專(zhuān)利名稱(chēng)：城市交叉路口車(chē)輛排隊(duì)長(zhǎng)度的單幀圖像檢測(cè)裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種智能交通技術(shù)領(lǐng)域，具體是一種利用單幀圖像檢測(cè)城市交叉路口車(chē)輛排 隊(duì)長(zhǎng)度的裝置。
背景技術(shù)：
隨著社會(huì)經(jīng)濟(jì)的高速發(fā)展，公務(wù)車(chē)、私家車(chē)擁有數(shù)量近年來(lái)一直加速上升，全國(guó)各大城 市交通擁擠、堵塞日趨嚴(yán)重。僅僅依靠修路、架橋擴(kuò)容已經(jīng)不能解決交通堵塞、交通事故等 問(wèn)題。因此城市道路交通建設(shè)、規(guī)劃部門(mén)與交通管理部門(mén)開(kāi)始釆用現(xiàn)代高新科技，將建設(shè)與 管理結(jié)合起來(lái)。在這種背景下，從系統(tǒng)的觀念出發(fā)，把車(chē)輛和道路綜合起來(lái)考慮，運(yùn)用各種 高新技術(shù)系統(tǒng)來(lái)解決問(wèn)題的智能交通系統(tǒng)(ITS)就應(yīng)運(yùn)而生了。智能交通系統(tǒng)是經(jīng)濟(jì)發(fā)展所 帶來(lái)的眾多交通問(wèn)題的理想解決方案，它代表了交通系統(tǒng)的發(fā)展趨勢(shì)。城市交叉路口車(chē)輛排 隊(duì)長(zhǎng)度是城市交通信息的一項(xiàng)重要內(nèi)容，它的獲取可為智能紅綠燈控制、動(dòng)態(tài)導(dǎo)航、交通疏 導(dǎo)等提供最直接、最可靠的依據(jù)。
目前城市交叉路口車(chē)輛排隊(duì)長(zhǎng)度的檢測(cè)主要有感應(yīng)線圈檢測(cè)和視頻檢測(cè)兩種方法。 感應(yīng)線圈檢測(cè)是一種傳統(tǒng)的車(chē)輛排隊(duì)長(zhǎng)度檢測(cè)方法，具有的優(yōu)點(diǎn)單車(chē)識(shí)別率較高，系 統(tǒng)連接方法簡(jiǎn)單、成本低，工作穩(wěn)定、不受惡劣天氣等環(huán)境因素影響。缺點(diǎn)安裝和維護(hù)時(shí) 必須直接埋入車(chē)道，線圈易被重車(chē)碾壓、施工損壞；線圈易受冰凍、路基下沉、鹽堿等自然 環(huán)境的影響，容易損壞，使用壽命短；更重要的是當(dāng)車(chē)流擁堵、車(chē)間距小于3米時(shí)，線圈的 檢測(cè)精度大幅度降低，甚至無(wú)法檢測(cè)。另外，安裝和維護(hù)線圈時(shí)，交通會(huì)暫時(shí)受到阻礙，切 割路面面積比較大，埋置線圈的切縫軟化了路面，容易造成整個(gè)路面的下陷，影響路面使用 壽命。
以計(jì)算機(jī)視覺(jué)為基礎(chǔ)的視頻檢測(cè)技術(shù)， 一般都是基于視頻流的檢測(cè)，可以替代傳統(tǒng)的檢 測(cè)器并提供其他檢測(cè)器所無(wú)法完成的更多的車(chē)輛和交通流的狀態(tài)參數(shù)。視頻檢測(cè)的優(yōu)點(diǎn)安 裝方便，不破壞路面，施工時(shí)基本不影響交通；可以實(shí)現(xiàn)大區(qū)域檢測(cè)；攝像機(jī)設(shè)置方便、靈 活，容易維護(hù)。缺點(diǎn)受圖像處理算法、天氣、光照、陰影等環(huán)境因素影響較大。由于利用 視頻圖像獲取交通流信息的復(fù)雜性，視頻檢測(cè)技術(shù)仍處于不斷完善中。
發(fā)明內(nèi)容
為了解決現(xiàn)有視頻檢測(cè)技術(shù)的缺點(diǎn)，本實(shí)用新型的目的是提供一種交叉路口車(chē)輛排隊(duì)長(zhǎng) 度的單幀圖像檢測(cè)裝置。該裝置僅采用交叉路口的單幀圖像即可檢測(cè)出車(chē)輛的排隊(duì)長(zhǎng)度，克
服了采用視頻流檢測(cè)容易受天氣、光照、攝像頭抖動(dòng)等影響的缺點(diǎn)。
本實(shí)用新型的技術(shù)方案是車(chē)輛排隊(duì)長(zhǎng)度檢測(cè)裝置由光照強(qiáng)度檢測(cè)控制電路、圖像采集 與處理裝置和排隊(duì)長(zhǎng)度輸出接口三部分組成。光照強(qiáng)度檢測(cè)控制電路與圖像采集與處理裝置 相連，圖像采集與處理裝置與排隊(duì)長(zhǎng)度輸出接口相連。通過(guò)光照強(qiáng)度檢測(cè)電路檢測(cè)環(huán)境光照 強(qiáng)度，當(dāng)環(huán)境光強(qiáng)小于設(shè)定的閾值時(shí)控制閃光燈工作，為攝像頭拍照提供光源，使本實(shí)用新 型的車(chē)輛排隊(duì)長(zhǎng)度檢測(cè)裝置在夜晚等光線不好時(shí)仍能正常工作。攝像頭采集的城市交叉路口 交通圖像通過(guò)視頻采集卡送入微處理器，在微處理器中進(jìn)行車(chē)輛排隊(duì)長(zhǎng)度的圖像檢測(cè)處理， 結(jié)果經(jīng)由排隊(duì)長(zhǎng)度輸出接口送出。
本實(shí)用新型方法包括以下幾個(gè)步驟
第一、攝像頭安裝。在交叉路口車(chē)道上方對(duì)著每個(gè)行駛方向安裝視頻攝像頭1臺(tái)。若是 十字路口， 4臺(tái)攝像機(jī)即可。攝像機(jī)連續(xù)拍攝交通圖像存儲(chǔ)備用，但用于車(chē)輛排隊(duì)長(zhǎng)度檢測(cè) 的圖像，只需要交通燈的紅燈轉(zhuǎn)為黃燈前一時(shí)刻的單幀圖像即可。
第二、環(huán)境光照強(qiáng)度檢測(cè)。為了克服視頻檢測(cè)容易受天氣、光照等的影響，本實(shí)用新型 采用環(huán)境光照強(qiáng)度檢測(cè)的方法，在光線不好時(shí)，拍攝單幀圖像時(shí)自動(dòng)啟用閃光燈進(jìn)行拍照。
第三、車(chē)道區(qū)域定位。為了在檢測(cè)車(chē)輛排隊(duì)長(zhǎng)度的同時(shí)能降低運(yùn)算量，實(shí)現(xiàn)排隊(duì)長(zhǎng)度檢 測(cè)的實(shí)時(shí)性，就必須只對(duì)圖像中的部分區(qū)域進(jìn)行處理。本實(shí)用新型通過(guò)車(chē)道標(biāo)志線檢測(cè)來(lái)實(shí) 現(xiàn)固定檢測(cè)區(qū)域的定位，即只對(duì)所要檢測(cè)的車(chē)道內(nèi)的圖像信息進(jìn)行處理。
第四、確定隊(duì)尾。提取車(chē)道區(qū)域內(nèi)車(chē)輛的邊緣信息，并將其投影至車(chē)道區(qū)域中線上，掃 描中線上的信息，若存在連續(xù)的N行無(wú)白點(diǎn)信息(N選取略小于一輛車(chē)總投影點(diǎn)的個(gè)數(shù))則 判斷該處為隊(duì)尾。
第五、圖像排隊(duì)長(zhǎng)度計(jì)算。將圖像底部(即隊(duì)頭)至隊(duì)尾的邊緣信息投影至該車(chē)道的中 線上，通過(guò)計(jì)算中線上相應(yīng)的像素?cái)?shù)即可得到圖像上的排隊(duì)長(zhǎng)度。
第六、實(shí)際排隊(duì)長(zhǎng)度計(jì)算。根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)布局圖得到每個(gè)像素點(diǎn)代表的實(shí)際長(zhǎng)度的換算公式， 計(jì)算出實(shí)際車(chē)輛排隊(duì)長(zhǎng)度。
本實(shí)用新型的有益效果是，僅采用單幀圖像進(jìn)行車(chē)輛排隊(duì)長(zhǎng)度的檢測(cè)，不易受鏡頭抖動(dòng) 等影響。在光照條件不好的情況下，自動(dòng)啟用閃光燈拍照，使全天候24小時(shí)不間斷檢測(cè)成為 可能?？朔艘揽恳曨l流檢測(cè)因環(huán)境、光照、攝像機(jī)抖動(dòng)等因素引起的誤差與錯(cuò)誤。


圖1是本實(shí)用新型中車(chē)輛排隊(duì)長(zhǎng)度檢測(cè)裝置的結(jié)構(gòu)示意圖。
圖2是本實(shí)用新型提出的車(chē)輛排隊(duì)長(zhǎng)度檢測(cè)方法的流程框圖。 圖3是本實(shí)用新型中實(shí)際車(chē)輛排隊(duì)長(zhǎng)度計(jì)算圖。
具體實(shí)施方式
以下結(jié)合附圖對(duì)本實(shí)用新型的實(shí)施例作詳細(xì)說(shuō)明本實(shí)施例在以本實(shí)用新型技術(shù)方案為
前提下進(jìn)行實(shí)施，給出了詳細(xì)的實(shí)施方式和具體的操作過(guò)程，但本實(shí)用新型的保護(hù)范圍不限 于下述的實(shí)施例。
參見(jiàn)圖l，城市交叉路口車(chē)輛排隊(duì)長(zhǎng)度的檢測(cè)裝置，包括光照強(qiáng)度檢測(cè)控制電路l、圖像 采集與處理裝置2和排隊(duì)長(zhǎng)度輸出接口 3。光照強(qiáng)度檢測(cè)控制電路1與圖像采集與處理裝置2 相連，圖像采集與處理裝置2與排隊(duì)長(zhǎng)度輸出接口 3相連。光照強(qiáng)度檢測(cè)控制電路1包括環(huán) 境光照強(qiáng)度檢測(cè)電路1-1、閃光燈卜2和控制電路1-3。環(huán)境光照強(qiáng)度檢測(cè)電路1-1與控制電 路l-3相連，閃光燈l-2與控制電路l-3相連。圖像采集與處理裝置2包括順序相連的攝像 頭2-l、視頻采集卡2-2和微處理器2-3。
仍見(jiàn)圖1，在交叉路口車(chē)道上方對(duì)著每個(gè)行駛方向安裝攝像頭2-1。攝像頭2-1連續(xù)拍攝 交通圖像存儲(chǔ)備用，但用于車(chē)輛排隊(duì)長(zhǎng)度檢測(cè)的圖像，只需要交通燈的紅燈轉(zhuǎn)為黃燈前一時(shí) 刻的單幀圖像即可，此時(shí)若環(huán)境光照強(qiáng)度檢測(cè)電路1-1檢測(cè)到的光強(qiáng)小于設(shè)定的閾值，則通 過(guò)控制電路1-3啟動(dòng)閃光燈1-2工作，為攝像頭拍照提供光源，使本實(shí)用新型的車(chē)輛排隊(duì)長(zhǎng) 度檢測(cè)裝置在夜晚等光線不好時(shí)仍能正常工作。
見(jiàn)圖1，攝像頭2-1采集的交通圖像通過(guò)視頻采集卡2-2送入微處理器2-3，在微處理器 2-3中按照本實(shí)用新型的城市交叉路口車(chē)輛排隊(duì)長(zhǎng)度的檢測(cè)方法進(jìn)行處理，得到的排隊(duì)長(zhǎng)度 結(jié)果經(jīng)由排隊(duì)長(zhǎng)度輸出接口 3送出。
參見(jiàn)圖2，本實(shí)施例城市交叉路口車(chē)輛排隊(duì)長(zhǎng)度的單幀圖像檢測(cè)方法，具體實(shí)施步驟如
下
1、 交通圖像二值化
在交通圖像中，路面的灰度值是基本一致的，而且在一幅圖像中占得比例最大，可以通
過(guò)求取交通圖像灰度直方圖的峰值x的辦法得到路面灰度值，再通過(guò)閾值分割的方法區(qū)分出
路面以及路面上的車(chē)輛。本實(shí)施例采用雙閾值法對(duì)交通圖像進(jìn)行二值化處理，其中閾值l為
0.9X，閾值2為1. IX。
2、 車(chē)道區(qū)域定位
去除非車(chē)道背景，首先要確定車(chē)道區(qū)域。本實(shí)用新型以結(jié)構(gòu)化的車(chē)道標(biāo)志線為特征進(jìn)行 車(chē)道識(shí)別。對(duì)二值圖像進(jìn)行Hough變換檢測(cè)直線，提取出車(chē)道標(biāo)志線，車(chē)道標(biāo)志線之間的區(qū) 域即為車(chē)道區(qū)域。
3、 邊緣檢測(cè)
對(duì)車(chē)道區(qū)域內(nèi)的圖像進(jìn)行Sobel算子邊緣檢測(cè)后，得到車(chē)輛的邊緣圖像。路面為黑色， 車(chē)輛邊緣為白色。
4、 中線投影
對(duì)車(chē)道區(qū)域內(nèi)車(chē)輛的邊緣信息，投影至車(chē)道區(qū)域中線上。對(duì)有車(chē)輛邊緣的，在中線上用 白點(diǎn)表示。由于在圖像上，排隊(duì)的車(chē)輛是基本連續(xù)的，所以投影之后中線上連續(xù)的白點(diǎn)區(qū)域
就是有車(chē)輛排隊(duì)的區(qū)域。
5、 確定隊(duì)尾
對(duì)中線上的白點(diǎn)進(jìn)行掃描，若存在連續(xù)的N行無(wú)白點(diǎn)信息(N選取略小于一輛車(chē)總投影 點(diǎn)的個(gè)數(shù))則判斷該處為隊(duì)尾。
6、 圖像排隊(duì)長(zhǎng)度計(jì)算
通過(guò)統(tǒng)計(jì)中線上隊(duì)尾前連續(xù)白點(diǎn)的個(gè)數(shù)即可得到二維圖像空間中車(chē)輛排隊(duì)長(zhǎng)度。
7、 實(shí)際排隊(duì)長(zhǎng)度計(jì)算
根據(jù)每個(gè)像素點(diǎn)代表的實(shí)際長(zhǎng)度的換算公式，計(jì)算出實(shí)際車(chē)輛排隊(duì)長(zhǎng)度。 實(shí)際車(chē)輛排隊(duì)長(zhǎng)度計(jì)算參見(jiàn)圖3。
實(shí)際采集的交通圖像是三維空間坐標(biāo)在二維攝像頭像平面上的映射。需要對(duì)采集的圖像 先進(jìn)行逆映射后再進(jìn)行實(shí)際幾何關(guān)系計(jì)算。二維空間中像素點(diǎn)在三維空間中的長(zhǎng)度影射關(guān)系 見(jiàn)附圖3。由圖中幾何關(guān)系，可得出二維空間中的一個(gè)像素點(diǎn)對(duì)應(yīng)在三維空間中的實(shí)際長(zhǎng)度L 的計(jì)算公式為
其中， <formula>formula see original document page 6</formula>， theta為攝像頭的安裝角度，w為圖像的垂直分辨率(在m*n的圖像中表現(xiàn) 為行數(shù))。力為攝像頭距地面的高度，dmax和dmin分別為攝像頭能夠監(jiān)視的最大距離和最小距離。
權(quán)利要求1、一種城市交叉路口車(chē)輛排隊(duì)長(zhǎng)度的單幀圖像檢測(cè)裝置，具有光照強(qiáng)度檢測(cè)控制電路(1)、圖像采集與處理裝置(2)和排隊(duì)長(zhǎng)度輸出接口(3)，光照強(qiáng)度檢測(cè)控制電路(1)與圖像采集與處理裝置(2)相連，圖像采集與處理裝置(2)與排隊(duì)長(zhǎng)度輸出接口(3)相連，光照強(qiáng)度檢測(cè)控制電路(1)具有環(huán)境光照強(qiáng)度檢測(cè)電路(1-1)、閃光燈(1-2)和控制電路(1-3)，環(huán)境光照強(qiáng)度檢測(cè)電路(1-1)與控制電路(1-3)相連，閃光燈(1-2)與控制電路(1-3)相連，圖像采集與處理裝置(2)包括順序相連的攝像頭(2-1)、視頻采集卡(2-2)和微處理器(2-3)。
2、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的城市交叉路口車(chē)輛排隊(duì)長(zhǎng)度的單幀圖像檢測(cè)裝置，其特征在于， 用于車(chē)輛排隊(duì)長(zhǎng)度檢測(cè)的圖像，只需要攝像頭(2-1)采集的單幀圖像即可，此時(shí)若環(huán)境光照 強(qiáng)度檢測(cè)電路(1-1)檢測(cè)到的光強(qiáng)小于設(shè)定的閾值，則通過(guò)控制電路(1-3)啟動(dòng)閃光燈(1-2) 工作，為攝像頭拍照提供光源。
專(zhuān)利摘要城市交叉路口車(chē)輛排隊(duì)長(zhǎng)度的單幀圖像檢測(cè)裝置，包括光照強(qiáng)度檢測(cè)控制電路、圖像采集與處理裝置和排隊(duì)長(zhǎng)度輸出接口。檢測(cè)環(huán)境光照強(qiáng)度，在光照條件不好的情況下，自動(dòng)啟用閃光燈拍照，通過(guò)攝像頭采集單幀交通圖像；交通圖像通過(guò)視頻采集卡送入微處理器，在微處理器中按照數(shù)字圖像處理技術(shù)進(jìn)行車(chē)輛排隊(duì)長(zhǎng)度的檢測(cè)處理，檢測(cè)結(jié)果經(jīng)由排隊(duì)長(zhǎng)度輸出接口送出。本實(shí)用新型克服了采用視頻流檢測(cè)排隊(duì)長(zhǎng)度容易受天氣、光照、攝像頭抖動(dòng)等影響的缺點(diǎn)。
文檔編號(hào)G06K9/00GK201203419SQ200720131959
公開(kāi)日2009年3月4日 申請(qǐng)日期2007年12月26日 優(yōu)先權(quán)日2007年12月26日
發(fā)明者劉國(guó)高, 周建東, 李慶武, 丹 石 申請(qǐng)人:河海大學(xué)常州校區(qū);常州市金源南方鐵路器材有限公司