专利名称：一种基于视频识别的违章车辆检测装置和方法
技术领域：
本发明属于交通违章自动检测技术领域，具体涉及一种基于视频识别的违章车辆检测装置和方法。
背景技术：
随着我国城市汽车保有量的快速增加，交通违章行为也越来越频繁的发生。特别是对于道路交叉口，由于进口道车道数较多，而各车道车辆排队长度不均，恶意加塞和违章压实线变道等行为极为普遍，不仅影响了长排队车流的正常行驶，也易阻塞短排队车流所在车道，更影响了遵守规章驾车人的公平心理，极易造成车辆碰擦事故和驾驶员纠纷。2010 年4月1日起，新修改施行的《机动车驾驶证申领和使用规定》中，对临时变道加塞被查处的驾驶人，将处以罚款200元，记2分。但各地交管部门在实际中的执行效果并不理想。因此，对城市道路交叉口车辆违章变道行为的监控有着重大的实际意义。但是，目前尚没有成熟的交叉口进口道车辆加塞违章行为的自动化检测技术。我国当前对交叉口进口道违章行为的检测普遍采用的是感应线圈技术，即在交叉口停止线或中央分隔线等处埋设感应线圈，通过感应线圈触发照相拍摄。这种系统有以下几方面缺陷一是需要开挖道路埋设线圈，如果出现故障或线圈本身使用寿命结束，需要开挖路面翻修或更换；二是由于交叉口进口道不可变道实线往往很长，距离停止线长达数十米，因此对违章变道控制来说，埋设线圈的成本非常高；三是在距离停止线较远的车道线为虚线的区域，由于无法区分恶意加塞和正常变道行为，若仍然采用感应线圈进行检测，易造成误拍并导致纠纷。另一种交叉口交通违章行为检测方法是通过视频技术对交通违章行为进行监测， 即检测设备一端接入红绿灯信号，另一端接入摄像头，对闯红灯等违章行为进行拍照。但该类技术有几个缺陷一是普遍缺少视频追踪技术和模式识别技术，只能根据红绿灯信号捕捉闯红灯行为，难以捕捉实线变道和恶意加塞行为，适用性低；二是对摄像机的拍摄范围精度要求高，如果摄像范围越过停止线，则误拍的几率会很高，且摄像机拍摄画面中的其他车辆易对后期处理带来干扰；三是摄像机视线易被遮挡，难以捕捉大型车后方违章的小型车。专利CN101593422B提出了一种视频追踪和模式识别的交通违章检测方法，该方法中采用的模式识别技术及算法尚不成熟，研发风险大，难以保证检测的正确率和准确率。 该检测方法对多目标同时违章的情况更是无法应付。同时，该检测方法难以应对高峰期跟车较紧的车队，无法对牌照受前车遮挡的违章车辆进行拍照。该检测方法亦无法在恶劣天气下正常工作。
发明内容
技术问题本发明的目的是提供一种能准确检测多目标车辆同时出现违章实现变道、虚线实线恶意加塞等交通违章行为、并对违章车辆进行有效拍照的基于视频识别的违章车辆检测装置和方法。
技术方案基于视频识别的违章车辆检测装置，包括用于规则定义、指令下达和数据管理分析的上位管理机；用于视频信号处理、摄像机控制和数据传输的控制与传输装置； 用于视频采集和全景拍摄的红外线全景摄像机；用于违章车辆照片拍摄与数据传输的高速特写摄像机；所述上位管理机和控制与传输装置通过无线网络连接，所述控制与传输装置通过数据线分别与红外线全景摄像机和高速特写摄像机连接。所述的控制与传输装置包括视频采集和转换模块、规则设置模块、车辆检测模块、违章分析模块、摄像机控制模块和数据无线传输模块。数据无线传输模块与上位管理机通过无线网络连接，数据无线传输模块将上位管理机发布的规则和指令传送给规则设置模块，将视频采集和转换模块获取并存入内存的违章车辆照片传输给上位管理机；规则设置模块将上位管理机发布的规则和指令传送给视频采集和转换模块、车辆检测模块和违章分析模块；视频采集和转换模块通过数据线分别与红外线全景摄像机和高速特写摄像机连接；车辆检测模块对视频采集和转换模块获取的帧位图进行处理，并将处理结果发送给违章分析模块；违章分析模块对车辆检测模块发送来的检测结果进行综合判断，根据判断结果形成指令并将指令发送给摄像机控制模块，摄像机控制模块通过数据线分别与红外线全景摄像机和高速特写摄像机连接。基于视频识别的违章车辆检测方法，包括以下步骤
1)红外线全景摄像机将连续拍摄的视频数据传送至视频采集和转换模块；
2)视频采集和转换模块将接收到的视频数据转换成帧位图并存入内存；
3)车辆检测模块从内存中提取帧位图，对车辆进行识别，检测车辆运动轨迹并发送给违章分析模块，当发现车辆触碰车道线时，进入步骤4)；
4)如车辆触碰道口车道线，违章分析模块直接判断为违章，并进入步骤5);如车辆触碰道路车道线，摄像机控制模块控制红外线全景摄像机追踪该车辆并将连续的多幅帧位图发送给违章分析模块，违章分析模块将车辆运动轨迹与规则设置模块中定义的连续压线时间限值和最小变道时间间隔等违章规则进行对比分析，当该车辆连续触碰同一道路车道线时间超过连续压线时间限值或触碰道路车道线后在最小变道时间间隔内又触碰另一条道路车道线时，违章分析模块判断为违章，并进入步骤5)，否则回到步骤3)；
5)摄像机控制模块控制红外线全景摄像机和特定位置的高速特写摄像机锁定追踪违章车辆，对违章车辆拍照并将照片及违章车辆信息发送给视频采集和转换模块；
6)视频采集和转换模块将违章车辆照片和信息存入内存并通过数据无线传输模块传送至上位管理机。本发明的步骤3)中，违章分析模块(25)使用顺序区域生长法根据行驶车辆是否遮挡视频模拟车道线来检测车辆触碰车道线；步骤4)中，摄像机控制模块(26)使用序列蒙特卡洛滤波算法控制红外线全景摄像机(3)追踪车辆。步骤4)中的连续压线时间限值和最小变道时间间隔等违章规则由交通管理部门确定。本发明的步骤5)中，红外线全景摄像机和特定位置的高速特写摄像机可对违章车辆进行瞬时抓拍和延时补拍，如延时若干秒后补拍，或通过视频追踪功能等违章车辆行驶至路口时补拍，以确保获取违章车辆的牌照信息。本发明的步骤5)中，当有多台车辆同时违章时，违章分析模块通过摄像机控制模块同时控制不同的高速特写摄像机锁定追踪各个违章车辆进行拍照，可确保准确检测记录多目标车辆同时违章。
有益效果本发明可以同时检测车辆恶意加塞、实线变道和连续变更两条以上车道的交通违章行为，避免对正常变道行为的误判；由于高速特写摄像机是从侧后方对违规车辆进行拍摄，并通过接受控制与传输装置的指令在最佳视角时进行拍摄，因此视角不会被违规车辆周围车辆阻挡，也避免了仅使用单视角摄像机时由于目标被阻挡而失去追踪的问题；本发明中每部高速特写摄像机只负责一定视角和距离内的车辆拍摄，故而可以确保同时获取多辆违规车辆的信息，并在不良的气候条件下提高照片的清晰度，可以对夜间和恶劣气象条件下较远距离的违章车辆进行检测，同时有效地解决了对违章车辆的多目标检测问题。本发明所采用的设备和技术成熟，检测效率高，大大降低了检测成本，提高了交通管理的效率和智能化水平。
图1为本发明检测装置的结构框图； 图2为本发明检测现场平面示意图； 图3为本发明检测装置的原理框图4为本发明检测方法的流程图，图中模拟实线为道口车道线，模拟虚线为道路车道
线；
图中有上位管理机1，控制与传输装置2，红外线全景摄像机3，高速特写摄像机4，数据无线传输模块21，规则设置模块22，视频采集和转换模块^，车辆检测模块M，违章分析模块25，摄像机控制模块沈，恶意加塞车辆5，连续变更车道6，压实线变道车辆7。
具体实施例方式基于视频识别的违章车辆检测装置，包括用于规则定义、指令下达和数据管理分析的上位管理机1 ；用于视频信号处理、摄像机控制和数据传输的控制与传输装置2 ；用于视频采集和全景拍摄的红外线全景摄像机3 ；用于违章车辆照片拍摄与数据传输的高速特写摄像机4 ；所述上位管理机1和控制与传输装置2通过无线网络连接，所述控制与传输装置2通过数据线分别与红外线全景摄像机3和高速特写摄像机4连接。所述的控制与传输装置2包括视频采集和转换模块23、规则设置模块22、车辆检测模块M、违章分析模块25、 摄像机控制模块沈和数据无线传输模块21。数据无线传输模块21与上位管理机1通过无线网络连接，数据无线传输模块21将上位管理机1发布的规则和指令传送给规则设置模块22，将视频采集和转换模块23获取并存入内存的违章车辆照片传输给上位管理机1 ；规则设置模块22将上位管理机(1)发布的规则和指令传送给视频采集和转换模块23、车辆检测模块M和违章分析模块25 ；视频采集和转换模块23通过数据线分别与红外线全景摄像机3和高速特写摄像机4连接，视频采集和转换模块23将红外线全景摄像机3拍摄的连续视频数据转换成帧位图并存入内存，将红外线全景摄像机3和高速特写摄像机4拍摄的违章车辆照片存入内存；车辆检测模块M负责对视频采集和转换模块23获取的帧位图进行处理，并将处理结果发送给违章分析模块25 ；违章分析模块25对车辆检测模块M输入的检测结果进行综合判断，根据判断结果形成指令并将指令发送给摄像机控制模块26，摄像机控制模块沈通过数据线分别与红外线全景摄像机3和高速特写摄像机4连接。基于视频识别的违章车辆检测方法，包括以下步骤1)红外线全景摄像机3将连续拍摄的视频数据传送至视频采集和转换模块23；
2)视频采集和转换模块23将接收到的视频数据转换成帧位图并存入内存；
3)车辆检测模块从内存中提取帧位图，，对车辆进行识别，检测车辆运动轨迹并发送给违章分析模块25，当发现车辆触碰车道线时，进入步骤4)；
4)如车辆触碰道口车道线，违章分析模块25直接判断为违章，并进入步骤5)；如车辆触碰道路车道线，摄像机控制模块沈控制红外线全景摄像机(3)追踪该车辆并将连续的多幅帧位图发送给违章分析模块25，违章分析模块25将车辆运动轨迹与规则设置模块22中定义的连续压线时间限值和最小变道时间间隔等违章规则进行对比分析，当该车辆连续触碰同一道路车道线时间超过连续压线时间限值或触碰道路车道线后在最小变道时间间隔内又触碰另一条道路车道线时，违章分析模块25判断为违章，并进入步骤5)，否则回到步骤3);
5)违章分析模块25通过摄像机控制模块沈控制红外线全景摄像机3和特定位置的高速特写摄像机4锁定追踪违章车辆，对违章车辆进行瞬时抓拍和延时补拍并将照片及违章车辆信息存入内存；当有多台车辆同时违章时，违章分析模块25通过摄像机控制模块沈同时控制不同的高速特写摄像机4对各个违章车辆进行拍照；
6)违章分析模块25将违章车辆照片和信息通过数据无线传输模块21传送至上位管理机1。 本发明的违章车辆检测方法实施前，先要通过上位管理机1定义违章模式、道口车道线和道路车道线信息、监控区域等违章规则，并将违章规则通过数据无线传输模块传送至规则设置模块，规则设置模块将接收到的违章规则存储备用。
权利要求
1.一种基于视频识别的违章车辆检测装置，其特征在于，该装置包括用于规则定义、指令下达和数据管理分析的上位管理机(1)、用于视频信号处理、摄像机控制和数据传输的控制与传输装置(2)、用于视频采集和全景拍摄的红外线全景摄像机(3)、用于违章车辆照片拍摄与数据传输的高速特写摄像机(4);所述上位管理机(1)和控制与传输装置(2)通过无线网络连接，所述控制与传输装置(2)通过数据线分别与红外线全景摄像机(3)和高速特写摄像机(4)连接；所述的控制与传输装置(2)包括数据无线传输模块(21)、规则设置模块(22)、视频采集和转换模块(23)、车辆检测模块(24)、违章分析模块(25)和摄像机控制模块(26)；所述数据无线传输模块(21)与上位管理机(1)通过无线网络连接，数据无线传输模块(21)将上位管理机(1)发布的规则和指令传送给规则设置模块(22 )，将视频采集和转换模块(23 ) 获取并存入内存的违章车辆照片传输给上位管理机(1)；规则设置模块(22)将上位管理机 (1)发布的规则和指令传送给视频采集和转换模块(23)、车辆检测模块(24)和违章分析模块(25);视频采集和转换模块(23)通过数据线分别与红外线全景摄像机(3)和高速特写摄像机(4)连接；车辆检测模块(24)对视频采集和转换模块(23)获取的帧位图进行处理，并将处理结果发送给违章分析模块(25)；违章分析模块(25)对车辆检测模块(24)发送来的检测结果进行综合判断，根据判断结果形成指令并将指令发送给摄像机控制模块(26)，摄像机控制模块(26)通过数据线分别与红外线全景摄像机(3)和高速特写摄像机(4)连接。
2.一种应用权利要求1所述装置的违章车辆检测方法，其特征在于，该方法包括以下步骤1)红外线全景摄像机(3)将连续拍摄的视频数据传送至视频采集和转换模块(23)；2)视频采集和转换模块(23)将接收到的视频数据转换成帧位图并存入内存；3)车辆检测模块从内存中提取帧位图，对车辆进行识别，检测车辆运动轨迹并发送给违章分析模块(25)，当发现车辆触碰车道线时，进入步骤4)；4)如车辆触碰道口车道线，违章分析模块(25)直接判断为违章，并进入步骤5);如车辆触碰道路车道线，摄像机控制模块(26)控制红外线全景摄像机(3)追踪该车辆并将连续的多幅帧位图发送给违章分析模块(25)，违章分析模块(25)将车辆运动轨迹与规则设置模块(22)中定义的连续压线时间限值和最小变道时间间隔等违章规则进行对比分析，当该车辆连续触碰同一道路车道线时间超过连续压线时间限值或触碰道路车道线后在最小变道时间间隔内又触碰另一条道路车道线时，违章分析模块(25)判断为违章，并进入步骤5)， 否则回到步骤3);5 )摄像机控制模块(26 )控制红外线全景摄像机(3 )和特定位置的高速特写摄像机(4 ) 锁定追踪违章车辆，对违章车辆拍照并将照片及违章车辆信息发送给视频采集和转换模块 (23)；6)视频采集和转换模块(23)将违章车辆照片和信息存入内存并通过数据无线传输模块(21)传送至上位管理机(1)。
3.—种权利要求2所述的违章车辆检测方法，其特征在于，所述步骤3)中，违章分析模块(25)使用顺序区域生长法根据行驶车辆是否遮挡视频模拟车道线来检测车辆触碰车道线；所述步骤4)中，摄像机控制模块(26)使用序列蒙特卡洛滤波算法控制红外线全景摄像机(3)追踪车辆。
全文摘要
本发明公开了一种基于视频识别的违章车辆检测装置和方法。检测系统包括上位管理机、控制与传输装置、红外线全景摄像机和高速特写摄像机，其中控制与传输装置包括视频采集和转换模块、规则设置模块、车辆检测模块、违章分析模块、摄像机控制模块和数据无线传输模块。检测方法应用图像识别技术、视频追踪技术，有效地解决了对违章车辆的多目标检测问题，可以避免对正常变道行为的误判，并且可以对夜间和恶劣气象条件下较远距离的违章车辆进行检测。本发明所采用的设备和技术成熟，检测效率高，大大降低了检测成本，提高了交通管理的效率和智能化水平。
文档编号G08G1/017GK102254429SQ20111012373
公开日2011年11月23日 申请日期2011年5月13日 优先权日2011年5月13日
发明者杭文 申请人:东南大学