一種基于攝像機前端處理的交通測速方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及一種車輛測速方法，具體地說，是涉及一種基于攝像機前端處理的交 通測速方法。
【背景技術(shù)】
[0002] 為了保證道路行駛安全，對道路上行駛的車輛進行行駛速度檢測是交通領(lǐng)域的熱 點應(yīng)用之一，它既涉及道路交通的管理、統(tǒng)計，還牽涉到事故后的責(zé)任認(rèn)定。
[0003] 現(xiàn)有的對行駛中的車輛進行速度檢測的技術(shù)主要包括雷達檢測、線圈檢測及視頻 檢測幾種方式。其中雷達檢測和線圈檢測雖然精度及穩(wěn)定性較高，但由于其硬件設(shè)施或者 施工的成本較高，往往只能安裝在主要路口及高速卡口等重點位置。
[0004] 而視頻測速由于攝像頭同時可以用作違法取證，是最為經(jīng)濟實用的檢測方式。視 頻測速的方法根據(jù)其原理不同，大致可以分為虛擬線圈檢測及三維標(biāo)定檢測兩種。虛擬線 圈檢測方法的主要缺陷在于：其一，時間差只能根據(jù)視頻的幀號來確定，車輛通過虛擬線圈 標(biāo)志位的時間無法精確測量，系統(tǒng)誤差無法避免，且誤差會隨著車速提高而增加；其二，根 據(jù)車牌等標(biāo)記在圖像中的位置來確定車輛位置的方法也會帶來誤差，車牌高度不同的車輛 在車牌處于圖像同一位置時車輛的實際位置可以相差幾米甚至十幾米。而三維標(biāo)定檢測方 法的主要缺陷則在于：其一，手動選擇的點需要已知三維坐標(biāo)其中的某一維，在實際測速應(yīng) 用中這種手動交互的方式難以實用化；其二，標(biāo)定參考點需要已知三維坐標(biāo)的六個以上的 點，實際應(yīng)用中獲取的難度較大。
[0005] 基于上述現(xiàn)狀，必須要開發(fā)一種易于應(yīng)用、能夠自動檢測接地點的測速方法，以滿 足實際工作中的需要。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006] 本發(fā)明的目的在于提供一種基于攝像機前端處理的交通測速方法，解決現(xiàn)有技術(shù) 中存在的問題，在不提高成本的同時，降低車輛測速的難度，提高精確度。
[0007] 為了實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用的技術(shù)方案如下： 一種基于攝像機前端處理的交通測速方法，包括以下步驟： (1) 假設(shè)攝像機光軸相對于三維世界坐標(biāo)中X-FP面的垂直夾角為俯仰角^攝像機視 場角為〃，從三維坐標(biāo)系中的辟由沿逆時針方向到攝像機光軸在X-FP面投影線上的水平 夾角為轉(zhuǎn)動角A按照俯仰角汰于等于〃/2、轉(zhuǎn)動角^大于70°的方式安裝攝像機，輸入 四個標(biāo)定點的圖像坐標(biāo)，對攝像機進行標(biāo)定，以獲取攝像機參數(shù)； (2) 對攝像機拍攝的原始視頻圖像進行場景坐標(biāo)重建，在重建圖中對車輛進行接地點 檢測和接地點跟蹤，然后計算行駛距離及行駛速度；或者，在原始視頻幀中對車輛進行接地 點檢測和接地點跟蹤，將多幀的接地點坐標(biāo)換算成場景實際坐標(biāo)，然后計算車輛的行駛距 離及行駛速度。
[0008] 另外，在光線不足的場景中，可以先通過閃光燈進行兩次補光，然后根據(jù)兩幀補光 圖像對車輛接地點進行定位，并計算車輛行駛距離及速度；或者，通過車燈上的特征點對車 輛進行跟蹤定位，并利用估計的車燈高度值，計算車輛的行駛速度；或者，先在車輛較遠(yuǎn)時 對車輛進行速度預(yù)估，當(dāng)預(yù)估的速度值超過當(dāng)前場景的速度限定值時，觸發(fā)閃光燈對駛?cè)?最佳拍攝區(qū)的車輛進行兩次補光拍攝，根據(jù)兩幀補光圖片，對車輛接地點進行定位，然后計 算車輛的行駛距離及速度。
[0009] 優(yōu)選地，所述步驟（2)中，將多幀的接地點坐標(biāo)換算成場景實際坐標(biāo)通過下列公式 完成：
優(yōu)選地，兩次補光間隔時間0. 5秒。
[0010] 優(yōu)選地，所述車輛的行駛速度通過下列公式計算得出：
[0011] 優(yōu)選地，車輛的行駛距離和行駛速度通過0MAPL138芯片計算完成。
[0012] 與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明具有以下有益效果： 本發(fā)明通過對攝像機的安裝方式進行合理設(shè)定，首先從攝像機的工作角度來減小拍攝 誤差，包括定位誤差、抖動誤差、車牌變形等等，為車輛速度檢測的準(zhǔn)確性奠定可靠的基礎(chǔ)。 然后，通過借助道路的六九標(biāo)線和人工鋪裝的標(biāo)定模板對攝像機進行標(biāo)定，通過簡單的方 法來確定攝像機的工作環(huán)境；最后，通過接地點檢測和跟蹤，以及場景實際坐標(biāo)換算相互 配合，使用0MAPL138芯片來得到車輛的行駛速度，實現(xiàn)了低成本獲取高精度的車輛速度檢 測，具有很高的實用價值和市場前景。
【附圖說明】
[0013]圖1為本發(fā)明中的攝像機成像模型。
[0014]圖2為本發(fā)明中雙消失點標(biāo)定法的標(biāo)定模板。
[0015]圖3為本發(fā)明中單消失點標(biāo)定法的標(biāo)定模板。
[0016] 圖4為本發(fā)明中兩種標(biāo)定法在不同轉(zhuǎn)動角環(huán)境下計算俯仰角的誤差。
[0017] 圖5為本發(fā)明中兩種標(biāo)定法在病態(tài)現(xiàn)象環(huán)境中由不同標(biāo)定誤差等級引起的俯仰 角計算誤差。
[0018] 圖6為本發(fā)明中跟蹤點高度與投影距離之間的關(guān)系示意圖。
【具體實施方式】
[0019] 下面結(jié)合附圖和實施例對本發(fā)明作進一步說明，本發(fā)明的實施方式包括但不限于 下列實施例。 實施例
[0020] 如圖1所示，本發(fā)明公開的一種基于攝像機前端處理的交通測速方法，主要利用 0MAPL138芯片來實現(xiàn)算法處理。該芯片為TI公司推出的C6748浮點DSP內(nèi)核和ARM9 內(nèi)核的雙核高速處理器，集圖像、語音、網(wǎng)絡(luò)、存儲于一體，性價比高。頻率最高達456MHz 的C6748內(nèi)核提供浮點工作能力以及更高性能的定點工作能力；ARM9具有高度的靈活性， 開發(fā)人員可以在其上使用Linux等操作系統(tǒng)，方便地為其應(yīng)用添加人機接口、網(wǎng)絡(luò)功能、 觸摸屏等。
[0021] 0MAPL138芯片在不同使用情況下總功耗為440mW，待機模式功耗為15mW，其內(nèi)存 和外設(shè)資源十分豐富，可以滿足高精度視頻測速系統(tǒng)的設(shè)計要求，而且也方便將來進行系 統(tǒng)的擴展和升級。
[0022] 在實際測速之前，首先要安裝攝像機，攝像機的安裝方式在很大程度上影響著速 度檢測的精確度。攝像機的安裝高度不僅需要考慮測速誤差、定位誤差，還要考慮施工難 度、視野范圍，而為了降低抖動誤差，在保證視野的情況下，盡量增大俯仰角，本實施例中， 俯仰角艱置為大于等于〃/2。轉(zhuǎn)動角決定了攝像機屬于側(cè)裝還是正裝，正裝時轉(zhuǎn)動角接 近90°，側(cè)裝時為了增大視角以及減少車牌的變形，也應(yīng)盡量靠近90°方向，因此本實施 例中將其設(shè)置成大于70°。至于旋轉(zhuǎn)角，則按照接近0°來安裝。
[0023] 攝像機安裝完畢之后，首先對攝像機進行標(biāo)定和坐標(biāo)轉(zhuǎn)換。如圖1所示，使用俯仰 角轉(zhuǎn)動角A旋轉(zhuǎn)角?、焦距沒卩攝像機高度A等幾個參數(shù)來定義圖像平面和實際三維世 界坐標(biāo)的關(guān)系。俯仰角堤攝像機光軸相對于三維世界坐標(biāo)中X-FP面的垂直夾角；轉(zhuǎn)動角 P是從三維坐標(biāo)系中的辟由沿逆時針方向到攝像機光軸在X-FP面投影線上的水平夾角； 旋轉(zhuǎn)角s是指攝像機沿著它的光軸的旋轉(zhuǎn)角度；焦距是指從圖像平面沿光軸到攝像機鏡片 中心的距離；攝像機高度是指從攝像機鏡頭中心到X-FP面的垂直高度。
[0024] 假設(shè)Q=C^ 4 0為三維世界坐標(biāo)中的一點，它在二維圖像坐標(biāo)中的對應(yīng)點為 Q=(Xpj9)。一個從三維世界坐標(biāo)中的點到圖像坐標(biāo)的正向映射函數(shù)釦可以由以下公式給 出：
其中，旋轉(zhuǎn)矩陣R和平移矩陣T用來表征攝像機的外部參數(shù)，而3X3的上三角矩陣K用來表征攝像機的內(nèi)部參數(shù)，它們具有以下形式：
〇 = 乂 /乂.為縱橫比(通常為1)，為傾斜因子(通常設(shè)為〇)，為光軸與圖像平面相交 的原點坐標(biāo)(通常設(shè)為（0，0))。通過以上公式，可以推導(dǎo)出：

通過標(biāo)定點計算攝像