CN108230667A - 一种车辆违章行为检测方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种车辆违章行为检测方法,包括以下步骤:S1:交通监控视频采集,并对视频进行预处理;S2:使用改进Surendra背景差分与三帧差分相结合的算法进行车辆目标检测;S3:结合camShi ft算法与Kalman滤波器进行车辆目标跟踪;S4:提取车辆质心绘制车辆运动轨迹;S5:根据车辆运动轨迹对车辆违章行为进行判别。本发明提出的车辆违章行为检测方法通过对监控视频数据进行实时处理与分析,实现违章车辆行为的自动识别,在保证结果准确性的前提下,降低计算复杂度,实现对车辆违章行为的实时检测。
Description
技术领域
本发明涉及一种车辆违章行为检测方法。
背景技术
随着我国经济的迅速发展,全国汽车保有量年年攀升,汽车为人民生活带来了极大便利,但车辆违章违规所带来的交通事故多发,给全国交通管理信息***带来了巨大压力。为保证公路交通的正常运行,我国政府采用了智能交通***,以实现大范围、多场景的交通监控与管理,提升交通***综合运输能力。同时对着信息技术几十年的迅猛发展,海量视频数据的存储与处理得到了广泛的普及与应用。
当今相关领域已经进行了广泛的研究,提出了许多交通违章的检测方法,但这些方法都有计算复杂、所需存储容量过大等问题,会占用过多硬件成本与开销。
发明内容
本发明要解决的技术问题是提供一种车辆违章行为检测方法。
一种车辆违章行为检测方法,包括以下步骤:
S1:交通监控视频采集,并对视频进行预处理;
S2:使用改进Surendra背景差分与三帧差分相结合的算法进行车辆目标检测;
S3:结合camShift算法与Kalman滤波器进行车辆目标跟踪;
S4:提取车辆质心绘制车辆运动轨迹;
S5:根据车辆运动轨迹对车辆违章行为进行判别。
进一步的,所述改进Surendra背景差分算法的具体算法如下:
1)取视频第一帧图像I0作为初始背景B0;
2)求出当前帧图像的最大灰度值gmax和最小灰度值gmin,然后令T=gmax+gmin;
3)根据T对图像的灰度值进行划分,分为大于T的灰度值和小于T的灰度值两组,分别求出两组的平均灰度值μ1和μ2;
4)更新阈值T,T=(μ1+μ2)/2;
5)重复步骤3)和4),直到T的值不发生变化;
6)迭代次数初始化,取m=1,最大迭代次数为M;计算当前帧与前一帧的帧间差分图像,并二值化,
式中,It为输入的t时刻的单帧图像;It-1为输入的t-1时刻的单帧图像;
7)根据二值化后的图像Dt来更新背景,
式中,Bt(x,y)为t时刻背景图像;α为更新速率系数,取值0.005;
8)迭代次数m每次迭代自增1,当迭代次数m=M时结束迭代,此时Bt(x,y)为更新后的背景图像。
进一步的,改进Surendra背景差分与三帧差分相结合的车辆检测算法如下:
1)对获取到的交通监控视频帧图像,使用改进Surendra背景差分算法重构背景图像,将输入当前帧与背景图像作差分处理,得到背景差分检测区域;
2)与步骤1)并行处理,对当前输入的视频帧,结合对应的前一帧与后一帧,利用三帧差分法对相邻的两帧作差分处理,获取三帧差分法检测区域;
3)将步骤1)和步骤2)的结果进行“或”运算处理,得到综合车辆检测结果,并进行形态学滤波与联通域分析,以去除非车辆目标带来的噪声干扰;
4)根据步骤3)得到的结果标定车辆在视频帧中的区域,以外接矩形框分割出目标车辆。
进一步的,所述车辆运动轨迹的计算如下:
设t时刻车辆在视频顿中的质心坐标点记为(xt,yt),则L帧后可以得到车辆的行驶轨迹:
TrajL={(xt,yt),(xt+1,y+1t),(xt+2,yt+2),...,(xt+L,yt+L)}。
进一步的,车辆违章行为的判别方法如下:
S5-1:车辆运动方向判决与逆行判断;
设t1时刻视频帧图像中车辆质心坐标为t2时刻视频帧图像中车辆质心坐标为则从t1到t2时刻,车辆运动方向判断条件为:
1)车辆速度有向右方运动的分量,记为DR;
2)车辆速度有向左方运动的分量,记为DL;
3)车辆速度有向上方运动的分量,记为DU;
4)车辆速度有向下方运动的分量,记为DD;
其中,εx=0.05×W,εy=0.05×H,W为车辆外接矩形框宽度,H为车辆外接矩形框宽度;
正常行驶的车辆运动方向可用(DR,DU),(DR,DD),(DL,DU)与(DL,DD)表示;
S5-2:车辆违章变道行为判断;
1)使用Hough变换进行行车道检测,设置禁止变道直线为Forb[N],其拟合直线方程为Ax+By+C=0;
2)计算车辆跟踪轨迹Traj[M]上所有的点与其对应车道线的距离d,计算公式如下:
d[i]=Traj[i]·x-Forb[i]·x,i=t,t=1,t+2,...,t+L;
3)与车道线距离做进的两个质心点记为与令R>0表示两个质心点位于车道直线同侧;R=0表示至少有一个质心点在直线上;R<0表示两个质心点位于直线两侧;
4)计算距离的离散程度,即车辆与车道线距离的均值E与方差S,即
5)判决标准:
当车辆与车道线距离的离散度S大于阈值TC,并且与车道线距离最近的两个质心点分列车道线两侧,将CL置为1,表示发生了变道行为,反之为0代表未发生变道行为;
S5-3:车辆调头行为判断;
1)对双向车进行讨论,左右侧直行车道中,使用跟踪算法进行跟踪车辆质心的y值在车辆行驶过程中持续增大,车辆调头之后y值持续减小;
2)车辆目标y值持续增大的时间段中,车辆行驶轨迹拟合直线段的斜率在右侧车道斜率区间内,同理,车辆目标y值持续减小的时间段中,车辆行驶轨迹拟合直线段的斜率在左侧车道斜率区间内;
3)车辆y值从减小转为增大的过程中,车辆变道判决标准CL置为1,即发生了变道行为。
本发明的有益效果是:
本发明提出的车辆违章行为检测方法通过对监控视频数据进行实时处理与分析,实现违章车辆行为的自动识别,在保证结果准确性的前提下,降低计算复杂度,实现对车辆违章行为的实时检测。
具体实施方式
以下具体实施例对本发明作进一步阐述,但不作为对本发明的限定。
一种车辆违章行为检测方法,包括以下步骤:
S1:交通监控视频采集,并对视频进行预处理;
S2:使用改进Surendra背景差分与三帧差分相结合的算法进行车辆目标检测;
S3:结合camShift算法与Kalman滤波器进行车辆目标跟踪;
S4:提取车辆质心绘制车辆运动轨迹;
S5:根据车辆运动轨迹对车辆违章行为进行判别。
所述改进Surendra背景差分算法的具体算法如下:
1)取视频第一帧图像I0作为初始背景B0;
2)求出当前帧图像的最大灰度值gmax和最小灰度值gmin,然后令T=gmax+gmin;
3)根据T对图像的灰度值进行划分,分为大于T的灰度值和小于T的灰度值两组,分别求出两组的平均灰度值μ1和μ2;
4)更新阈值T,T=(μ1+μ2)/2;
5)重复步骤3)和4),直到T的值不发生变化;
6)迭代次数初始化,取m=1,最大迭代次数为M;计算当前帧与前一帧的帧间差分图像,并二值化,
式中,It为输入的t时刻的单帧图像;It-1为输入的t-1时刻的单帧图像;
7)根据二值化后的图像Dt来更新背景,
式中,Bt(x,y)为t时刻背景图像;α为更新速率系数,取值0.005;
8)迭代次数m每次迭代自增1,当迭代次数m=M时结束迭代,此时Bt(x,y)为更新后的背景图像。
改进Surendra背景差分与三帧差分相结合的车辆检测算法如下:
1)对获取到的交通监控视频帧图像,使用改进Surendra背景差分算法重构背景图像,将输入当前帧与背景图像作差分处理,得到背景差分检测区域;
2)与步骤1)并行处理,对当前输入的视频帧,结合对应的前一帧与后一帧,利用三帧差分法对相邻的两帧作差分处理,获取三帧差分法检测区域;
3)将步骤1)和步骤2)的结果进行“或”运算处理,得到综合车辆检测结果,并进行形态学滤波与联通域分析,以去除非车辆目标带来的噪声干扰;
4)根据步骤3)得到的结果标定车辆在视频帧中的区域,以外接矩形框分割出目标车辆。
所述车辆运动轨迹的计算如下:
设t时刻车辆在视频顿中的质心坐标点记为(xt,yt),则L帧后可以得到车辆的行驶轨迹:
TrajL={(xt,yt),(xt+1,y+1t),(xt+2,yt+2),...,(xt+L,yt+L)}。
车辆违章行为的判别方法如下:
S5-1:车辆运动方向判决与逆行判断;
设t1时刻视频帧图像中车辆质心坐标为t2时刻视频帧图像中车辆质心坐标为则从t1到t2时刻,车辆运动方向判断条件为:
1)车辆速度有向右方运动的分量,记为DR;
2)车辆速度有向左方运动的分量,记为DL;
3)车辆速度有向上方运动的分量,记为DU;
4)车辆速度有向下方运动的分量,记为DD;
其中,εx=0.05×W,εy=0.05×H,W为车辆外接矩形框宽度,H为车辆外接矩形框宽度;
正常行驶的车辆运动方向可用(DR,DU),(DR,DD),(DL,DU)与(DL,DD)表示;
S5-2:车辆违章变道行为判断;
1)使用Hough变换进行行车道检测,设置禁止变道直线为Forb[N],其拟合直线方程为Ax+By+C=0;
2)计算车辆跟踪轨迹Traj[M]上所有的点与其对应车道线的距离d,计算公式如下:
d[i]=Traj[i]·x-Forb[i]·x,i=t,t=1,t+2,...,t+L;
3)与车道线距离做进的两个质心点记为与令R>0表示两个质心点位于车道直线同侧;R=0表示至少有一个质心点在直线上;R<0表示两个质心点位于直线两侧;
4)计算距离的离散程度,即车辆与车道线距离的均值E与方差S,即
5)判决标准:
当车辆与车道线距离的离散度S大于阈值TC,并且与车道线距离最近的两个质心点分列车道线两侧,将CL置为1,表示发生了变道行为,反之为0代表未发生变道行为;
S5-3:车辆调头行为判断;
1)对双向车进行讨论,左右侧直行车道中,使用跟踪算法进行跟踪车辆质心的y值在车辆行驶过程中持续增大,车辆调头之后y值持续减小;
2)车辆目标y值持续增大的时间段中,车辆行驶轨迹拟合直线段的斜率在右侧车道斜率区间内,同理,车辆目标y值持续减小的时间段中,车辆行驶轨迹拟合直线段的斜率在左侧车道斜率区间内;
3)车辆y值从减小转为增大的过程中,车辆变道判决标准CL置为1,即发生了变道行为。
Claims (5)
1.一种车辆违章行为检测方法,其特征在于,包括以下步骤:
S1:交通监控视频采集,并对视频进行预处理;
S2:使用改进Surendra背景差分与三帧差分相结合的算法进行车辆目标检测;
S3:结合camShift算法与Kalman滤波器进行车辆目标跟踪;
S4:提取车辆质心绘制车辆运动轨迹;
S5:根据车辆运动轨迹对车辆违章行为进行判别。
2.根据权利要求1所述的车辆违章行为检测方法,其特征在于,所述改进Surendra背景差分算法的具体算法如下:
1)取视频第一帧图像I0作为初始背景B0;
2)求出当前帧图像的最大灰度值gmax和最小灰度值gmin,然后令T=gmax+gmin;
3)根据T对图像的灰度值进行划分,分为大于T的灰度值和小于T的灰度值两组,分别求出两组的平均灰度值μ1和μ2;
4)更新阈值T,T=(μ1+μ2)/2;
5)重复步骤3)和4),直到T的值不发生变化;
6)迭代次数初始化,取m=1,最大迭代次数为M;计算当前帧与前一帧的帧间差分图像,并二值化,
式中,It为输入的t时刻的单帧图像;It-1为输入的t-1时刻的单帧图像;
7)根据二值化后的图像Dt来更新背景,
式中,Bt(x,y)为t时刻背景图像;α为更新速率系数,取值0.005;
8)迭代次数m每次迭代自增1,当迭代次数m=M时结束迭代,此时Bt(x,y)为更新后的背景图像。
3.根据权利要求1所述的车辆违章行为检测方法,其特征在于,改进Surendra背景差分与三帧差分相结合的车辆检测算法如下:
1)对获取到的交通监控视频帧图像,使用改进Surendra背景差分算法重构背景图像,将输入当前帧与背景图像作差分处理,得到背景差分检测区域;
2)与步骤1)并行处理,对当前输入的视频帧,结合对应的前一帧与后一帧,利用三帧差分法对相邻的两帧作差分处理,获取三帧差分法检测区域;
3)将步骤1)和步骤2)的结果进行“或”运算处理,得到综合车辆检测结果,并进行形态学滤波与联通域分析,以去除非车辆目标带来的噪声干扰;
4)根据步骤3)得到的结果标定车辆在视频帧中的区域,以外接矩形框分割出目标车辆。
4.根据权利要求1所述的车辆违章行为检测方法,其特征在于,所述车辆运动轨迹的计算如下:
设t时刻车辆在视频顿中的质心坐标点记为(xt,yt),则L帧后可以得到车辆的行驶轨迹:
TrajL={(xt,yt),(xt+1,y+1t),(xt+2,yt+2),...,(xt+L,yt+L)}。
5.根据权利要求1所述的车辆违章行为检测方法,其特征在于,车辆违章行为的判别方法如下:
S5-1:车辆运动方向判决与逆行判断;
设t1时刻视频帧图像中车辆质心坐标为t2时刻视频帧图像中车辆质心坐标为则从t1到t2时刻,车辆运动方向判断条件为:
1)车辆速度有向右方运动的分量,记为DR;
2)车辆速度有向左方运动的分量,记为DL;
3)车辆速度有向上方运动的分量,记为DU;
4)车辆速度有向下方运动的分量,记为DD;
其中,εx=0.05×W,εy=0.05×H,W为车辆外接矩形框宽度,H为车辆外接矩形框宽度;
正常行驶的车辆运动方向可用(DR,DU),(DR,DD),(DL,DU)与(DL,DD)表示;
S5-2:车辆违章变道行为判断;
1)使用Hough变换进行行车道检测,设置禁止变道直线为Forb[N],其拟合直线方程为Ax+By+C=0;
2)计算车辆跟踪轨迹Traj[M]上所有的点与其对应车道线的距离d,计算公式如下:
d[i]=Traj[i]·x-Forb[i]·x,i=t,t=1,t+2,...,t+L;
3)与车道线距离做进的两个质心点记为与令R>0表示两个质心点位于车道直线同侧;R=0表示至少有一个质心点在直线上;R<0表示两个质心点位于直线两侧;
4)计算距离的离散程度,即车辆与车道线距离的均值E与方差S,即
5)判决标准:
当车辆与车道线距离的离散度S大于阈值TC,并且与车道线距离最近的两个质心点分列车道线两侧,将CL置为1,表示发生了变道行为,反之为0代表未发生变道行为;
S5-3:车辆调头行为判断;
1)对双向车进行讨论,左右侧直行车道中,使用跟踪算法进行跟踪车辆质心的y值在车辆行驶过程中持续增大,车辆调头之后y值持续减小;
2)车辆目标y值持续增大的时间段中,车辆行驶轨迹拟合直线段的斜率在右侧车道斜率区间内,同理,车辆目标y值持续减小的时间段中,车辆行驶轨迹拟合直线段的斜率在左侧车道斜率区间内;
3)车辆y值从减小转为增大的过程中,车辆变道判决标准CL置为1,即发生了变道行为。
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Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
PB01 | Publication | ||
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SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
WW01 | Invention patent application withdrawn after publication | ||
WW01 | Invention patent application withdrawn after publication |
Application publication date: 20180629 |