基于車輛動(dòng)態(tài)視頻特征的車輛定位及車速測(cè)量方法
【專利摘要】一種智能交通和近景攝影測(cè)量【技術(shù)領(lǐng)域】的基于車輛動(dòng)態(tài)視頻特征的車輛定位及車速測(cè)量方法，根據(jù)從標(biāo)定車輛行駛過程視頻圖像中提取出的車輛動(dòng)態(tài)視頻特征參數(shù)，對(duì)同一視頻監(jiān)控系統(tǒng)中任意時(shí)間段內(nèi)視頻圖像中的車輛動(dòng)態(tài)圖像特征尺寸進(jìn)行判定，重構(gòu)并還原與各個(gè)圖像幀對(duì)應(yīng)的待測(cè)車輛行駛過程的動(dòng)態(tài)視頻特征模型；然后通過待測(cè)車輛的圖像特征尺寸的動(dòng)態(tài)變化特性與實(shí)際車輛運(yùn)動(dòng)參數(shù)的映射關(guān)系，計(jì)算待測(cè)車輛行駛過程中與各個(gè)圖像幀對(duì)應(yīng)的實(shí)際位置及車速值序列，實(shí)現(xiàn)車輛實(shí)際位置和行駛速度信息的獲取。本發(fā)明易于實(shí)現(xiàn)且準(zhǔn)確度高，適合于道路交通視頻監(jiān)控系統(tǒng)的各類車輛測(cè)速需要。
【專利說明】基于車輛動(dòng)態(tài)視頻特征的車輛定位及車速測(cè)量方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及的是一種智能交通和近景攝影測(cè)量【技術(shù)領(lǐng)域】的方法，具體是一種用于現(xiàn)有道路交通視頻監(jiān)控系統(tǒng)，基于車輛動(dòng)態(tài)視頻特征的車輛定位及車速測(cè)量方法。
【背景技術(shù)】
[0002]在道路交通監(jiān)控管理中，車速測(cè)量是交通事故成因分析和責(zé)任認(rèn)定、道路流量監(jiān)控以及調(diào)控干預(yù)等道路交通管控的重要基礎(chǔ)，對(duì)于智能交通系統(tǒng)的建立起著至關(guān)重要的作用。在道路交通方面，傳統(tǒng)的車輛測(cè)速方法主要包括:雷達(dá)檢測(cè)、感應(yīng)線圈檢測(cè)、激光/紅外線檢測(cè)、超聲波/微波檢測(cè)等，其中:比較常用的是雷達(dá)檢測(cè)和感應(yīng)線圈檢測(cè)方法。另外，隨著目前近景攝影測(cè)量技術(shù)的發(fā)展和計(jì)算機(jī)性能的提高，利用視頻圖像幀進(jìn)行車輛定位及車速測(cè)量的技術(shù)也在逐步完善。
[0003]雷達(dá)測(cè)速的原理是:道路旁裝有雷達(dá)發(fā)射器，向道路來(lái)車方向發(fā)射雷達(dá)波束，再接受汽車的反射回波，通過回波分析測(cè)定車輛速度，如車速超過設(shè)定值，則自動(dòng)觸發(fā)相機(jī)完成拍攝，記錄下違章車輛的識(shí)別信息。雷達(dá)測(cè)速的主要缺點(diǎn)是無(wú)重復(fù)測(cè)量性和分辨率低，當(dāng)路面上有較多目標(biāo)車輛時(shí)，尤其在復(fù)雜事故工況下難以進(jìn)行準(zhǔn)確地車輛區(qū)分和車速測(cè)量，并且成本較高。
[0004]感應(yīng)線圈檢測(cè)是目前車速檢測(cè)系統(tǒng)使用的主要方法，該方法的原理是:通過電子原件檢測(cè)車輛經(jīng)過時(shí)感應(yīng)線圈中的電信號(hào)記錄下車輛通過時(shí)的狀態(tài)信息，通過采集和計(jì)算完成車速測(cè)量。這種方法造價(jià)較低，檢測(cè)精度較高，但是線圈容易損壞，安裝和拆除均不方便，同時(shí)該方法只能測(cè)量預(yù)定區(qū)域內(nèi)車輛的平均車速，不能對(duì)車輛的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)進(jìn)行連續(xù)的跟蹤測(cè)量。
[0005]目前主要的車輛視頻測(cè)速方法，在最終車速計(jì)算時(shí)通常單純依賴速度定義，即速度V=車輛的位移d/位移的時(shí)間差t。在視頻系統(tǒng)固有采樣頻率已知的前提下，車輛位移的計(jì)算完全依靠選取車輛上的特征點(diǎn)并進(jìn)行坐標(biāo)變換獲得，沒有利用圖像幀中特征尺寸或形狀的相互約束關(guān)系，因此，目前主要的視頻測(cè)速方法對(duì)視頻圖像幀的質(zhì)量和選取特征點(diǎn)的精度要求較高，存在誤檢率高、測(cè)量結(jié)果對(duì)匹配算法誤差敏感以及魯棒性低等問題。此外，一些視頻測(cè)速方法直接使用三維坐標(biāo)關(guān)系映射進(jìn)行平面距離測(cè)算，導(dǎo)致標(biāo)定方法復(fù)雜以及計(jì)算開銷較大，不但無(wú)法提高測(cè)量精度還降低了使用效率。
[0006]經(jīng)過對(duì)現(xiàn)有技術(shù)的檢索發(fā)現(xiàn)，中國(guó)專利文獻(xiàn)號(hào)CN102622895A公開(公告)日2012.08.01，公開了一種基于視頻的車輛速度檢測(cè)方法，首先獲取交通道路視頻，并對(duì)其做預(yù)處理得到720*288像素大小的只含灰度值信息的圖像序列；其次在圖像中選取2*8*90大小的車輛跟蹤區(qū)域，從連續(xù)的9幀圖像中提取圖像投影序列；再用幀差法提取投影圖像序列并選取其特征值，使用映射表中的二維映射關(guān)系(點(diǎn)到距離的關(guān)系)求取這些特征值點(diǎn)在實(shí)際道路中的位置；最后建立特征值點(diǎn)實(shí)際位置與時(shí)間的關(guān)系曲線圖，用最小二乘法擬合車輛的速度。與現(xiàn)有技術(shù)相比，該技術(shù)的方法可對(duì)視頻范圍內(nèi)所有的車輛速度進(jìn)行檢測(cè)，不受環(huán)境限制，能夠?qū)?shí)時(shí)視頻進(jìn)行判斷，且檢測(cè)時(shí)間短、易于實(shí)現(xiàn)、準(zhǔn)確性較高，具有廣闊的應(yīng)用前景。但該技術(shù)需要使用映射表中的二維映射關(guān)系，該映射關(guān)系對(duì)于不同攝像系統(tǒng)或現(xiàn)場(chǎng)布置情況均有不同的數(shù)值表達(dá)關(guān)系，因此，該現(xiàn)有方法需要根據(jù)不同情況創(chuàng)建不同的映射表；其次，由于映射表為離散數(shù)據(jù)形式，對(duì)于視頻像中的任意點(diǎn)不可能在表中都恰好存在映射關(guān)系，因此，該技術(shù)在可測(cè)性和測(cè)量精度方面都有限制；此外，該方案需要在連續(xù)的9幀圖像中提取圖像投影序列后才能分析計(jì)算。
[0007]經(jīng)過對(duì)現(xiàn)有技術(shù)的檢索發(fā)現(xiàn)，中國(guó)專利文獻(xiàn)號(hào)CN102592456A公開(公告)日2012.07.18，公開一種基于視頻的車輛測(cè)速方法，包括如下步驟:①、實(shí)地標(biāo)定:在視頻檢測(cè)區(qū)對(duì)應(yīng)的現(xiàn)場(chǎng)實(shí)地選擇多個(gè)連續(xù)路段，并在相鄰路段的分界線上標(biāo)定出實(shí)際檢測(cè)線；②、系統(tǒng)圖面設(shè)定:將現(xiàn)場(chǎng)實(shí)地的實(shí)際檢測(cè)線轉(zhuǎn)化為圖像中的虛擬檢測(cè)線，并將各個(gè)虛擬檢測(cè)線之間的實(shí)際距離存入系統(tǒng)中、車速計(jì)算:對(duì)現(xiàn)場(chǎng)實(shí)地進(jìn)行拍攝并獲得連續(xù)幀的圖像并按幀數(shù)大小依次進(jìn)行分析，計(jì)算出每一幀圖像中車輛目標(biāo)與當(dāng)前虛擬檢測(cè)線的像素差值；選擇像素差值絕對(duì)值最小并基于不同虛擬檢測(cè)線的兩幀圖像，并根據(jù)其分別對(duì)應(yīng)虛擬檢測(cè)線之間實(shí)際距離以及幀數(shù)差而計(jì)算出車輛目標(biāo)的速度。本發(fā)明采用視頻分析技術(shù)，大大降低了系統(tǒng)成本，并同時(shí)提高了系統(tǒng)的穩(wěn)定性。但該技術(shù)的缺陷和不足在于:需要在現(xiàn)場(chǎng)實(shí)地相鄰路段的分界線上標(biāo)定出實(shí)際檢測(cè)線，因此，實(shí)地標(biāo)定過程需要暫停正常的道路交通運(yùn)營(yíng)；其次，實(shí)際檢測(cè)線和虛擬檢測(cè)線均為離散形式，即檢測(cè)線之間存在一定距離，對(duì)于車輛未按要求觸碰檢測(cè)線的情況，該現(xiàn)有方法無(wú)法實(shí)現(xiàn)精確計(jì)算；此外，該現(xiàn)有方法在最終計(jì)算車速時(shí)，實(shí)際上只利用兩幅幀圖像進(jìn)行計(jì)算，因此，只能獲取車輛在兩幀圖像間的平均速度，若兩幀圖像相隔時(shí)間較長(zhǎng)，該方法會(huì)產(chǎn)生較大測(cè)量誤差。最后，該方法也無(wú)法實(shí)現(xiàn)對(duì)車輛的實(shí)時(shí)定位。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0008]本發(fā)明針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)存在的上述不足，提出一種基于車輛動(dòng)態(tài)視頻特征的車輛定位及車速測(cè)量方法，能夠解決傳統(tǒng)測(cè)速方法設(shè)備標(biāo)定繁瑣、測(cè)量算法復(fù)雜、誤檢率高、準(zhǔn)確度低、實(shí)時(shí)性差以及硬件安裝配置成本高等問題。
[0009]本發(fā)明是通過以下技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)的:本發(fā)明根據(jù)從標(biāo)定車輛行駛過程視頻圖像中提取出的車輛的動(dòng)態(tài)視頻特征參數(shù)，對(duì)同一視頻監(jiān)控系統(tǒng)中任意時(shí)間段內(nèi)視頻圖像中的車輛動(dòng)態(tài)圖像特征尺寸進(jìn)行判定，重構(gòu)并還原與各個(gè)圖像幀對(duì)應(yīng)的待測(cè)車輛行駛過程的動(dòng)態(tài)視頻特征模型；然后通過待測(cè)車輛的圖像特征尺寸的動(dòng)態(tài)變化特性與實(shí)際車輛運(yùn)動(dòng)參數(shù)的映射關(guān)系，計(jì)算待測(cè)車輛行駛過程中與各個(gè)圖像幀對(duì)應(yīng)的實(shí)際位置及車速值序列，實(shí)現(xiàn)車輛實(shí)際位置和行駛速度信息的獲取。
[0010]所述的標(biāo)定車輛是指:一輛具有顯著特征寬度，在道路交通視頻監(jiān)控系統(tǒng)覆蓋區(qū)域內(nèi)正對(duì)攝像鏡頭由遠(yuǎn)及近或由近及遠(yuǎn)勻速行使的機(jī)動(dòng)車輛。
[0011]所述的提取出的車輛的動(dòng)態(tài)視頻特征參數(shù)通過以下方式獲得:利用標(biāo)定車輛正對(duì)視頻監(jiān)控系統(tǒng)由遠(yuǎn)及近或由近及遠(yuǎn)勻速行駛時(shí)所記錄的視頻圖像，測(cè)量并記錄標(biāo)定車輛的圖像特征寬度與實(shí)際運(yùn)動(dòng)狀態(tài)參數(shù)序列信息，并利用車輛動(dòng)態(tài)視頻特征參數(shù)與圖像特征尺寸的關(guān)系，獲得車輛的動(dòng)態(tài)視頻特征參數(shù)，即表征車輛在由遠(yuǎn)及近或由近及遠(yuǎn)的行駛過程中的圖像幀序列中，同一圖像特征寬度尺寸由小變大或由大變小的規(guī)律特性的特征參數(shù)。
[0012]所述的提取具體為:記錄下整個(gè)行駛過程中的視頻圖像以及與視頻圖像中每個(gè)圖像幀對(duì)應(yīng)的標(biāo)定車輛的實(shí)際運(yùn)動(dòng)狀態(tài)參數(shù)序列，即車輛的實(shí)際位置和車速值的信息序列，通過對(duì)視頻圖像幀中標(biāo)定車輛的圖像特征尺寸和實(shí)際運(yùn)動(dòng)狀態(tài)參數(shù)序列進(jìn)行逆向解析得
以獲得。
[0013]所述的車輛動(dòng)態(tài)視頻特征參數(shù)與圖像特征尺寸的關(guān)系是指:Lu= (Cl+C2u)b，其中:Cl和C2為動(dòng)態(tài)視頻特征參數(shù)，Lu和b分別為車輛特征寬度的圖像特征尺寸和實(shí)際尺寸值，u為車輛特征寬度在圖像坐標(biāo)系中的橫坐標(biāo)均值，Lu和u以像素為單位；在右手坐
標(biāo)系下
【權(quán)利要求】
1.一種基于車輛動(dòng)態(tài)視頻特征的車輛定位及車速測(cè)量方法，其特征在于，根據(jù)從標(biāo)定車輛的行駛過程視頻圖像中提取出的車輛的動(dòng)態(tài)視頻特征參數(shù)，對(duì)同一視頻監(jiān)控系統(tǒng)中任意時(shí)間段內(nèi)視頻圖像中的車輛動(dòng)態(tài)圖像特征尺寸進(jìn)行判定，重構(gòu)并還原與各個(gè)圖像幀對(duì)應(yīng)的待測(cè)車輛行駛過程的動(dòng)態(tài)視頻特征模型；然后通過待測(cè)車輛的圖像特征尺寸的動(dòng)態(tài)變化特性與實(shí)際車輛運(yùn)動(dòng)參數(shù)的映射關(guān)系，計(jì)算待測(cè)車輛行駛過程中與各個(gè)圖像幀對(duì)應(yīng)的實(shí)際位置及車速值序列，實(shí)現(xiàn)車輛實(shí)際位置和行駛速度信息的獲??； 所述的標(biāo)定車輛是指:一輛具有顯著特征寬度，在道路交通視頻監(jiān)控系統(tǒng)覆蓋區(qū)域內(nèi)正對(duì)攝像鏡頭由遠(yuǎn)及近或由近及遠(yuǎn)勻速行使的機(jī)動(dòng)車輛。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征是，所述的提取出的車輛的動(dòng)態(tài)視頻特征參數(shù)通過以下方式獲得:利用標(biāo)定車輛正對(duì)視頻監(jiān)控系統(tǒng)由遠(yuǎn)及近或由近及遠(yuǎn)勻速行駛時(shí)所記錄的視頻圖像，測(cè)量并記錄標(biāo)定車輛的圖像特征寬度與實(shí)際運(yùn)動(dòng)狀態(tài)參數(shù)序列信息，并利用車輛動(dòng)態(tài)視頻特征參數(shù)與圖像特征尺寸的關(guān)系，獲得車輛的動(dòng)態(tài)視頻特征參數(shù)，即表征車輛在由遠(yuǎn)及近或由近及遠(yuǎn)的行駛過程中的圖像幀序列中，同一圖像特征寬度尺寸由小變大或由大變小的規(guī)律特性的特征參數(shù)。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征是，所述的提取具體為:記錄下整個(gè)行駛過程中的視頻圖像以及與視頻圖像中每個(gè)圖像幀對(duì)應(yīng)的標(biāo)定車輛的實(shí)際運(yùn)動(dòng)狀態(tài)參數(shù)序列，即車輛的實(shí)際位置和車速值的信息序列，通過對(duì)視頻圖像幀中標(biāo)定車輛的圖像特征尺寸和實(shí)際運(yùn)動(dòng)狀態(tài)參數(shù)序列進(jìn)行逆向解析得以獲得。
4.根據(jù)權(quán)利要求2所述的方法，其特征是，所述的車輛動(dòng)態(tài)視頻特征參數(shù)與圖像特征尺寸的關(guān)系是指:LU= (Cl+C2u)b，其中々和C2為動(dòng)態(tài)視頻特征參數(shù)，Lu和b分別為車輛特征寬度的圖像特征尺寸和實(shí)際尺寸值，u為車輛特征寬度在圖像坐標(biāo)系中的橫坐標(biāo)均值，Lu和u以像素為單位；在右手坐標(biāo)系下
5.根據(jù)權(quán)利要求3所述的方法，其特征是，所述的逆向解析是指:根據(jù)已知的標(biāo)定車輛的車輛特征寬度的實(shí)際尺寸值b以及最少兩幀圖像中的車輛圖像特征尺寸與車輛特征寬度圖像橫坐標(biāo)均值組成的序列對(duì):(Lul, U1)，(Lu2, U2)，…(Lui, Ui)，…(Lun, un), η≤2,代入車輛動(dòng)態(tài)視頻特征參數(shù)與圖像特征尺寸的關(guān)系中即可獲得動(dòng)態(tài)視頻特征參數(shù)C1和C2 ;當(dāng)所用的標(biāo)定圖像幀數(shù)量大于2時(shí)，即η>2時(shí)，優(yōu)選采用最小二乘法獲得動(dòng)態(tài)視頻特征參數(shù)C1和C2 O
6.根據(jù)權(quán)利要求4或5所述的方法，其特征是，所述的車輛特征寬度是指:寬度方向平行于攝像系統(tǒng)焦面、尺寸已知且不小于1.5米的車體寬度或車體上滿足要求的某一特征寬度。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征是，所述的判定是指:利用車輛的動(dòng)態(tài)視頻特征參數(shù)，判定同一視頻監(jiān)控系統(tǒng)中任意時(shí)間段內(nèi)圖像幀中的其他車輛的動(dòng)態(tài)圖像特征尺寸，具體為:通過對(duì)比分析任意時(shí)間段視頻圖像中所有圖像幀的全部橫向圖像特征寬度的像素值與車輛的動(dòng)態(tài)視頻特征的偏離程度是否在預(yù)設(shè)閥值之內(nèi)，若滿足則判定相關(guān)圖像特征寬度的像素值為待測(cè)車輛的動(dòng)態(tài)圖像特征尺寸，并根據(jù)局部區(qū)域搜索算法識(shí)別對(duì)應(yīng)待測(cè)車輛，同時(shí)記錄圖像幀序列中被識(shí)別的車輛動(dòng)態(tài)圖像特征尺寸信息序列，記為
8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征是，所述的動(dòng)態(tài)視頻特征模型是指:
9.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征是，所述的重構(gòu)是指: a)根據(jù)待測(cè)車輛特征寬度圖像橫坐標(biāo)均值序列，通過車輛動(dòng)態(tài)視頻特征參數(shù)與圖像特征尺寸的關(guān)系計(jì)算出標(biāo)定車輛在相同特征寬度圖像橫坐標(biāo)均值序列下對(duì)應(yīng)的視頻幀圖像特征尺寸參考序列； b)通過比較圖像特征尺寸參考序列與待測(cè)車輛圖像特征尺寸序列的線性比例關(guān)系，計(jì)算出待測(cè)車輛特征寬度實(shí)際尺寸bx與標(biāo)定車輛特征寬度實(shí)際尺寸1?的比例系數(shù)λ，從而計(jì)算出待測(cè)車輛特征寬度實(shí)際尺寸bx=
10.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征是，所述的還原是指:1)將車輛在路面坐標(biāo)系中的實(shí)際位置與對(duì)應(yīng)的視頻圖像幀特征尺寸之間的數(shù)學(xué)模型
fb.關(guān)系變形為:
11.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征是，所述的映射關(guān)系是指:
12.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征是，所述的計(jì)算待測(cè)車輛行駛過程中與各個(gè)圖像幀對(duì)應(yīng)的實(shí)際位置及車速值序列是指:記視頻系統(tǒng)采樣周期為?；，視頻幀速為f,，則
【文檔編號(hào)】G06T7/20GK104021676SQ201410293044
【公開日】2014年9月3日 申請(qǐng)日期:2014年6月25日 優(yōu)先權(quán)日:2014年6月25日
【發(fā)明者】張曉云, 于蕾 申請(qǐng)人:上海交通大學(xué)