道路交通事故司法鑒定中翻拍視頻圖像車速計算方法的研究

黃磊 王迪 何仲華 王岳峰

摘要 在交通事故司法鑒定中，視頻車速計算是非常重要的內(nèi)容，翻拍視頻車速計算作為司法鑒定工作中的難點成為研究課題。文章在大量實踐經(jīng)驗的基礎(chǔ)上，通過翻拍視頻幀率變化規(guī)律的研究，提出翻拍視頻計算方法，并且對計算方法進行試驗驗證。結(jié)果顯示，文章提出的方法誤差率較低，結(jié)果準確性高，計算方法科學合理，可以將該方法加以推廣使用。

關(guān)鍵詞 視頻車速計算；翻拍視頻；交通事故；司法鑒定

中圖分類號 U495文獻標識碼 A文章編號 2096-8949（2023）14-0020-04

0 引言

近年來，交通事故司法鑒定工作中視頻車速計算應用日益廣泛。由于視頻拍攝設備制式?jīng)]有統(tǒng)一標準，視頻圖像質(zhì)量參差不齊，視頻車速計算的適用性、局限性及計算結(jié)果的準確性成為一項值得不斷鉆研的科研課題。目前，最難處理的視頻圖像為證據(jù)采集時翻拍的或者因為視頻圖像原件無法拷貝只能通過翻拍來固定的視頻證據(jù)。如何通過翻拍視頻對目標車輛車速進行準確計算，成為近年來交通事故車速鑒定的難點。

1 翻拍視頻車速計算的難點研究

翻拍視頻在拍攝過程中設備會出現(xiàn)移動，導致錄制的視頻圖像出現(xiàn)晃動，視頻圖像內(nèi)目標車輛的運動軌跡元素會發(fā)生移動，《基于視頻圖像的車輛行駛速度技術(shù)鑒定》（GA/T 1133—2014）中規(guī)定，視頻圖像應為原始資料，或雖經(jīng)處理但幀率、顯示時間、圖像元素位置均未發(fā)生變動的視頻圖像，故翻拍視頻由于圖像元素位置發(fā)生變動不符合計算標準要求，且翻拍設備與原始錄制設備制式不一致，導致時間基準發(fā)生變化，圖像會出現(xiàn)播放不流暢、跳躍、停頓、重影等異?，F(xiàn)象，也不符合計算要求。此類現(xiàn)象的存在導致翻拍視頻質(zhì)量嚴重下降，使用常規(guī)方法計算的結(jié)果存在較大誤差甚至是偏差，對車速司法鑒定工作的公平、公正、科學提出了挑戰(zhàn)。為解決翻拍視頻計算難點，通過對翻拍視頻規(guī)律的研究，如果翻拍視頻目標車輛的運動軌跡元素在視頻圖像內(nèi)沒有發(fā)生較大移動，其在視頻圖像內(nèi)的運動軌跡基本具備唯一性，或目標車輛運動軌跡元素在視頻圖像中不斷移動，運動軌跡不具有唯一性，但在視頻圖像可以找到已知距離的固定標尺對行駛軌跡路段進行標定的，在分析翻拍視頻幀率變化規(guī)律的基準上，使用目標車輛車身特征點或者使用道路環(huán)境參照物可以對目標車輛的車速進行計算。

2 翻拍視頻車速鑒定方法的分類研究

目前，翻拍視頻包括高幀率設備翻拍低幀率視頻、低幀率設備翻拍高幀率視頻以及相同幀率設備翻拍三類，大多數(shù)固定視頻設備的幀率為25幀，大多數(shù)移動視頻設備的幀率為30幀，故該文中主要以30幀設備翻拍25幀原始視頻，25幀設備翻拍30幀原始視頻進行研究，其余設備幀率相差更大的視頻計算方法以此類推，相同幀率的翻拍視頻由于幀率沒有發(fā)生改變，故只要滿足上述文中的計算條件就可以進行計算。

2.1 高幀率翻拍低幀率視頻

高幀率設備翻拍低幀率設備錄制的視頻時，由于錄制設備幀率大于原始設備，錄制設備每秒的畫面切換速度快于原始視頻，會出現(xiàn)錄制設備畫面開始切換但原始視頻畫面未切換的節(jié)點，此種現(xiàn)象在錄制視頻圖像中會呈現(xiàn)播放不連續(xù)、播放有停頓現(xiàn)象。在翻拍過程中由于原視頻幀率慢于翻拍設備的幀率，在1 s內(nèi)翻拍設備的幀數(shù)多于原始視頻，導致翻拍的視頻中有空幀，視頻播放有播放不連續(xù)和停頓現(xiàn)象。對此類翻拍視頻進行計算時，需要對視頻的幀率進行逐秒統(tǒng)計分析，通過每秒內(nèi)連續(xù)運動特征點幀間像素差的值找到空幀位置，對原始視頻的幀率進行校準確定后再進行計算。

2.2 低幀率翻拍高幀率視頻

低幀率設備翻拍高幀率設備錄制的視頻時，由于錄制設備幀率小于原始設備，錄制設備每秒的畫面切換速度慢于原始視頻，會出現(xiàn)錄制設備畫面未切換但是原始視頻畫面在切換節(jié)點，此種現(xiàn)象在錄制視頻圖像中會呈現(xiàn)播放連續(xù)、無停頓現(xiàn)象，但拍攝的目標物體由于在切換過程中有重影，視頻圖像質(zhì)量下降，此類視頻計算時需要在重影中找到目標車輛運動軌跡連續(xù)性最好、顯示最清晰的重影作為參考基準。對于連續(xù)運動的物體，其如果存在停頓現(xiàn)象，則需要對視頻的幀率進行逐秒統(tǒng)計分析，以連續(xù)性最好、重影最清晰的特征點為基準對原始視頻的幀率進行校準后再進行計算[1]。

3 翻拍視頻車速計算方法研究及試驗驗證

3.1 高幀率翻拍低幀率視頻計算方法研究及試驗驗證

目標車輛試驗速度設定在50 km/h、100 km/h，試驗速度包括了中高速兩組速度值，能夠代表在日常交通事故中常見的車速范圍。

試驗車速50 km/h條件下，V-box設備的記錄數(shù)據(jù)曲線、試驗道路線形等：V-box速度儀記錄的車速數(shù)據(jù)為系列1，使用該文提出計算方法對高幀率設備翻拍低幀率視頻的翻拍視頻進行計算的數(shù)據(jù)為系列2，翻拍視頻顯示的30幀幀率進行計算的車速數(shù)據(jù)為系列3。將上述三組數(shù)據(jù)統(tǒng)一至與V-box速度儀同一時間軸上繪制時間速度散點圖，如圖1所示。

從圖1中可以看出系列1與系列2車速值相差較小，系列3與系列2及系列1相差較大，系列1與系列2相差最大處為1.81 km/h，系列1與系列3相差最大處為9.75 km/h，系列2的最大誤差率為3.9%，系列3的最大誤差率20.1%，系列3計算所得結(jié)果相比基準值誤差超過20%，經(jīng)過試驗驗證該文提出的計算方法計算的車速誤差較小，最大誤差在4%以下。

試驗車速100 km/h條件下，V-box設備記錄的數(shù)據(jù)曲線、試驗道路線形等：V-box速度儀記錄的車速數(shù)據(jù)為系列1，以該文提出的計算方法對翻拍視頻進行計算的車速數(shù)據(jù)為系列2，翻拍視頻顯示的30幀幀率進行計算的車速數(shù)據(jù)為系列3。將上述三組數(shù)據(jù)統(tǒng)一至與V-box速度儀同一時間軸上繪制時間速度散點圖，如圖2所示。

從2圖中可以看出系列1與系列2車速值相差較小，系列3與系列2及系列1相差較大，系列1與系列2相差最大處為0.82 km/h，系列1與系列3相差最大處為20.96 km/h，系列2的最大誤差率為0.8%，系列3的最大誤差率20.9%，系列3計算所得結(jié)果相比真值誤差超過20%。經(jīng)過試驗驗證該文提出計算方法計算的車速誤差較小，最大誤差在1%以下。

3.2 低幀率翻拍高幀率視頻計算方法研究及試驗驗證

目標車輛試驗速度設定在50 km/h、100 km/h，試驗速度包括了中高兩組速度值，能夠代表在日常交通事故中常見的車速范圍。

試驗速度為50 km/h，V-box速度儀記錄的車速數(shù)據(jù)為系列1，以該文提出的方法進行計算所得車速數(shù)據(jù)為系列2，將這組數(shù)據(jù)與V-box統(tǒng)一至同一時間軸上繪制時間速度散點圖，如圖3所示。

從圖3中可以看出系列1與系列2車速值趨勢基本一致，數(shù)值相差較小，系列2存在數(shù)據(jù)跳動現(xiàn)象，由于視頻圖像有重影，特征點的確會由于視頻質(zhì)量的下降產(chǎn)生較大的誤差，系列1與系列2相差最大處為2.64 km/h，系列2的最大誤差率為5.64%。經(jīng)過試驗，驗證了該文提出的計算方法計算的車速誤差較小，最大誤差在6%以下。

試驗速度為100 km/h，V-box速度儀記錄的車速數(shù)據(jù)為系列1，以該文提出的方法進行計算，所得車速數(shù)據(jù)為系列2。將這組數(shù)據(jù)與V-box統(tǒng)一至同一時間軸上繪制時間速度散點圖，如圖4所示。

從圖4中可以看出系列1與系列2車速值相差較小，系列1與系列2相差最大處為0.82 km/h，系列2的最大誤差率為0.83%，經(jīng)過試驗驗證該文提出計算方法計算的車速誤差較小，最大誤差在1%以下。在翻拍過程中，由于目標車輛的車速不同，車速結(jié)果的誤差率也不一樣，車速較低時由于重影比較集中導致車輛特征點的選取存在誤差，誤差率會增大，隨著目標車輛的車速增加，在翻拍過程中，車速較高時由于重影比較分散導致車輛特征點的選取誤差降低，車速的誤差率較小[2]。

4 翻拍視頻圖像中固定標尺計算方法研究

翻拍視頻圖像中，目標車輛運動軌跡要素在視頻圖像中不斷移動，運動軌跡不具有唯一性，導致車輛車身上的特征點在視頻圖像內(nèi)的坐標位置不具有唯一性，但是在視頻圖像內(nèi)如果可以找到已知距離的固定標尺對目標車輛的行駛軌跡路段進行標定，雖然視頻圖像在不斷晃動，但是目標車輛與固定標尺的相對位置關(guān)系不會因視頻圖像翻拍過程中的移動而改變，可以對目標車輛車速進行計算。

在一段翻拍視頻圖像中幀率異常，視頻圖像顯示幀率為28幀，實際上每秒幀率大于28幀，且存在多幀現(xiàn)象，故需對其幀率進行校準，在目標車輛左前輪中心處設置標線，逐幀對其左前輪中心處這個特征點進行標記，直至標記結(jié)束，1 s內(nèi)視頻圖像走過30幀，其中多幀為5幀，實際有效幀為25幀，其有效幀的幀間像素差沒有明顯跳動，而是隨著近大遠小的視頻圖像顯示關(guān)系而均勻變化，故該監(jiān)控視頻的原始幀率為25幀。

該案以道路上兩條道路瀝青接縫之間的長度為標尺設置標尺網(wǎng)格。網(wǎng)格1附近，在目標車輛左前輪接地點處設置跟蹤點，駛過網(wǎng)格線1后結(jié)束跟蹤（如圖5所示）。網(wǎng)格2附近，在目標車輛左前輪接地點處設置跟蹤點，駛過網(wǎng)格線2后結(jié)束跟蹤。

使用運動軌跡坐標值，采用時間差分（插值）法計算該車運動過一個標尺所用的時間t（其中包括10幀有效幀與網(wǎng)格線1處及網(wǎng)格線2處跟蹤軌跡采用時間插值法計算而出的時間），根據(jù)公式v=s/t，計算出運動過一個標尺的平均速度，由于該監(jiān)控視頻幀率顯示異常，應取長標尺計算以減小誤差，故只使用上述方法計算目標車輛駛過網(wǎng)格線1和網(wǎng)格線2的平均車速。

v=s/t=18.94 m/s=68.2 km/h

根據(jù)跟蹤數(shù)據(jù)計算結(jié)果，目標車輛肇事前在視頻圖像中駛過固定標尺的平均車速約為68 km/h。

5 翻拍視頻車速鑒定方法在實踐中的應用

根據(jù)交警部門的委托，由于原始視頻丟失，翻拍視頻作為唯一的證據(jù)需要對其進行分析，視頻錄制設備在錄制過程中有移動，但目標車輛駛過該視頻圖像時錄制設備基本穩(wěn)定，未發(fā)現(xiàn)有明顯的移動，圖像中的元素位置未發(fā)生明顯變動，車輛車身上的特征點在視頻圖像內(nèi)的坐標位置具有唯一性，車身特征點的運動跟蹤軌跡與實際運動軌跡無偏移。

經(jīng)檢查，該監(jiān)控視頻圖像幀率異常，視頻圖像顯示幀率為30幀，實際上每秒幀率部分大于30幀，部分小于30幀，對該視頻圖像完整的24 s內(nèi)幀數(shù)進行統(tǒng)計[3]。

根據(jù)統(tǒng)計分析，該監(jiān)控視頻圖像完整的24 s內(nèi)幀數(shù)共有713幀，平均幀率為29.7幀，但在播放過程中該視頻存在停頓、跳躍等異?，F(xiàn)象，即視頻存在多幀及丟幀現(xiàn)象，翻拍設備的幀率大于原始視頻幀率，選取正常行駛車輛對其行駛軌跡進行逐幀跟蹤后對視頻幀率進行校準，在正常行駛貨車前端車身特征點處每隔一幀設置一條標線，直至標記結(jié)束，1 s內(nèi)視頻圖像經(jīng)歷32幀，其中多幀為5幀，實際有效幀為25幀，標線1至25的幀間像素差幾乎均勻一致，故25幀有效幀內(nèi)不存在掉幀現(xiàn)象，之后在正常行駛的摩托車車輪前端點處、后輪后端點處及貨車在地面倒影的后端點處每隔一幀設置一條標線，直至標記結(jié)束（如圖6所示），1 s內(nèi)經(jīng)歷25幀，其中多幀為4幀，掉幀為1幀，實際有效幀為21幀，標線26至47的幀間像素差除掉幀處外幾乎均勻一致（如圖6所示），2 s內(nèi)的實際有效幀數(shù)為46幀，故該監(jiān)控視頻的原始幀率為46/2幀，幀率為23幀。

上述計算中以目標車輛前后輪接地點之間的距離為標尺，利用運動軌跡跟蹤坐標值，使用時間差分（插值）法計算該車運動過一個標尺的時間t，根據(jù)公式v=s/t，計算出運動過一個標定時間的平均速度。用這種方法，可以計算出一組平均速度，將計算數(shù)據(jù)建立時間坐標可繪制時間?速度散點圖（如圖7所示）。

根據(jù)計算數(shù)據(jù)，目標摩托車肇事前在視頻圖像顯示時間：21分12.24秒至12.52秒時段處于勻速行駛狀態(tài)，車速約為25 km/h。

6 結(jié)語

該文在研究翻拍視頻幀率變化規(guī)律的基礎(chǔ)上提出視頻車速計算分析方法。方法涵蓋了不同幀率設備翻拍不同目標車輛車速，涵蓋了移動及固定標尺算法，且使用車載速度儀對計算結(jié)果的準確性進行驗證，誤差率最大在6%以下，驗證結(jié)果及總結(jié)的規(guī)律真實、科學，為翻拍視頻車速計算在理論研究上提出了科學的解決方法，實現(xiàn)了視頻車速計算領(lǐng)域的理論創(chuàng)新突破，使視頻車速計算方法的適用領(lǐng)域得到了進一步拓展。

參考文獻

[1]北京市公安局公安交通管理局. 基于視頻圖像的車輛行駛速度技術(shù)鑒定： GA/T 1133—2014[S]. 北京：中國標準出版社， 2014.

[2]云南省道路交通管理科學技術(shù)研究所， 云南省交通科學研究所， 云南云通司法鑒定中心. 基于視頻圖像的道路交通事故分析方法： DB53/T 806—2016[S]. 昆明：云南省質(zhì)量技術(shù)監(jiān)督局， 2016.

[3]樊少軍， 黃磊， 楊存義， 等. 基于視頻計算車速的數(shù)據(jù)處理與事故深度分析[J]. 公路交通科技（應用技術(shù)版）， 2015（3）： 291-294.