基于計(jì)算機(jī)視覺的實(shí)時(shí)車輛運(yùn)動(dòng)速度檢測(cè)算法研究

譚呈祥

摘 要： 在對(duì)比了傳統(tǒng)運(yùn)動(dòng)車輛實(shí)時(shí)檢測(cè)方法的基礎(chǔ)上，提出了一種新的G?C二重差分法，將視頻流中的某一當(dāng)前幀與背景幀進(jìn)行邊緣檢測(cè)，將兩幀的結(jié)果相減，得到梯度差分，再將此結(jié)果與背景顏色差分結(jié)果進(jìn)行“或”運(yùn)算，提高了車輛存在判斷的準(zhǔn)確度，此算法可以準(zhǔn)確檢測(cè)出路面運(yùn)動(dòng)車輛存在同時(shí)有效消除車輛陰影的影響，為后續(xù)車輛運(yùn)動(dòng)速度的實(shí)時(shí)檢測(cè)提供了有力保證?；谶\(yùn)動(dòng)車輛檢測(cè)的結(jié)果，在VC環(huán)境下進(jìn)行了編程實(shí)現(xiàn)，自動(dòng)檢測(cè)出運(yùn)動(dòng)車輛的實(shí)時(shí)速度，測(cè)試結(jié)果表明該算法效果很好。

關(guān)鍵詞： 計(jì)算機(jī)視覺； 車輛檢測(cè)； 速度檢測(cè)； 消除車輛陰影

中圖分類號(hào)： TN911.73?34 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼： A 文章編號(hào)： 1004?373X（2016）09?0164?03

Abstract： On the basis of the comparison of the traditional moving vehicle real?time detection methods， a new G?C double difference method is proposed. The edge detection of a certain current frame and background frame in video stream is conducted， and then the results are subtracted from the two frames to get the gradient difference. After that the ″or″ operation for the difference result and background color difference result is performed to greatly improve the accuracy of the vehicle judgment. This algorithm can accurately detect the existing moving vehicle on the road and effectively eliminate the effect of vehicle shadow， which provides a strong guarantee for the real?time detection of the following vehicle moving velocity. Based on the results of moving vehicle detection， the programming realization was conducted in VC environment to automatically detect the real?time speed of the moving vehicle. The test results show that the effect of the algorithm is perfect.

Keywords： computer vision； vehicle detection； speed detection； vehicle shadow elimination

0 引 言

計(jì)算機(jī)視覺（Computer Vision）主要研究如何運(yùn)用照相機(jī)和計(jì)算機(jī)獲取被拍攝對(duì)象的數(shù)據(jù)與信息，形象的說，就是給計(jì)算機(jī)安裝上“眼睛”（照相機(jī)）和“大腦”（算法）。目前，計(jì)算機(jī)視覺技術(shù)的應(yīng)用領(lǐng)域十分廣泛，其在道路交通管理中的應(yīng)用更是取得了很好的效果。隨著科學(xué)技術(shù)的飛速發(fā)展，現(xiàn)代交通在經(jīng)濟(jì)發(fā)展中所起的作用越來越大，而交通現(xiàn)代化帶來的問題也越來越多，諸如交通擁擠、交通事故頻發(fā)、交通環(huán)境惡化等。在這樣的大背景下，智能交通系統(tǒng)（Intelligent Traffic System，ITS）作為一種強(qiáng)有力的交通管理手段應(yīng)運(yùn)而生，其高效率的管理特點(diǎn)使其成為當(dāng)今世界道路交通管理的發(fā)展趨勢(shì)，而計(jì)算機(jī)視覺技術(shù)則是ITS的重要技術(shù)支持。

實(shí)時(shí)車輛運(yùn)動(dòng)速度檢測(cè)是ITS對(duì)交通實(shí)施監(jiān)測(cè)和管理的重要一環(huán)，對(duì)車輛速度的檢測(cè)一方面可以監(jiān)控超速等違章問題，減少交通事故的發(fā)生，另一方面可以根據(jù)車速判斷道路擁擠程度，進(jìn)而迅速采取措施，保證道路交通的安全和暢通，從而實(shí)現(xiàn)智能交通管理的目的。在上一代ITS中，實(shí)時(shí)車輛運(yùn)動(dòng)速度檢測(cè)的方法主要有線圈檢測(cè)、激光檢測(cè)、雷達(dá)檢測(cè)等，這些速度檢測(cè)方法多多少少都存在一定的問題，如容易受路基狀況、自然環(huán)境等的影響精度降低，而在新一代ITS中基于計(jì)算機(jī)視覺的車輛速度檢測(cè)法則大大提高了測(cè)速的精度，這有賴于計(jì)算機(jī)有一個(gè)“超強(qiáng)大腦”，即好的算法。

1 運(yùn)動(dòng)車輛的檢測(cè)

運(yùn)動(dòng)車輛的檢測(cè)是實(shí)時(shí)運(yùn)動(dòng)車輛速度檢測(cè)的基礎(chǔ)，使計(jì)算機(jī)能夠自動(dòng)的把相機(jī)攝取的視頻里的靜止物體與運(yùn)動(dòng)物體區(qū)別開，并且自動(dòng)提取出運(yùn)動(dòng)物體。所以，在研究實(shí)時(shí)車輛速度檢測(cè)算法前，先要研究運(yùn)動(dòng)車輛的檢測(cè)算法。

1.1 現(xiàn)有運(yùn)動(dòng)目標(biāo)檢測(cè)方法比較

目前，常用的運(yùn)動(dòng)車輛實(shí)時(shí)檢測(cè)方法主要有幀間差分法和背景差分法。

1.2.2 預(yù)處理幀的顏色差分

由于無論車身像素值是否低于路面像素值，其梯度邊緣必然存在，而交通路面一般都很平坦，除了車道線外檢測(cè)不到邊緣，將當(dāng)前幀與路面背景模型均進(jìn)行邊緣檢測(cè)，再將兩個(gè)邊緣圖像按式（8）做差得到運(yùn)動(dòng)物體的邊緣梯度差分圖像：

3 實(shí)驗(yàn)結(jié)果與分析

筆者用實(shí)際拍攝的視頻圖像對(duì)上述算法進(jìn)行了試驗(yàn)測(cè)試，實(shí)驗(yàn)時(shí)模擬實(shí)際交通攝像機(jī)的安裝情況，使其固定不動(dòng)，計(jì)算機(jī)處理的速度約為20 f/s。首先將視頻中的某一幀進(jìn)行邊緣檢測(cè)，與背景做梯度差分，并與背景顏色差分的結(jié)果進(jìn)行“或”運(yùn)算，最后對(duì)圖像去噪并二值化，通過測(cè)試多種路況、天氣和光照條件，試驗(yàn)結(jié)果顯示該算法可以在陽光充足、遇到物體陰影明顯的情況下準(zhǔn)確地將運(yùn)動(dòng)車輛從視頻的背景中提取出來，并能準(zhǔn)確檢測(cè)出車輛的速度，如圖3所示。

4 結(jié) 語

計(jì)算視覺的應(yīng)用提高了智能交通系統(tǒng)的準(zhǔn)確性，本文在對(duì)比了傳統(tǒng)運(yùn)動(dòng)車輛實(shí)時(shí)檢測(cè)方法的基礎(chǔ)上，提出了一種新的運(yùn)動(dòng)車輛實(shí)時(shí)速度檢測(cè)算法，此算法與傳統(tǒng)的算法相比，可以更加準(zhǔn)確地檢測(cè)出路面運(yùn)動(dòng)車輛的存在，同時(shí)有效消除車輛陰影的影響，為后續(xù)車輛運(yùn)動(dòng)速度的實(shí)時(shí)檢測(cè)提供有力保證?；谶\(yùn)動(dòng)車輛檢測(cè)的結(jié)果，進(jìn)行編程實(shí)現(xiàn)，可以自動(dòng)檢測(cè)出運(yùn)動(dòng)車輛的實(shí)時(shí)速度，測(cè)試結(jié)果表明該算法效果很好。

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