基于視頻的隧道交通事件檢測系統(tǒng)研究

趙偉一

摘要：關(guān)于隧道視頻的隧道交通事件檢測系統(tǒng)的進一步研究，提出高斯模型的車輛檢測方法，并通過實際實驗論證是可行的。

關(guān)鍵詞：高速公路；隧道；交通事件；檢測系統(tǒng)

中圖分類號：TP216 文獻標(biāo)識碼：A 文章編號：1009-3044（2014）26-6194-03

Abstract： Further study of tunnel traffic incident on the tunnel video detection system， The Gauss model of vehicle detection method， And through the actual experiment is feasible.

Key words： expressway；tunnel；traffic incident；detection system

高速公路隧道因其節(jié)約土地、改善路網(wǎng)等優(yōu)點已成為高速公路建設(shè)的重要部分。但由于高速公路隧道具有空間比較狹窄、結(jié)構(gòu)相對封閉等缺陷，如果發(fā)生交通事件，十分容易造成交通擁堵。 傳統(tǒng)的隧道安全監(jiān)控通過人工巡邏以及閉路電視監(jiān)控系統(tǒng)，往往耗費人力且監(jiān)控時效性不強。基于視頻的高速公路隧道交通事件檢測系統(tǒng)實現(xiàn)了對車流量、違法變道等交通事件的實時檢測，可以為高速公路隧道運行管理提供有力的保障。

1 隧道交通車輛檢測算法設(shè)計

車輛檢測是基于視頻的隧道交通事件檢測系統(tǒng)的重要部分，是判斷車輛運動狀態(tài)、檢測交通事件的基礎(chǔ)。車輛檢測是首先通過從視頻圖像中提取運動車輛的背景，進而判斷運動車輛的位置、大小等，為判斷交通事件提供數(shù)據(jù)支持。由于高速公路隧道中攝像機的位置一般是固定不變的，所以運動車輛是基于靜態(tài)背景提出的混合高斯模型檢測算法，然后通過形態(tài)學(xué)濾波處理二值化圖片，經(jīng)試驗證明能夠較為有效的檢測運動車輛。

1.1 基于高斯模型的車輛檢測方法

建模的過程是在當(dāng)前錄像圖像中提取除了靜止不動的背景外的一切運動物體，也就是前景，圖像的背景與原圖像保持一致。算法為對兩個圖像背景的幀進行加權(quán)從而更新當(dāng)前背景。高斯混合建模具體流程如下：

1） 對3到5個高斯模型進行初始化，并計算高斯模型中的參數(shù)（主要是單個模型的權(quán)重、單個模型的平均值、單個模型標(biāo)準(zhǔn)差以及K個模型的平均值u ）。

2） 處理所有圖像幀中的各個像素，如該像素與模型匹配，那么就納入該模型中并更新；反之對該像素建立高斯模型并進行參數(shù)初始化，將原有最不可能的模型進行替換。

3） 可能性最大的模型就作為背景模型進行處理。

1.2 車輛檢測實驗結(jié)果

在車輛通過檢測線后，檢測線對應(yīng)圖像灰度將變化，計算當(dāng)前幀的灰度與背景幀的灰度之差，統(tǒng)計檢測線上面運動像素的數(shù)量，可以獲得車輛是否通過的結(jié)果。為驗證算法，選取了10段G3京臺高速銅湯段紫桐隧道視頻序列進行分析。實際車輛共計213輛，對算法進行的測試結(jié)果，漏檢了18輛，誤報了10輛，檢測率達到了96.24%。

2 基于塊匹配算法的事件檢測

首先將檢測車輛所在區(qū)域化成塊，再搜索匹配區(qū)域，從而獲得車輛實際的運行軌跡。由于高速公路隧道中正常車輛運動軌跡多數(shù)是按照道路方向行駛，當(dāng)異常車輛運動軌跡偏離行駛路線或停止運動時，即可判斷車輛發(fā)生了違章變道、路邊停車等交通事件。經(jīng)實驗證明該算法可以有效的檢測高速公路隧道中發(fā)生的交通事件。

2.1 塊匹配運動估計搜索路徑

菱形搜索算法被認為是目前最快最優(yōu)的塊匹配算法之一，考慮到在高速公路隧道內(nèi)車輛運動軌跡一般都是按照道路方向前進，因此采用菱形算法對交通事件檢測進行判斷。

菱形算法基本思想是搜索模板分為大模板和小模版兩種，大模板中定義的檢測點有9個，小模板中定義的檢測點有5個。在進行搜索的過程中首先用大模板，當(dāng)大模塊的中心點是最小SAD值時，再使用小模版進行搜索，找到的最小SAD值就是最優(yōu)匹配點。菱形匹配算法根據(jù)視頻圖像中運動矢量的特點，使用一大一小兩個搜索模板對視頻中運動物體做粗定位和精確定位。粗定位是為了快速確定在搜索匹配的范圍，而精確定位可以較為準(zhǔn)確的確定合適的點。因此在搜索的過程中粗定位和精確定位關(guān)聯(lián)性很強，提高了搜索的效率

3 視頻交通檢測系統(tǒng)硬件實現(xiàn)

由于視頻交通檢測系統(tǒng)硬件需對大量的視頻圖像快速分析處理，主控芯片采用TMS320DM642這款處理器，用于視頻客戶端編解碼應(yīng)用。由于DM642集成的RAM空間較小，需連接SDRAM以擴大容量內(nèi)存，兩塊MT48LCM32B2并聯(lián)大小為256M，能夠提供充足運行空間。因為TMS320DM642的ROM空間有限不能夠?qū)Υ蟪绦蜻M行保存，系統(tǒng)需要連接FLASH芯片AM29LV320來保存數(shù)據(jù)。攝像頭拍攝的模擬視頻通過輸入接口連接TVP5150芯片，能夠把N制式或者P制式的視頻數(shù)據(jù)流處理成ITU-R格式，通過DM642連接網(wǎng)口至輸出設(shè)備。

4 結(jié)論與展望

基于視頻的交通事件檢測系統(tǒng)是一種多學(xué)科集成的綜合系統(tǒng)，本設(shè)計主要用于車流量的檢測和交通事件分析。在這個基礎(chǔ)上，通過進一步對算法的更新即可對車速、車型、車牌進行識別。硬件方面使用ARM+DSP架構(gòu)，將分別處理算法和模塊控制，大大方便了模塊化的開發(fā)。采用簡單實用的塊匹配算法，提升了系統(tǒng)的運行效率?；谝曨l的交通事件檢測技術(shù)已然智能交通研究中的重點內(nèi)容，隨著圖像處理芯片的發(fā)展，交通檢測技術(shù)將會得到更為廣泛的應(yīng)用。視頻圖像觀測直觀明了，圖像處理算法較為豐富，決定了基于該技術(shù)將成為ITS今后的發(fā)展方向。

參考文獻：

[1] 吳軍偉.談?wù)劯咚偎淼赖膭?chuàng)業(yè)創(chuàng)新管理[J].臺州高速公路網(wǎng)，2008（5）.

[2] 盛剛.我國高速公路隧道機電系統(tǒng)現(xiàn)狀和急需解決的問題[J].中國交通信息產(chǎn)業(yè)，2008.