderá a un punto del vehículo. Por este motivo, la resta de sus valores producirá como resultado un valor mayor que el umbral t de referencia, dando lugar a una discrepancia.Thus, when no vehicle passes by the road (Figures 5 and 6), pixel A and pixel A ', located in the band central 13, will correspond to the same point located on the roadway, and therefore the difference between the values of those pixels will be less than the reference threshold t. However, yes a vehicle is passing on the road (figures 7 and 8), pixel A will correspond to a point on the road, while pixel A ' It will correspond to one point of the vehicle. For this reason, the subtraction of its values will result in a value greater than the threshold t of reference, giving rise to a discrepancy.
Si el número de discrepancias en una región de detección en forma de banda es mayor que un umbral n (idealmente n=1) se concluye que existe un vehículo (7) en dicha región de análisis.If the number of discrepancies in a region of band-shaped detection is greater than a threshold n (ideally n = 1) it is concluded that there is a vehicle (7) in said region of analysis.
En caso de que el número de discrepancias sea menor que el umbral n, se realiza un análisis de la región en cuestión en las imágenes homologas izquierda y derecha para verificar si se pueden detectar en alguna de ellas las líneas (8, 9) de la señalización horizontal de la calzada. Si no se pueden detectar las líneas (8, 9), se concluye que la imagen está saturada por la presencia de un vehículo (7) de mucha altura (por ejemplo, un camión o autocar), por lo que también se concluye que hay un vehículo (7) en la región de análisis. Dicho de otro modo, se trata de un vehículo de tamaño tan grande que cubre toda la imagen adquirida por las cámaras. En caso de que se puedan detectar las líneas (8, 9) de señalización horizontal de la calzada se concluye que no existe ningún vehículo (7) en la región de análisis.In case the number of discrepancies is less than the threshold n, an analysis of the region in issue in the left and right homologous images for check if the lines can be detected in any of them (8, 9) of the horizontal road marking. If you can't detect the lines (8, 9), it is concluded that the image is saturated by the presence of a vehicle (7) of high height (for example, a truck or coach), so it is also concluded that there is a vehicle (7) in the analysis region. In other words, it is of a vehicle so large that it covers the entire image acquired by the cameras. In case you can detect the Lines (8, 9) of horizontal road marking are concluded that there is no vehicle (7) in the analysis region.
El tamaño de estas regiones de análisis (12, 13, 14), así como la calidad de las imágenes (número de píxeles), es suficientemente grande para asegurar que recogen un porcentaje amplio del carril por el que pasan los vehículos (7), pero es lo suficientemente pequeño para que la carga computacional permita una frecuencia de adquisición de imágenes suficientemente alta.The size of these analysis regions (12, 13, 14), as well as the quality of the images (number of pixels), is large enough to ensure that they collect a percentage wide of the lane through which vehicles (7) pass, but it is what small enough for the computational load to allow a Image acquisition frequency high enough.
Sobre estas regiones de análisis (12, 13, 14) se extraen características que permiten acentuar la presencia del vehículo (7), por ejemplo pasando un filtro pasa altos que acentúa los contornos de la imagen.On these regions of analysis (12, 13, 14), they extract characteristics that allow to accentuate the presence of vehicle (7), for example passing a high pass filter that accentuates The contours of the image.
Esta detección es completamente insensible a las sombras y cualquier otro elemento sobre la superficie de la carretera (charcos, manchas, etc.). En las figuras 10, 11 y 12 se muestra una vista en perspectiva, una planta y un alzado de la posición de las cámaras infrarrojas (3, 4).This detection is completely insensitive to shadows and any other element on the surface of the road (puddles, spots, etc.). In figures 10, 11 and 12 it is shows a perspective view, a plan and an elevation of the position of the infrared cameras (3, 4).
El proceso de análisis combina diferentes resultados para extraer información adicional sobre los vehículos (7) que circulan por la escena:The analysis process combines different results to extract additional information about vehicles (7) circulating around the scene:
- Analizando las imágenes formadas por los píxeles clasificados como no pertenecientes a la calzada se estima la altura de los vehículos (7), por ejemplo, calculando la correlación cruzada entre las regiones de análisis (12, 13, 14) en las imágenes homólogas izquierda y derecha, y estimando la altura por métodos trigonométricos sencillos.- Analyzing the images formed by the pixels classified as not belonging to the road are estimated the height of the vehicles (7), for example, by calculating the cross correlation between the analysis regions (12, 13, 14) in the left and right homologous images, and estimating the height by simple trigonometric methods.
Como muestra las figuras 11 y 12, la distancia entre un objeto (15) y las cámaras (3, 4) se puede obtener por triangulación partiendo de la diferencia que existe entre su posición en la imagen izquierda y su posición en la imagen derecha, valor que se estima mediante la correlación cruzada. Teniendo esa distancia y conociendo la altura h se calcula la altura del objeto (15).As shown in figures 11 and 12, the distance between an object (15) and the cameras (3, 4) can be obtained by triangulation based on the difference between its position in the left image and its position in the right image, value that is estimated by cross correlation. Having that distance and knowing the height h the height of the object is calculated (fifteen).
- Comparando la evolución temporal de los resultados de los análisis anteriores en diferentes regiones de análisis (12, 13, 14) se estima la velocidad a la que circulan los vehículos (7).- Comparing the temporal evolution of results of the previous analyzes in different regions of analysis (12, 13, 14) estimates the speed at which the vehicles (7).
Los mismos métodos trigonométricos que permiten calcular la distancia entre un objeto (15) y las cámaras (3, 4), permiten determinar la distancia entre las regiones de análisis (12, 13, 14). Si conocemos la distancia longitudinal entre dos regiones (12, 13, 14), y conocemos el instante temporal en el que se produce la entrada de un vehículo (7) a cada una, podemos estimar su velocidad de paso.The same trigonometric methods that allow calculate the distance between an object (15) and the cameras (3, 4), allow to determine the distance between the analysis regions (12, 13, 14). If we know the longitudinal distance between two regions (12, 13, 14), and we know the temporal moment in which the entry of a vehicle (7) to each one occurs, we can Estimate your passing speed.
- Combinando la estimación de la velocidad a la que circulan los vehículos (7) con la medida del tiempo que tardan en atravesar una región de análisis (12, 13, 14) se estima la longitud de los vehículos (7).- Combining the speed estimation at Vehicles circulating (7) with the measurement of the time it takes in crossing an analysis region (12, 13, 14) the vehicle length (7).
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Legal Events
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|---|---|---|---|
| EC2A | Search report published |
Date of ref document: 20091210 Kind code of ref document: A1 |
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| FG2A | Definitive protection |
Ref document number: 2330499B1 Country of ref document: ES |
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| FD2A | Announcement of lapse in spain |
Effective date: 20161207 |