CN104464290A - 一种基于嵌入式双核芯片的道路交通参数采集及违章抓拍*** - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种基于嵌入式双核芯片的道路交通参数采集及违章抓拍***，它由场景摄像机1、抓拍摄像机2、嵌入式双核芯片3、SD储存卡4和网络交换机5组成，其特征是场景摄像机1和抓拍摄像机2安装在被检测车辆的前上方，并与网络交换机5相连接，场景摄像机1内嵌入安装嵌入式双核芯片3及SD储存卡4，由此构成的道路路口检测局域网，实现道路视野范围内的交通视频实时监测、录像和违章车辆的轨迹抓拍，本发明***提高了图像信息的处理速度及传输效率，取消了路口前端安装的信号控制器和工控机，简化了数据传输环节，***稳定性得到了极大提升，同时降低了路口施工难度，使***工作效率显著提高。

Description

一种基于嵌入式双核芯片的道路交通参数采集及违章抓拍***

技术领域

本发明涉及一种利用图像识别的交通监控领域，特别是一种嵌入式道路交通参数采集及违章抓拍***。

背景技术：

随着汽车保有量的快速增加，城市道路交通管理已成为城市发展的一个严重的问题。传统的线圈检测***因施工条件复杂、道路交通综合信息传递不足、后期维护成本高的原因已逐渐被视频分析检测***所取代。

在实际应用中，现有的视频分析***多用于路口的道路检测中，只能对摄像机镜头前十几米内的车辆进行违规抓拍，而一些压线变道，违章调头，违章停车等违规行为如果发生在较远的位置，***无法抓拍清楚车牌等重要执法信息。

而目前应用于路段的视频分析***，其功能单一，大多数仅用做过往车辆识别检测，对于出现的违法、违规现相无法准确清晰的进行记录。

本公司的已申请专利《枪球联动道路交通参数采集及违章抓拍***》(专利号：CN 201310410165.1)可以部分解决上述问题，但***中的信号控制器作为一个单独的装置，安装和运行都比较复杂，***中两部摄像机的场景校准需手动调试完成，***生产和安装调试成本较高，维护和保养也相对频繁。

中国专利《一种视频测速和车牌识别的一体机》(专利号：CN201310142926.X)，公布了在一台安装在滑轨上的摄像机，通过两个嵌入式芯片进行视频测速和车牌识别，其中视频测速控制芯片采用Mask-KHnioa算法，通过确定角点进行场景重合的配比，即将在不同滑轨位置上所取得的图片进行对比，以便确定车辆位置，其方法比较复杂，功能比较简单。

中国专利《一种嵌入式双DSP信息数据处理装置和方法》(专利号：CN201110196298.4)，公开了使用两个独立的DSP芯片，对同一图像信息分别由两个芯片同时进行信息数据处理，由一个DSP芯片完成处理信息叠加并输出数据，此方案程序设计复杂，且无法同时处理多路视频输入信息。

因此，目前在智能交通监测领域，急需一种结构简单、集交通参数测量和交通监管为一体，且成本更低的交通监测***。

发明内容：

本发明的目的在于克服现有技术不足之处，提供一种交通参数测量准确率更高、管理能力更强的智能城市道路路***通监测***。

本发明解决上述技术问题所采用的技术方案是：一种基于嵌入式双核芯片的道路交通参数采集及违章抓拍***，它由场景摄像机1、抓拍摄像机2、嵌入式双核芯片3、SD储存卡4和网络交换机5组成，场景摄像机1和抓拍摄像机2安装在被检测车辆的前上方，并与网络交换机5相连接，其特征是，场景摄像机1内安装嵌入式双核芯片3及SD储存卡4，场景摄像机1对道路监测范围内的交通情况实时录像，嵌入式双核芯片3完成有关交通参数(车流量、瞬时速度、平均速度、时间占有率、队列长度、车头时距、车道占有率等)的视频分析及相关信息处理；对违章车辆(压线、逆行，调头、闯红灯、超速)的轨迹抓拍；由嵌入式双核芯片3控制抓拍摄像机2对违章车辆进行特写抓拍，并将抓拍视频传输至嵌入式双核芯片3中，完成车辆轨迹图片和特写图片的合成，车辆轨迹图片、合成图片及文本信息保存在SD储存卡4中，以上信息通过网络交换机5及城市电信主干网或专用光缆连接至城市交通指挥中心6(以下简称后台)，从而实现对道路路***通的实时监控。

按所述方案，所述场景摄像机1中嵌入安装的双核芯片含有如下交通监测软件：

(1)自动校准模块

(2)视频分析模块

(3)联动控制模块

(4)图片合成模块

其中，视频分析模块包含了视频解码及视频分析软件程序；

联动控制模块包括了违章事件枪球联动控制及球机抓拍控制软件程序；

图片合成模块包括了违法图片合成及合成图片传输软件程序；

场景摄像机1与抓拍摄像机2在路口对道路情况进行实时视频采集，所采集的视频流a和b经过上述有关交通监测软件模块的分析运算，从而进行多种交通数据采集、计算，用以实现道路双检测画面显示、道路交通参数的计算、传输、异常交通事件报警、交通违章事件检测与抓拍，并可显示清晰可识别的车牌信息，全面反映违章车辆信息，实现道路路口的实时检测和管理。

按所述方案，所述的嵌入式双核芯片3控制场景摄像机1和抓拍摄像机2进行***自动校准，即本***装置完成安装后，根据手动调节的场景摄像机的监控场景，***会自动控制抓拍摄像机调整监控场景，确保两部摄像机监控场景保持一致。

按所述方案，所述的场景摄像机1与抓拍摄像机2在路口对道路情况进行实时视频采集，所采集的视频流a和b经过上述有关交通监测软件模块的分析运算，从而进行多种交通数据采集、计算，用以实现道路双检测画面显示、道路交通参数的计算、传输、异常交通事件报警、交通违章事件检测与抓拍，并可显示清晰可识别的车牌信息，全面反映违章车辆信息，实现道路路口的实时检测和管理。

按所述方案，所述的联动控制模块的工作步骤为：场景摄像机1在正常工作的情况下，所采集的视频数字信号a，经过嵌入式双核芯片3中的视频分析模块的分析和判断，对违反交通法规的视频，发出异常交通事件数字信号，驱动联动控制模块工作，并随即发出调整抓拍摄像机2的拍摄角度及镜头焦距的指令，抓拍摄像机2按此指令迅速抓拍异常交通事件发生的过程和特写画面，并传输至嵌入式双核芯片3，同时嵌入式双核芯片3向交通指挥中心6发出交通事件的预警信息。

按所述方案，所述的交通参数有：车流量、车辆瞬时速度、车辆平均速度、队列长度、车头时距、车道占有率、时间占有率。

按所述方案，所述的联动抓拍和违规信息的传输，按交通监测软件模块中的工作流程，是这样实现的：(1)抓拍控制：工作时，场景摄像机1输出的视频流a，进入嵌入式双核芯片3的视频分析模块中，后者按照预先设定的车辆视频参数违章阈值的规定，进行分析比对，一旦发现有违反交通法规的视频，就随之发出异常交通事件的数字信号，驱动双摄像机联动控制模块工作，并随即发出调整抓拍摄像机2的拍摄角度及镜头焦距的指令，抓拍摄像机2按此指令迅速抓拍异常交通事件发生的过程和特写画面；(2)抓拍图片传输：抓拍摄像机2所拍摄图像视频流b，输入到嵌入式双核芯片3中的图片合成模块，后者对此进行多源异构数据融合和数据实时同步传输：即对抓拍的违规视频图像以YUV格式进行违规图片合成，并将压缩及合成后的图片以JEPG格式保存至SD储存卡4中，经FTP进行上传至后台，违规车辆的文本信息则通过WEBSERVlCE进行上传至后台，以文字和图片的形式，实时同步发出交通事件的预警信息。

按所述方案，所述的***装置自动校准的方法，实现步骤为：

1.1场景摄像机1在所监测的场景区域内，选取一张场景图片，将其按顺序分割为8*8(像素)的小块，并计算出每个小块的HOG特征；

1.2设定一个阈值对各个小块的HOG特征进行判断，选取大于阈值的小块作为特征块，其中心点作为特征点；

1.3抓拍摄像机2场景特征点选取同步骤1.1，1.2；

1.4将上述两个摄像机图像中的特征块根据HOG特征进行对比，用HOG特征相似的特征块作为对应特征块，并分别记录对应特征点的坐标；

1.5根据两个图像对应特征点的坐标，建立矩阵坐标系，并计算出坐标系的映射关系，实现两个场景的完全对应；

1.6如对应特征点数量少于100个，重复步骤1.1，并将图片特征点的像素减少到6*6进行分割…，直到其特征点的数量不少于100为止。

按所述方案，所述的嵌入式双核芯片3的型号是T I 8168。

与现有技术相比，本发明专利的有益效果是：

1、本***发明使用嵌入式双核芯片，提高了图像信息的处理速度及传输效率，使***工作效率显著提高：

本发明***中，由于使用嵌入式双核处理器，一个处理器用来处理输入图像的压缩、解码及数据输出，另一个处理器用来进行图像分析，较单核处理器而言，信息处理速度提升了40％。

本发明每套***同后台直接用光纤直接连接，硬件方面取消了路口前端安装的信号控制器和工控机，简化了数据传输环节，***的数据传输稳定性得到了进一步的提升；同时交通管理人员可根据***的IP端口直接进行访问，可随时对道路交通情况进行多角度、多方位检测，并对监测道口发出实时交通管控指令。

2、本发明***具有自动校准功能，使得场景摄像机1抓拍摄像机2的场景匹配可自动完成，不仅极大缩短了现场手动调试的时间，提高了现场设备安装调试的工作效率，也使后期维护更加方便。

3、***结构简单，安装方便

本发明***的核心组件——在场景摄像机1中安装嵌入式双核芯片3，使得整个***硬件配置得到了极大的简化，淘汰了传统的信号控制器和工控机后，***稳定性得到了极大提升，同时降低了路口施工难度。

以上特征，使得本发明***性价比高、成本低廉、运行稳定，适用面广，为确保城市交通的规范化行车管理提供了有力的保障。

附图说明

图1是本发明***智能交通监测***的结构方框图

图2是本发明***软件运行流程图

图3是本发明***监测场景自动校准图像分割示意图

图4是本发明***自动校准特征点分布示意图

图5是自动校准工作流程图

下面结合附图，以采用嵌入式双核T I 8168芯片为实施例，对本发明***进行进一步详细的说明：

参照图1，将场景摄像机1和抓拍摄像机2安装在道路前上方6-7米左右的横杆(或者道路旁立杆)上，这两台摄像机尽可能靠近安装，距离不超过0.5米，并把它们用专用网线连接到网络交换机5，后者再通过城域电信主干线或专用光缆连接至交通指挥中心局域网。

设备安装好后，先手动调节好场景摄像机1的监测范围，启动***监测场景自动校准指令，控制场景摄像机1和抓拍摄像机2进行***校准，确保两部摄像机监控场景一致。其具体步骤及工作流程如下，如图3、图4、图5所示：

1.首先***获得场景摄像机的场景图片，并进行图像归一化处理，将原始图像转变为灰度图像；

2.使用离散高斯平滑模板对灰度图像去除噪点；

3.采用矩形HOG结构对图像进行分割，分割单元格(特征块)大小为8*8(像素)；

4.利用一阶微分公式对每个特征块进行灰度梯度分析：

一阶微分公式为：

$\frac{\∂f}{\∂x}=f(x+1)-f\left(x\right)$

对于特征块梯度函数f(x，y)，其坐标x，y上的梯度通过二维列向量定义：

其中向量模值选用[一1，0，1]，梯度方向范围为0-180度，

则特征块中，每个像素点的水平和垂直方向的梯度分别为：

$G_h(x,y)=f(x+1,y)-f(x-1,y),\∀x,y$

$G_v(x,y)=f(x,y+1)-f(x,y-1),\∀x,y$

对特征块的每个像素点进行计算，从而得出特征块的梯度特性；

5.设定一个阈值对各个小块的HOG特征进行判断，选取大于阈值的小块作为特征块，其中心点作为特征点(A1、A2、A3…)；所设定的阈值为经过大量现场图片分析总结而得；

6.抓拍摄像机场景特征点选取同步骤1.1，1.2，1.3，选取的特征点为(a1、a2、a3…)；

7.将两个图像中的特征块根据HOG特征进行对比，将HOG特征相似的特征块作为对应特征块，并分别记录对应特征点的坐标；

8.根据两个图像对应特征点的坐标，建立矩阵坐标系，并计算出坐标系的映射关系，实现两个场景的完全对应；

视频流a为场景摄像机1的视频流，该视频流直接输入至嵌入式双核芯片3；视频流b为抓拍摄像机2的视频流，通过网络交换机端口与嵌入式双核芯片3和交通指挥中心6相连接。

视频分析模块通过对视频流a的分析，计算出的车流量、车辆瞬时速度、车辆平均速度、队列长度、车头时距、车道占有率、时间占有率等交通参数数据通过抓拍摄像机2的网络端口传输至网络交换机5，在经过网络交换机5通过网络端口发送报警信号至后台。

当发生车辆违规时时，联动模块启动，嵌入式双核T I 8168芯片3根据视频分析模块所计算出的违章车辆轨迹结果，控制场景摄像机1拍取车辆轨迹图片；抓拍摄像机2根据嵌入式双核T I 8168芯片3指令对违规车辆特写进行抓拍，并将抓拍图片上传至SD储存卡4中；图片合成模块将上述所获违章过程图片和车辆特写图片合成，并将在特写图片里识别的车牌信息打印在合成图片的上方，压缩为JPEG格式文件；合成图片通过网络端口传输至后台。

本实施例对道路路***通的实时监控时，在路***通正常通畅的情况下，在后台交通监控的滚动视屏上，同时显示场景摄像机1所拍摄的路口全景视屏和抓拍摄像机2所拍摄的路口特定区域的视屏，视屏的下方，还可以实时播放有关路口的交通参数；当路***通受阻或拥挤时，场景摄像机1启动控制信号模块工作，并驱动信号控制器：适时控制路口的红绿信号灯、开启路口的交通广播、向城市广播电台和电视台传输信息、110报警……；当路口有违章车辆时，其违章合成图片，随即出现在监测视屏上，同时存入当天该路口的违章车辆档案和违章车主的行车档案中。此外，后台的交管值班人员，还可以根据区域和全市的交通实况，调控场景摄像机1，对监测路***通进行远程统筹控管。

Claims (9)

1.一种基于嵌入式双核芯片的道路交通参数采集及违章抓拍***，它由场景摄像机1、抓拍摄像机2、嵌入式双核芯片3、SD储存卡4和网络交换机5组成，场景摄像机1和抓拍摄像机2安装在被检测车辆的前上方，并与网络交换机5相连接，其特征是，场景摄像机1内安装嵌入式双核芯片3及SD储存卡4，场景摄像机1对道路监测范围内的交通情况实时录像，嵌入式双核芯片3完成有关交通参数(车流量、瞬时速度、平均速度、时间占有率、队列长度、车头时距、车道占有率等)的视频分析及相关信息处理；对违章车辆(压线、逆行，调头、闯红灯、超速等)的轨迹抓拍；由嵌入式双核芯片3控制抓拍摄像机2对违章车辆进行特写抓拍，并将抓拍视频传输至嵌入式双核芯片3中，完成车辆轨迹图片和特写图片的合成，车辆轨迹图片、合成图片及文本信息保存在SD储存卡4中，以上信息通过网络交换机5及城市电信主干网或专用光缆连接至城市交通指挥中心6(以下简称后台)，从而实现对道路路***通的实时监控。

2.根据权利要求1所述的嵌入式双核芯片智能交通检测***，其特征是所述场景摄像机1中嵌入安装的双核芯片含有如下交通监测软件：

(1)自动校准模块

(2)视频分析模块

(3)联动控制模块

(4)图片合成模块

其中，视频分析模块包含了视频解码及视频分析软件程序；

联动控制模块包括了违章事件枪球联动控制及球机抓拍控制软件程序；

图片合成模块包括了违法图片合成及合成图片传输软件程序；

场景摄像机1与抓拍摄像机2在路口对道路情况进行实时视频采集，所采集的视频流a和b经过上述有关交通监测软件模块的分析运算，从而进行多种交通数据采集、计算，用以实现道路双检测画面显示、道路交通参数的计算、传输、异常交通事件报警、交通违章事件检测与抓拍，并可显示清晰可识别的车牌信息，全面反映违章车辆信息，实现道路路口的实时检测和管理。

3.根据权利要求1或2所述的嵌入式双核芯片智能交通检测***，其特征是，嵌入式双核芯片3控制场景摄像机1和抓拍摄像机2进行***自动校准，即本***装置完成安装后，根据手动调节的场景摄像机的监控场景，***会自动控制抓拍摄像机调整监控场景，确保两部摄像机监控场景保持一致。

4.根据权利要求1至3任一权利要求所述的嵌入式双核芯片智能交通检测***，其特征是，场景摄像机1与抓拍摄像机2在路口对道路情况进行实时视频采集，所采集的视频流a和b经过上述有关交通监测软件模块的分析运算，从而进行多种交通数据采集、计算，用以实现道路双检测画面显示、道路交通参数的计算、传输、异常交通事件报警、交通违章事件检测与抓拍，并可显示清晰可识别的车牌信息，全面反映违章车辆信息，实现道路路口的实时检测和管理。

5.根据权利要求1至4任一权利要求所述的嵌入式双核芯片智能交通检测***，其特征是，所述的联动控制模块的工作步骤为：场景摄像机1在正常工作的情况下，所采集的视频数字信号a，经过嵌入式双核芯片3中的视频分析模块的分析和判断，对违反交通法规的视频，发出异常交通事件数字信号，驱动联动控制模块工作，并随即发出调整抓拍摄像机2的拍摄角度及镜头焦距的指令，抓拍摄像机2按此指令迅速抓拍异常交通事件发生的过程和特写画面，并传输至嵌入式双核芯片3，同时嵌入式双核芯片3向交通指挥中心6发出交通事件的预警信息。

6.根据权利要求1至5任一权利要求所述的嵌入式双核芯片智能交通检测***，其特征是所述的交通参数有：车流量、车辆瞬时速度、车辆平均速度、队列长度、车头时距、车道占有率、时间占有率。

7.根据权利要求1至6任一权利要求所述的嵌入式双核芯片智能交通检测***，其特征是所述的联动抓拍和违规信息的传输，按交通监测软件模块中的工作流程，是这样实现的：(1)抓拍控制：工作时，场景摄像机1输出的视频流a，进入嵌入式双核芯片3的视频分析模块中，后者按照预先设定的车辆视频参数违章阈值的规定，进行分析比对，一旦发现有违反交通法规的视频，就随之发出异常交通事件的数字信号，驱动双摄像机联动控制模块工作，并随即发出调整抓拍摄像机2的拍摄角度及镜头焦距的指令，抓拍摄像机2按此指令迅速抓拍异常交通事件发生的过程和特写画面；(2)抓拍图片传输：抓拍摄像机2所拍摄图像视频流b，输入到嵌入式双核芯片3中的图片合成模块，后者对此进行多源异构数据融合和数据实时同步传输：即对抓拍的违规视频图像以YUV格式进行违规图片合成，并将压缩及合成后的图片以JEPG格式保存至SD储存卡4中，经FTP进行上传至后台，违规车辆的文本信息则通过WEBSERV I CE进行上传至后台，以文字和图片的形式，实时同步发出交通事件的预警信息。

8.根据权利要求1至7任一权利要求所述的嵌入式双核芯片智能交通检测***，其特征是，所述的***装置自动校准的方法，实现步骤为：

8.1场景摄像机1在所监测的场景区域内，选取一张场景图片，将其按顺序分割为8*8(像素)的小块，并计算出每个小块的HOG特征；

8.2设定一个阈值对各个小块的HOG特征进行判断，选取大于阈值的小块作为特征块，其中心点作为特征点；

8.3抓拍摄像机2场景特征点选取同步骤8.1，8.2；

8.4将上述两个摄像机图像中的特征块根据HOG特征进行对比，用HOG特征相似的特征块作为对应特征块，并分别记录对应特征点的坐标；

8.5根据两个图像对应特征点的坐标，建立矩阵坐标系，并计算出坐标系的映射关系，实现两个场景的完全对应；

8.6如对应特征点数量少于100个，重复步骤1.1，并将图片特征点的像素减少到6*6进行分割…，直到其特征点的数量不少于100为止。

9.根据权利要求1至8任一权利要求所述的嵌入式双核芯片智能交通检测***，其特征是，所述的嵌入式双核芯片3的型号是TI 8168。