專利名稱：通過視頻方式精確獲取車輛速度的方法
通過視頻方式精確獲取車輛速度的方法
玟術領埤
本發明是屬于智能交通領域一種視頻測速的方法，通過本方法可以提高視頻測速的精度。 絲糾
在智能交通領域對如何準確測量行使中的測量速度一直是科技工作者研究的重點，根據測量原理不 同，目前有如下幾種測量方式1、觸發線圈測速2、微波測速3、激光測速4、視頻測速。
線圈測速原理是基于電磁感應原理，即在路面上埋設兩個線豳，車輛作為一個大的導體經過線圈必將 對線圈的磁場造成較大的影響，從而影響到流經線圏的電流，故只需耍檢測出這種變化(兩個線圈)，即 可經過測得車輛的速度。該測速方式是實現簡單、造價低，但需要破壞路面，施工較麻煩。
微波測速，又稱雷達測速，是利用多普勒原理實現測速。即通過測速儀主動向運動的車輛發送雷達波， 雷達波碰到運動的車輛后，反射波的頻率將產生變化，根據該變化與速率變化規律即可測得車輛速度。該 測速方式需要主動發送一定張角的雷達波，準確度受角度控制，而且容易被反雷達設備捕捉，造價較貴。
激光測速原理是基于激光測距的基礎上實現，激光測距是通過對被測物體發射激光光束，并接收該激 光光束的反射波，記錄該時間差，來確定被測物體與測試點的距離。激光測速是對被測物體進行兩次有特 定時間間隔的激光測距，取得在該一時段內被測物體的移動距離，從而得到該被測物體的移動速度。由于 該激光光束基本為射線，估測速距離相對于宙達測速有效距離遠,可測1KM外的車輛測速精度高，誤差 <1公里鑒于激光測速的原理，激光光束必須耍瞄準垂直與激光光束的平面反射點，又由于被測車輛距離 太遠、且處于移動狀態，或者車體平面不大，而導致激光測速成功率低、難度大，特別是執勤警員的工作 強度很大、很易疲勞，而且該設備價格昂貴。
視頻測速是基r幽像處理而實現的，主要是通過計算機獲取道路的背景圖像，計算機對每場圖像背景
進行分析，判斷是否有變化，根據變化判斷是否有車，進而判斷相鄰兩場或多場之間車的位移，由于相鄰 兩場之間的時間是M定的(對Tpal格式的攝像機是20ms)，故可以計算出來車輛速度。
通過以上分析，視頻測速是最先進的測量手段，但目前的視頻測tt主要存在兩個問題而容易導致漏車、
測速誤差:^。
—、由于視頻測速主耍依據圖像來分析，而圖像是室外全天候的圖像，在不同的時間、氣候條件下導 致圖像的變化很大，有時會導致背景在有車無車情況下變化不夠大，而導致誤判；有時會因為突然出現陰 影(云)而導致判斷有車經過；
二、由于攝像機安裝在室外，遭受到風吹雨打后可能導致尚定位置偏移，而位置不論是向上、下、左、
右偏均會對視頻測速造成致命的影響，導致測速誤差巨大。本發明是通過視頻對車輛速度進行精確測量的方法。本發明有如下兒個特征
一、 本發明視頻獲取是通過攝像機實現的，一個攝像機可以實現對一個或多個車道車輛速度的測 量， 一個車道測量時，攝像機需要安裝在該車道的正上方對多個車道測量的情況下，需要 安裝在幾個車道的正上方；
二、 路面處理，即本發明為了通過視頻精確獲取車輛速度，必須對路面進行處理，本發明的處理 方法包括兩部分1、在每個車道沿車行方向畫出多條間隔均勻的白色(或黃色)條紋，主 機對路面不斷進行掃描，無車的正常背景將是間隔波紋；有車的情況下，由于背景被車輛覆 蓋，條紋的規律被破壞，如此將可以精確將車輛位置確定；2、在條紋線的兩端各畫出兩條 水平橫向tf志，該標志距離攝像機安裝桿的水平距離是一樣的。
三、 按照本發明的工作流程如下
1、 初始化，在初始化階段，主機對一些系統重要的參數進行賦值，包括攝像機安裝高度(H)、 攝像機和近端橫向標志線之間的水平方向的垂直距離(Ll)及兩個標志線之間的水平方向垂 直距離(L2)、兩水平橫向標志線在圖像中的行位lf允許范圍及兩者之間的行偏差數允許范圍；
2、 安裝位置偏差掃描及控制，主機獲取一場圖像，在確定該場閣像沒有車輛存在的情況下(通 過判斷波紋規律存在)，在圖像的底部分析出左右兩塊橫向標志塊的起始位置，并分別標記 pl、 p2。對pl和p2之間的差值及各自的位置與系統設定的標準值進行比較，當所有的值在 標準值范圍之內，即取pl、 p2的平均值作為橫向標志在圖像中行位置并賦值給lin印l，然 后對頂部的水平橫向標志作同樣處理，找出開始行數并陚值給lin印2，進入到下一環節；當 Pl、 p2之間的偏差大于系統設定的范圍，或pl、 p2的本身位置不在設定的范圍之內，系統 將進行自我矯正(通過控制云臺、鏡頭實現)，或向中心進行報轚；系統將保證每天至少對安 裝位置偏差掃描一次，或則在連續20輛車(可根據實際進行修改)速度的平均值(也可以采 用前一天的平均速度)比該路段設定平均值低20% (可根據實際進行修改)時，強制對安裝 位置偏差進行掃描，當安裝位置確定無誤后，根據當前測量的速度修改設定的平均速度當 發現安裝位置偏差后，系統將進行自我矯正(通過控制云臺、鏡頭實現)，或向中心進行報螯:
3、 第一次掃描，在判斷前一次掃描沒有發現車輛的情況下，主機(計算機、DSP、或嵌入式CPU) 通過不斷掃描各場視頻，并分析頂部若干行的視頻特性是否滿足波紋規律，在發現波紋規律 完整的情況下，即判斷本場視頻內沒有發現車輛，結束掃描在發現波紋規律不完整的情況 下，將掃描行位置向下移動若干行再査找，在多次移動后可以找到車輛在本場內的開始出現 的起始位置Lines,并紀錄下來；
4、 第二次掃描，在第一次掃描中發現有車出現在視頻圖像中，主機獲取隨后的指定場圖像(該 場與第一場的間隔數可以根據測量測速、主機性能、單機測雖的車道數量進行設置)，并在該場根據第-—次判斷車輛在視頻位置的方法對車輛在該場內的起始位置進行定位，并將該位置 紀錄為Linee;
5、 速度計算，根據兩次測量車輛在視頻中的位置計-算車輛的速度，計算公式如下 V = 腫(tg(al+a2豐(lin印l-lines)/(lin印l-lin印2))-
tg(al+a2+(lin印l-linee)/(lin印l-lin印2)))/ (N *20*0.001) 式中各符號的含義如下
al:攝像機安裝桿與靠近攝像機的橫向標志水平線垂直方向的夾角 a2:攝像機安裝桿與遠離攝像機的橫向標志水平線垂直方向的夾角 H:攝像機安裝高度；
Lines:第一次掃描中車輛在圖像中出現的起始行數； Linee:第二次掃描中車輛在圖像中出現的起始行數； N:兩次掃描之間的場間隔數。
6、 后處理，在本環節中，涉及到測量信息的保存、測量速度與限速的比較、是否向聯網中心發 送報警信息(在有聯網情況下)
四、以上解決了距離測量的精確性，但測量速度，不但霜耍距離測量準確度髙，還需要時間間隔 測量準確度髙，本發明采用了電視模擬視頻圖像的尚有特性，即每場之間的間隔是固定的特 性。另外為了確保各場視頻信號之間間隔的穩定，本發明還采用了利用攝像機的電子快門來 進行成像，在有快門的情況下，如果環境光不夠，還需耍采用補光措施，光源采用大功率的 金鹵燈或閃光燈，金鹵燈和閃光燈的控制由主機完成。
通過本發明可以大大提髙視頻測速時對環境的適應力，能大大提高測速的精度并且本發明極大 地降低了測速的成本、測速實施的難度。 隨說M
圖1;系統構成圖。
1、 攝像機
2、 主機；
3、 輔助光源；
4、 安裝桿；
圖2;精確視頻測速示意圖。 圖中參數說明如下
al:攝像機安裝桿與靠近攝像機的橫向標志水平線垂直方向的夾角； a2:攝像機安裝桿與遠離攝像機的橫向標志水平線垂直方向的夾角； ax:攝像機安裝桿與遠離攝像機的橫向標志氷平線垂直方向的夾角； H:攝像機安裝高度；
Lines:第一次掃描中車輛在圖像中出現的起始行數 Linee:第二次掃描中車輛在圖像中出現的起始行數； Lin印l:底部兩水平橫向標志在圉像中的水平行位豕； Linep2:頂部兩水平橫向標志在圖像中的水平行位置； 圖3:安裝位置偏差計算示意圖。 圖中參數說明如卞
底部左水平標志線頭在視場中出現的行位置； p2:底部右水平標志線頭在視場中出現的行位置 圖4;系統工作流程。
具體實灘方式
本部分就一個單方向、單車道視頻測速實施進行介紹.-
1、 設備安裝
本系統需要的設備共有四樣，攝像機(1 )、主機(2 )、輔助光源(3 〉和安裝桿(4)，攝 像機(1 )安裝在被測車道的中央位置，高度一般為5.5 6米(需要龍門架或單挑橫桿)，對于 帶有白動調整功能的攝像機，還需要安裝云臺，并將攝像機安裝在云臺上主機(2)可以采用 工控機或嵌入式的帶視頻處理功能的主機，一般安裝在攝像機附近，兩者之間通過線級聯接輔 助光源(3) —般為大功率的金鹵燈或閃光燈， 一般情況下，燈另外采用安裝桿，并安裝位置能 夠保證光覆蓋被測車道全部位置；
2、 路面處理
在對路面進行處理之前惡耍確定幾個參數，即攝像機安裝位置距離測景視場的水平距離、測 量視場的長度。一般情況卜'，攝像機安裝位置距離測量視場的水平距離和安裝高度相仿；測暈視 場的長度由該路段的最髙可能車速及主機性能決定，即保證兩次掃描的時間間隔之內車沒有跑出 測量視場即可. 一般測量視場取3 6米長度。
在決定了以上參數后，就可以對路面進行處理了，路面處理主要是在路面上畫出兩種線，一 種是縱向的多條間隔相同的白色(或黃色)條紋，另外一種就是在條紋的兩端各白畫出兩標志塊， 兩個標志塊距離攝像機安裝桿的水平距離是一樣的。
3、 軟件流程
A、對系統進行參數設S,包括H、 Ll、 L2、 L3、 L4、 n、攝像機角度誤差最大參數，定期啟動條
件；
B、 獲取背景粗像，分析圖像，參看圖3，分別獲取水平標志線頭所在的行位置，據此計算攝像機位置 偏移參數，并根據參數是否在設定范圍內決定是否報警
C、 當判斷攝像機安裝位置在設定值范圍之內時，則進行視頻測速環節
視頻糊速的關鍵就是不斷獲取并分析各場圖像，沒有車出現的情況下，背景圖片數據因為標志線 原因是間隔波紋狀，而在有車輛的情況下，背景被車S蓋，該特征將消失，根據該圖像特征從而可以 判定車頭在背景中的行位置；然后系統間隔1或多個場再獲取圖像并分析車頭位置，在第二ifc分析圖 像位置時為了加快分析速度，將采用預測方式，即開始判定的位置為第一次出現的行位置+預測行 數，預測行數可以采用歷史的平均速度對應的行數。
D、 由于攝像機安裝位置偏移會導致測量的速度與實際值有很大的偏差，故可以采用多次計算出的平 均車速和設定的平均車速進行比較，若兩者相差太大(超過設定范圍〉，將強制啟動位置偏移掃描步驟對 安裝位置進行確認。
權利要求
1、一種通過視頻測量車輛速度的方法，其特征在于通過攝像機獲取視頻信號，并通過分析視頻信號的特征獲得被測車輛的速度；利用視頻信號的特征還可以確定攝像機自身安裝位置是否偏移；為了加強視頻比對特征，需要對路面進行特殊處理；還具有獲取精確時間間隔的手段；
2、 權利要求書所要求的攝像機可以實現對一個或多個車道車輛速度的測tt， 一個車道測量時， 攝像機滯要安裝在該車道的正上方；對多個車道測量的情況下，霜要安裝在幾個車道的正上 方；
3、 權利要求書所要求的路面處理，包括兩部分 一、在每個車道沿車行方向畫出多條間隔均勻 的白色(或黃色)條紋，主機對路面不斷進行掃描，無車的正常背景將是間隔波紋；有車的 情況下，由于背景被車輛覆蓋，條紋的規律被破壞，如此將可以精確將車輛位置確定；二、 在條紋線的兩端各畫出兩條水平橫向標志，該標志距離攝像機安裝桿的水平距離是一樣的。
4、 該方法具有按照如下的步驟工作的特征步驟一初始化，在初始化階段，主機對--些系統重要的參數進行賦值,包括攝像機安裝髙度(H)、 攝像機和近端橫向標志線之間的水平方向的垂直距離(Ll)及兩個標志線之間的水平方向垂直距 離(L2)、兩水平橫向標志線在圖像中的行位置允許范圍及兩者之間的行偏差數允許范圍； 步驟二安裝位置偏差掃描及控制，主機獲取一場圖像，在確定該場圖像沒有車輛存在的情況下(通過判斷波紋規律存在)，在圖像的底部分析出左右兩塊橫向標志塊的起始位置，并分別標記 pl、 p2。對pl和p2之間的差值及各自的位置與系統設定的標準值進行比較，當所有的值在標準 值范圍之內，即取pl、 p2的平均值作為橫向標志在圖像中行位置并賦值給lin印l，然后對頂部 的水平橫向標志作同樣處理，找出開始行數并賦值給lin印2，進入到下一環節；當pl、 p2之間 的偏差大于系統設定的范圍，或pl、 p2的本身位置不在設定的范圍之內，系統將進行自我矯正(通過控制云臺、鏡頭實現)，或向中心進行報紫；系統將保證每天至少對安裝位置偏差掃描— 次，或則在連續20輛車(可根據實際進行修改)速度的平均值(也可以采用前一天的平均速度) 比該路段設定平均值低20% (可根據實際進行修改)時，強制對安裝位置偏差進行掃描，當安裝 位置確定無誤后，根據當前測量的速度修改設定的平均速度當發現安裝位置偏差后，系統將進 行自我矯正(通過控制云臺、鏡頭實現)，或向中心進行報警步驟三第一次掃描，在判斷前一次掃描沒有發現車輛的情況下，主機(計算機、DSP、或嵌入 式CPU)通過不斷掃描各場視頻，并分析頂部若千行的視頻特性是否滿足波紋規律，在發現波紋 規律完整的情況下，即判斷本場視頻內沒有發現^，結束掃描在發現波紋規律不完整的情況 下，將掃描行位置向下移動若干行再査找，在多次移動后可以找到車輛在本場內的開始出現的起 始位置Lines,并紀錄下來；步驟四第二次掃描，在第一次掃描中發現有車出現在視頻圖像中，主機獲取隨后的指定場圖像 (該場與第一場的間隔數可以根據測量測速、主機性能、單機測量的車道數量進行設置)，并在 該場根據第一次判斷車輛在視頻位置的方法對車輛在該場內的起始位置進行定位，并將該位置紀 錄為Linees步驟五速度計算，根據兩次測量車輛在視頻中的位置計算車輛的速度，計算公式如下 V = H*(tg(al+a2*(liMpl-lines)/(lirwpl-liiwp2))-tg(al+a2豐(lin印l-linee)/(lin印l-lin印2)))/ (N *20*0.001) 式中各符號的含義如下al:攝像機安裝桿與靠近攝像機的橫向標志水平線垂直方向的夾角； 82-攝像機安裝桿與遠離攝像機的橫向標志水平線垂直方向的夾角； H:攝像機安裝離度；Lines:第一次掃描中^在圖像中出現的起始行數Linee:第二次掃描中車輛在圖像中出現的起始行數N:兩次掃描之間的場間隔數。 步驟六后處理，在本環節中，涉及到測量信息的保存、測量速度與限速的比較、是否向聯網中 心發送報警信息(在有聯網情況下)
5、 權利耍求1所說的獲取精確時間間隔的手段是指利用了電視模擬視頻圖像的同有特性，即每 場之間的間隔是固定的特性來確保每次測量間隔時間的準確性。
6、 為了確保權利耍求5所述的視頻每場之間的間隔特性一致性，本發明利用攝像機的電子快門 來進行成像，通過設定電子快門將保證每場成像時間的一致性，即確保了鍘量時間間隔的準確性。
7、 權利要求6所述的攝像機有快門的情況下，如果環境光不夠，還霜要采用補光措施，光源采 用大功率的金鹵燈或閃光燈，金鹵燈和閃光燈的控制可以由主機完成。
全文摘要
本發明公開一種通過視頻精確獲取車輛速度的方法，主要有以下幾個特征1.測量攝像機需要安裝被測車道的正上方；2.需要對路面進行處理，包括畫若干條與車行駛方向一致的條紋利在條紋的兩端畫出兩條水平標志線；主機將不斷對條紋進行掃描獲得速度，對水平線掃描獲得安裝位置是否偏移的依據；3.本發明還利用了視頻信號每場之間的時間間隔一樣的特性，并且還采用了補光措施。
文檔編號G08G1/052GK101201976SQ20061015524
公開日2008年6月18日 申請日期2006年12月15日 優先權日2006年12月15日
發明者娜 秦, 黃柏霞 申請人:黃柏霞