基於動態背景分析和監控帶掃描的車輛監測方法

2023-09-15 06:36:00

專利名稱：基於動態背景分析和監控帶掃描的車輛監測方法
技術領域：
本發明為基於動態背景提取和監控帶掃描的智能車輛監測系統，用於測量或測試過程控制，在實時的交通中，可以應用於交通流量監測、控制，同時可以對已經錄下的視頻進行分析從而對車輛信息進行收集。
背景技術：
對車輛進行監測一般包括兩種方法，一是通過在地面安裝硬體設施進行統計，另一種方法是拍攝視頻或圖像，然後通過計算機進行處理分析。前者可獲得的信息較少，而且通常只適用於一些收費點；後者包含有大量可用信息，而且使用範圍廣，可以在道路上安裝攝像頭拍攝，然後通過電腦處理。基於視頻或圖像處理的一般都是基於一個靜態的背景，然後對其他圖像對比背景進行分析，通過匹配車輛的一些特徵參數而確定車輛的數目。但是實際過程中，背景由於天氣或者陽光的變化都會發生不同，同時不同車輛的特徵有很大差別，很容易造成誤判。本方法通過採用對比相鄰圖像之間的差別，以達到動態提取背景的功能，同時對畫面邊緣進行監測掃描，可以很容易判斷出車輛的數目，簡易高效。

發明內容
本發明主要是讀取一段交通監控視頻，監測通過監測點的車輛，動態顯示監測結果，並記錄車輛的數目，同時可以輔助測量車輛信息(包括速度，顏色，通過的時間)。通道可以模擬汽車過境通道或者拍攝雙向車道的一側。可能會有多個目標同時出現在畫面中， 車輛大小尺寸可能不同。視頻的來源攝像機水平安裝在通道一側，其到目標的安裝位置距離適中；無目標通過時被監測的通道背景畫面靜止。本發明要解決的上述技術問題所採用的技術方案如下一種基於動態背景分析和監控帶掃描的車輛監測方法，步驟包括1)讀取一段交通監控視頻首先打開目標視頻源，對目標進行播放，然後定時得到視頻中的圖像，保存圖像；2)實時對圖像進行處理提取記載所述圖像的圖片，進行相鄰圖片間的差值處理，得到只剩下車輛形狀的黑白二值化圖片；3)對所述二值化圖片進一步處理，得到車輛數目，步驟如下先在圖片上設定一條監控帶，監控帶是一個細長的長方形，監控帶的長度與圖片的寬度相同；再對監控帶掃描，如果掃描到大量點，則表示有車輛進入監控帶，如果掃描到的點數幾乎為零，則表示沒有車輛進入監控帶；對於有車輛進入監控帶情況，在監控帶長度方向上得到所述大量點的起點和終點，即所有車輛在監控帶長度方向的起點和終點；在所述起點和終點之間對監控帶內連續的圖像進行掃描，獲得所有車輛起點和終點之間的空隙數量；車輛離開時，讀取空隙的數目，空隙數目加1為車輛數；空隙是否為車輛之間的空隙的判斷方法如下二值化後，有車的地方圖像RGB值為255 ；在起點和終點之間掃描，每次掃描一個矩形區域，這個矩形區域寬是沿著圖像的水平方向，高是沿著圖像的豎直方向；如果這個矩形區域內的點小於閥值，則認為是兩車之間的空隙；那麼接著掃描，直至這個空隙的終點，此時便可記錄這個空隙的起點和終點；空隙的終點可能是另一輛車，那麼從這輛車開始，根據上述方法，繼續掃描下一個空隙，直到終點。所述步驟幻後包括步驟4)判斷車輛顏色和車輛速度，同時將這些信息存進資料庫，判斷車輛顏色，是對步驟1)得到的圖像，分析圖像中車輛位置的RGB值來確定；判斷車速測量，在步驟2)得到的二值化圖片中，首先掃描出車輛的車頭到車尾的長度，然後除以車輛通過監控帶的時間，再乘以比例係數。 所述監控帶設在圖像的邊緣。所述步驟2)中，對於一張圖片，2. 1)首先把上一張圖片導入到內存中，做為背景，然後把當前圖片到導入內存中， 對當前圖像進行掃描，減去背景圖片，得到只有車輛的圖片；2. 2)然後進行灰度化處理，進行二值化得到黑白圖片；步驟2. 2)中，如果由於光線的變化，前後兩張圖片的差值有時會很大，則消去光線的影響。消去光線的影響中現有的技術中，一般是定時進行一次背景的再判斷，比如對一段視頻處理，如果不知道圖像的背景將在哪一處發生變化，那個可以每隔T秒對圖像進行一次背景提取，以取代上次的背景，那麼即使發生錯誤也可以控制在T秒內。但是這種方法效率不高，因為如果T取的大，那麼錯誤可能會多，但是如果T較小，則頻繁的背景處理會顯得冗餘，耗時。本技術方案中，選擇一條監控帶(一般監控帶可以選擇在圖像的邊緣)，監控帶為一個細長的長方形，監控帶的長與圖像的寬度，寬度可以自行選擇，寬度較小。對監控帶進行掃描，掃描到大量點表示車輛進入，當點數幾乎為零時，表示車輛離開或此時沒有車進入。同時掃描後可以得到車輛進入時候在監控帶內的起點和終點，即車輛在水平方向的起點和終點。當車輛進入未離開是，在起點和終點之間對連續的圖像進行掃描，從而得到所要的一些參數信息，如起始點之間一共有幾個空隙，哪些空隙為車輛之間的空隙，空隙的起點和終點；是否有較大的車進入，是否有兩輛車靠的太近，起點和終點是否有了改變等。車輛離開時，讀取空隙的數目，空隙數目加1為車輛數。比如有兩個空隙，則有三輛車。統計車輛的時候可以同時進行車輛顏色的判斷和車輛速度，以及車輛通過時的的判斷，同時將這些信息存進資料庫，以便以後的調用。車輛顏色的判斷通過分析圖像中車輛位置的RGB值。車速的測量，首先掃描出車輛在畫面中車頭到車尾的長度，然後除以車輛通過監控帶的時間，再乘以比例係數即可。與最接近的現有技術的不同的技術特徵是背景的處理，採用相鄰間圖像進行對比分析，以達到動態的背景處理，(而以往的技術是首先分析圖像的前幾百幀，提取出背景，以後的圖像處理都是依據此背景的，這種方法耗費時間長，且當圖像的背景變化後(比如光線變化，攝像機位置改變)，以後的圖像都將出現誤差和錯誤)；採用監控帶統計車輛，監控帶為一段窄小的區域，但是當車輛通過時都可以進行掃描到，然後根據掃描得到的空隙和車輛的大小，進行比較分析，車輛更容易統計，處理也更加高效，統計更加精確，正確率更高；完善的系統，不僅可以統計車輛數目，而且對車輛通過的時間，顏色和速度等信息都可以得到，同時用資料庫存儲車輛信息，方便以後調用。


圖1為進行二值化處理後的圖像，圖2為採用對監控帶進行掃描，得到車的起始線a和終點線b ；圖3. 1為有車輛通過時的情況，圖3. 2為車輛離開時的情況；圖3. 1和3. 2中，區域c為監控帶，其中，(從圖中，看不出圖3. 1和3. 2有差異)圖4給出了一種多輛車通過時的情況。可以看出起始線a和終線b之間有一個空隙，所以有兩輛車。
具體實施例方式下面結合附圖對本發明如何自動完成監控車輛並進行存儲做進一步說明先打開文件，讀取視頻，選擇播放後，系統將自動進行分析。首先定時得到視頻窗口區的圖像(定時的時間根據實際情況而得，一般IOOms — 次)，並進行存儲，提取圖片，進行一些預處理，包括濾波，灰度化，接著對相鄰圖片間進行差值處理(當前圖像減去前一幅背景圖像)，然後進行二值化，得到只有車輛成像的黑白二值化圖片，如圖1。參考圖2 圖4，對處理過的、只有車輛的二值化圖片進行處理，選擇一條監控帶， 對監控帶進行掃描，掃描到大量點表示車輛進入，當點數幾乎為零時，表示車輛離開。同時得到車輛進入時候在監控帶內的起點和終點，即水平方向的起點，終點。當車輛進入而其未離開時，在起點和終點之間對連續的圖像進行掃描，從而得到所要的一些參數信息，如起始點之間一共有幾個空隙，哪些空隙為車輛之間的空隙，空隙的起點和終點；是否有較大的車進入，是否有兩輛車靠的太近，起點和終點是否有了改變等。此時需要考慮車輛進入時所有的組合方式。綜合考慮後，當車輛離開時，便可根據以上信息，排除一些可能的幹擾，根據空隙數目得到車輛數目。如果圖像中出現行人或摩託車幹擾時，可以通過寬度和速度進行排除。本發明的實踐意義在於通過對視頻圖像的處理可以實時監控目標區域的車輛，為合理調節交通流量提供了理論依據。為了更好的滿足實際需要，本發明還對車輛的顏色和速度，以及其通過的時間都進行了測量，通過access資料庫進行存儲。可以隨時人為查看資料庫，得到歷史信息，幫助解決交通問題包括一些超速行為，摩託車上高速等違法現象。
權利要求
1.一種基於動態背景分析和監控帶掃描的車輛監測方法，其特徵是步驟包括1)讀取一段交通監控視頻首先打開目標視頻源，對目標進行播放，然後定時得到視頻中的圖像，保存圖像；2)實時對圖像進行處理提取記載所述圖像的圖片，進行相鄰圖片間的差值處理，得到只剩下車輛形狀的黑白二值化圖片；3)對所述二值化圖片進一步處理，得到車輛數目，步驟如下先在圖片上設定一條監控帶，監控帶是一個細長的長方形，監控帶的長度與圖片的寬度相同；再對監控帶掃描，如果掃描到大量點，則表示有車輛進入監控帶，如果掃描到的點數幾乎為零，則表示沒有車輛進入監控帶；對於有車輛進入監控帶情況，在監控帶長度方向上得到所述大量點的起點和終點，即所有車輛在監控帶長度方向的起點和終點；在所述起點和終點之間對監控帶內連續的圖像進行掃描，獲得所有車輛起點和終點之間的空隙數量；車輛離開時，讀取空隙的數目，空隙數目加1為車輛數目。
2.根據權利要求1所述的基於動態背景分析和監控帶掃描的車輛監測方法，其特徵是所述步驟幻後包括步驟4)判斷車輛顏色和車輛速度，同時將這些信息存進資料庫，判斷車輛顏色，是對步驟1)得到的圖像，分析圖像中車輛位置的RGB值來確定；判斷車速測量，在步驟2)得到的二值化圖片中，首先掃描出車輛的車頭到車尾的長度，然後除以車輛通過監控帶的時間，再乘以比例係數。
3.根據權利要求1或2所述的基於動態背景分析和監控帶掃描的車輛監測方法，其特徵是所述監控帶設在圖像的邊緣。
4.根據權利要求1或2所述的基於動態背景分析和監控帶掃描的車輛監測方法，其特徵是所述步驟幻中，對於一張圖片，2. 1)首先把上一張圖片導入到內存中，做為背景，然後把當前圖片到導入內存中，對當前圖像進行掃描，減去背景圖片，得到只有車輛的圖片；2. 2)然後進行灰度化處理，進行二值化得到黑白圖片；步驟2. 2)中，如果由於光線的變化，前後兩張圖片的差值有時會很大，則消去光線的影響。
5.根據權利要求1所述的基於動態背景分析和監控帶掃描的車輛監測方法，其特徵是空隙是否為車輛之間的空隙的判斷方法如下二值化後，有車的地方圖像RGB值為255 ；在起點和終點之間掃描，每次掃描一個矩形區域，這個矩形區域寬是沿著圖像的水平方向，高是沿著圖像的豎直方向；如果這個矩形區域內的點小於閥值，則認為是兩車之間的空隙；那麼接著掃描，直至這個空隙的終點，此時便可記錄這個空隙的起點和終點；空隙的終點可能是另一輛車，那麼從這輛車開始，根據上述方法，繼續掃描下一個空隙，直到終點。
全文摘要
本發明為基於動態背景分析和監控帶掃描的車輛監測方法，可以分析對單向車道拍攝的視頻文件，從而統計出通過的車輛數目，並附帶統計車輛顏色，車輛速度，通過的時間等信息，並將信息存入資料庫，以便隨時查閱。本發明對相鄰間的圖片進行處理，採用差分分析，然後二值化處理，實現了動態的背景處理，克服了背景變化的影響，方法更加有效。監測車輛時，選取了一條監控帶，可以反映出所有通過此監控帶的車輛信息，這樣處理更加簡便，方法更加高效，對車輛的統計採用掃描車輛之間的間隙，得到車輛數目。
文檔編號G08G1/065GK102280028SQ20111011881
公開日2011年12月14日 申請日期2011年5月9日 優先權日2011年5月9日
發明者伏星源, 李波 申請人:東南大學