基于視頻和DSP的高速公路識別和測速系統(tǒng)

1、基于視頻的高速公路測速系統(tǒng) 董桂菊，徐杰（東北農業(yè)大學 電氣與信息學院，哈爾濱 ）摘 要：本文文章介紹了基于視頻的車輛測速管理管理系統(tǒng)，并提出了一種車輛的測速方法。車輛測速管理它是智能交通系統(tǒng)（ITS）中的一個重要組成部分，它集牌照識別、測速檢測、流量監(jiān)控、費用收取等多項功能于一體，主要用于對高速公路超速違章車輛的監(jiān)控。在車輛的測速原理中，指出從相鄰視頻幀圖像中獲取車輛的“像速度”，并間接獲取車輛實際速度的方法。從而為高速公路測速管理系統(tǒng)的關鍵點提出了一種切實可行的解決辦法。關鍵詞：高速公路；視頻；測速管理管理系統(tǒng)；測速中圖分類號： 文獻標識碼：A 文章編號：0 引言國家發(fā)展離不開道路建設，伴

2、隨著高速公路的大規(guī)模建設，車輛的超速現(xiàn)象也頻繁發(fā)生。為了查處治理違規(guī)車輛，車輛的測速成為交管部門越來越重視的問題。而基于高速公路的智能管理，機動車輛的測速管理也是其中一個重要的組成【1】。1 車輛測速技術簡述目前，智能交通系統(tǒng)中對車輛進行測速主要有線圈測速、激光測速、雷達測速、視頻測速等幾種方式。線圈測速一般采用埋設式，車輛通過線圈，會引起線圈磁場的變化，輸出觸發(fā)信號，因此可以在公路路面一定距離設置兩個線圈，檢測器通過檢測車輛通過兩個線圈的時間差計算出車輛的速度，但線圈在安裝時必須直接埋入車道，使路面受損，并且在安裝過程中會阻礙交通，線圈在地下也易受到冰凍、路基下沉等外界因素影響。當車流量過大

3、時，檢測精度也會大大降低。激光測速的工作原理建立在光波測距的基礎上，利用多次測得的距離差與時間差的比，測得車輛的速度，與地感線圈有著類似的計算方式。雷達測速的工作原理是利用多普勒效應，當發(fā)射方與接收方之間有相對徑向運動時，接收到的信號頻率就會放生變化，利用這種頻移的特點計算車輛的行駛速度。但雷達測速系統(tǒng)和激光測速系統(tǒng)對于測量角度都有很高的要求，測速系統(tǒng)需正對車輛運動方向，測量偏差角要很小，有一定局限性。不帶車牌識別的雷達測速系統(tǒng)對違章車輛處罰時由于缺少證據，所以不太實用。人們?yōu)榻鉀Q這個問題，利用高速存儲的數(shù)碼相機采集車輛視頻圖像，對車牌進行識別，但此系統(tǒng)價格昂貴。此系統(tǒng)測速準確、速度快，可移動

4、測速等方面優(yōu)點，得到普遍應用，但成本較高，不能用于多車測速，抗電子干擾能力較弱。視頻測速系統(tǒng)原理是利用圖像中車輛的二維位置以及預先測定的一系列參數(shù)從而確定車輛的實際三維位置，在一個固定時間間隔內拍攝兩幅圖像，就可以根據兩幅圖像得來的車輛的實際三維位置確定這個時間段內的位移，從而得出車輛的行駛速度。在此測速方法中，主要需解決的問題是從圖像序列中獲取車輛的位移，即找到兩幀圖像中車輛位置的匹配關系。其優(yōu)點是系統(tǒng)結構簡單、穩(wěn)定性強、成本低，抗電子干擾，可用于移動和固定場合，不僅能夠測速，而且能夠利用視頻對車輛進行監(jiān)控。缺點是測速精度低，并且需預先對測速系統(tǒng)中參數(shù)（如攝像機到被測測量間的距離）進行測量。

5、由于視頻處理的獨特優(yōu)勢，在交通智能管理系統(tǒng)中已被廣泛使用，并成為現(xiàn)代智能交通的發(fā)展方向和趨勢。本文通過對圖像序列中車尾位置識別，進行圖像匹配，獲得車輛在圖像中移動的像素差，把相機坐標轉換為世界坐標，能夠在實時環(huán)境下對車輛進行測速。2 視頻測速管理系統(tǒng)介紹為了滿足現(xiàn)代化高速公路管理的需要，實現(xiàn)系統(tǒng)低成本、易操作、便管理的要求、我們將視頻測速管理系統(tǒng)劃分為視頻測速系統(tǒng)和收費系統(tǒng)兩個方面。 2.1視頻測速系統(tǒng) 視頻測速系統(tǒng)主要有監(jiān)控單元、數(shù)據傳輸單元、中心管理單元三部分組成。前段監(jiān)控單元包括閃關燈、攝像機以及前段管理工控機等設備，負責采集車輛信息；數(shù)據傳輸單元主要包括CDMA傳輸模塊，負責前段監(jiān)控單

6、元到中心管理單元的信息傳輸；中心管理單元主要包括系統(tǒng)的管理軟件及其存儲設備，負責對傳回的數(shù)據進行處理并將其存入數(shù)據庫，從而實現(xiàn)了對海量信息的存儲和管理，便于以后車輛信息的匯總與調取。 當車輛駛入監(jiān)控區(qū)域，前端監(jiān)控單元采集車輛通過的時間、速度等信息，并存入本機數(shù)據庫中，當檢測到車輛超速時，將啟動抓拍模塊，對違法車輛進行拍攝，并將違章車輛違章時間、違章地點、車牌號碼和車牌圖像存入工業(yè)控制計算機的本機數(shù)據庫中。 前端監(jiān)控單元獲取的車輛行駛記錄以及違法車輛的圖片通過CDMA無線網絡發(fā)送給中心服務器進行保存。CDMA無線網絡單元作為該系統(tǒng)的自動傳輸單元，當網絡堵塞或出現(xiàn)故障時，自動傳輸單元循環(huán)等待網絡的

7、恢復，當網絡恢復后，自動傳輸單元自動啟動數(shù)據傳輸。 中心服務器負責處理前端傳回的車輛記錄和圖片信息。服務器中的車牌識別模塊首先識別違法車輛圖片中的車牌，然后由圖片處理模塊采用特定技術附加車輛相應時間、相應地點、車輛行駛速度，并將該車輛違章信息發(fā)送給終端服務器，作為以后交警執(zhí)法的依據。測速系統(tǒng)的測速流程如圖所示。2.2測速原理 圖1 視頻中截取的兩幀圖像本系統(tǒng)使用視頻檢測車輛車速，依據以下公式： （1）在此系統(tǒng)中，通過視頻信號的固定幀間時間可直接得到，再通過其他方法間接的得到，此時，我們采用公式： （2）是一個表示路程的函數(shù)，值表示位置，假設知道函數(shù)的表達式，則通過，有、計算得到、的值，相減即可

8、得到，實際測量中可得到和的值，從而可有（2）式計算出值。圖1是從監(jiān)控視頻信號中連續(xù)截取的兩幀圖像。由圖像可知，攝像機的拍攝是由遠及近拍攝，車輛與攝像機為正對方向?？梢哉业杰囕v在兩幀圖像中的對應點，由于攝像機是固定不動的，這樣就具有了對比性，對應點分別對應到圖像中（時刻幀圖像）和（時刻幀圖像）位置，相減即可得到對應點()時刻在圖像中移動的像素距離()，從而得到車輛在圖像中的移動速度，單位為“像素/秒”。然而，我們要獲得的是車輛的行駛速度，速度單位應該是“公里/小時”，因此，我們必須找到與實際距離的關系?？紤]到攝像機安裝的安全性和效果較好的視覺俯仰角，一般不小于，我們選取，此時的視距和檢測點距攝像

9、機的距離一般比較大，當很小時，相對于非常小，因此可以忽略圖中的變化量。假設視頻信號中截取的圖像高寬分別為1920像素和1080像素，車輛監(jiān)控視頻視野寬剛好為一個車道寬為3.5米，如圖所示：設視野范圍內可以看到路面長度，也就是圖像高度所對應的路面長度為，此時有，而此刻我們不考慮視覺透視效果，則有，因此，此時，為獲取的兩幀圖像時間差，為車輛在兩幅圖像的像素距離，而由公式（1），即可得出車輛的移動速度。3. 總結 本文文章的最終目的是對高速公路車輛速度的測量監(jiān)控及其測量，設計了高速公路車速監(jiān)控系統(tǒng)，并提出了一種車速的，測量方法，通過與圖像識別技術相結合，進行模擬實驗。實驗結果表明，此測速方法已初步實

10、現(xiàn)了視頻測速的基本要求。參考文獻：1袁河洋. 基于視頻的車輛速度檢測方法研究D. 大連：大連海事大學, 2013.62陳媛媛, 柴治. 基于視頻檢測的車輛測速方法J . 現(xiàn)代電子技術, 2009, 23: 185- 187.3袁丁. 基于視頻和DSP的車輛識別測速系統(tǒng)D. 浙江：浙江大學, 2004.24王命延, 朱明峰, 王昊. 機動車視頻測速中關鍵技術的研究與實現(xiàn)J . 計算機工程, 2006, 32(5): 198- 200.5張重德, 張崇薇. 一種提高視頻車速檢測精度的方法J . 上海交通大學學報, 2010, 44(10): 1440- 1442.6童劍軍, 鄒明福. 基于監(jiān)控視頻

11、圖像的車輛測速J . 中國圖像圖形學報, 2005, 10(2): 192- 193.Highway Vehicle Speed Measurement System Based on VideoDong Guiju，Xu Jie（College of Engineering, Northeast Agricultural University, Haerbin , China）Abstract:This article describes a highway vehicle speed measurement system based on video, and proposed a met

12、hod for vehicle speed. Vehicle speed management plays an important role in Intelligent Transportation System(ITS), It contains license plate recognition、speed detection、traffic monitoring、fees charged and so on many functions in one body,Mainly used for vehicle monitoring highway speeding violation.

13、In the principle of vehicle speed measured,pointed out a method that obtain the vehicles “pixel speed” from the adjacent frame images,and indirect get the actual speed of the vehicle.Thus presents a practical solution to the critical point of the highway speed management system.Key words:highway;vid

14、eo;speed management system;speed 視頻中截取的兩幀圖像3.收費系統(tǒng) 視頻測速系統(tǒng)實時檢測采集卡拍攝到的圖像、并進行相關處理后，分析出車輛的行駛速度；若車輛超速，則識別出車輛的車牌號碼，并將車輛超速過程中的一張遠景圖像、近景圖像、違章時間、違章地點、車牌號碼和車牌圖像存儲在工業(yè)控制計算機中的本地數(shù)據庫中。3 視頻測速相關問題1)車輛行駛時間的測定對車速測量一般采用公式：，所以，要想獲得車輛的行駛速度，就得對車輛的行駛時間進行測定。在此，我們采用幀數(shù)時計時方法。幀數(shù)時是指圖像采集卡采集到某幀圖像所對應的時刻，大多數(shù)性能好的采集卡其采樣周期是穩(wěn)定的，利用這個特點就可以

15、根據圖像采集設備的圖像采樣頻率進行硬計時。 2）車輛行駛路程測定一般視頻監(jiān)控系統(tǒng)的路程測定方法如下:1.當車輛駛入視頻監(jiān)控范圍后,系統(tǒng)將盡快檢測出這個車輛目標,并在一段時間內能夠始終對其進行跟蹤,并同時記錄下它在每幀圖像上的位置和采集該幀圖像的時刻2.在得到車輛在被跟蹤過程中的多個位置點后,用這多個位置點進行圖像定位,把車輛在視頻圖像上的位置轉換為實際道路場景的位置3.利用這些實際道路場景的位置點算出出車輛的運動軌跡根據運動軌跡可以計算出車輛的行駛路程因此如何將車輛在圖像上的位置轉化為實際道路上的位置,以及對車輛目標進行檢測和跟蹤,是測速系統(tǒng)必須要解決的問題3. 車牌的自動識別車輛自動識別經過了圖