[发明专利]基于路面视亮度和最小二乘法的交通视频能见度检测方法

权利要求书

1.基于路面视亮度和最小二乘法的交通视频能见度检测方法，其特征是读取道路交通视频中路面的视亮度值并结合最小二乘法建立目标函数计算出能见度值V_met，包括以下步骤： 

1）道路交通视频图像采集； 

2）对步骤1）采集的一帧视频图像进行PTZ摄像机标定，检测车道分割线，提取视频图像中的路面兴趣域ROI； 

3）在步骤2）提取的路面兴趣域ROI中采用特定区域增长准则，提取ROI中亮度一致的像素点组成的路面区域，并计算路面视亮度值； 

4）结合Koschmieder理论和最小二乘法原理，建立视亮度差平方目标函数，求此目标函数取得最小值时消光系数k的最优解，所述的视亮度差平方目标函数为： 

5）由雾天大气光学原理，将步骤4）获得的消光系数k的最优解转换成步骤1）采集的一帧图像的能见度距离V_met； 

6）重复步骤2）到5）计算步骤1）采集图像的能见度距离V_met，并画出能见度值随时间变化的曲线，据此观测道路能见度变化情况并作出预判。 

2.根据权利要求1所述的基于路面视亮度和最小二乘法的交通视频能见度检测方法，其特征在于：步骤1）所述的道路交通视频图像采集具体要求为：使用高速公路外场路测PTZ摄像机进行视频图像采集，采集的视频图像需满足图像最底端一行像素区域显示离摄像机的距离不超过20米，图像最顶端一行像素区域显示离摄像机的距离大于200米；采集视频图像时，每隔10分钟截取一帧图像，连续截取15～30帧图像。 

3.根据权利要求2所述的基于路面视亮度和最小二乘法的交通视频能见度检测方法，其特征在于：步骤2）所述提取视频图像路面兴趣域ROI的具体操作步骤为： 

a、对步骤1）采集的一帧视频图像进行PTZ摄像机标定，建立PTZ摄像机成像模型，得出路面坐标系、摄像机坐标系与成像平面间的变换关系，计算视频图像中路面区域与摄像机的距离；其中，PTZ摄像机成像模型包括3个坐标系： 

路面坐标系（X_w,Y_w,Z_w），摄像机坐标系（X_i,Y_i,Z_i）以及像平面坐标系（u,v），路面坐标系原点O_w为摄像机光轴与路面的交点；X_w轴正向水平指向路面右侧，Y_w轴正向沿路面方向指向前方，Z_w轴正向垂直于路面向上；摄像机坐标系原点O为摄像机光心位置，Z_i轴为摄像机光轴位置，X_i-Y_i平面平行于像平面；（u,v）分别对应像平面的横坐标和纵坐标，习惯将图像像素位置以行和列表达，因此，u又称为图像列坐标，v称为图像行坐标； 

路面坐标系与摄像机坐标系间以及摄像机坐标系与像平面坐标系间的变换关系为： 

其中，θ为摄像机光轴与路面夹角，H为摄像机光心距路面的垂直距离，f为镜头有效焦距； 

根据上述路面坐标系与摄像机坐标系间以及摄像机坐标系与像平面坐标系间的变换关系，推算出实际路面上一点到摄像机坐标系的垂直距离d_i与该点在像平面坐标系上对应像素点的坐标(u,v)的对应关系： 

其中，v_i为路面上一点在像平面坐标系中的行坐标，v_h为灭点在像平面坐标系中的行坐标，所述的灭点表示视频图像中车道分割线与无限远处交汇的点； 

b、采用抛物线拟合视频图像中路面车道分割线，通过随机霍夫变换检测车道分割线在图像中的投影，车道分割线间的区域即为当前图像的路面兴趣域ROI。