基於視頻圖像分析的交通路口監控技術和系統的製作方法

2023-05-10 22:24:31 3

專利名稱：基於視頻圖像分析的交通路口監控技術和系統的製作方法
技術領域：
本發明涉及一種新的路口信號燈控制和路口交通監控的方法和系統，尤其涉及一 種基於視頻圖像分析進行各路段的車輛檢測，以及路口車流的分析及其信號燈控制的方法 和系統，屬於基於視頻識別技術的交通監控技術領域。
背景技術：
近年來，隨著汽車的普及，汽車的數量快速增加，交通擁擠和二氧化碳過量排放的 問題日趨嚴重。而保證車輛通行的順暢是緩解這些問題的有效方法之一。為此，路口信號 燈控制的智能化得到了廣泛地重視，作為信號燈控制的智能化核心之一的指定路段車輛有 無的檢測傳感技術被陸續開發使用起來，具有代表性的有地感線圈和無線地磁感應技術， 如申請號為200710303843.9的中國專利公開了一種「採用地感線圈檢測路口擁堵狀態的 簡易方法及採用這種方法的交通信號燈控制系統」、申請號為200710303841. X的中國專利 公開了一種「基於地感線圈的防擁堵交通信號燈控制系統"。這些技術需要將傳感器埋入 各車道路面以下，由於磨損和電源損耗，平均5到7年需要停路施工，維護費用較高，而且道 路變更時都要重新埋入地感線圈，更改不夠方便靈活、不直觀。因此現在迫切需要一種更有 效的車輛狀況傳感技術，以減少維護成本，提高使用的靈活性和可視性。

發明內容
本發明要解決的技術問題是提供一種交通路口監控技術和系統，實時地檢測路口 各方向的車輛情況，實現自動控制信號燈的切換，提高路口信號燈控制的智能化程度和保 證車輛的通行順暢。為了解決上述技術問題，本發明提供了一種基於視頻圖像分析的交通路口監控技 術和系統，包括網絡攝像機、網絡開關、計算機處理器、輸出控制接口、信號燈機和信息發布 終端設備，其特徵在於該系統首先由各路攝像機和客戶端分析軟體利用視頻圖像分析技 術實時檢測指定範圍內各方向的車輛和車流量，然後通過伺服器端的綜合分析計算出最佳 的信號燈控制參數，用於信號燈的自動切換，並能將異常情況的道路圖像發布給各目的地， 具體是通過以下技術予以實現(1)客戶端分析處理系統檢測指定範圍內各方向車輛的技術，包括以下過程① 通過用一個或複數個成像設備，對各交通路口的各通行方向的各條道路指定觀測區域進行 觀測，由計算機圖形界面指定攝像機觀測區域；②根據攝像機獲取的圖像，自動建立路面的 圖像模型並自動更新；③用當前輸入的視頻圖像與路面的圖像模型進行比較，抽取出不屬 於路面的前景像素及區域；④通過分析前景像素，計算出觀測區域內車輛的有無和多少；(2)客戶端分析處理系統檢測指定區域內車流量的技術，包括以下過程①通過 用一個或複數個成像設備，對各交通路口的各通行方向的各條道路指定觀測區域和方向進 行觀測，由計算機圖形界面指定觀測區域和車輛的運動方向；②建立路面的圖像模型並自 動更新；③用當前輸入的視頻圖像與路面的圖像模型進行比較，抽取出不屬於路面的前景
4像素及區域；④通過圖像的幀間移動分析各個前景像素的光流，抽取屬於指定方向的車輛 前景像素；⑤通過分析前景像素，計算出沿指定方向行駛車輛的有無和多少；(3)伺服器端綜合分析系統分析各交通路口車輛狀況的技術基於上述檢測指定 範圍內各方向車輛和車流量的技術，得到紅燈所對應的通行方向路段上當前的停泊車輛數 量和綠燈所對應的各通行方向路段上車輛通行密度，以此檢測分析交通路口的車輛總體狀 況；(4)伺服器車輛信息綜合分析系統對信號燈控制的技術基於上述檢測分析的交 通路口的車輛總體狀況，對信號燈進行控制，可分以下幾種情況①如果綠燈所對應的各 通行方向路段上車輛通行密度(GD)都為零，而且紅燈所對應的通行方向路段上當前的停 泊車輛數量(RS)不為零，則立即進行信號燈的切換；②如果綠燈所對應的各通行方向路 段上車輛通行密度(GD)都不為零，而且紅燈所對應的通行方向路段上當前的停泊車輛數 量(RS)都為零，保持當前的信號燈狀態不變；③如果紅燈所對應的通行方向路段上當前的 停泊車輛數量(RS)超過設定閾值TR，而且綠燈所對應的各通行方向路段上車輛通行密度 (GD)小於設定閾值(TG)，且綠燈時間超過設定閾值(GT)，則立即進行信號燈的切換；④其 他條件下，保持信號燈狀態不變。(5)交通路況信息發布的技術基於上述伺服器端綜合分析系統分析各交通路口 車輛狀況的技術或其他的方法得到當前交通路口的車輛總體狀況進行判斷，如果紅燈所對 應的通行方向路段上當前的停泊車輛數量(RS)超過設定閾值(TR)，而且紅燈時間超過設 定閾值(GT)，通過交通路口的通信設備，將當前的路況以圖片或視頻方式發送出去。本發明基於視頻圖像分析自動進行信號燈控制的系統，包含複數個或單個攝像機 組成的成像部分、客戶終端各方向車輛計算機分析處理部分、伺服器端各方向車輛信息綜 合分析及決策部分、輸出控制部分和交通路況信息發布部分。本發明基於視頻圖像分析進行路況信息發布的系統包含複數個或單個攝像機組 成的成像部分、客戶終端各方向車輛計算機分析處理部分、路況信息發布部分。本發明基於視頻圖像分析進行交通路口監控的系統包含複數個或單個攝像機組 成的成像部分、車牌或人臉識別或車輛反向識別或專行道違章識別方法的客戶終端各方向 車輛計算機分析處理部分、信息發布部分。本發明與現有技術相比，其優點是用於檢測路面的攝像機架設在路面上的空中， 不需要將傳感器埋入地下，避免了挖路施工，安裝和維護費用較低；道路更改時，不需重新 安裝設備，通過軟體即可方便靈活的更改；通過視頻圖像分析技術對路面進行檢測，觀察範 圍大，準確率更高。本發明適用於各種交叉路口的信號燈控制及異常狀態的路口圖像發布。


圖1是本發明的系統硬體構成圖；圖2是本發明的系統和分析流程示意圖。
具體實施例方式如圖1所示，本發明的基於視頻圖像分析的交通路口監控技術和系統，包括網絡 攝像機、網絡開關、計算機處理器、輸出控制接口、信號燈控制設備和信息發布終端設備，系統分析處理流程如圖2所示，首先由各路攝像機和客戶端分析處理軟體實時地檢測指定範 圍內各方向的車輛和車流量，然後通過伺服器端的綜合分析，根據當前的信號燈狀態控制 信號燈的切換，同時，根據預製的程序在發生異常時，通過信息發布通道將當前的路口交通 信息和視頻發布出去，具體是通過以下技術予以實現1、客戶端分析處理系統檢測指定範圍內各方向車輛的技術，包括以下過程①通 過用一個或複數個成像設備，對各交通路口的各通行方向的各條道路指定觀測區域進行觀 測，由計算機圖形界面指定攝像機觀測區域；②根據攝像機獲取的圖像，自動建立路面的圖 像模型並自動更新；③用當前輸入的視頻圖像與路面的圖像模型進行比較，抽取出不屬於 路面的前景像素及區域；④通過分析前景像素，計算出觀測區域內車輛的有無和多少。本發明的上述技術在參數設置時，由計算機圖形界面指定觀測區域和相關參數， 在運行時，分析軟體根據高斯混合模型(GMMs)形成的模型，高斯模型就是用高斯概率密度 函數(正態分布曲線)精確地量化事物，將一個事物分解為若干的基於高斯概率密度函數 (正態分布曲線)形成的模型。對圖像背景建立高斯模型的原理及過程圖像灰度直方圖反 映的是圖像中某個灰度值出現的頻次，也可以以為是圖像灰度概率密度的估計。如果圖像 所包含的目標區域和背景區域相比差異較大，且背景區域和目標區域在灰度上有一定的差 異，那麼該圖像的灰度直方圖呈現雙峰-谷形狀，其中一個峰對應於目標，另一個峰對應於 背景的中心灰度。對於複雜的圖像，一般是多峰的。通過將直方圖的多峰特性看作是多個高 斯分布的疊加，可以解決圖像的分割問題。在智能監控系統中，對於運動目標的檢測是中心 內容，而在運動目標檢測提取中，背景目標對於目標的識別和跟蹤至關重要，而建模正是背 景目標提取的一個重要環節，我們首先要提起背景和前景的概念，前景是指在假設背景為 靜止的情況下，任何有意義的運動物體即為前景。建模的基本思想是從當前幀中提取前景， 其目的是使背景更接近當前視頻幀的背景，即利用當前幀和視頻序列中的當前背景幀進行 加權平均來更新背景，但是由於光照突變以及其他外界環境的影響，一般的建模後的背景 並非十分乾淨清晰，而高斯混合模型則是建模最為成功的方法之一，自動建立指定範圍內 路面的圖像模型並自動更新。用當前輸入的視頻圖像與路面的圖像模型進行比較，抽取出 不屬於路面的像素(前景像素)及區域。譬如，對某一圖像位置(x，y)，當前輸入的彩色3 通道視頻圖像的信號為(II，12，13) (x，y)，同時當前路面的圖像模型的該位置的像素信息 為(Bl，B2, B3) (x，y)；由下式，可以技術出輸入圖像和路面的圖像模型在該位置的像素的 差值D(x, y) = Il-Bl | + | I2-B2| + | I3-B3根據預先參數設定的閾值T1，如果D (x，y) > T1，則輸入圖像的該像素就不屬於路 面的像素，是前景像素。否則輸入圖像的該像素就屬於路面的像素。然後，通過累計在指定 範圍內當前輸入圖像的前景像素，計算出車輛的有無和多少。例如根據統計在指定範圍內 的像素，可以預先得到指定範圍的面積SB，在指定範圍內當前輸入圖像的前景像素的和累 計為SI ；根據預先參數設定的閾值T2，由下式，可以計算出輸入圖像前景像素的佔空比P =SI/SB，如果P > T2，則輸入圖像在該區域有車輛；否則就沒有車輛。2、客戶端分析處理系統檢測指定區域內車流量的技術，包括以下過程①通過用 一個或複數個成像設備，對各交通路口的各通行方向的各條道路指定觀測區域和方向進行 觀測，由計算機圖形界面指定觀測區域和車輛的運動方向；②建立路面的圖像模型並自動
6更新；③用當前輸入的視頻圖像與路面的圖像模型進行比較，抽取出不屬於路面的前景像 素及區域；④通過圖像的幀間移動分析各個前景像素的光流，抽取屬於指定方向的車輛前 景像素；⑤通過分析前景像素，計算出沿指定方向行駛車輛的有無和多少；本發明中的上述技術在參數設置時，由計算機圖形界面指定觀測區域，車輛在圖 像上的運動方向Mb以及相關參數，在運行時，分析軟體根據高斯混合模型(GMMs)自動建立 指定範圍內路面的圖像模型並自動更新。用當前輸入的視頻圖像與路面的圖像模型進行比 較，抽取出不屬於路面的像素(前景像素)及區域。譬如，對某一圖像位置(x，y)，當前輸 入的灰色單通道視頻圖像的信號為I(x，y)，同時當前路面的圖像模型的該位置的像素信息 為B(x，y)；由下式，可以計算出輸入圖像和路面的圖像模型在該位置的像素的差值D(x，y) = |l_B根據預先參數設定的閾值T1，如果D(x，y) > T1，則該輸入圖像的像素就不屬於 路面的像素，是前景像素，否則該輸入圖像的像素就屬於路面的像素，通過光流法分析各個 前景像素的幀間移動方向M(x，y)，光流法在模式識別、計算機視覺以及其他圖像處理應用 中廣泛使用，它與運動檢測以及運動估計緊密相關。在一個圖像平面上，物體的運動往往是 通過圖像序列中不同點的灰度分布的變化體現的，空間中的運動場轉移到圖像上就表示為 光流場，光流場反映了圖像上每一點的灰度的變化趨勢。通過3x3像素領域搜索，將相連的 前景像素抽取出來組成前景塊G，並根據各前景像素的光流，計算出該前景塊G的移動方向 Mg。下式可以計算出輸入圖像的某前景塊G的運動方向和指定車輛的在圖像上的運動方向 Mb的差值Dg = | Mg-Mb根據預先參數設定的閾值T3，如果Dg > T3，則該前景塊G的像素就屬於指定方向 的車輛前景像素。否則就不屬於指定方向的車輛前景像素，然後通過累計在指定範圍內當 前輸入圖像屬於指定方向的車輛前景像素，計算出指定方向上行駛車輛的有無和多少。譬 如，根據統計在指定範圍內的像素，可以預先得到指定範圍的面積SB，累計在指定範圍內 當前輸入圖像屬於指定方向的車輛前景像素的和為SI ；根據預先參數設定的閾值T4，由下 式，可以技術出輸入圖像前景像素的佔空比P = SI/SB如果P > T4，則，輸入圖像在該區域有指定方向上行駛的車輛；否則就沒有車輛。3、伺服器端綜合分析系統分析各交通路口車輛狀況的技術基於上述檢測指定 範圍內各方向車輛和車流量的技術，得到紅燈所對應的通行方向路段上當前的停泊車輛數 量和綠燈所對應的各通行方向路段上車輛通行密度，以此檢測分析交通路口的車輛總體狀 況；4、伺服器車輛信息綜合分析系統對信號燈控制的技術基於第3條所述的方法得 到各交通路口的車輛總體狀況，對信號燈進行控制，可分以下幾種情況①如果綠燈所對應 的各通行方向路段上車輛通行密度(GD)都為零，而且紅燈所對應的通行方向路段上當前 的停泊車輛數量(RS)不為零，則立即進行信號燈的切換；②如果綠燈所對應的各通行方向 路段上車輛通行密度(GD)都不為零，而且紅燈所對應的通行方向路段上當前的停泊車輛 數量(RS)都為零，保持當前的信號燈狀態不變；③如果紅燈所對應的通行方向路段上當前 的停泊車輛數量(RS)超過設定閾值TR，而且綠燈所對應的各通行方向路段上車輛通行密度(GD)小於設定閾值(TG)，且綠燈時間超過設定閾值(GT)，則立即進行信號燈的切換；④ 其他條件下，保持信號燈狀態不變。5、交通路況信息發布的技術基於上述伺服器端綜合分析系統分析各交通路口車 輛狀況的技術或其他的方法得到當前交通路口的車輛總體狀況進行判斷，如果紅燈所對應 的通行方向路段上當前的停泊車輛數量(RS)超過設定閾值(TR)，而且紅燈時間超過設定 閾值(GT)，通過交通路口的通信設備，將當前的路況以圖片或視頻方式發送出去。本發明基於視頻圖像分析自動進行信號燈控制的系統，包含複數個或單個攝像機 組成的成像部分、客戶終端各方向車輛計算機分析處理部分、伺服器端各方向車輛信息綜 合分析及決策部分、輸出控制部分和交通路況信息發布部分，成像部分將圖像傳送到客戶 終端各方向車輛計算機分析處理部分，經過客戶終端分析處理的結果再傳送到伺服器端， 對各方向車輛信息綜合分析及決策，然後再通過輸出控制部分對信號燈進行控制，還要通 過交通路況信息發布部分對路況信息進行發布。基於視頻圖像分析進行路況信息發布的系 統包含複數個或單個攝像機組成的成像部分、客戶終端各方向車輛計算機分析處理部分、 路況信息發布部分。本發明基於視頻圖像分析進行路況信息發布的系統包含複數個或單個攝像機組 成的成像部分、客戶終端各方向車輛計算機分析處理部分、路況信息發布部分，成像部分將 圖像傳送到客戶終端分析處理後，由路況信息發布部分發布出去。本發明基於視頻圖像分析進行交通路口監控的系統包含複數個或單個攝像機組 成的成像部分、車牌或人臉識別或車輛反向識別或專行道違章識別方法的客戶終端各方向 車輛計算機分析處理部分、信息發布部分，成像部分將圖像傳送到客戶終端分析處理後，由 路況信息發布部分發布出去。
權利要求
1.基於視頻圖像分析的交通路口監控技術和系統，包括網絡攝像機、網絡開關、計算機 處理器、輸出控制接口、信號燈機和信息發布終端設備，其特徵在於該系統首先由各路攝 像機和客戶端分析軟體利用視頻圖像分析技術實時檢測指定範圍內各方向的車輛和車流 量，然後通過伺服器端的綜合分析計算出最佳的信號燈控制參數，用於信號燈的自動切換， 並能將異常情況的道路圖像發布給各目的地，具體是通過以下技術予以實現(1)客戶端分析處理系統檢測指定範圍內各方向車輛的技術，包括以下過程①通過 用一個或複數個成像設備，對各交通路口的各通行方向的各條道路指定觀測區域進行觀 測，由計算機圖形界面指定攝像機觀測區域；②根據攝像機獲取的圖像，自動建立路面的圖 像模型並自動更新；③用當前輸入的視頻圖像與路面的圖像模型進行比較，抽取出不屬於 路面的前景像素及區域；④通過分析前景像素，計算出觀測區域內車輛的有無和多少；(2)客戶端分析處理系統檢測指定區域內車流量的技術，包括以下過程①通過用一 個或複數個成像設備，對各交通路口的各通行方向的各條道路指定觀測區域和方向進行觀 測，由計算機圖形界面指定觀測區域和車輛的運動方向；②建立路面的圖像模型並自動更 新；③用當前輸入的視頻圖像與路面的圖像模型進行比較，抽取出不屬於路面的前景像素 及區域；④通過圖像的幀間移動分析各個前景像素的光流，抽取屬於指定方向的車輛前景 像素；⑤通過分析前景像素，計算出沿指定方向行駛車輛的有無和多少；(3)伺服器端綜合分析系統分析各交通路口車輛狀況的技術基於上述檢測指定範圍 內各方向車輛和車流量的技術，得到紅燈所對應的通行方向路段上當前的停泊車輛數量和 綠燈所對應的各通行方向路段上車輛通行密度，以此檢測分析交通路口的車輛總體狀況；(4)伺服器車輛信息綜合分析系統對信號燈控制的技術基於上述檢測分析的交通路 口的車輛總體狀況，對信號燈進行控制，可分以下幾種情況①如果綠燈所對應的各通行方 向路段上車輛通行密度(GD)都為零，而且紅燈所對應的通行方向路段上當前的停泊車輛 數量(RS)不為零，則立即進行信號燈的切換；②如果綠燈所對應的各通行方向路段上車輛 通行密度(GD)都不為零，而且紅燈所對應的通行方向路段上當前的停泊車輛數量(RS)都 為零，保持當前的信號燈狀態不變；③如果紅燈所對應的通行方向路段上當前的停泊車輛 數量(RS)超過設定閾值TR，而且綠燈所對應的各通行方向路段上車輛通行密度(⑶)小於 設定閾值(TG)，且綠燈時間超過設定閾值(GT)，則立即進行信號燈的切換；④其他條件下， 保持信號燈狀態不變。(5)交通路況信息發布的技術基於上述伺服器端綜合分析系統分析各交通路口車輛 狀況的技術或其他的方法得到當前交通路口的車輛總體狀況進行判斷，如果紅燈所對應的 通行方向路段上當前的停泊車輛數量(RS)超過設定閾值(TR)，而且紅燈時間超過設定閾 值(GT)，通過交通路口的通信設備，將當前的路況以圖片或視頻方式發送出去。
2.根據權利要求1所述的基於視頻圖像分析的交通路口監控技術和系統，其特徵還在 於基於視頻圖像分析自動進行信號燈控制的系統，包含複數個或單個攝像機組成的成像 部分、客戶終端各方向車輛計算機分析處理部分、伺服器端各方向車輛信息綜合分析及決 策部分、輸出控制部分和交通路況信息發布部分，成像部分將圖像傳送到客戶終端各方向 車輛計算機分析處理部分，經過客戶終端分析處理的結果再傳送到伺服器端，對各方向車 輛信息綜合分析及決策，然後再通過輸出控制部分對信號燈進行控制，還要通過交通路況 信息發布部分對路況信息進行發布。
3.根據權利要求1所述的基於視頻圖像分析的交通路口監控技術和系統，其特徵還 在於基於視頻圖像分析進行路況信息發布的系統包含複數個或單個攝像機組成的成像部 分、客戶終端各方向車輛計算機分析處理部分、路況信息發布部分，成像部分將圖像傳送到 客戶終端分析處理後，由路況信息發布部分發布出去。
4.根據權利要求1所述的基於視頻圖像分析的交通路口監控技術和系統，其特徵還 在於基於視頻圖像分析進行交通路口監控的系統包含複數個或單個攝像機組成的成像部 分、車牌或人臉識別或車輛反向識別或專行道違章識別方法的客戶終端各方向車輛計算機 分析處理部分、信息發布部分。
全文摘要
本發明公開了一種基於視頻圖像分析的交通路口監控技術和系統，包括網絡攝像機、網絡開關、計算機處理器、輸出控制接口、信號燈機和信息發布終端設備，該系統首先由各路攝像機和客戶端分析軟體利用視頻圖像分析技術實時檢測指定範圍內各方向的車輛和車流量，然後通過伺服器端的綜合分析計算出最佳的信號燈控制參數，用於信號燈的自動切換，並能將異常情況的道路圖像發布給各目的地。其優點是用於檢測路面的攝像機架設在路面上的空中，安裝和維護費用較低；道路更改時，不需重新安裝設備，通過軟體即可方便靈活的更改；通過視頻圖像分析技術對路面進行檢測，觀察範圍大，準確率高。本發明適用於交叉路口的信號燈控制及異常狀態的路口圖像發布。
文檔編號H04N7/18GK102005120SQ201010553169
公開日2011年4月6日 申請日期2010年11月22日 優先權日2010年11月22日
發明者顧海松, 顧紅松 申請人:顧海松, 顧紅松