RU2486598C1

RU2486598C1 - Method of remote measurement and fixing of vehicle speed

Info

Publication number: RU2486598C1
Application number: RU2012103947/11A
Authority: RU
Inventors: Владимир Мушегович Геворкян; Юрий Алексеевич Казанцев; Илья Александрович Яшин
Priority date: 2012-02-06
Filing date: 2012-02-06
Publication date: 2013-06-27

Abstract

FIELD: transport.

SUBSTANCE: invention relates to vehicle identification and remote speed control. proposed method comprises video observation of traffic conditions by video camera mounted above the road at definite angle and isolation of separate moving vehicle in observation field of said camera. Prior to measurement, lengthwise size of frame is calibrated with referencing physical distance at road surface to relative distance at said frame corresponding to specific angle of camera location relative to road surface. Then, periodically, road surface free of traffic is fixed and shot frame-by-frame to subtract the former from obtained frame-by-frame image. Moving vehicles are isolated at homogeneous colour background of differential frame. Reference marks are detected and isolated as the moving vehicle darkest and lightest parts. Thereafter, geometrical centers of reference marks are calculated and their displacement speed in frame are measured, said speed is averaged to calculate vehicle speed proceeding said averaged reference mark speed and pre-calibration of the frame lengthwise size.

EFFECT: higher validity of vehicle sped measurement.

6 dwg

Description

Изобретение относится к области измерительной техники, в частности к системам телеметрического контроля скорости транспортных средств.The invention relates to the field of measuring technology, in particular to systems for telemetric speed control of vehicles.

Известен способ телеметрического измерения и фиксации скорости транспортных средств, основанный на видеонаблюдении за транспортной обстановкой на дорожном полотне; решении задачи выделения отдельного объекта из нескольких транспортных средств в потоке транспортных средств, находящихся в поле зрения видеокамеры; преобразовании двухмерных координат объекта в плоскости фотоприемной матрицы в трехмерные пространственные координаты; спектральной селекции транспортного средства (преимущественно с применением визуальных оценок оператора) для уточнения наблюдаемых его размеров; вычислении расстояния до транспортного средства и скорости изменения этого расстояния по изменению размера изображения транспортного средства на экране; вычислении вектора скорости объекта; анализе и фиксации скоростных характеристик выделенного транспортного средства (Телевизионные измерительные системы контроля скоростного режима дорожного движения / Е.Макарецкий, А.Овчинников, Лием Хиеу Нгуен / Компоненты и технологии. №4, 2007, с.34-37).A known method of telemetric measurement and fixing the speed of vehicles based on video surveillance of the traffic situation on the roadway; solving the problem of separating an individual object from several vehicles in the stream of vehicles in the field of view of the camera; transformation of the two-dimensional coordinates of the object in the plane of the photodetector matrix into three-dimensional spatial coordinates; spectral selection of the vehicle (mainly using visual evaluations of the operator) to refine its observed dimensions; calculating the distance to the vehicle and the rate of change of this distance by changing the size of the image of the vehicle on the screen; calculating the object velocity vector; analysis and fixing the speed characteristics of the selected vehicle (Television measuring systems for monitoring the high-speed traffic mode / E. Makaretsky, A. Ovchinnikov, Liem Hieu Nguyen / Components and technologies. No. 4, 2007, p. 34-37).

Недостаток такого способа телеметрического измерения и фиксации скорости транспортных средств заключается в сложности процесса обработки видеоизображения с применением спектральной селекция объекта.The disadvantage of this method of telemetric measurement and fixing the speed of vehicles is the complexity of the process of processing video using spectral selection of the object.

Наиболее близким к способу телеметрического измерения и фиксации скорости транспортных средств является способ, основанный на видеонаблюдении за транспортной обстановкой на дороге, выделении отдельного объекта из нескольких объектов в потоке транспортных средств, находящихся в поле зрения, на основе коррекции цветовой гаммы, яркости и контраста для оптимального выделения интересующего транспортного средства; фильтрация изображения для подавления световых помех; выделение движущегося транспортного средства на основе видеопоследовательности транспортных средств с применением простого разностного алгоритма; преобразовании двухмерных координат объекта в плоскости фотоприемной матрицы в трехмерные пространственные координаты, вычислении вектора скорости транспортного средства на основе измерения параметров движение на предварительно калиброванном расстоянии или измерении расстояния по вспомогательному неподвижному транспортному средству в поле зрения видеокамеры, если у неподвижного объекта известны геометрические размеры; анализе и фиксации скоростных характеристик выделенного транспортного средства (Обухова Н.А. Алгоритмы обнаружения и идентификации транспортных средств в телевизионных системах мониторинга городских магистралей // Телевидение: передача и обработка изображений. Материалы международной конференции. 21-22 мая 2002 г. СПб., 2002).Closest to the method of telemetric measurement and fixing the speed of vehicles is a method based on video surveillance of the traffic situation on the road, the allocation of an individual object from several objects in the stream of vehicles in view, based on the correction of color, brightness and contrast for optimal highlighting the vehicle of interest; image filtering to suppress light interference; highlighting a moving vehicle based on a video sequence of vehicles using a simple difference algorithm; converting the two-dimensional coordinates of the object in the plane of the photodetector matrix into three-dimensional spatial coordinates, calculating the vehicle’s velocity vector based on measuring the parameters of movement at a previously calibrated distance, or measuring the distance using an auxiliary stationary vehicle in the camera’s field of view, if the fixed object has known geometric dimensions; analysis and fixing the speed characteristics of a selected vehicle (N. Obukhova. Algorithms for detecting and identifying vehicles in television monitoring systems of city highways // Television: image transmission and processing. Proceedings of the international conference. May 21-22, 2002 St. Petersburg, 2002 )

Недостаток такого способа телеметрического измерения и фиксации скорости транспортных средств заключается в сложности процесса обработки видеоизображения, неустойчивого к изменению яркости фона и объектов, что определяет большую ресурсоемкость вычислительных средств.The disadvantage of this method of telemetric measurement and fixing the speed of vehicles is the complexity of the video processing process, unstable to changes in the brightness of the background and objects, which determines the high resource consumption of computing tools.

Техническим результатом изобретения является упрощение способа телеметрического измерения и фиксации скорости транспортных средств и повышение достоверности измерения скорости транспортного средства.The technical result of the invention is to simplify the method of telemetric measurement and fixing the speed of vehicles and increase the reliability of measuring vehicle speed.

Это достигается тем, что в известном способе телеметрического измерения и фиксации скорости транспортных средств, заключающемся в видеонаблюдении за транспортной обстановкой на дорожном полотне с помощью видеокамеры, установленной над дорожным полотном под определенным углом места, выделении движущегося отдельного транспортного средства, находящегося в поле зрения видеокамеры, до измерения калибруют продольный размер кадра с привязкой фактического расстояния на дорожном полотне к относительному расстоянию на кадре, соответствующее конкретному углу места размещения видеокамеры относительно дорожного полотна, периодически фиксируют изображение дорожного полотна, свободного от движущихся транспортных средств, производят покадровую съемку дорожного полотна с последующим вычитанием из полученного покадрового изображения, изображения дорожного полотна, свободного от движущихся транспортных средств, выявляют перемещающееся транспортное средство на однородном цветовом фоне разностного кадра, выявляют и выделяют реперные метки в виде самых темных и самых светлых частей перемещающегося транспортного средства, и вычисляют геометрические центры реперных меток, измеряют скорости перемещения геометрических центров реперных меток на кадре, усредняют скорости перемещения центров реперных меток на кадре, вычисляют скорости продольного перемещения объекта на основе усредненной скорости перемещения реперных меток и предварительной калибровки продольного размера кадра.This is achieved by the fact that in the known method of telemetric measurement and fixing the speed of vehicles, which consists in video surveillance of the traffic situation on the roadway using a video camera mounted above the roadway at a certain elevation, highlighting a moving separate vehicle located in the camera’s field of view, before measuring, calibrate the longitudinal frame size with reference to the actual distance on the roadway to the relative distance on the frame, corresponding to at a specific angle of the video camera’s location relative to the roadway, the image of the roadway free from moving vehicles is periodically recorded, the roadway is frame-by-frame, followed by subtraction from the obtained frame-by-frame image, the image of the roadway free from moving vehicles, a moving vehicle is detected on homogeneous color background of the difference frame, identify and highlight benchmarks in the form of the darkest and lightest x parts of the moving vehicle, and the geometric centers of the reference marks are calculated, the speeds of the geometric centers of the reference marks on the frame are measured, the speeds of the centers of the reference marks on the frame are averaged, the longitudinal velocities of the object are calculated based on the average speed of the reference marks and preliminary calibration of the longitudinal frame size .

Сущность изобретения поясняется изображениями, где на фиг.1 приведен пример варианта калибровки продольных размеров видеокадра относительно полотна дороги. На фиг.2 и фиг.3, на фиг.4 и фиг.5 приведены примеры покадровой съемки дорожного полотна с последующим вычитанием из полученного покадрового изображения дорожного полотна, свободного от движущихся транспортных средств. На фиг.6 приведен пример разностного кадра перемещающегося объекта.The invention is illustrated by images, where figure 1 shows an example of a calibration option for the longitudinal dimensions of the video frame relative to the roadbed. Figure 2 and figure 3, figure 4 and figure 5 are examples of frame-by-frame shooting of the roadway, followed by subtraction from the obtained frame-by-frame image of the roadway, free from moving vehicles. Figure 6 shows an example of a difference frame of a moving object.

На приведенных чертежах используются следующие обозначения: дорожное полотно 1, лента маркер 2, транспортное средство 3 и реперные метки 4.In the drawings, the following notation is used: roadway 1, tape marker 2, vehicle 3 and reference marks 4.

Сущность предложения заключается в том, что в способе телеметрического измерения и фиксации скорости транспортных средств 3 измерение продольной скорости перемещения выделенного транспортного средства 3 на дорожном полотне 1 осуществляется в результате последовательности действий обработки покадровых изображений транспортной обстановки в зоне наблюдения видеокамеры.The essence of the proposal lies in the fact that in the method of telemetric measurement and fixing the speed of vehicles 3, the measurement of the longitudinal velocity of the selected vehicle 3 on the roadway 1 is carried out as a result of a sequence of processing frame-by-frame images of the transport situation in the surveillance zone of the video camera.

После установки видеокамеры относительно участка дорожного полотна 1 видеонаблюдения (что предполагает определенное значение угла места биссектрисы апертуры оптического зеркала видеокамеры относительно плоскости дорожного полотна 1 на участке видеонаблюдения) осуществляется предварительная измерению калибровка продольных размеров видеоизображения относительно реальных расстояний участка дорожного полотна 1 видеонаблюдения. Калибровка осуществляется, например, с применением ленты-маркера 2, размещенной вдоль дорожного полотна 1, на которой нанесены видимые метки расстояний, устойчиво фиксируемые видеокамерой в кадре (на экране, на изображении). Пример варианта калибровки продольных размеров приведен на фиг.1 в виде поперечных линий.After installing the video camera relative to the section of the road surface 1 of the video surveillance (which implies a certain value of the elevation angle of the bisector of the aperture of the optical mirror of the video camera relative to the plane of the road surface 1 in the video observation area), a preliminary measurement of the longitudinal dimensions of the video image relative to the real distances of the section of the road surface 1 of video surveillance is performed. Calibration is carried out, for example, using a marker tape 2 located along the roadway 1, on which visible distance marks are applied, which are stably fixed by the video camera in the frame (on the screen, in the image). An example of a calibration of longitudinal dimensions is shown in Fig. 1 in the form of transverse lines.

Затем фиксируется и запоминается изображение участка дорожного полотна 1 наблюдения в отсутствии транспортных средств 2. Это процесс предварительной измерению калибровки состояния дорожного полотна 1. Причем получение изображения дорожного полотна 1 в отсутствие движущихся транспортных средств 3 возможно и при наличии перемещающихся транспортных средств. Для этого достаточно осуществить вычитание ряда последовательных кадров и выделить на них части той части кадров, которая свободна от изменяющихся изображений. Заметим, что процедуру калибровки надо проводить периодически, на основе критерия изменения цвета однородного цветового фона разностного кадра при фиксации перемещающегося транспортного средства 3 (возникающего в процессе измерения скорости объекта). Это действие закладывается в программу обработки данных для измерения.Then, the image of the observation road section 1 is recorded and stored in the absence of vehicles 2. This is the process of preliminary measurement of the calibration of the state of roadway 1. Moreover, the image of the roadway 1 in the absence of moving vehicles 3 is also possible in the presence of moving vehicles. To do this, it is enough to subtract a number of consecutive frames and select on them parts of that part of the frames that is free from changing images. Note that the calibration procedure must be carried out periodically, on the basis of the criterion for changing the color of the uniform color background of the difference frame when fixing the moving vehicle 3 (arising in the process of measuring the speed of the object). This action is stored in the data processing program for the measurement.

Процесс измерения и фиксации скорости транспортных средств 3 заключается в покадровой съемке дорожного полотна 1 с последующим вычитанием из полученного покадрового изображения, изображения дорожного полотна 1, свободного от движущихся транспортных средств 3 (соответственно: фиг.2 и фиг.3, а также фиг.4 и фиг.5) и выявление на однородном цветовом фоне разностного кадра на фиг.6 перемещающегося транспортного средства 3.The process of measuring and fixing the speed of vehicles 3 is to frame-by-frame survey of the roadway 1, followed by subtraction from the obtained single-frame image, the image of the roadway 1, free from moving vehicles 3 (respectively: figure 2 and figure 3, and also figure 4 and FIG. 5) and identifying, on a uniform color background, the difference frame in FIG. 6 of a moving vehicle 3.

Процесс измерения и фиксации скорости транспортных средств 3 заключается в выделении самых темных и самых светлых его областей на видеоизображении перемещающегося объекта, так называемых реперных меток 4 и вычисление их геометрических центров.The process of measuring and fixing the speed of vehicles 3 is to highlight its darkest and lightest areas on the video image of a moving object, the so-called reference marks 4 and the calculation of their geometric centers.

Процесс измерения и фиксации скорости транспортных средств 3 заключается в измерении скорости перемещения геометрических центров реперных меток 4 на кадре, а затем - усреднение скоростей перемещения центров реперных меток 4 в кадре.The process of measuring and fixing the speed of vehicles 3 is to measure the speed of movement of the geometric centers of the reference marks 4 in the frame, and then the averaging of the speeds of the centers of the reference marks 4 in the frame.

Фиксация скорости транспортных средств в транспортном потоке заключается в вычисление скорости продольного перемещения транспортного средства 3 на основе усредненной скорости перемещения реперных меток 4 и предварительной калибровки продольного размера кадра.Fixing the speed of vehicles in the traffic stream is to calculate the speed of the longitudinal movement of the vehicle 3 based on the average speed of movement of the reference marks 4 and preliminary calibration of the longitudinal frame size.

Использование изобретения позволяет упростить способ телеметрического измерения скорости транспортного средства и повысить достоверность измерения скорости, так как исключает процедуру определения расстояния до объекта, которая базируется на фиксации геометрических размеров транспортного средства и потому включает этап спектральной селекции объекта (для оптимального выделения его геометрических размеров). Кроме того, этап спектральной селекции объекта осуществляется с применением визуальных оценок оператора, что противоречит автоматизации процесса измерения.The use of the invention allows to simplify the method of telemetric measurement of vehicle speed and increase the reliability of speed measurement, as it eliminates the procedure for determining the distance to the object, which is based on fixing the geometric dimensions of the vehicle and therefore includes the stage of spectral selection of the object (for optimal selection of its geometric dimensions). In addition, the stage of spectral selection of an object is carried out using visual operator evaluations, which contradicts the automation of the measurement process.

Claims

The method of telemetric measurement and fixing the speed of vehicles, which consists in video surveillance of the traffic situation on the roadway using a video camera installed above the road at a certain angle, highlighting a moving separate vehicle in the field of view of the video camera, characterized in that the longitudinal size is calibrated before measurement frame with reference to the actual distance on the roadway to the relative distance on the frame, corresponding to a specific elevation video camera relative to the roadway, periodically capture the image of the roadway free from moving vehicles, frame-by-frame survey of the roadway with subsequent subtraction from the obtained frame-by-frame image of the roadway free from moving vehicles, identify the moving vehicle on a uniform color background of the differential frame, identify and highlight benchmarks in the form of the darkest and lightest parts of a moving vehicle Twa and calculating the geometric centers of reference marks, the speed of movement measured geometric centers of reference marks on the frame are averaged velocity of the centers of reference marks on the frame, calculating a speed of longitudinal movement of the object on the basis of the average velocity of the reference marks and preliminary calibration longitudinal frame size.