專利名稱：一種基于視頻識別的違章車輛檢測裝置和方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于交通違章自動檢測技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種基于視頻識別的違章車輛檢測裝置和方法。
背景技術(shù)：
隨著我國城市汽車保有量的快速增加，交通違章行為也越來越頻繁的發(fā)生。特別是對于道路交叉口，由于進口道車道數(shù)較多，而各車道車輛排隊長度不均，惡意加塞和違章壓實線變道等行為極為普遍，不僅影響了長排隊車流的正常行駛，也易阻塞短排隊車流所在車道，更影響了遵守規(guī)章駕車人的公平心理，極易造成車輛碰擦事故和駕駛員糾紛。2010 年4月1日起，新修改施行的《機動車駕駛證申領(lǐng)和使用規(guī)定》中，對臨時變道加塞被查處的駕駛?cè)?，將處以罰款200元，記2分。但各地交管部門在實際中的執(zhí)行效果并不理想。因此，對城市道路交叉口車輛違章變道行為的監(jiān)控有著重大的實際意義。但是，目前尚沒有成熟的交叉口進口道車輛加塞違章行為的自動化檢測技術(shù)。我國當前對交叉口進口道違章行為的檢測普遍采用的是感應線圈技術(shù)，即在交叉口停止線或中央分隔線等處埋設(shè)感應線圈，通過感應線圈觸發(fā)照相拍攝。這種系統(tǒng)有以下幾方面缺陷一是需要開挖道路埋設(shè)線圈，如果出現(xiàn)故障或線圈本身使用壽命結(jié)束，需要開挖路面翻修或更換；二是由于交叉口進口道不可變道實線往往很長，距離停止線長達數(shù)十米，因此對違章變道控制來說，埋設(shè)線圈的成本非常高；三是在距離停止線較遠的車道線為虛線的區(qū)域，由于無法區(qū)分惡意加塞和正常變道行為，若仍然采用感應線圈進行檢測，易造成誤拍并導致糾紛。另一種交叉口交通違章行為檢測方法是通過視頻技術(shù)對交通違章行為進行監(jiān)測， 即檢測設(shè)備一端接入紅綠燈信號，另一端接入攝像頭，對闖紅燈等違章行為進行拍照。但該類技術(shù)有幾個缺陷一是普遍缺少視頻追蹤技術(shù)和模式識別技術(shù)，只能根據(jù)紅綠燈信號捕捉闖紅燈行為，難以捕捉實線變道和惡意加塞行為，適用性低；二是對攝像機的拍攝范圍精度要求高，如果攝像范圍越過停止線，則誤拍的幾率會很高，且攝像機拍攝畫面中的其他車輛易對后期處理帶來干擾；三是攝像機視線易被遮擋，難以捕捉大型車后方違章的小型車。專利CN101593422B提出了一種視頻追蹤和模式識別的交通違章檢測方法，該方法中采用的模式識別技術(shù)及算法尚不成熟，研發(fā)風險大，難以保證檢測的正確率和準確率。 該檢測方法對多目標同時違章的情況更是無法應付。同時，該檢測方法難以應對高峰期跟車較緊的車隊，無法對牌照受前車遮擋的違章車輛進行拍照。該檢測方法亦無法在惡劣天氣下正常工作。

發(fā)明內(nèi)容
技術(shù)問題本發(fā)明的目的是提供一種能準確檢測多目標車輛同時出現(xiàn)違章實現(xiàn)變道、虛線實線惡意加塞等交通違章行為、并對違章車輛進行有效拍照的基于視頻識別的違章車輛檢測裝置和方法。
技術(shù)方案基于視頻識別的違章車輛檢測裝置，包括用于規(guī)則定義、指令下達和數(shù)據(jù)管理分析的上位管理機；用于視頻信號處理、攝像機控制和數(shù)據(jù)傳輸?shù)目刂婆c傳輸裝置； 用于視頻采集和全景拍攝的紅外線全景攝像機；用于違章車輛照片拍攝與數(shù)據(jù)傳輸?shù)母咚偬貙憯z像機；所述上位管理機和控制與傳輸裝置通過無線網(wǎng)絡(luò)連接，所述控制與傳輸裝置通過數(shù)據(jù)線分別與紅外線全景攝像機和高速特寫攝像機連接。所述的控制與傳輸裝置包括視頻采集和轉(zhuǎn)換模塊、規(guī)則設(shè)置模塊、車輛檢測模塊、違章分析模塊、攝像機控制模塊和數(shù)據(jù)無線傳輸模塊。數(shù)據(jù)無線傳輸模塊與上位管理機通過無線網(wǎng)絡(luò)連接，數(shù)據(jù)無線傳輸模塊將上位管理機發(fā)布的規(guī)則和指令傳送給規(guī)則設(shè)置模塊，將視頻采集和轉(zhuǎn)換模塊獲取并存入內(nèi)存的違章車輛照片傳輸給上位管理機；規(guī)則設(shè)置模塊將上位管理機發(fā)布的規(guī)則和指令傳送給視頻采集和轉(zhuǎn)換模塊、車輛檢測模塊和違章分析模塊；視頻采集和轉(zhuǎn)換模塊通過數(shù)據(jù)線分別與紅外線全景攝像機和高速特寫攝像機連接；車輛檢測模塊對視頻采集和轉(zhuǎn)換模塊獲取的幀位圖進行處理，并將處理結(jié)果發(fā)送給違章分析模塊；違章分析模塊對車輛檢測模塊發(fā)送來的檢測結(jié)果進行綜合判斷，根據(jù)判斷結(jié)果形成指令并將指令發(fā)送給攝像機控制模塊，攝像機控制模塊通過數(shù)據(jù)線分別與紅外線全景攝像機和高速特寫攝像機連接?；谝曨l識別的違章車輛檢測方法，包括以下步驟
1)紅外線全景攝像機將連續(xù)拍攝的視頻數(shù)據(jù)傳送至視頻采集和轉(zhuǎn)換模塊；
2)視頻采集和轉(zhuǎn)換模塊將接收到的視頻數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換成幀位圖并存入內(nèi)存；
3)車輛檢測模塊從內(nèi)存中提取幀位圖，對車輛進行識別，檢測車輛運動軌跡并發(fā)送給違章分析模塊，當發(fā)現(xiàn)車輛觸碰車道線時，進入步驟4)；
4)如車輛觸碰道口車道線，違章分析模塊直接判斷為違章，并進入步驟5);如車輛觸碰道路車道線，攝像機控制模塊控制紅外線全景攝像機追蹤該車輛并將連續(xù)的多幅幀位圖發(fā)送給違章分析模塊，違章分析模塊將車輛運動軌跡與規(guī)則設(shè)置模塊中定義的連續(xù)壓線時間限值和最小變道時間間隔等違章規(guī)則進行對比分析，當該車輛連續(xù)觸碰同一道路車道線時間超過連續(xù)壓線時間限值或觸碰道路車道線后在最小變道時間間隔內(nèi)又觸碰另一條道路車道線時，違章分析模塊判斷為違章，并進入步驟5)，否則回到步驟3)；
5)攝像機控制模塊控制紅外線全景攝像機和特定位置的高速特寫攝像機鎖定追蹤違章車輛，對違章車輛拍照并將照片及違章車輛信息發(fā)送給視頻采集和轉(zhuǎn)換模塊；
6)視頻采集和轉(zhuǎn)換模塊將違章車輛照片和信息存入內(nèi)存并通過數(shù)據(jù)無線傳輸模塊傳送至上位管理機。本發(fā)明的步驟3)中，違章分析模塊(25)使用順序區(qū)域生長法根據(jù)行駛車輛是否遮擋視頻模擬車道線來檢測車輛觸碰車道線；步驟4)中，攝像機控制模塊(26)使用序列蒙特卡洛濾波算法控制紅外線全景攝像機(3)追蹤車輛。步驟4)中的連續(xù)壓線時間限值和最小變道時間間隔等違章規(guī)則由交通管理部門確定。本發(fā)明的步驟5)中，紅外線全景攝像機和特定位置的高速特寫攝像機可對違章車輛進行瞬時抓拍和延時補拍，如延時若干秒后補拍，或通過視頻追蹤功能等違章車輛行駛至路口時補拍，以確保獲取違章車輛的牌照信息。本發(fā)明的步驟5)中，當有多臺車輛同時違章時，違章分析模塊通過攝像機控制模塊同時控制不同的高速特寫攝像機鎖定追蹤各個違章車輛進行拍照，可確保準確檢測記錄多目標車輛同時違章。
有益效果本發(fā)明可以同時檢測車輛惡意加塞、實線變道和連續(xù)變更兩條以上車道的交通違章行為，避免對正常變道行為的誤判；由于高速特寫攝像機是從側(cè)后方對違規(guī)車輛進行拍攝，并通過接受控制與傳輸裝置的指令在最佳視角時進行拍攝，因此視角不會被違規(guī)車輛周圍車輛阻擋，也避免了僅使用單視角攝像機時由于目標被阻擋而失去追蹤的問題；本發(fā)明中每部高速特寫攝像機只負責一定視角和距離內(nèi)的車輛拍攝，故而可以確保同時獲取多輛違規(guī)車輛的信息，并在不良的氣候條件下提高照片的清晰度，可以對夜間和惡劣氣象條件下較遠距離的違章車輛進行檢測，同時有效地解決了對違章車輛的多目標檢測問題。本發(fā)明所采用的設(shè)備和技術(shù)成熟，檢測效率高，大大降低了檢測成本，提高了交通管理的效率和智能化水平。


圖1為本發(fā)明檢測裝置的結(jié)構(gòu)框圖； 圖2為本發(fā)明檢測現(xiàn)場平面示意圖； 圖3為本發(fā)明檢測裝置的原理框圖4為本發(fā)明檢測方法的流程圖，圖中模擬實線為道口車道線，模擬虛線為道路車道
線；
圖中有上位管理機1，控制與傳輸裝置2，紅外線全景攝像機3，高速特寫攝像機4，數(shù)據(jù)無線傳輸模塊21，規(guī)則設(shè)置模塊22，視頻采集和轉(zhuǎn)換模塊^，車輛檢測模塊M，違章分析模塊25，攝像機控制模塊沈，惡意加塞車輛5，連續(xù)變更車道6，壓實線變道車輛7。
具體實施例方式基于視頻識別的違章車輛檢測裝置，包括用于規(guī)則定義、指令下達和數(shù)據(jù)管理分析的上位管理機1 ；用于視頻信號處理、攝像機控制和數(shù)據(jù)傳輸?shù)目刂婆c傳輸裝置2 ；用于視頻采集和全景拍攝的紅外線全景攝像機3 ；用于違章車輛照片拍攝與數(shù)據(jù)傳輸?shù)母咚偬貙憯z像機4 ；所述上位管理機1和控制與傳輸裝置2通過無線網(wǎng)絡(luò)連接，所述控制與傳輸裝置2通過數(shù)據(jù)線分別與紅外線全景攝像機3和高速特寫攝像機4連接。所述的控制與傳輸裝置2包括視頻采集和轉(zhuǎn)換模塊23、規(guī)則設(shè)置模塊22、車輛檢測模塊M、違章分析模塊25、 攝像機控制模塊沈和數(shù)據(jù)無線傳輸模塊21。數(shù)據(jù)無線傳輸模塊21與上位管理機1通過無線網(wǎng)絡(luò)連接，數(shù)據(jù)無線傳輸模塊21將上位管理機1發(fā)布的規(guī)則和指令傳送給規(guī)則設(shè)置模塊22，將視頻采集和轉(zhuǎn)換模塊23獲取并存入內(nèi)存的違章車輛照片傳輸給上位管理機1 ；規(guī)則設(shè)置模塊22將上位管理機(1)發(fā)布的規(guī)則和指令傳送給視頻采集和轉(zhuǎn)換模塊23、車輛檢測模塊M和違章分析模塊25 ；視頻采集和轉(zhuǎn)換模塊23通過數(shù)據(jù)線分別與紅外線全景攝像機3和高速特寫攝像機4連接，視頻采集和轉(zhuǎn)換模塊23將紅外線全景攝像機3拍攝的連續(xù)視頻數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換成幀位圖并存入內(nèi)存，將紅外線全景攝像機3和高速特寫攝像機4拍攝的違章車輛照片存入內(nèi)存；車輛檢測模塊M負責對視頻采集和轉(zhuǎn)換模塊23獲取的幀位圖進行處理，并將處理結(jié)果發(fā)送給違章分析模塊25 ；違章分析模塊25對車輛檢測模塊M輸入的檢測結(jié)果進行綜合判斷，根據(jù)判斷結(jié)果形成指令并將指令發(fā)送給攝像機控制模塊26，攝像機控制模塊沈通過數(shù)據(jù)線分別與紅外線全景攝像機3和高速特寫攝像機4連接?；谝曨l識別的違章車輛檢測方法，包括以下步驟1)紅外線全景攝像機3將連續(xù)拍攝的視頻數(shù)據(jù)傳送至視頻采集和轉(zhuǎn)換模塊23；
2)視頻采集和轉(zhuǎn)換模塊23將接收到的視頻數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換成幀位圖并存入內(nèi)存；
3)車輛檢測模塊從內(nèi)存中提取幀位圖，，對車輛進行識別，檢測車輛運動軌跡并發(fā)送給違章分析模塊25，當發(fā)現(xiàn)車輛觸碰車道線時，進入步驟4)；
4)如車輛觸碰道口車道線，違章分析模塊25直接判斷為違章，并進入步驟5)；如車輛觸碰道路車道線，攝像機控制模塊沈控制紅外線全景攝像機(3)追蹤該車輛并將連續(xù)的多幅幀位圖發(fā)送給違章分析模塊25，違章分析模塊25將車輛運動軌跡與規(guī)則設(shè)置模塊22中定義的連續(xù)壓線時間限值和最小變道時間間隔等違章規(guī)則進行對比分析，當該車輛連續(xù)觸碰同一道路車道線時間超過連續(xù)壓線時間限值或觸碰道路車道線后在最小變道時間間隔內(nèi)又觸碰另一條道路車道線時，違章分析模塊25判斷為違章，并進入步驟5)，否則回到步驟3);
5)違章分析模塊25通過攝像機控制模塊沈控制紅外線全景攝像機3和特定位置的高速特寫攝像機4鎖定追蹤違章車輛，對違章車輛進行瞬時抓拍和延時補拍并將照片及違章車輛信息存入內(nèi)存；當有多臺車輛同時違章時，違章分析模塊25通過攝像機控制模塊沈同時控制不同的高速特寫攝像機4對各個違章車輛進行拍照；
6)違章分析模塊25將違章車輛照片和信息通過數(shù)據(jù)無線傳輸模塊21傳送至上位管理機1。 本發(fā)明的違章車輛檢測方法實施前，先要通過上位管理機1定義違章模式、道口車道線和道路車道線信息、監(jiān)控區(qū)域等違章規(guī)則，并將違章規(guī)則通過數(shù)據(jù)無線傳輸模塊傳送至規(guī)則設(shè)置模塊，規(guī)則設(shè)置模塊將接收到的違章規(guī)則存儲備用。
權(quán)利要求
1.一種基于視頻識別的違章車輛檢測裝置，其特征在于，該裝置包括用于規(guī)則定義、指令下達和數(shù)據(jù)管理分析的上位管理機(1)、用于視頻信號處理、攝像機控制和數(shù)據(jù)傳輸?shù)目刂婆c傳輸裝置(2)、用于視頻采集和全景拍攝的紅外線全景攝像機(3)、用于違章車輛照片拍攝與數(shù)據(jù)傳輸?shù)母咚偬貙憯z像機(4);所述上位管理機(1)和控制與傳輸裝置(2)通過無線網(wǎng)絡(luò)連接，所述控制與傳輸裝置(2)通過數(shù)據(jù)線分別與紅外線全景攝像機(3)和高速特寫攝像機(4)連接；所述的控制與傳輸裝置(2)包括數(shù)據(jù)無線傳輸模塊(21)、規(guī)則設(shè)置模塊(22)、視頻采集和轉(zhuǎn)換模塊(23)、車輛檢測模塊(24)、違章分析模塊(25)和攝像機控制模塊(26)；所述數(shù)據(jù)無線傳輸模塊(21)與上位管理機(1)通過無線網(wǎng)絡(luò)連接，數(shù)據(jù)無線傳輸模塊(21)將上位管理機(1)發(fā)布的規(guī)則和指令傳送給規(guī)則設(shè)置模塊(22 )，將視頻采集和轉(zhuǎn)換模塊(23 ) 獲取并存入內(nèi)存的違章車輛照片傳輸給上位管理機(1)；規(guī)則設(shè)置模塊(22)將上位管理機 (1)發(fā)布的規(guī)則和指令傳送給視頻采集和轉(zhuǎn)換模塊(23)、車輛檢測模塊(24)和違章分析模塊(25);視頻采集和轉(zhuǎn)換模塊(23)通過數(shù)據(jù)線分別與紅外線全景攝像機(3)和高速特寫攝像機(4)連接；車輛檢測模塊(24)對視頻采集和轉(zhuǎn)換模塊(23)獲取的幀位圖進行處理，并將處理結(jié)果發(fā)送給違章分析模塊(25)；違章分析模塊(25)對車輛檢測模塊(24)發(fā)送來的檢測結(jié)果進行綜合判斷，根據(jù)判斷結(jié)果形成指令并將指令發(fā)送給攝像機控制模塊(26)，攝像機控制模塊(26)通過數(shù)據(jù)線分別與紅外線全景攝像機(3)和高速特寫攝像機(4)連接。
2.一種應用權(quán)利要求1所述裝置的違章車輛檢測方法，其特征在于，該方法包括以下步驟1)紅外線全景攝像機(3)將連續(xù)拍攝的視頻數(shù)據(jù)傳送至視頻采集和轉(zhuǎn)換模塊(23)；2)視頻采集和轉(zhuǎn)換模塊(23)將接收到的視頻數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換成幀位圖并存入內(nèi)存；3)車輛檢測模塊從內(nèi)存中提取幀位圖，對車輛進行識別，檢測車輛運動軌跡并發(fā)送給違章分析模塊(25)，當發(fā)現(xiàn)車輛觸碰車道線時，進入步驟4)；4)如車輛觸碰道口車道線，違章分析模塊(25)直接判斷為違章，并進入步驟5);如車輛觸碰道路車道線，攝像機控制模塊(26)控制紅外線全景攝像機(3)追蹤該車輛并將連續(xù)的多幅幀位圖發(fā)送給違章分析模塊(25)，違章分析模塊(25)將車輛運動軌跡與規(guī)則設(shè)置模塊(22)中定義的連續(xù)壓線時間限值和最小變道時間間隔等違章規(guī)則進行對比分析，當該車輛連續(xù)觸碰同一道路車道線時間超過連續(xù)壓線時間限值或觸碰道路車道線后在最小變道時間間隔內(nèi)又觸碰另一條道路車道線時，違章分析模塊(25)判斷為違章，并進入步驟5)， 否則回到步驟3);5 )攝像機控制模塊(26 )控制紅外線全景攝像機(3 )和特定位置的高速特寫攝像機(4 ) 鎖定追蹤違章車輛，對違章車輛拍照并將照片及違章車輛信息發(fā)送給視頻采集和轉(zhuǎn)換模塊 (23)；6)視頻采集和轉(zhuǎn)換模塊(23)將違章車輛照片和信息存入內(nèi)存并通過數(shù)據(jù)無線傳輸模塊(21)傳送至上位管理機(1)。
3.—種權(quán)利要求2所述的違章車輛檢測方法，其特征在于，所述步驟3)中，違章分析模塊(25)使用順序區(qū)域生長法根據(jù)行駛車輛是否遮擋視頻模擬車道線來檢測車輛觸碰車道線；所述步驟4)中，攝像機控制模塊(26)使用序列蒙特卡洛濾波算法控制紅外線全景攝像機(3)追蹤車輛。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種基于視頻識別的違章車輛檢測裝置和方法。檢測系統(tǒng)包括上位管理機、控制與傳輸裝置、紅外線全景攝像機和高速特寫攝像機，其中控制與傳輸裝置包括視頻采集和轉(zhuǎn)換模塊、規(guī)則設(shè)置模塊、車輛檢測模塊、違章分析模塊、攝像機控制模塊和數(shù)據(jù)無線傳輸模塊。檢測方法應用圖像識別技術(shù)、視頻追蹤技術(shù)，有效地解決了對違章車輛的多目標檢測問題，可以避免對正常變道行為的誤判，并且可以對夜間和惡劣氣象條件下較遠距離的違章車輛進行檢測。本發(fā)明所采用的設(shè)備和技術(shù)成熟，檢測效率高，大大降低了檢測成本，提高了交通管理的效率和智能化水平。
文檔編號G08G1/017GK102254429SQ20111012373
公開日2011年11月23日 申請日期2011年5月13日 優(yōu)先權(quán)日2011年5月13日
發(fā)明者杭文 申請人:東南大學