[发明专利]基于无人机的高速公路紧急车道占用跟踪系统及方法

权利要求书

1.一种基于无人机的高速公路紧急车道占用跟踪方法，其特征在于，基于无人机的高速公路紧急车道占用跟踪系统包括：

设于云台上的摄像头一及摄像头二，云台位于无人机上，无人机在应急车道的上空低速飞行，无人机与应急车道上的车辆相向行驶；

摄像头一与图像采集单元连接，图像采集单元与灰度转换单元连接，灰度转换单元与第一存储器连接，第一存储器与第二存储器连接，第一存储器、第二存储器与差分计算单元连接，差分计算单元与寄存器连接，违章判断单元与寄存器、差分计算单元连接，摄像头二通过安卓单元与违章判断单元连接，云台控制单元与违章判断单元连接；

摄像头一用于跟踪应急车道路面；图像采集单元提取摄像机一当前采集到的路面图像K_n+1，该路面图像为RGB色路面图像；灰度转换单元将RGB色路面图像进行灰度处理；形成灰度路面图像K′_n+1；将第二存储器中的灰度路面图像K′_n-1进行删除，将第一存储器中的灰度路面图像K′_n存储至第二存储器，将当前的灰度路面图像K′_n+1存储至第一存储器；差分计算单元基于灰度路面图像K′_n及K′_n+1进行像素差分计算，获得差分图像M_n+1；寄存器中寄存有差分图像M_n，M_n为灰度路面图像K′_n与K′_n-1间差分计算形成的差分图像；违章判断单元基于差分图像M_n+1检测应急车道上是否存在疑似违章车辆，并基于差分图像M_n+1及差分图像M_n计算疑似违章车辆的速度，判断疑似车辆是否违章车辆；摄像头二用于对违章车辆进行抓拍；云台控制单元用于控制云台上摄像头一及摄像头二的转动；安卓模块用于启动摄像头二进行拍摄，存储拍摄图像及拍摄位置；

基于所述无人机的高速公路紧急车道占用跟踪系统的无人机的高速公路紧急车道占用跟踪方法具体包括如下步骤：

S1、摄像头一跟踪拍摄应急车道的路面图像；

S2、实时读取摄像头一当前采集到的路面图像K_n+1，所述路面图像为RGB色数据；

S3、将路面图像K_n+1的RGB色数据转换成灰度数据，即形成灰度路面图像K′_n+1；

S4、基于连续两帧灰度路面图像K′_n、K′_n+1来检测应急车道上的违章车辆及违章车辆的车速，其中，K′_n为上一帧路面图像的灰度路面图像；

S5、控制摄像头二对准违章车辆，对违章车辆进行抓拍，并将抓拍到的图像进行存储，同时记录拍摄位置；

步骤S4具体包括如下步骤：

S41、检测应急车道上是否存在车辆；

S42、若应急车道上存在车辆，计算应急车道上车辆的行驶速度；

S43、基于行驶速度来识别车辆状态，车辆状态包括：停车状态及行驶状态；

S44、若应急车道上的车辆为行驶状态，则定义该车辆为疑似违章车辆，控制摄像头一对准疑似违章车辆进行监控；

S45、若在设定时长内，疑似违章车辆均在应急车道内行驶，则判定该疑似车辆即为违章车辆；

应急车道上的车辆检测方法包括如下步骤：

S411、对相邻帧的灰度路面图像K′_n+1、K′_n进行像素差分计算，获得差分图像M_n+1；

S412、统计差分图像M_n+1中像素差分值大于差分阈值的像素点数量，若数量大于数量阈值，则判定应急车道上存在车辆；

应急车道上车辆的行驶速度计算方法包括如下步骤：

S421、对差分图像M_n+1、M_n进行二值化，获得二值化图像R_n，M_n为寄存器中存储的上一次像素差分计算的差分图像，上一次像素差分计算即为灰度路面图像K′_n-1与K′_n间的像素差分计算；

S422、对二值化图像R_n、R_n+1再次进行像素差分计算，记录灰度值为255所在行的行号；

S423、计算最大行号与最小行号的行号差，基于行号差来计算从路面图像K_n到K_n+1间的车辆行驶距离Δd；

S424基于行驶距离Δd计算应急车道内车辆的车速。