CN104809887B - 一种高速公路上车辆逆行检测方法与自动报警装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种高速公路上车辆逆行检测方法与自动报警装置包括图像采集模块、车辆逆行检测模块，报警闪烁灯、数据传输装置、计算机；图像采集模块、报警闪烁灯、数据传输装置与车辆逆行检测模块相连，计算机与数据传输装置相连，为了提高逆行检测的准确率，不仅对上一帧进行检测，还在最近N帧中，随机选取M帧进行综合判断，只有X帧或者X帧以上存在逆行，才判断为逆行，发出逆行警报，结合车辆的直方图特征和傅里叶频谱特征进行多车辆匹配，提高了匹配的准确率。

Description

一种高速公路上车辆逆行检测方法与自动报警装置

技术领域

本发明涉及智能视频监控领域的车辆异常行为分析技术，尤其涉及一种高速公路上车辆逆行检测方法与自动报警装置。

背景技术

随着我国交通运输技术的发展，低效的交通监控***和老化的交通管理运营方式远远无法满足快速发展的交通技术的需要，进而成为制约我国交通运输技术发展的瓶颈。智能视频监控技术作为一种简单、便捷、高效、低成本、无接触式的监控技术，为交通车辆逆行、堵塞等行为造成交通事故的发生有较好的预防作用。智能视频监控技术已经在现代化交通、运输、安防、公安侦破、监狱监控、贵重物品的安全保护、警报、交通流量监控、办公场所的无人监控、机房的远程监控等领域得到了广泛的应用。

智能视频监控技术主要具有以下优势：

1、综合成本低。只需一次性投资，就能够让人们从枯燥无味、无趣的人为监控中解脱出来，无需专人看护，只需要当监控中出现异常报警时，进行响应即可。在人工成本日益高企的今天，无疑节省了一大笔的投入和日常开销。

2、检测结果客观、可靠。在人工监控的方式下，长时间盯着监控画面，监控者容易疲劳，对画面麻木，而智能监控能排除这方面的干扰，一旦检测到画面中有异常状况，即可实时发送警报，以方便人们及时响应。

3、使用方便。只要有网络的地方就能够监控，接收报警信号，支持远程和本地实时信号接收，支持多点、多种方式的实时信号接收。

4、智能监控技术将监控录像保存在大容量硬盘上，能够方便的调用，存储和运输，能够作为交通违规的证据。

发明内容

针对上述技术问题，本发明提出一种高速公路上车辆逆行检测方法与自动报警装置。

为了解决上述技术问题，本发明的技术方案如下：

一种高速公路上车辆逆行自动报警装置，包括图像采集模块、车辆逆行检测模块，报警闪烁灯、数据传输装置、计算机；

所述图像采集模块、报警闪烁灯、数据传输装置与车辆逆行检测模块相连，所述计算机与数据传输装置相连。

进一步的，所述车辆逆行检测模块对图像采集模块采集的视频帧进行检测；所述报警闪烁灯用于接收所述车辆逆行检测模块发送的信号，提醒过往车辆；所述数据传输装置用于传输所述车辆逆行检测模块的视频帧数据；

所述计算机用于显示、存储通过所述数据传输装置传输的视频帧数据。

进一步的，还包括报警装置，所述报警装置受计算机控制用于发出报警信号。

一种高速公路上车辆逆行检测方法，包括如下步骤：

4.1)车辆逆行检测模块建立逆行规则：确定需要检测车辆的多边形区域、车辆正常行驶的方向以及允许车辆允许偏离正常行驶方向的最大角度；

4.2)检测运动车辆：对图像采集模块采集到的视频帧的背景建立混合高斯背景模型；将当前帧图像与背景图像相减，当差值大于一定值时，认为是运动像素，将运动像素归类得到运动车辆；

4.3)车辆轨迹及形态分析：

a)遍历当前帧的车辆，获取车辆的轮廓、重心、直方图和傅里叶频谱特征；

b)根据车辆在帧的位置，计算车辆在上一帧中可能出现的位置，找到上一视频帧中这些位置存在的所有车辆；

c)如果无法找到车辆，并且当前帧车辆所处的位置为车辆进入检测区域的位置，则认为该车辆正常行驶出现在检测场景中，赋予全局唯一标号，加入正常跟踪队列中，继续下一车辆的检测，转到步骤a)；

d)如果无法找到车辆，并且当前帧车辆所处位置为车辆离开检测区域的位置，则认为该车辆可能逆行进入场景，赋予全局唯一标号，加入可能逆行车辆队列中，转到步骤a)；

e)如果无法找到车辆，并且不在多边形区域的边缘，则认为车辆被遮挡或者与其他车辆合并，将其放入待定队列中，不改变其标号，等待下一帧比较，转到步骤a)；

f)如果找到一辆或者多辆车，则计算直方图相似度和傅里叶频谱特征的相似度，设定直方图相似度和傅里叶频谱特征的相似度阈值，如果不存在直方图相似度和傅里叶频谱特征相似度大于阈值的车辆，则认为没匹配上，按没有找到车辆的逻辑处理，转到步骤a)；

g)如果有一辆或者多辆车符合条件，则选择最相似的车辆，将其加入跟踪队列中，并赋予与之前一致的标号，计算他们的相对位置，如果当前帧车辆相对于上一帧处于逆行的位置，认为该车可能存在逆行。

进一步的，在步骤g)后还包括如下步骤：车辆逆行检测模块分析车辆的形态变化，如果该车辆的持续跟踪帧数小于N帧，则认为历史轨迹信息还不足以确认，转到步骤a)，如果持续跟踪帧数大于等于N帧，随机选取M帧进行判断，只要有X帧或者X帧(X≤M≤N)以上处于逆行位置，则认为当前车辆存在逆行，车辆逆行检测模块发出信号至所述报警闪烁灯，提醒过往车辆。

本发明的有益效果在于：本发明为了提高逆行检测的准确率，不仅对上一帧进行检测，还在最近N帧中，随机选取M帧进行综合判断，只有X帧或者X帧以上存在逆行，才判断为逆行，发出逆行警报。本发明结合车辆的直方图特征和傅里叶频谱特征进行多车辆匹配，提高了匹配的准确率。本发明结合车辆逆行过程中发生的位置变化和由于相机景深引起的形态变化来判断逆行，能够较好的消除由于噪声产生的影响，提高了检测的准确率。本发明将本地警报和远程警报结合，当出现逆行时，发出闪烁灯警报，提醒来往车辆减速，防止碰撞，同时给远程协管员发出警报，以便及时响应，并将逆行画面存储，作为处罚依据。

附图说明

图1是本发明总体流程图；

图2是本发明车辆轨迹及形态分析流程图；

图3是本发明车辆逆行检测自动报警装置结构图。

具体实施方式

下面将结合附图和具体实施例对本发明做进一步的说明。

如图3所示是一种高速公路上车辆逆行自动报警装置，高速公路上车辆逆行自动报警装置包括：图像采集模块、车辆逆行检测模块、报警闪烁灯、数据传输装置、计算机和报警扬声器。图像采集模块、报警闪烁灯、数据传输装置与车辆逆行检测模块相连，所述计算机与数据传输装置相连，报警扬声器与计算机连接。上述图像采集模块和车辆逆行检测模块可集成在相机内部。此时报警闪烁灯将于集成后的相机连接。当检测到车辆逆行时，发送信号给报警闪烁灯，发出逆行警报，用来提醒过往车辆，前方存在车辆逆行；相机通过数据传输装置，将逆行画面的视频帧数据传输给计算机，并用红色框标记逆行区域，在画面右上角给出逆行报警信号。计算机接收到所述数据传输装置传输的视频帧数据中的车辆逆行画面，并显示、存储车辆逆行画面；并通过报警扬声器发出报警信号，提示协管员发生了逆行，采取相应的措施。

实施例一：

如图1和图2所示，一种高速公路上车辆逆行检测方法，其组成和功能说明如下：

(1)车辆逆行检测模块建立车辆逆行规则：

确定车辆检测的四边形区域、确定在四边形检测区域内车辆正常行驶的方向以及确定允许车辆允许偏离正常行驶方向的最大角度。

(2)检测运动车辆：

根据图像采集模块采集到的视频帧为背景建立混合高斯背景模型；

将当前帧图像与背景图像相减，当差值大于一定值时，认为是运动像素；将运动像素归类得到运动车辆。

(3)车辆轨迹及形态分析：

a)遍历当前帧的车辆，获取车辆的轮廓、重心、直方图和傅里叶频谱特征；因为车辆的速度是有限的，同时相机采集的频率为25帧/s，所以车辆在相邻两帧之间运动的距离在一定范围内；

b)根据车辆在当前帧的位置，计算车辆在上一帧中可能出现的位置，找到上一帧中这些位置存在的所有车辆；

c)如果无法找到车辆，并且当前帧车辆所处的位置为车辆进入检测区域的位置，则认为该车辆正常行驶出现在检测场景中，将该车及其对应的特征加入跟踪队列中，并赋予全局唯一标号，继续下一车辆的检测，转到a)；

d)如果无法找到车辆，并且当前帧车辆所处位置为车辆离开检测区域的位置，则认为该车辆可能逆行进入场景，将该车及其对应的特征加入可能逆行车辆队列中，并赋予全局唯一标号，转到a)；

e)如果无法找到车辆，并且不在区域的边缘，则认为车辆被遮挡或者与其他车辆合并，将其放入待定队列中，不改变其标号，等待下一帧比较，转到a)；

f)如果找到一辆或者多辆车，则利用巴氏距离来计算与找到的车辆之间的直方图相似度和傅里叶频谱特征的相似度，设定直方图相似度和傅里叶频谱特征的相似度阈值为0.2，如果不存在直方图相似度和傅里叶频谱特征相似度的巴氏距离小于0.2的车辆，则认为没匹配上，按没有找到车辆的逻辑处理，转到a)；g)如果有一辆或者多辆车符合条件，则选择最相似的车辆，将其加入跟踪队列中，并赋予与之前一致的标号，计算他们的相对位置，如果当前帧车辆相对于上一帧处于逆行的位置，认为该车可能存在逆行，同时，分析车辆的形态变化，因为场景中存在景深的变化，所以车辆形态的变化也可以作为加强逆行判断的依据，比较车辆的大小，如果逆行是由近往远行驶，则认为车辆逆行过程中，有逐渐变小的趋势，如果逆行是由远往近行驶，则认为车辆逆行过程中，有逐渐变大的趋势；为了提高检测的准确率，降低误报，需要获取更多的轨迹信息加强逆行判断，例如如果该车的持续跟踪帧数小于10帧，则认为历史轨迹信息还不足以确认，转到a)，如果持续跟踪帧数大于等于10帧，随机选取5帧进行判断，只要有3帧或者3帧以上处于逆行位置，则认为当前车辆存在逆行，车辆逆行检测模块发出信号至所述报警闪烁灯，提醒过往车辆；并将视频帧数据通过数据传输装置传输至计算机用于存储和显示，当遇到逆行情况，并通过报警扬声器发出报警信号，提示协管员发生了逆行，采取相应的措施。

以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明保护范围内。

Claims (4)

1.一种高速公路上车辆逆行检测方法，其特征在于，包括图像采集模块、车辆逆行检测模块，报警闪烁灯、数据传输装置、计算机；

所述图像采集模块、报警闪烁灯、数据传输装置与车辆逆行检测模块相连，所述图像采集模块通过数据传输装置，将逆行画面的视频帧数据传输给计算机，并用红色框标记逆行区域，在画面右上角给出逆行报警信号，所述计算机与数据传输装置相连；所述报警闪烁灯用来提醒过往车辆，前方存在车辆逆行；

具体检测步骤如下：

4.1)车辆逆行检测模块建立逆行规则：确定需要检测车辆的多边形区域、车辆正常行驶的方向以及允许车辆偏离正常行驶方向的最大角度；

4.2)检测运动车辆：对图像采集模块采集到的视频帧的背景建立混合高斯背景模型；将当前帧图像与背景图像相减，当差值大于一定值时，认为是运动像素，将运动像素归类得到运动车辆；

4.3)车辆轨迹及形态分析：

a)遍历当前帧的车辆，获取车辆的轮廓、重心、直方图和傅里叶频谱特征；

b)根据车辆在帧的位置，计算车辆在上一帧中可能出现的位置，找到上一视频帧中这些位置存在的所有车辆；

c)如果无法找到车辆，并且当前帧车辆所处的位置为车辆进入检测区域的位置，则认为该车辆正常行驶出现在检测场景中，赋予全局唯一标号，加入正常跟踪队列中，继续下一车辆的检测，转到步骤a)；

d)如果无法找到车辆，并且当前帧车辆所处位置为车辆离开检测区域的位置，则认为该车辆可能逆行进入检测场景，赋予全局唯一标号，加入可能逆行车辆队列中，转到步骤a)；

e)如果无法找到车辆，并且不在多边形区域的边缘，则认为车辆被遮挡或者与其他车辆合并，将其放入待定队列中，不改变其标号，等待下一帧比较，转到步骤a)；

f)如果找到一辆或者多辆车，则计算直方图相似度和傅里叶频谱特征的相似度，设定直方图相似度和傅里叶频谱特征的相似度的一个设定阈值，如果不存在直方图相似度和傅里叶频谱特征相似度大于设定阈值的车辆，则认为没匹配上，按没有找到车辆的逻辑处理，转到步骤a)；

g)如果有一辆或者多辆车符合条件，则选择最相似的车辆，将其加入跟踪队列中，并赋予与之前一致的标号，计算他们的相对位置，如果当前帧车辆相对于上一帧处于逆行的位置，认为该车可能存在逆行。

2.根据权利要求1所述的高速公路上车辆逆行检测方法，其特征在于，所述车辆逆行检测模块对图像采集模块采集的视频帧进行检测；

所述报警闪烁灯用于接收所述车辆逆行检测模块发送的信号，提醒过往车辆；

所述数据传输装置用于传输所述车辆逆行检测模块的视频帧数据；

所述计算机用于显示、存储通过所述数据传输装置传输的视频帧数据。

3.根据权利要求1所述的高速公路上车辆逆行检测方法，其特征在于，还包括报警装置，所述报警装置受计算机控制用于发出报警信号。

4.根据权利要求1所述的高速公路上车辆逆行检测方法，其特征在于，在步骤g)后还包括如下步骤：车辆逆行检测模块分析车辆的形态变化，如果该车辆的持续跟踪帧数小于N帧，则认为历史轨迹信息还不足以确认，转到步骤a)，如果持续跟踪帧数大于等于N帧，随机选取M帧进行判断，只要有X帧或者X帧以上处于逆行位置，则认为当前车辆存在逆行，车辆逆行检测模块发出信号至所述报警闪烁灯，提醒过往车辆。