[发明专利]一种面向区域重叠的高速公路视频测速方法及系统

说明书

技术领域

本发明涉及高速公路测速技术领域，更具体地，涉及一种面向区域重叠的高速公路视频测速方法及系统。

背景技术

传统的高速公路超速监测采用地感线圈测速，激光测速和雷达测速。以上三种测速方法均有各自的不足之处。地感线圈测速是在公路地面预先埋设一对具有车辆通过感应能力的线圈，记录目标车辆相继通过两个线圈的时间，进而根据时间差与线圈间距计算出速。但是地感线圈的安装会破坏高速公路的路面，而且对于沿非直线轨迹行驶的车辆测速精度较低。激光测速利用激光脉冲对驶来车辆多次进行测距，进而计算车速。但激光测速要求仪器正对来车，与车辆行驶方向的偏差角度不能超过10度，安装位置条件比较苛刻，而且对于在测速区内行驶轨迹变化的车辆同样存在测量误差大的问题。雷达测速是利用多普勒原理进行测速，但是与激光测速类似，同样存在与车辆行驶方向的偏差角度要保持在10度以内的问题，给其适用范围带来很大的局限性。

随着高速摄像和图像处理识别技术的进步，可以从高速公路监控摄像机拍摄的各帧视频画面中定位目标车辆，并根据其行驶轨迹以及各帧视频画面的拍摄时间计算车速。基于这一原理的高速公路测速技术被称之为视频测速。相比上面介绍的传统测速技术，视频测速以下几个方面能够表现出明显的优势。首先，只需要具有较高分辨率的高速摄像机即可以实现高速公路及相关车辆画面的拍摄，信号采集过程和设备均得到简化，对高速公路的路面和其它设施没有不利影响，易于改造施工；其次，相比于雷达和激光测速对于偏差角度的敏感性来说，视频测速对于拍摄角度的要求非常宽松；第三，通过对视频测速相关算法的改进，对于车辆行驶轨迹的适应性大大提高，对于车辆变道甚至转弯行驶的情况也能够实现准确测速；第四，不论是地感线圈、激光还是雷达测速，都必须附加摄像以便识别车牌和取证，而视频测速可以将测速、车牌识别、记录取证等步骤集中完成，系统的集成化和反应速度得到了很大提升。

视频测速技术的核心在于对视频画面的处理、识别和分析计算，因此其算法决定了整个系统的精确性和实时性。视频测速算法的基础是视频画面中特定目标车辆的识别抽取，目标是将视频画面中代表特定目标车辆的部分识别抽取出来而区别于视频画面中的其余部分。特定目标车辆识别抽取方法包括光流法、帧间差分法、背景差分法、车灯区域定位法、车牌定位法等。对于所抽取的表示特定目标车辆的部分，还要进行必要的处理而去除阴影等杂质。

在此基础上，对特定目标车辆执行测速的算法可分为虚拟线圈法和定位追踪法两种类型。

虚拟线圈法是将视频画面预定区域设定为虚拟线圈，作为虚拟线圈的画面区域对应高速公路当中的某一位置，当车辆通过高速公路的所述位置时，会引起视频画面中虚拟线圈处的图像信号变化，这被称为触发虚拟线圈。两个虚拟线圈对应的公路位置之间的真实间距L可以通过实地测量或者计算而事先获得。因而，通过所述特定目标车辆触发两个虚拟线圈的时间差△t，可以计算该特定目标车辆的车速v＝L/△t；其中，△t通常用确定该特定目标车辆触发各虚拟线圈的前、后两个视频画面的帧间差来表示。虚拟线圈法的算法更为简单、运行速度更快、在实际应用中也更为普遍。不过虚拟线圈法的一个基本前提是假设目标车辆在前、后两个虚拟线圈之间是沿着公路延伸方向直线行驶的，这样才能用所述间距L来代表车辆的行驶距离。而事实上，车辆的行驶路径不可能是直线，甚至存在车辆在两个虚拟线圈之间的区域进行变道的可能，而这种情况下虚拟线圈法的测量准确性就会大大降低。换句话说，虚拟线圈法不适合复杂行驶轨迹下的车辆测速。所述复杂行驶轨迹下的车辆测速还包括面向转弯路段进行测速的情况，因为在转弯路段当中各个车辆的行驶轨迹是非常不一致的，难于设定一个标准的间距L来代表行驶距离。

相比虚拟线圈法，定位追踪法测速对特定目标车辆的追踪过程可以持续更长的时间和距离，而且是面向实际轨迹的测量，其精确度更高，对于复杂行驶轨迹也具有良好的适应性。