基於視頻觸發和測速的車輛智能監測記錄系統的製作方法
2023-06-06 17:56:16 3
專利名稱：基於視頻觸發和測速的車輛智能監測記錄系統的製作方法
技術領域：
本實用新型屬於智能交通監控和模式識別領域，尤其涉及一種基於視頻觸發和測速的車輛智能監測記錄系統。
背景技術：
目前，為車牌識別提供觸發信號和進行車速檢測的傳統手段是在路面下埋設感應線圈，整個系統如圖1所示，包括全景攝像機11、特寫攝像機12、恆定照明燈13、補光燈14、感應線圈15、線圈監測器16以及工控機17。當車輛到達時，線圈檢測器給出車輛到達觸發信號，同時開始測量車輛行駛速度，工業控制機接收到線圈發送的觸發信號後，當光線不足時啟動閃光燈補光，同時特寫攝像機抓拍一幅車輛近景特寫圖像，並傳送到工業控制機中，通過圖像採集卡進行模數轉換後，對數位化的圖像進行車牌定位、字符分割、特徵提取與字符、顏色識別，得到整個車牌的信息，同時全景攝像機抓拍一幅包括車輛全貌的全景圖像保存下來，並且全景攝像機可以提供標準的視頻監控圖像，當車輛離開線圈區域後，線圈測速完畢並將測速結果輸入到工業控制機中，連同牌照號、車輛特寫圖像和車輛全景圖像一起保存到本地資料庫或者網絡資料庫中。在實際應用中，這種方法施工維護費用高，對路面的破壞性大。而且由於感應線圈埋設的地點與用於車牌識別的設備有一定距離，造成整個系統的走線也比較複雜，不利於防幹擾和防雷，同時，採用兩個橫杆也大大加強了施工和維護工作的難度。
因此，不採用單獨的車輛檢測設備，只利用已經架設的特寫攝像機的視頻圖像為車牌識別提供觸發信號和進行車速檢測是用戶的巨大需求。近年來市場上推出了一些利用視頻觸發代替線圈觸發的卡口系統，但是這些系統不能完全適應光線的複雜變化且只有視頻觸發功能，不能實現視頻測速，因而系統無法在全天候條件下滿足用戶對於車輛捕獲率和牌照檢測率的要求。
發明內容
本實用新型是為了克服現有為車牌識別提供觸發信號和進行車速檢測技術的缺點，而提供的一種基於視頻觸發和測速的車輛智能監測記錄系統，該系統利用系統中特寫攝像機攝製的圖像來代替原來車輛檢測器進行車輛到達觸發和車輛速度檢測的功能，並且針對惡劣的光照條件和夜晚車大燈等場景，通過自適應成像和補光控制保證系統的穩定性，滿足用戶的需求。
為了實現上述的發明目的，本實用新型採用如下的技術方案一種基於視頻觸發和測速的車輛智能監測記錄系統，其特點是，包括全景攝像機、多個特寫攝像機、與特寫攝像機數量相同的補光光源、監控機；所述的全景攝像機、多個特寫攝像機、多個補光光源分別間隔固設在高架的橫杆上，以及還包括設在每一車道特定路段的虛擬線圈；其中全景攝像機的視場對準同一方向全部車道，用於監測同一方向全部車道的車輛情況；每個特寫攝像機的視場對準每一車道特定路段的虛擬線圈；所述的補光光源跟隨特寫攝像機一對一設置；所述的全景攝像機、多個特寫攝像機的輸出端通過視頻接口與監控機的輸入端顯示控制模塊電連接，由監控機的顯示屏顯示；所述的監控機用於將全景攝像機攝製的現場監測進入車道的車輛情況通過監控機的顯示屏顯示，同時將特寫攝像機輸出的圖像進行處理識別，儲存在資料庫。
上述基於視頻觸發和測速的車輛智能監測記錄系統，其中，所述的補光光源是脈衝式LED補光光源。
上述基於視頻觸發和測速的車輛智能監測記錄系統，其中，所述的全景攝像機和特寫攝像機各包括一攝像頭和一攝像控制單元。
上述基於視頻觸發和測速的車輛智能監測記錄系統，其中，所述的特寫攝像機的攝像控制單元包括一成像傳感器、一驅動電路以及一成像和補光控制模塊；成像傳感器的輸入端與成像和補光控制模塊的輸出端連接，成像傳感器的輸出端與數位訊號處理單元的輸入端連接；成像和補光控制模塊的輸入端分別與驅動電路和數位訊號處理單元的輸出端連接，成像和補光控制模塊的輸出端與成像傳感器的輸入端連接，並通過串行接口與補光光源連接。
上述基於視頻觸發和測速的車輛智能監測記錄系統，其中，所述的特寫攝像機的攝像控制單元中的成像和補光控制模塊主要由一單片機構成。
上述基於視頻觸發和測速的車輛智能監測記錄系統，其中，所述的監控機主要由數位訊號處理單元或由工控機構成，其通過視頻接口與各全景攝像機和特寫攝像機連接。
本實用新型由於採用了以上的技術方案，與現有技術相比，具有以下的顯著效果1、採用由全景攝像機、特寫攝像機、脈衝式LED補光光源和數位訊號處理單元組成系統，不需採用其他車輛檢測設備，只採用特寫攝像機的視頻圖像，利用視頻處理和模式識別技術完成車輛到達觸發、車輛速度檢測、抓拍滿足牌照識別要求質量的車輛圖像和自動識別車輛牌照號和牌照顏色；2、利用特寫攝像頭視頻圖像，對其中連續幾場的車輛特徵進行提取和跟蹤，通過道路平面與特寫視頻圖像對應幾何關係的計算，實現車輛行駛速度的準確測量；3、採用脈衝式LED燈補光，發光脈衝與攝像頭電子快門開啟時間嚴格一致，極大提高了光的有效利用率，使得在卡口應用中光源的功率很小(2W左右)，降低了光源對司機的影響，同時避免了常規補光(包括LED補光)光源開啟/關閉過渡期間的控制問題，實現了完全平滑過渡，保證了黎明和黃昏期間的成像效果。
4、數位訊號處理單元對於特寫圖像的質量採用閉環控制，使得特寫圖像一直保持在最適合於牌照的定位和識別，特別在夜間，即使在遠光車大燈開啟的情況下，都可以保證車體特徵的清晰可辨，而不象現有的監控攝像頭夜間受車大燈影響非常嚴重；5、採用閃光燈補光，在判斷車輛觸發的時刻，數位訊號處理單元給閃光燈發送閃光命令，使拍攝的車輛圖片更加清晰。
本實用新型的具體特徵性能由以下的實施例及其附圖進一步描述。
圖1為傳統的基於線圈觸發和測速卡口稽查系統。
圖2為本實用新型基於視頻觸發和測速的治安卡口智能稽查系統。
圖3為本實用新型中攝像機控制和補光控制電路原理圖。
圖4為圖3中成像和補光控制模塊電路圖。
圖5為本實用新型成像和補光控制原理流程圖。
圖6為本實用新型視頻觸發和測速方法流程圖。
圖7為用於本實用新型視頻觸發、測速的車輛經過虛擬線圈時各幀圖像採集的示意圖。
具體實施方式
請參閱圖2。本實用新型一種基於視頻觸發和測速的車輛智能監測記錄系統，包括全景攝像機21、多個特寫攝像機22、恆定照明器23與特寫攝像機數量相同的補光光源24、監控機；所述的全景攝像機、多個特寫攝像機、恆定照明器、多個補光光源分別間隔固設在高架的橫杆25上，以及還包括設在每一車道特定路段的虛擬線圈26以及與各攝像機通過視頻接口連接的監控機27；其中全景攝像機的視場對準同一方向全部車道，用於監測同一方向全部車道的車輛情況；每個特寫攝像機的視場對準每一車道特定路段的虛擬線圈，本實用新型所述的虛擬線圈實際是特寫攝像機的視場所對應的每一車道特定的區域；補光光源由LED構成，跟隨特寫攝像機一對一設置。全景攝像機、多個特寫攝像機的輸出端通過視頻接口與監控機的輸入端顯示控制模塊電連接，由監控機的顯示屏顯示。監控機由數位訊號處理單元或工控機構成，用於將全景攝像機攝製的現場監測進入車道的車輛情況通過監控機的顯示屏顯示，同時將特寫攝像機輸出的圖像進行處理識別，儲存在資料庫。本實施例的監控機27由數位訊號處理單元構成。
本實用新型所述的全景攝像機和特寫攝像機各包括一設在防護罩內適當位置的攝像頭31和一攝像控制單元32。夜間和光線不足時採用脈衝式LED燈補光，脈衝式LED燈的開啟時間與攝像頭快門同步，從而減少了平均亮度，降低了對司機的影響，同時利用了定向反射原理，提高了牌照定位和識別的準確率。
實際應用中本實用新型只需一個高架的橫杆用於架設攝像頭，不需採用其他車輛檢測設備。只採用特寫攝像機的視頻圖像，利用視頻處理和模式識別技術完成車輛到達觸發、車輛速度檢測、抓拍滿足牌照識別要求質量的車輛圖像和自動識別車輛牌照號和牌照顏色，因此系統的結構十分簡潔。
請參閱圖3。本實用新型基於視頻觸發和測速的車輛智能監測記錄系統中的特寫攝像機的攝像控制單元32包括一成像傳感器321、一驅動電路322以及一成像和補光控制模塊323；數位訊號處理單元27通過RS232/RS485/電流環等串行口協議方式連接到特寫攝像機中的成像和補光控制模塊；成像傳感器的輸入端與成像和補光控制模塊的輸出端連接，成像傳感器的輸出端與數位訊號處理單元的輸入端連接；成像和補光控制模塊的輸人端分別與驅動電路和數位訊號處理單元的輸出端連接，成像和補光控制模塊的輸出端與成像傳感器的輸入端連接，並通過串行接口與補光光源24連接。
數位訊號處理單元27在獲取特寫攝像機的模擬視頻信號後，通過模數轉換接口將其轉換為數位訊號，自適應地尋找動態變化的圖像興趣區域，通過自適應算法生成相應的成像和補光控制命令，發送給特寫攝像機中的成像和補光控制模塊，由其控制相應的成像傳感器(CCD晶片)的曝光時間長度和圖像補光效果，這樣就構成一個對於特寫圖像質量的閉環控制，使得特寫圖像一直保持在最適合於牌照的定位和識別，特別在夜間，即使在遠光車大燈開啟的情況下，都可以保證車體特徵的清晰可辨。
請參閱圖4，本實用新型基於視頻觸發和測速的車輛智能監測記錄系統中的特寫攝像機的攝像控制單元中的成像和補光控制模塊322主要由一單片機構成。由單片機完成主控制功能，完成整個模塊的控制和對成像傳感器(CCD晶片)成像效果的控制，並且完成對外部補光設備工作狀態的控制。圖中U1，U2，U3，U4是隔離光耦，用來進行信號隔離保護內部電路，所有通訊和控制打光信號都通過光耦隔離後轉為電流環信號輸出。
驅動電路(以下也稱CCD控制電路)工作原理和流程為，主控單片機截取CCD控制電路的控制CCD成像效果的時鐘信號(Xin，X1，X2，X3和CLK)，通過RXD腳獲取從控制單元發來的控制電子快門的RS232串行信號命令，主控單片機由此控制命令，按照設定的成像控制的算法，生成一個控制CCD成像效果的時鐘信號Xout，由(Xout，X1，X2，X3和CLK)5個腳輸出給CCD成像晶片，達到由數位訊號處理單元通過串口命令控制攝像設備電子快門曝光時間的效果，控制流程完成後由TXD腳將控制信號和控制狀態以串口數據的反饋給數位訊號處理單元，以確認控制狀態。
例如，數位訊號處理單元由自適應算法，發給主控單片機一個圖像變暗命令，這樣主控單片機就將Xout信號延時一個時間段後輸出，使得CCD圖像曝光時間變短，成像效果變暗。數位訊號處理單元由自適應算法，發給主控單片機一個圖像變亮命令，這樣主控單片機就將Xout信號提前一個時間段輸出，使得CCD圖像曝光時間變長，成像效果變亮。
同時由主控單片機接收控制單元發來的控制打光效果的命令，通過控制電子快門開啟和打光時刻的時間相位關係來控制補光模塊的補光效果，由單片機管腳Flash1、Flash2控制外部的補光設備的工作狀態。這樣就構成一個對於特寫圖像質量的閉環控制，使得特寫圖像無論在白天和黑夜都能一直保持在最適合於牌照的定位和識別，從而使系統能夠在各種光線條件下達到很高的牌照識別率。
請參閱圖5，這是本實用新型識別流程如成像和補光控制原理流程圖。模擬的視頻圖像輸入到數位訊號處理單元後，經過模數轉換，進行圖像預處理後變為符合要求的數字圖像，根據要興趣區域的圖像特徵，例如顏色特徵、灰度特徵和紋理特徵等，在整幅圖像中自動尋找興趣區域的位置(例如車燈或者車牌的位置)，在確定的興趣區域內，分析區域內圖像的亮度和紋理等圖像特徵是否滿足圖像識別算法的處理要求，如果滿足，則不需調節成像參數和補光效果，直接轉入下一場視頻圖像再執行如上所述過程；否則，進行成像效果的控制，首先判斷是否控制攝像機成像的參數已經調節到了最大值(例如快門已經調到最大)，如果沒有，則調節成像參數，轉入下一場視頻圖像再執行如上所述過程；否則說明依靠攝像機本身的功能參數不可能使圖像滿足要求，則啟動補光設備，確定補光設備的光照亮度，同時根據補光強度調節攝像機的成像參數，以達到最好的成像效果。
請參閱圖6，這是本實用新型監測方法的工作流程圖。
在攝像機視場範圍內，通過軟體劃出一個矩形區域作為虛擬線圈(如圖2中的虛擬線圈所示)。當車輛進入虛擬線圈時，系統能夠根據當前車輛圖像與道路背景圖像信息，檢測到該區域內圖像灰度、顏色和邊緣紋理的變化從而產生車輛到達的觸發信號，同時數位訊號處理單元根據周圍環境採取合適的補光策略控制LED亮度進行補光，特寫攝像機抓拍車輛特寫圖像，通過車牌定位、字符分割、字符識別和顏色識別得到完整的車輛牌照信息，特寫攝像機以每秒50場的速度不間斷地採集視頻圖像，當數位訊號處理單元確定虛擬線圈中車輛已經觸發時，其對採集到的每場虛擬線圈區域中的視頻圖像進行分析處理，根據觸發時檢測到的車輛圖像的特徵，參考車輛行駛的方向，在觸發時刻之後的每場圖像的虛擬線圈圖像範圍內尋找同樣的車輛特徵，從而得到車輛在車輛觸發後的相鄰機場圖像中的位置，直到車輛行駛出虛擬線圈區域內為止，數位訊號處理單元利用幾次觸發位置之間的幾何距離和時間來計算拍攝瞬間該車輛的速度，該速度即可作為車輛通過該檢測斷面的瞬時速度，連同牌照信息一起被保存到資料庫並在管理軟體界面上直觀的顯示出來。
圖7為用於本實用新型視頻觸發、測速的車輛經過虛擬線圈時各幀圖像採集的示意圖。圖中a、b、c、d各代表跟蹤確定的車輛經過虛擬線圈時的連續的幾場圖像中的位置，箭頭線方向代表車輛行駛的方向(由虛擬線圈頭部駛到尾部)，圖中a、b、c、d所示的車輛在虛擬線圈圖像序列中一共存在了四場，其中a為車輛觸發場圖、b為車輛觸發場後的第一場圖像、c為車輛觸發場後的第二場圖像和d為車輛離開場(即車輛觸發場後的第三場)，利用幾次觸發位置(圖中虛線所示)之間的幾何距離和時間序列來計算這個瞬間該車輛的速度(根據距離和時間，按照公式就可以計算出速度，此為現有技術，不再贅述)。這個速度即可作為車輛通過該檢測斷面的瞬時速度。
數位訊號處理單元利用特寫攝像機抓拍的牌照特寫圖像，自動識別出車輛牌照信息，並在管理軟體界面上直觀的顯示出來。能夠識別02式個性化牌照(GA36.1-2001)、現用92式牌照(GA36-92)的民用車牌照以及軍車、警車、武警、港澳等特殊牌照的漢字、字母、數字、顏色等信息。
過檢測點車輛的各種信息(時間、地點、牌照、速度、車型、圖片、報警信息等)都會保存到資料庫(圖片以文件方式存放，資料庫中保存其文件名)中，並可通過通行記錄界面直觀的看到車輛的遠景和近景圖片。同時，系統提供靈活、方便的手段讓用戶搜索、瀏覽車輛信息歷史數據。本系統可以獨立運行，實現以上各種功能，也能夠聯網運行，實現信息共享和遠程維護。
本實用新型主要應用在高速公路、國道、城市的進出口道路、城市道路和交叉口等場所，尤其適用於不宜破壞路面施工的環境。對監控路面過往的每一輛機動車的前部物徵特徵圖像和車輛全景圖像進行24小時連續全天候實時監視，並且根據所拍攝的圖像進行車牌識別，自動識別車牌號碼和車牌顏色，自動記錄相應車輛類型、車身顏色、車牌號碼、行駛方向、行駛速度、路經時間等各種參數。用以實現隨時掌握城市各出入口的車輛流量及狀態、進行車輛動態布控、對超速、逆行等違章車輛以及被盜搶、肇事逃逸、作案嫌疑車輛實時報警，而且還可以監測出被盜車輛或罪犯所乘車輛進出城市時間以及行經路線狀況。
權利要求1.一種基於視頻觸發和測速的車輛智能監測記錄系統，其特徵在於，包括全景攝像機、多個特寫攝像機、與特寫攝像機數量相同的補光光源、監控機；所述的全景攝像機、多個特寫攝像機、多個補光光源分別間隔固設在高架的橫杆上，以及還包括設在每一車道特定路段的虛擬線圈；其中全景攝像機的視場對準同一方向全部車道，用於監測同一方向全部車道的車輛情況；每個特寫攝像機的視場對準每一車道特定路段的虛擬線圈；所述的補光光源跟隨特寫攝像機一對一設置；所述的全景攝像機、多個特寫攝像機的輸出端通過視頻接口與監控機的輸入端顯示控制模塊電連接，由監控機的顯示屏顯示；所述的監控機用於將全景攝像機攝製的現場監測進入車道的車輛情況通過監控機的顯示屏顯示，同時將特寫攝像機輸出的圖像進行處理識別，儲存在資料庫。
2.根據權利要求1所述的基於視頻觸發和測速的車輛智能監測記錄系統，其特徵在於，所述的補光光源是脈衝式LED補光光源。
3.根據權利要求1所述的基於視頻觸發和測速的車輛智能監測記錄系統，其特徵在於，所述的全景攝像機和特寫攝像機各包括一攝像頭和一攝像控制單元。
4.根據權利要求3所述的基於視頻觸發和測速的車輛智能監測記錄系統，其特徵在於，所述的特寫攝像機的攝像控制單元包括一成像傳感器、一驅動電路以及一成像和補光控制模塊；成像傳感器的輸入端與成像和補光控制模塊的輸出端連接，成像傳感器的輸出端與數位訊號處理單元的輸入端連接；成像和補光控制模塊的輸人端分別與驅動電路和數位訊號處理單元的輸出端連接，成像和補光控制模塊的輸出端與成像傳感器的輸入端連接，並通過串行接口與補光光源連接。
5.根據權利要求4所述的基於視頻觸發和測速的車輛智能監測記錄系統，其特徵在於，所述的特寫攝像機的攝像控制單元中的成像和補光控制模塊主要由一單片機構成。
6.根據權利要求1所述的基於視頻觸發和測速的車輛智能監測記錄系統，其特徵在於，所述的監控機主要由數位訊號處理單元或由工控機構成，其通過視頻接口與各全景攝像機和特寫攝像機連接。
專利摘要本實用新型公開了一種基於視頻觸發和測速的車輛智能監測記錄系統，其特點是，系統包括全景攝像機、特寫攝像機、補光光源、監控機；全景攝像機、特寫攝像機、補光光源分別間隔固設在高架的橫杆上，其中全景攝像機的視場對準同一方向全部車道；全景攝像機、多個特寫攝像機與監控機連接，監控機用於將車輛情況顯示，同時將特寫攝像機輸出的圖像進行處理識別，儲存在資料庫。利用視頻處理和模式識別技術完成車輛到達觸發、抓拍滿足牌照識別要求質量的車輛圖像、自動識別車輛牌照號和牌照顏色等功能。同時利用特寫攝像頭視頻圖像，對其中連續幾場的車輛特徵進行提取和跟蹤，根據與特寫視頻圖像對應幾何關係的計算，實現車輛行駛速度的準確測量。
文檔編號G08G1/01GK2718699SQ20042003776
公開日2005年8月17日 申請日期2004年7月21日 優先權日2004年7月21日
發明者李月成, 宋煥生, 田維林 申請人:上海高德威智能交通系統有限公司