CN101790083A - 一种基于视频的车道空间占有率的监控方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种基于视频的车道空间占有率的监控方法，该方法按照以下步骤具体实施：步骤1：设置有效监视视场，获取基础数据；步骤2：车道的非线性校正，包括车道的标定、计算该标定梯形的上底与下底的倾斜度、计算标定梯形中每行的权值、对校正后的权值进行曲线拟合、迭代优化权值修正参数，计算校正后的标定梯形区域道路的实际长度，曲线拟合后得到的拟合实际长度，以及标定梯形区域的上下底倾斜角能够表示的三角形的高度；步骤3：计算车道的空间占有率，得到车道空间占有率的实际值。本发明方法能够有效的降低交通视频监控中，车辆近大远小给车道占有率计算所带来的误差。

Description

一种基于视频的车道空间占有率的监控方法

技术领域

本发明属视频监控技术领域，涉及一种基于视频的车道空间占有率的监控方法。

背景技术

交通流量信息统计是智能交通***中的关键环节，车道占有率是交通流量信息里，衡量交通状况的一个重要指标，车道占有率分为时间占有率和空间占有率。时间占有率是指单位时间内，车辆通过某一断面的累计时间与单位测定时间的比值。空间占有率是指在某一时刻测得已知路段上所有车辆占有的路面长度与路段长度之比。

时间占有率所统计的流量信息通常在某些极端的情况下出现问题，例如，时间占有率低的时候，可能是因为车辆过少，也可能是因为堵车导致的车辆无法快速行驶的状态。而对于一个智能化交通信息处理***来说，防止和及时处理极端情况是核心所在，因此，空间占有率的计算就有了很重要的作用。然而在视频监控模式下，采用空间占有率计算车道占有率，还会出现一个问题，因为一辆车在监视视场中的移动，相同物理长度的车道，以及相同物理长度的目标车辆，都会因为三维空间到二维平面的投影，而出现位置不同长度不同的问题，即距离镜头近则长，远则短的情况。另外，行驶在道路上的不同车辆大小也通常是有差别的，因此，简单地根据监视画面中提取的目标的长度与路段长度直接做比值计算的话，会产生很大的偏差。

发明内容

本发明的目的是提供一种基于视频的车道空间占有率的监控方法，能够有效的降低交通视频监控中，车辆近大远小给车道占有率计算带来的误差。

本发明所采用的技术方案是，一种基于视频的车道空间占有率的监控方法，该方法按照以下步骤具体实施：

步骤1：设置有效监视视场，获取基础数据

划定车道区域为有效监视视场，该监视视场为一梯形，该视场的长度为梯形的高度，在画面上即为第p0行到第p1行间的距离，设监视画面的图像大小为M×N，给监视画面上的每一行定义有效范围标识值K_j，j＝1，2，...，M，为：

则标识值K_j，j＝1，2，...，M，给定了有效的视频监视视场；

步骤2：车道的非线性校正

2.1)车道的标定

根据国家规定的道路标识线设置分道线的线空比，据此找出画面中位于监视视场中部的能够完整成像的所有线、空，按照从大到小的顺序排列，设为

并从画面中测出包括线空的最小梯形的上底宽度为a，位于图像的第tr₀行，和下底宽度为b，位于图像的第tr₁行，上底a和下底b构成的梯形定义为标定梯形；

2.2)计算该标定梯形的上底与下底的倾斜度tanθ： $\tan \mathrm{\θ}=\frac{b-a}{2h}---\left(2\right)$

其中，h为标定梯形的高，按照下式可得： $h=\underset{i=1}{\overset{n_L}{\mathrm{\Σ}}}{l}_i+\underset{i=1}{\overset{n_B}{\mathrm{\Σ}}}{b}_i---\left(3\right)$

其中，l_i，i＝1，2，...，n_L是虚线上第i条线在监视画面图像上的长度；

b_i，i＝1，2，...，n_B是虚线上第i个空在监视画面图像上的长度；

2.3)计算标定梯形中每行的权值w_k，其中的k＝tr₀，tr₀+1，...，tr₁：

$w_k=\frac{b}{2\tan \mathrm{\θ}\·(k-{\mathrm{tr}}_0+1)+a};---\left(4\right)$

2.4)对权值w_i，i＝tr₀，tr₀+1，...，tr₁进行分段校正，使相邻的线、空比满足前述设置的线空比，即：

${\hat{w}}_i=\frac{l_1}{\underset{k\∈L_i}{\mathrm{\Σ}}{w}_k}\·w_i,i\∈L_1,L_2,...,L_{n_L}---\left(5\right)$

${\hat{w}}_i=\frac{s\·l_1}{\underset{k\∈B_i}{\mathrm{\Σ}}{w}_k}\·w_i,i\∈B_1,B_2,...,B_{n_B};---\left(6\right)$

s为车道标识线的空、线的长度比；

2.5)对校正后的权值

k＝tr₀，tr₀+1，...，tr₁进行曲线拟合，获得新的权值

k＝tr₀，tr₀+1，...，tr₁，即： ${\tilde{w}}_k=\mathrm{\ρ}\·w_k---\left(7\right)$

比例系数ρ可由下式计算得到：

$\mathrm{\ρ}=\frac{\underset{k={\mathrm{tr}}_0}{\overset{{\mathrm{tr}}_1}{\mathrm{\Σ}}}{\hat{w}}_k}{\underset{k={\mathrm{tr}}_0}{\overset{{\mathrm{tr}}_1}{\mathrm{\Σ}}}{w}_k}---\left(8\right)$

则通过曲线拟合得到的修正权值为： ${w^{*}}_k=q\·{\tilde{w}}_k+s,---\left(9\right)$

其中，k＝tr₀，tr₀+1，...，tr₁

$q=\frac{{\hat{w}}_{{\mathrm{tr}}_1}-{\hat{w}}_{{\mathrm{tr}}_0}}{{\tilde{w}}_{{\mathrm{tr}}_1}-{\tilde{w}}_{{\mathrm{tr}}_0}}---\left(10\right)$

$s={\hat{w}}_{{\mathrm{tr}}_0}-q\·{\tilde{w}}_{{\mathrm{tr}}_0}---\left(11\right)$

2.6)迭代优化权值修正参数w^* _k

计算校正后的标定梯形区域道路的实际长度L，曲线拟合后得到的拟合实际长度L^*，以及标定梯形区域的上下底倾斜角能够表示的三角形的高度H

$L=\underset{i={\mathrm{tr}}_0}{\overset{{\mathrm{tr}}_1}{\mathrm{\Σ}}}{\hat{w}}_i---\left(12\right)$

$L^{*}=\underset{i={\mathrm{tr}}_0}{\overset{{\mathrm{tr}}_1}{\mathrm{\Σ}}}{w^{*}}_i---\left(13\right)$

$H=\frac{b}{2\tan \mathrm{\θ}}---\left(14\right)$

计算L与L^*的偏差e：e＝|L^*-L|，如果偏差e接近于0，则无需修正w^* _k，k＝tr₀，tr₀+1，...，tr₁，否则，进行下面的判断：

如果L＞H，则令a＝a-Δa，Δa＞0，否则令a＝a-Δa，Δa＜0，返回步骤2.2)中，直至获得最小的偏差e时，迭代结束；由此，获得了标定梯形内所有行的权值w^* _k，k＝tr₀，tr₀+1，...，tr₁；

步骤3：计算车道的空间占有率R

3.1)计算有效监控视场内标定梯形上方部分的权值w^* _k，k＝p₀，p₀+1，...，tr₀-1，以及标定梯形下方部分的权值w^* _kk＝tr₁+1，tr₁+2，...，p₁：

${w^{*}}_k=q\·\mathrm{\ρ}\·\frac{b}{2\tan \mathrm{\θ}\·(k-{\mathrm{tr}}_0+1)+a}+s,---\left(15\right)$

k＝p₀，p₀+1，...，tr₀-1，和k＝tr₁+1，tr₁+2，...，p₁；

3.2)计算车道的总长度，单个车道的长度L_sr ^*为

${L_{\mathrm{sr}}}^{*}=\underset{i=p_0}{\overset{p_1}{\mathrm{\Σ}}}{w^{*}}_i---\left(16\right)$

设监视视场中的有效监视车道为N个，则车道的总长度为：

L_r ^*＝N·L_sr ^*；                    (17)

3.3)计算车辆目标的占道长度L_C ^*

设检测到当前时刻有M个车辆目标，分别位于画面图像中的第c_k0行至第c_k1行，k＝1，2，...，M，计算每个车辆目标的占道长度L_Ck ^*为：

${L_{\mathrm{Ck}}}^{*}=\underset{i=c_{k0}}{\overset{c_{k1}}{\mathrm{\Σ}}}{w^{*}}_i,i=\mathrm{1,2},...,M---\left(18\right)$

则车辆的总占道长度L_C ^*为： ${L_C}^{*}=\underset{k=1}{\overset{M}{\mathrm{\Σ}}}{L_{\mathrm{Ck}}}^{*};---\left(19\right)$

3.4)车道空间占有率R为：

即得到车道空间占有率的实际值。

本发明方法的有益效果是，通过建立监视画面上车道长度与实际物理尺寸之间的非线性映射关系，将该映射关系用权值的方式表示，将视频画面中检测到的目标长度进行非线性校正后，即可获得正确的车道空间占有率的计算结果，同时权值表示方式也保证了实时性的要求。

附图说明

图1是本发明方法所用的车道监视视场示意图。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施方式对本发明进行详细说明。

本发明的基于视频的车道空间占有率的监控方法，按照以下步骤实施，

步骤1：设置有效监视视场，获取基础数据

如图1，是车道监视视场示意图，为了降低车道周围环境的影响，划定其中的车道区域为有效监视视场，为一梯形。该视场的长度为梯形的高度，在画面上看，即为第p₀行到第p₁行间的距离。设监视画面的图像大小为M×N，给监视画面上的每一行定义有效范围标识值K_j，j＝1，2，...，M为：

则标识值K_j，j＝1，2，...，M，给定了有效的视频监视视场。

步骤2：车道的非线性校正

2.1)车道的标定

按照图1，根据目前我国的道路分道线的设置标准，高速公路、一级公路和城市快速路分道线为6×9，其他道路为2×4。实施例以城市快速路为例，分道线的线空比以“线/空＝2/3”的方式生成，据此，找出画面中位于监视视场中部的能够完整成像的所有线、空，按照从大到小的顺序排列，设为

并从画面中测出包括线空的最小梯形的上底宽度为a，位于图像的第tr0行，和下底宽度为b，位于图像的第tr1行，上底a和下底b构成的梯形定义为标定梯形。

2.2)计算该标定梯形的上底与下底的倾斜度tanθ，即

$\tan \mathrm{\θ}=\frac{b-a}{2h}---\left(2\right)$

其中，h为标定梯形的高，按照下式可得：

$h=\underset{i=1}{\overset{n_L}{\mathrm{\Σ}}}{l}_i+\underset{i=1}{\overset{n_B}{\mathrm{\Σ}}}{b}_i---\left(3\right)$

其中，l_i，i＝1，2，...，n_L是虚线上第i条线在监视画面图像上的长度；

b_i，i＝1，2，...，n_B是虚线上第i个空在监视画面图像上的长度。

2.3)计算标定梯形中每行的权值w_k，其中的k＝tr₀，tr₀+1，...，tr₁：

$w_k=\frac{b}{2\tan \mathrm{\θ}\·(k-{\mathrm{tr}}_0+1)+a}---\left(4\right)$

2.4)对权值w_i，i＝tr₀，tr₀+1，...，tr₁进行分段校正，目的是为了使相邻的线、空比满足1/s，即：

${\hat{w}}_i=\frac{l_1}{\underset{k\∈L_i}{\mathrm{\Σ}}{w}_k}\·w_i,i\∈L_1,L_2,...,L_{n_L}---\left(5\right)$

${\hat{w}}_i=\frac{s\·l_1}{\underset{k\∈B_i}{\mathrm{\Σ}}{w}_k}\·w_i,i\∈B_1,B_2,...,B_{n_B}---\left(6\right)$

其中，s为车道标识线的空、线的长度比，s为线空比的倒数，根据国家规定的道路标识线设置，对于城市快速路s＝3/2＝1.5，其他道路s＝4/2＝2。

2.5)因为监控视场的范围一般比设置的标定梯形的区域大，为此，对校正后的权值k＝tr₀，tr₀+1，...，tr₁进行曲线拟合，以获得新的权值

k＝tr₀，tr₀+1，...，tr₁，即： ${\tilde{w}}_k=\mathrm{\ρ}\·w_k---\left(7\right)$

其中，比例系数ρ可由下式计算得到：

$\mathrm{\ρ}=\frac{\underset{k={\mathrm{tr}}_0}{\overset{{\mathrm{tr}}_1}{\mathrm{\Σ}}}{\hat{w}}_k}{\underset{k={\mathrm{tr}}_0}{\overset{{\mathrm{tr}}_1}{\mathrm{\Σ}}}{w}_k}---\left(8\right)$

通过曲线拟合得到的修正权值为：

${w^{*}}_k=q\·{\tilde{w}}_k+s,---\left(9\right)$

其中，k＝tr₀，tr₀+1，...，tr₁

$q=\frac{{\hat{w}}_{{\mathrm{tr}}_1}-{\hat{w}}_{{\mathrm{tr}}_0}}{{\tilde{w}}_{{\mathrm{tr}}_1}-{\tilde{w}}_{{\mathrm{tr}}_0}}---\left(10\right)$

$s={\hat{w}}_{{\mathrm{tr}}_0}-q\·{\tilde{w}}_{{\mathrm{tr}}_0}---\left(11\right)$

2.6)迭代优化权值修正参数w^* _k，其中k＝tr₀，tr₀+1，...，tr₁

计算校正后的标定梯形区域道路的实际长度L，曲线拟合后得到的拟合实际长度L^*，以及标定梯形区域的上下底倾斜角能够表示的三角形的高度H

$L=\underset{i={\mathrm{tr}}_0}{\overset{{\mathrm{tr}}_1}{\mathrm{\Σ}}}{\hat{w}}_i---\left(12\right)$

$L^{*}=\underset{i={\mathrm{tr}}_0}{\overset{{\mathrm{tr}}_1}{\mathrm{\Σ}}}{w^{*}}_i---\left(13\right)$

$H=\frac{b}{2\tan \mathrm{\θ}}---\left(14\right)$

计算L与L^*的偏差e：e＝|L^*-L|，如果偏差e接近于0，则无需修正w^* _k，k＝tr₀，tr₀+1，...，tr₁，否则，进行下面的判断：如果L＞H，则令a＝a-Δa，Δa＞0，否则令a＝a-Δa，Δa＜0，返回到步骤2.2)中，直至获得最小的偏差e时，迭代结束，由此，获得了标定梯形内所有行的权值w^* _k，k＝tr₀，tr₀+1，...，tr₁。

步骤3：计算车道的空间占有率R

3.1)计算有效监控视场内的标定梯形外的部分，即标定梯形上方部分的权值w^* _k，k＝p₀，p₀+1，...，tr₀-1，以及标定梯形下方部分的权值w^* _kk＝tr₁+1，tr₁+2，...，p₁：

${w^{*}}_k=q\·\mathrm{\ρ}\·\frac{b}{2\tan \mathrm{\θ}\·(k-{\mathrm{tr}}_0+1)+a}+s,$

k＝p₀，p₀+1，...，tr₀-1，和k＝tr₁+1，tr₁+2，...，p₁    (15)

3.2)计算单个车道的长度

为： ${L_{\mathrm{sr}}}^{*}=\underset{i=p_0}{\overset{p_1}{\mathrm{\Σ}}}{w^{*}}_i---\left(16\right)$

设监视视场中的有效监视车道为L^*个，则车道的总长度为：

L_r ^*＝N·L_sr ^*         (17)

3.3)计算所有车辆目标的占道长度L_C ^*

设检测到当前时刻有M个车辆目标，分别位于画面图像中的第c_k0行至第c_k1行，k＝1，2，...，M，计算每个车辆目标的占道长度L_Ck ^*为：

${L_{\mathrm{Ck}}}^{*}=\underset{i=c_{k0}}{\overset{c_{k1}}{\mathrm{\Σ}}}{w^{*}}_i,i=\mathrm{1,2},...,M---\left(18\right)$

则车辆的总占道长度L_C ^*为： ${L_C}^{*}=\underset{k=1}{\overset{M}{\mathrm{\Σ}}}{L_{\mathrm{Ck}}}^{*}---\left(19\right)$

3.4)车道空间占有率R为：

即得到车道空间占有率的实际值。

Claims (2)

1.一种基于视频的车道空间占有率的监控方法，其特征在于：该方法按照以下步骤具体实施：

步骤1：设置有效监视视场，获取基础数据

划定车道区域为有效监视视场，该监视视场为一梯形，该视场的长度为梯形的高度，在画面上即为第p₀行到第p₁行间的距离，设监视画面的图像大小为M×N，给监视画面上的每一行定义有效范围标识值K_j，j＝1，2，...，M，为：

则标识值K_j，j＝1，2，...，M，给定了有效的视频监视视场；

步骤2：车道的非线性校正

2.1)车道的标定

根据国家规定的道路标识线设置分道线的线空比，据此找出画面中位于监视视场中部的能够完整成像的所有线、空，按照从大到小的顺序排列，设为

并从画面中测出包括线空的最小梯形的上底宽度为a，位于图像的第tr₀行，和下底宽度为b，位于图像的第tr₁行，上底a和下底b构成的梯形定义为标定梯形；

2.2)计算该标定梯形的上底与下底的倾斜度tanθ：

其中，h为标定梯形的高，按照下式可得：

其中，l_i，i＝1，2，...，n_L是虚线上第i条线在监视画面图像上的长度；

b_i，i＝1，2，...，n_B是虚线上第i个空在监视画面图像上的长度；

2.3)计算标定梯形中每行的权值w_k，其中的k＝tr₀，tr₀+1，...，tr₁：

$w_k=\frac{b}{2\tan \mathrm{\θ}\·(k-{\mathrm{tr}}_0+1)+a};---\left(4\right)$

2.4)对权值w_i，i＝tr₀，tr₀+1，...，tr₁进行分段校正，使相邻的线、空比满足前述设置的线空比，即：

${\hat{w}}_i=\frac{l_1}{\underset{k\∈L_i}{\mathrm{\Σ}}{w}_k}\·w_i,$ $i\∈L_1,L_2,...,L_{n_L}---\left(5\right)$

${\hat{w}}_i=\frac{s\·l_1}{\underset{k\∈B_i}{\mathrm{\Σ}}{w}_k}\·w_i,$ $i\∈B_1,B_2,...,B_{n_B};---\left(16\right)$

s为车道标识线的空、线的长度比；

2.5)对校正后的权值

k＝tr₀，tr₀+1，...，tr₁进行曲线拟合，获得新的权值

k＝tr₀，tr₀+1，...，tr₁，即：

比例系数ρ可由下式计算得到：

$\mathrm{\ρ}=\frac{\underset{k={\mathrm{tr}}_0}{\overset{{\mathrm{tr}}_1}{\mathrm{\Σ}}}{\hat{w}}_k}{\underset{k={\mathrm{tr}}_0}{\overset{{\mathrm{tr}}_1}{\mathrm{\Σ}}}{w}_k}---\left(8\right)$

则通过曲线拟合得到的修正权值为：

其中，k＝tr₀，tr₀+1，...，tr₁

$q=\frac{{\hat{w}}_{{\mathrm{tr}}_1}-{\hat{w}}_{t{r}_0}}{{\tilde{w}}_{t{r}_1}-{\tilde{w}}_{{\mathrm{tr}}_0}}---\left(10\right)$

$s={\hat{w}}_{{\mathrm{tr}}_0}-q\·{\tilde{w}}_{{\mathrm{tr}}_0}---\left(11\right)$

2.6)迭代优化权值修正参数w^* _k

计算校正后的标定梯形区域道路的实际长度L，曲线拟合后得到的拟合实际长度L^*，以及标定梯形区域的上下底倾斜角能够表示的三角形的高度H

$L=\underset{i={\mathrm{tr}}_0}{\overset{{\mathrm{tr}}_1}{\mathrm{\Σ}}}{\hat{w}}_i---\left(12\right)$

$L^{*}=\underset{i={\mathrm{tr}}_0}{\overset{{\mathrm{tr}}_1}{\mathrm{\Σ}}}{w^{*}}_i---\left(13\right)$

$H=\frac{b}{2\tan \mathrm{\θ}}---\left(14\right)$

计算L与L^*的偏差e：e＝|L^*-L|，如果偏差e接近于0，则无需修正w^* _k，k＝tr₀，tr₀+1，...，tr₁，否则，进行下面的判断：

如果L＞H，则令a＝a-Δa，Δa＞0，否则令a＝a-Δa，Δa＜0，返回步骤2.2)中，直至获得最小的偏差e时，迭代结束；由此，获得了标定梯形内所有行的权值w^* _k，k＝tr₀，tr₀+1，...，tr₁；

步骤3：计算车道的空间占有率R

3.1)计算有效监控视场内标定梯形上方部分的权值w^* _k，k＝p₀，p₀+1，...，tr₀-1，以及标定梯形下方部分的权值w^* _kk＝tr₁+1，tr₁+2，...，p₁：

${w^{*}}_k=q\·\mathrm{\ρ}\·\frac{b}{2\tan \mathrm{\θ}\·(k-{\mathrm{tr}}_0+1)+a}+s,---\left(15\right)$

k＝p₀，p₀+1，...，tr₀-1，和k＝tr₁+1，tr₁+2，...，p₁；

3.2)计算车道的总长度，单个车道的长度L_sr ^*为

${L_{\mathrm{sr}}}^{*}=\underset{i=p_0}{\overset{p_1}{\mathrm{\Σ}}}{w^{*}}_i---\left(16\right)$

设监视视场中的有效监视车道为N个，则车道的总长度为：

L_r ^*＝N·L_sr ^*；    (17)

3.3)计算车辆目标的占道长度L_C ^*

设检测到当前时刻有M个车辆目标，分别位于画面图像中的第c_k0行至第c_k1行，k＝1，2，...，M，计算每个车辆目标的占道长度L_Ck ^*为：

${L_{\mathrm{Ck}}}^{*}=\underset{i=c_{k0}}{\overset{c_{k1}}{\mathrm{\Σ}}}{w^{*}}_i,$ k＝1，2，...，M    (18)

则车辆的总占道长度L_C ^*为：

3.4)车道空间占有率R为：即得到车道空间占有率的实际值。

2.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于：所述车道标识线的空、线的长度比s，根据国家规定的道路标识线设置，对于城市快速路s＝3/2＝1.5，其他道路s＝4/2＝2。

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