ES2330499B1 - Procedimiento y sistema de deteccion de objetos en movimiento. - Google Patents
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Abstract
Procedimiento y sistema de detección de objetos
en movimiento.
Procedimiento de detección del paso de vehículos
(7) por una vía, caracterizado porque comprende efectuar de modo
repetitivo al menos las siguientes operaciones: adquirir, al menos,
un par de imágenes homólogas simultáneas de la vía; restar, para
cada píxel de una de las imágenes homólogas simultáneas, el valor
del píxel homólogo en la otra imagen homóloga simultánea localizando
su posición mediante la función de correspondencia; comparar, los
valores obtenidos en la operación anterior con un valor umbral
predeterminado, obteniéndose el número de discrepancias;
determinar, en función del número de discrepancias, si se produce
una detección, donde la función correspondencia, que relaciona la
posición de los píxeles de una imagen homóloga con la posición de
los píxeles de la otra imagen homóloga, se calcula en una operación
previa de inicialización utilizando elementos fijos de la vía como
puntos de referencia.
Description
Procedimiento y sistema de detección de objetos
en movimiento.
El objeto principal de la presente invención es
un procedimiento y un dispositivo que detectan el paso de vehículos
por una vía. Otro objeto de la presente invención es un
procedimiento y un dispositivo que además determinan la longitud,
altura y velocidad de los vehículos.
El análisis y control de tráfico rodado es una
necesidad cada vez mayor en las sociedades avanzadas, en las que
los problemas de movilidad suponen un gran coste económico y en las
que los accidentes de tráfico suponen un enorme coste en vidas
humanas.
Los sistemas avanzados de control de tráfico
utilizan sistemas de visión artificial que estudian diferentes
condiciones del tráfico en una escena analizando imágenes
digitales. La captura de esas imágenes se produce en general con
dos sistemas, uno que detecta el paso de un vehículo y otro que
captura al menos una imagen digital de la escena.
El hecho de tener dos elementos en muchos casos
supone una gran complejidad de instalación y mantenimiento. Además,
los elementos que detectan el paso de los vehículos suelen ser
costosos, ya que se trata de elementos de mucha precisión, como por
ejemplo radares, o de elementos intrusivos, cuya instalación
requiere la ejecución de obras en la calzada con la consiguiente
interrupción del tráfico.
También se han propuesto sistemas no intrusivos
basados en ultrasonidos y en microondas. Este tipo de sistemas
suele presentar problemas relacionados con falta de precisión o
excesiva dependencia de las condiciones de entorno en la carretera.
Como alternativa a estos elementos se han creado detectores ópticos
que interpretan los cambios en la escena como indicadores del paso
de un vehículo, pero su uso queda muy limitado al ser excesivamente
sensibles a cambios en la iluminación ambiental (provocados por el
paso de nubes, por las luces y las sombras producidas por otros
coches, por elementos externos a la carretera, etc.), y por ser muy
sensibles a las vibraciones, lo que imposibilita su instalación
sobre semáforos, farolas, puentes o pórticos.
La presente invención se refiere a un
procedimiento y un dispositivo que resuelven la problemática
anterior en un único aparato que detecta el paso del vehículo y
toma imágenes de alta resolución para su posterior identificación.
La detección del vehículo soluciona las deficiencias de otros
sistemas de detección por visión artificial, ya que utiliza un
algoritmo que analiza la altura de los objetos, lo que le permite
descartar los brillos y las sombras en la calzada que confundirían
a otros métodos, y realiza un filtrado de las imágenes.
El método también es totalmente insensible a las
vibraciones, ya que trabaja con imágenes estáticas
("instantáneas") en lugar de vídeo, lo que facilita su
instalación en cualquier elemento disponible en la vía pública
(farolas, semáforos, puentes, pórticos, etc.).
Otra ventaja importante del método es que ha
sido concebido para trabajar a muy alta velocidad, lo cual
posibilita la detección de vehículos independientemente de su
velocidad, y para ser fácilmente integrado en un circuito integrado
de aplicación específica (ASIC) u otro dispositivo análogo, lo que
posibilita su fabricación a gran escala y muy bajo coste.
El método utilizado para la detección de
vehículos en la vía se basa en la estimación de la altura de éstos
mediante un sistema que contiene dos o más medios de adquisición de
imágenes. Comparando las imágenes adquiridas se detectan
discrepancias entre píxeles homólogos de las imágenes homólogas,
deduciéndose la existencia de objetos con altura no nula.
En el presente documento, se entenderá que
"vía" hace referencia cualquier tipo de camino, calzada,
carretera, etc. por la que pasen vehículos cuyas características se
desea conocer. De igual modo, el término "vehículo" no se
limita sólo a los coches, ya que el presente procedimiento y
sistema son capaces de detectar el paso de cualquier objeto de
altura no nula, como motocicletas, animales, personas a pie,
etc.
Además, diremos que un "punto" corresponde
a una parte de un vehículo, carretera, etc. en el mundo real, en
contraposición con los puntos de los que están compuestas las
imágenes, a los que haremos referencia como píxeles. Además, se
entenderá que el "valor de un píxel" hace referencia a un
valor de luminosidad de dicho píxel.
Por tanto, de acuerdo con un aspecto de la
presente invención, se proporciona un procedimiento de detección
del paso de vehículos por una vía que comprende las dos fases
siguientes:
\newpage
Fase
1
Se realiza por lo menos una vez como
inicialización del sistema y consiste en analizar, al menos en un
par de imágenes homólogas simultáneas, la posición de la carretera,
y establecer una referencia de la distancia a la que se encuentra
la calzada para cada píxel de la imagen. Esta primera fase
comprende las siguientes operaciones:
a) Adquirir, al menos, un par de imágenes
homólogas simultáneas de la vía sin vehículos mediante dos medios
de adquisición de imágenes separados horizontalmente. Diremos que
dos "imágenes homólogas" son dos imágenes de la misma zona de
la vía desde dos puntos de vista separados en dirección horizontal
una distancia correspondiente a la distancia que separa los medios
de adquisición de imágenes. Los medios de adquisición de imágenes
obtienen imágenes de la vía al recibir la radiación en ella
reflejada, por ejemplo la radiación natural visible.
b) Generar un modelo de la vía mediante el
análisis de las correspondencias entre los píxeles de las imágenes
homólogas simultáneas adquiridas en el paso anterior mediante
alguna técnica de análisis de correspondencias entre imágenes, por
ejemplo utilizando para ello puntos de referencia fijos de la vía.
Este modelo es una función de correspondencia \Omega: R^{2}
\rightarrow R^{2} que nos da para cada píxel de la imagen
izquierda la posición de su píxel homólogo en la imagen derecha. La
distancia euclidea entre la posición (x_{i}, y_{i}) de un píxel
en la imagen izquierda y su homólogo (x_{d},y_{d}) en la imagen
derecha nos da por métodos trigonométricos la distancia entre el
medio de adquisición de imágenes y la vía en ese lugar de la
escena.
Fase
2
Se realiza de forma repetitiva y consiste en
detectar objetos que alteran la situación establecida en el modelo
obtenido en la primera fase. En esta segunda fase se realizan al
menos las siguientes operaciones:
a) Adquirir, al menos, un par de imágenes
homólogas simultáneas de la vía mediante los dos medios de
adquisición de imágenes separados horizontalmente y detectar
píxeles en las imágenes homólogas que no coincidan con el modelo
establecido en la fase anterior, porque la distancia a la carretera
en su posición sea diferente a la establecida. Dicho de otro modo,
mientras no exista ningún vehículo en la vía el valor de un píxel
será aproximadamente igual al de su homólogo, ya que ambos píxeles
corresponderán al mismo punto, normalmente de la vía, y por lo tanto
ambos tendrán la misma luminosidad. En cambio, cuando pase un
vehículo de altura no nula, en algún momento se producirá una
situación en que un píxel corresponderá a un punto de la vía,
mientras que su píxel homólogo corresponderá un punto del vehículo.
En esta situación, la resta de los valores de este par de píxeles
homólogos dará como resultado un valor superior a un valor umbral
establecido, produciéndose una discrepancia. Por tanto, calculando
la resta entre los valores de los píxeles de las dos imágenes
homólogas, desplazando previamente los valores de los píxeles en
una de ellas un número de píxeles proporcional al modelo \Omega, y
comparando los resultados con el valor umbral establecido,
obtenemos el número de discrepancias. En el caso de que el número
de discrepancias en esta operación supere un número máximo
predefinido, concluimos que hay un objeto en la vía que no estaba
presente en el momento de la generación del modelo (fase 1). De
acuerdo con una realización preferida de la invención, para
realizar este proceso a muy alta velocidad centramos nuestro
análisis en regiones de las imágenes homólogas con forma de banda
perpendicular a la vía.
b) En el caso de que el número de discrepancias
detectadas en la operación anterior no sea superior al número
máximo predefinido, podemos, o bien concluir que no hay ningún
objeto en la vía que no estaba presente en el momento de la
generación del modelo de la vía (fase 1), o bien que existe un
objeto con una altura excesivamente alta que produce la saturación
de la imagen (por ejemplo un camión o autocar). Para distinguir
entre estas dos posibilidades se verifica si al menos una de las
regiones de análisis de las dos imágenes homólogas contiene alguna
característica conocida presente en la vía. En el caso de no
detectar esta característica en alguna de las dos imágenes
concluimos que hay un objeto en la vía que no estaba presente en el
momento de la generación del modelo (fase 1).
El procedimiento descrito en la fase 2 se
realiza de modo continuo, adquiriéndose imágenes homólogas
simultáneas de modo consecutivo a muy alta velocidad, y
deduciéndose de ellas el número de vehículos que transitan por la
vía durante un determinado período de tiempo. De acuerdo con una
realización preferida de la presente invención, se llevan a cabo las
operaciones de la fase 2 un mínimo de K veces por segundo, siendo K
un parámetro que depende, según la siguiente fórmula, de la
velocidad máxima a la que circulan los vehículos por la carretera
(V_{max}), su longitud mínima (L_{min}) y la distancia
longitudinal de la vía que queda cubierta por la región de análisis
(L_{reg}). Si no tenemos en cuenta la altura de los vehículos
podemos aproximar este parámetro con la siguiente fórmula (por
ejemplo, para una motocicleta de 1,5 m de largo, una velocidad
máxima de 300 Km/hora y una región de detección de 10 cm
necesitamos una frecuencia de análisis mínima de 52 imágenes por
segundo):
La precisión de las estimaciones de velocidad y
longitud de los vehículos es mayor cuanto mayor la frecuencia de
adquisición de imágenes. De acuerdo con una realización preferida
de la invención, las operaciones de la fase 2 se realizan 50 o más
veces por segundo.
Gracias a la realización repetitiva del anterior
procedimiento detectamos de forma inequívoca la entrada y la salida
de un objeto en la región de análisis, lo que nos permite capturar
una imagen completa del vehículo en el momento más adecuado para
nuestra aplicación. Por ejemplo, podemos tomar una imagen de la
parte posterior del vehículo para analizar su matrícula.
De acuerdo con otra realización preferida de la
invención, el procedimiento comprende además la operación de emitir
en dirección a la vía, mediante un medio emisor de radiación, una
radiación adecuada para el funcionamiento de los medios de
adquisición de imágenes. Así, el medio emisor de radiación podría
emitir radiación de tipo visible, infrarroja, ultrasonidos, radar,
microondas, etc.
La adaptación de la potencia de la radiación
emitida y de la sensibilidad de los sensores se realiza de forma
dinámica en cada captura mediante un esquema realimentado. Dicho
esquema toma como dato de partida una estimación de la luminosidad
ambiental calculada en base a la evolución de la media de los
valores de los píxeles en la región de análisis, en los instantes
en que no hay un vehículo en la vía.
De acuerdo con realizaciones preferidas de la
invención, el procedimiento de detección del paso de vehículos por
una vía comprende además la operación de determinar la altura del
vehículo detectado. Esta función se desprende de modo evidente del
funcionamiento descrito anteriormente, ya que es posible determinar
la altura de un punto mediante trigonometría básica.
Además, de acuerdo con otra realización
preferida de la invención, el procedimiento de detección del paso
de vehículos por una vía comprende además la operación de
determinar la longitud del vehículo detectado. Para ello se
analizan, en cada par de imágenes adquiridas, varias regiones de
análisis homólogas simultáneas con forma de banda perpendicular a
la vía. De la información relativa a la altura de los píxeles
homólogos localizados en cada uno de los pares de regiones de
análisis con forma de banda se deduce la longitud del vehículo, ya
que se conoce la distancia en longitudinal entre las regiones de
análisis.
De acuerdo con una realización preferida más de
la presente invención, el procedimiento de detección del paso de
vehículos por una vía comprende además la operación de determinar
la velocidad del vehículo detectado. Puesto que las imágenes se
toman de manera secuencial a una frecuencia conocida, se puede
determinar cuánto tiempo permanece el vehículo dentro de una de las
regiones de análisis. Y puesto que, como se ha explicado
anteriormente, podemos conocer la longitud del vehículo, se puede
deducir la velocidad del vehículo.
De acuerdo con otras realizaciones preferidas de
la invención, el procedimiento de detección del paso de vehículos
por una vía comprende además las operaciones de tomar la fecha y la
hora de la detección, medir la localización geográfica del equipo
de detección, y encriptar y comunicar los resultados obtenidos
mediante un medio de comunicación. Así, se podría enviar el número
de vehículos que ha transitado por una carretera y su velocidad
media a un centro de control de tráfico, por ejemplo, diariamente,
junto con la identificación del punto kilométrico en que se ha
realizado la medida y la fecha y hora. También se podría
interconectar varios equipos similares para gestionar la detección
de vehículos en varias vías de una misma calzada (por ejemplo en
carreteras de varios carriles), detectando las situaciones en las
que un vehículo está cambiando de carril para evitar que sean
contabilizados dos vehículos en lugar de uno. Por motivos de
seguridad, todos los envíos se realizan en forma encriptada.
De acuerdo con un segundo aspecto de la
invención, se describe un sistema de detección del paso de
vehículos por una vía, caracterizado porque comprende los
siguientes dispositivos:
a) Dos medios de adquisición de imágenes que
adquieren dos imágenes homólogas simultáneas de un tramo de la vía.
De acuerdo con realizaciones preferidas de la invención, los medios
de adquisición de imágenes pueden ser cámaras digitales, cámaras de
vídeo digitales, cámaras infrarrojas, detectores de ultrasonidos,
detectores de radar, etc. Además, de acuerdo con otra realización
preferente de la presente invención, la distancia entre las cámaras
infrarrojas izquierda y derecha (3, 4) está dentro del rango de 20
cm a 100 cm.
b) Un medio de procesamiento conectado a los
medios de adquisición de imágenes (3, 4), que resta, para cada
píxel de una de las imágenes homólogas simultáneas, el valor del
píxel homólogo en la otra imagen homóloga simultánea y determina,
en función del número de discrepancias, si se produce una
detección. Además, el medio de procesamiento tiene la capacidad de
encriptar los datos para su envío a, por ejemplo, un centro de
control de tráfico. El medio de procesamiento podría ser cualquier
dispositivo capaz de efectuar los cálculos necesarios para
determinar la presencia de vehículos sobre la vía, aunque de
acuerdo con realizaciones preferentes de la invención podría ser un
microcontrolador, un ordenador, un ASIC, un DSP, una FPGA, etc.
Además, de acuerdo con realizaciones preferidas
de la invención se puede añadir un medio emisor de radiación que
emita radiación en dirección a la vía, evitando así la dependencia
de la luz visible natural. La radiación podría ser de cualquier
tipo, siempre que se refleje en los vehículos que transitan por la
vía y pueda ser detectada por los medios de adquisición de
imágenes. De acuerdo con realizaciones preferentes de la invención,
el medio emisor de radiación puede emitir radiación de tipo
visible, infrarroja, ultrasonidos, radar, microondas, etc. Sin
embargo, no es aconsejable la radiación visible, ya que podría
molestar a los conductores de los vehículos que transiten por la
vía.
\newpage
De acuerdo con realizaciones preferidas de la
invención se puede añadir un medio para determinar la fecha y hora
en que se produce la detección del vehículo y un medio para
identificar la posición geográfica del equipo, que podría ser, por
ejemplo, un sistema de posicionamiento GPS.
Finalmente, de acuerdo con otra realización
preferida más, el sistema puede comprender un medio de comunicación
para comunicar los resultados obtenidos, por ejemplo a un centro de
control de tráfico. El medio de comunicación puede ser de cualquier
tipo capaz de transmitir los resultados obtenidos aunque, de
acuerdo con realizaciones preferidas, podría utilizar Internet,
Ethernet, USB, RS232, RS485, Bluetooth, IEEE_{802.11b/g}, Zigbee,
radio, línea telefónica, UMTS, GSM, infrarrojos, etc.
Para complementar la descripción que se está
realizando y con objeto de ayudar a una mejor comprensión de las
características de la invención, de acuerdo con un ejemplo
preferente de realización práctica de la misma, se acompaña como
parte integrante de dicha descripción, un juego de dibujos en donde
con carácter ilustrativo y no limitativo, se ha representado lo
siguiente:
Figura 1.- Muestra un esquema del sistema de
detección de vehículos de acuerdo con la presente invención.
Figura 2.- Muestra un ejemplo del tipo de
imágenes que adquiere una de las cámaras del ejemplo de la presente
invención.
Figuras 3 y 4.- Muestra un par de imágenes
homólogas simultáneas capturada por un par de cámaras del sistema
de detección de vehículos de acuerdo con la presente invención.
Figuras 5 y 6.- Muestra el par de imágenes
homólogas simultáneas de la figura 3, carretera en el que se
aprecian tres regiones de análisis con forma de banda perpendicular
a la carretera.
Figuras 7 y 8.- Muestra el par de imágenes
homólogas simultáneas de la figura anterior tomadas en el momento
de paso de un vehículo, de donde se ha extraído un detalle de una
de las regiones de análisis con forma de banda perpendicular a la
carretera.
Figura 9.- Muestra una vista en planta de la
ubicación del sistema de la presente invención en un puente que
cruza la carretera cuyo volumen de tráfico se desea conocer.
Figura 10.- Muestra una vista en perspectiva de
la ubicación del sistema de acuerdo con la invención por encima de
la carretera.
Figura 11.- Muestra una vista en planta de las
regiones detectadas por el par de cámaras del sistema de acuerdo
con la presente invención.
Figura 12.- Muestra un alzado del sistema de
detección de vehículos de la figura 11.
De acuerdo con la figura 1, el sistema (1) de
detección del paso de vehículos (7) por una vía se compone de uno o
más pares de medios de adquisición de imágenes que toman imágenes
de la escena de la carretera o vía pública desde dos posiciones
diferentes en horizontal. Para garantizar que existe luz visible
suficiente veinticuatro horas al día, el sistema incluye un medio
emisor de radiación que emite radiación con la potencia necesaria
para alcanzar los vehículos (7) a la distancia de trabajo del
sistema. En este ejemplo, el medio emisor de radiación es una
lámpara infrarroja (2), y los medios de adquisición de imágenes son
un par de cámaras infrarrojas (3, 4). En la figura 2 se muestra el
tipo de imágenes que adquiere una de las cámaras infrarrojas (3,
4), en el momento de paso de un vehículo (7). El uso de radiación
infrarroja evita el peligro de molestar o deslumbrar a los
conductores durante la noche.
Las figuras 3 y 4 muestran dos imágenes
adquiridas por las cámaras infrarrojas (3, 4), siendo la figura 3
la imagen tomada por una cámara infrarroja izquierda (3), y la
figura 4 la imagen tomada por una cámara infrarroja derecha (4). Se
observa la ligera diferencia existente entre las posiciones de las
líneas de señalización horizontal de la carretera (8, 9), causada
por la diferencia de posición de las cámaras infrarrojas (3, 4),
que en este ejemplo es de 40 cm.
El medio de procesamiento es un microcontrolador
(5), que está conectado a las cámaras infrarrojas (3, 4), a la
lámpara infrarroja (2), a un reloj de tiempo real (66) y a un
sistema de posicionamiento GPS (67). El microcontrolador (5)
controla la captura de imágenes por las cámaras infrarrojas (3, 4)
y controla el nivel de emisión de la lámpara infrarroja (2) en
función de las condiciones de la escena.
El microcontrolador (5) tiene capacidad para
analizar las imágenes adquiridas por las cámaras infrarrojas (3,
4), bien sea recibiéndolas directamente o después de pasar por un
elemento digitalizador (por ejemplo, conversor analógico digital).
El microcontrolador (5) también dispone de capacidad para comunicar
los resultados de sus análisis a través de un medio de
comunicaciones (6), en este ejemplo un puerto Ethernet (6). Los
resultados que se transmiten por el puerto Ethernet (6) van
encriptados y combinados con la fecha y hora medidas con el reloj de
tiempo real (66) y las coordenadas de su localización geográfica
medidas con el sistema de posicionamiento GPS (67).
Así, el microcontrolador (5) puede enviar
periódicamente, por ejemplo con frecuencia horaria, el número y la
velocidad media de los vehículos (7) que han pasado por ese tramo
de la red viaria.
El sistema (1), que está integrado de forma
compacta en una carcasa, se instala sobre un pórtico que cruza en
perpendicular la carretera cuyo tráfico se desea medir, como se
observa en la figura 9.
En este ejemplo, se realiza en primer lugar y
como mínimo una vez cuando se pone en marcha el sistema un proceso
de inicialización correspondiente a la fase 1 descrita
anteriormente, y que consiste en capturar un par de imágenes
homólogas de la carretera, figuras 3 y 4, y en calcular su función
\Omega de correspondencia como la correlación cruzada entre ambas
imágenes, tomando como base las regiones de interés definidas por
el usuario. Esta función nos da para cada píxel de la región en la
imagen homóloga izquierda la posición de su píxel homólogo en la
imagen homóloga derecha. Como puntos de referencia fijos para el
cálculo de la función \Omega se podrían tomar, en este ejemplo,
las líneas (8, 9) de señalización horizontal de la vía.
El proceso de detección correspondiente a la
fase 2 consiste, en este ejemplo, en capturar simultáneamente tres
regiones de análisis (12, 13, 14) con forma de banda perpendicular a
la carretera cada 10 milisegundos (correspondiente a una frecuencia
de 100 imágenes/segundo) mediante cada una de las cámaras
infrarrojas (3, 4), y en determinar el número de discrepancias en
cada región de análisis (12, 13, 14) con forma de banda, como se
muestra en las figuras 5 y 6. Para ello se resta el valor de cada
píxel en cada región de análisis (12, 13, 14) de la imagen homóloga
derecha del valor de su píxel homólogo en la imagen homologa
izquierda, según la correspondencia de posiciones S2 establecida en
el proceso de inicialización, y se compara el valor absoluto del
resultado con un umbral t de referencia predefinido. Si el valor de
un píxel y su homólogo no son lo suficientemente parecidos se
considera que se ha producido una discrepancia. El valor de un
píxel podría ser, por ejemplo, un valor de luminosidad o el
porcentaje de negro del píxel.
Así, cuando no pasa ningún vehículo por la vía
(Figuras 5 y 6), el píxel A y el píxel A', situados en la banda
central 13, corresponderán a un mismo punto situado sobre la
calzada, y por lo tanto la diferencia entre los valores de esos
píxeles será menor que el umbral t de referencia. Sin embargo, si
está pasando un vehículo por la vía (figuras 7 y 8), el píxel A
corresponderá a un punto sobre la calzada, mientras que el píxel A'
corresponderá a un punto del vehículo. Por este motivo, la resta de
sus valores producirá como resultado un valor mayor que el umbral t
de referencia, dando lugar a una discrepancia.
Si el número de discrepancias en una región de
detección en forma de banda es mayor que un umbral n (idealmente
n=1) se concluye que existe un vehículo (7) en dicha región de
análisis.
En caso de que el número de discrepancias sea
menor que el umbral n, se realiza un análisis de la región en
cuestión en las imágenes homologas izquierda y derecha para
verificar si se pueden detectar en alguna de ellas las líneas (8, 9)
de la señalización horizontal de la calzada. Si no se pueden
detectar las líneas (8, 9), se concluye que la imagen está saturada
por la presencia de un vehículo (7) de mucha altura (por ejemplo,
un camión o autocar), por lo que también se concluye que hay un
vehículo (7) en la región de análisis. Dicho de otro modo, se trata
de un vehículo de tamaño tan grande que cubre toda la imagen
adquirida por las cámaras. En caso de que se puedan detectar las
líneas (8, 9) de señalización horizontal de la calzada se concluye
que no existe ningún vehículo (7) en la región de análisis.
El tamaño de estas regiones de análisis (12, 13,
14), así como la calidad de las imágenes (número de píxeles), es
suficientemente grande para asegurar que recogen un porcentaje
amplio del carril por el que pasan los vehículos (7), pero es lo
suficientemente pequeño para que la carga computacional permita una
frecuencia de adquisición de imágenes suficientemente alta.
Sobre estas regiones de análisis (12, 13, 14) se
extraen características que permiten acentuar la presencia del
vehículo (7), por ejemplo pasando un filtro pasa altos que acentúa
los contornos de la imagen.
Esta detección es completamente insensible a las
sombras y cualquier otro elemento sobre la superficie de la
carretera (charcos, manchas, etc.). En las figuras 10, 11 y 12 se
muestra una vista en perspectiva, una planta y un alzado de la
posición de las cámaras infrarrojas (3, 4).
El proceso de análisis combina diferentes
resultados para extraer información adicional sobre los vehículos
(7) que circulan por la escena:
- Analizando las imágenes formadas por los
píxeles clasificados como no pertenecientes a la calzada se estima
la altura de los vehículos (7), por ejemplo, calculando la
correlación cruzada entre las regiones de análisis (12, 13, 14) en
las imágenes homólogas izquierda y derecha, y estimando la altura
por métodos trigonométricos sencillos.
Como muestra las figuras 11 y 12, la distancia
entre un objeto (15) y las cámaras (3, 4) se puede obtener por
triangulación partiendo de la diferencia que existe entre su
posición en la imagen izquierda y su posición en la imagen derecha,
valor que se estima mediante la correlación cruzada. Teniendo esa
distancia y conociendo la altura h se calcula la altura del objeto
(15).
- Comparando la evolución temporal de los
resultados de los análisis anteriores en diferentes regiones de
análisis (12, 13, 14) se estima la velocidad a la que circulan los
vehículos (7).
Los mismos métodos trigonométricos que permiten
calcular la distancia entre un objeto (15) y las cámaras (3, 4),
permiten determinar la distancia entre las regiones de análisis
(12, 13, 14). Si conocemos la distancia longitudinal entre dos
regiones (12, 13, 14), y conocemos el instante temporal en el que
se produce la entrada de un vehículo (7) a cada una, podemos
estimar su velocidad de paso.
- Combinando la estimación de la velocidad a la
que circulan los vehículos (7) con la medida del tiempo que tardan
en atravesar una región de análisis (12, 13, 14) se estima la
longitud de los vehículos (7).
Claims (22)
1. Procedimiento de detección del paso de
vehículos (7) por una vía, caracterizado porque comprende
efectuar de modo repetitivo al menos las siguientes
operaciones:
adquirir, al menos, un par de imágenes homólogas
simultáneas de la vía mediante, al menos, dos medios de adquisición
de imágenes (3, 4) separados horizontalmente;
restar, mediante un medio de procesamiento (5),
para cada píxel de una de las imágenes homólogas simultáneas, el
valor del píxel homólogo en la otra imagen homóloga simultánea
localizando su posición mediante la función de correspondencia
\Omega;
comparar, mediante el medio de procesamiento
(5), los valores obtenidos en la operación anterior con un valor
umbral predeterminado, obteniéndose el número de discrepancias;
determinar, mediante el medio de procesamiento
(5), en función del número de discrepancias, si se produce una
detección,
donde la función correspondencia \Omega, que
relaciona la posición de los píxeles de una imagen homóloga con la
posición de los píxeles de la otra imagen homóloga, se calcula en
una operación previa de inicialización mediante alguna técnica de
análisis de correspondencias entre imágenes utilizando elementos
fijos de la vía como puntos de referencia.
2. Procedimiento de detección del paso de
vehículos por una vía de acuerdo con cualquiera de las
reivindicaciones anteriores, caracterizado porque la
operación de restar para cada píxel el valor de su píxel homólogo se
realiza en regiones de análisis con forma de banda (12, 13, 14)
perpendicular a la vía.
3. Procedimiento de detección del paso de
vehículos (7) por una vía de acuerdo con la reivindicación
anterior, caracterizado porque las operaciones anteriores se
realizan 50 o más veces por segundo.
4. Procedimiento de detección del paso de
vehículos (7) por una vía de acuerdo con cualquiera de las
reivindicaciones anteriores, caracterizado porque comprende
además la operación de emitir en dirección a la vía, mediante un
medio emisor de radiación (2), una radiación adecuada para el
funcionamiento de los medios de adquisición de imágenes (3, 4).
5. Procedimiento de detección del paso de
vehículos (7) por una vía de acuerdo con cualquiera de las
reivindicaciones anteriores, caracterizado porque comprende
además la operación de determinar la hora en que se realiza una
detección.
6. Procedimiento de detección del paso de
vehículos (7) por una vía de acuerdo con cualquiera de las
reivindicaciones anteriores, caracterizado porque comprende
además determinar el lugar geográfico que el que se realiza una
detección.
7. Procedimiento de detección del paso de
vehículos (7) por una vía de acuerdo con cualquiera de las
reivindicaciones anteriores, caracterizado porque comprende
además la operación de comunicar los resultados obtenidos mediante
un medio de comunicación (6).
8. Procedimiento de detección del paso de
vehículos (7) por una vía de acuerdo con cualquiera de las
reivindicaciones anteriores, caracterizado porque comprende
la operación de encriptar los resultados previamente a su envío
mediante el medio de comunicación (6).
9. Procedimiento de detección del paso de
vehículos (7) por una vía de acuerdo con cualquiera de las
reivindicaciones anteriores, caracterizado porque comprende
además la operación de determinar la altura del vehículo (7)
detectado.
10. Procedimiento de detección del paso de
vehículos (7) por una vía de acuerdo con cualquiera de las
reivindicaciones anteriores, caracterizado porque comprende
además la operación de determinar la longitud del vehículo (7)
detectado.
11. Procedimiento de detección del paso de
vehículos (7) por una vía de acuerdo con cualquiera de las
reivindicaciones anteriores, caracterizado porque comprende
además la operación de determinar la velocidad del vehículo (7)
detectado.
12. Procedimiento de detección del paso de
vehículos (7) por una vía de acuerdo con cualquiera de las
reivindicaciones anteriores, caracterizado porque se
utilizan las líneas de señalización horizontal de la vía como
puntos fijos de referencia para el cálculo de la función
\Omega.
13. Sistema (1) de detección del paso de
vehículos (7) por una vía, caracterizado porque comprende
los siguientes dispositivos:
dos medios de adquisición de imágenes (3, 4),
que adquieren dos imágenes homólogas simultáneas;
un medio de procesamiento (5) conectado a los
medios de adquisición de imágenes (3, 4), que resta, para cada
píxel de una de las imágenes homólogas simultáneas, el valor del
píxel homólogo en la otra imagen homóloga simultánea y determina, en
función del número de discrepancias, si se produce una
detección.
14. Sistema (1) de detección del paso de
vehículos (7) por una vía de acuerdo con la reivindicación 13,
donde los medios de adquisición de imágenes (3, 4) están separados
horizontalmente una distancia entre 20 cm y 100 cm.
15. Sistema (1) de detección del paso de
vehículos (7) por una vía de acuerdo con cualquiera de las
reivindicaciones 13 ó 14, caracterizado porque además
comprende un medio emisor de radiación (2), que emite en dirección
a la vía radiación una radiación adecuada para los medios de
adquisición de imágenes (3, 4).
16. Sistema (1) de detección del paso de
vehículos (7) por una vía de acuerdo con cualquiera de las
reivindicaciones 13-15, caracterizado porque
comprende además un sistema (67) de posicionamiento GPS para
determinar la posición geográfica donde se produce una
detección.
17. Sistema (1) de detección del paso de
vehículos (7) por una vía de acuerdo con cualquiera de las
reivindicaciones 13-16, caracterizado porque
comprende además un medio (66) para determinar la fecha y la hora en
que se produce una detección.
18. Sistema (1) de detección del paso de
vehículos (7) por una vía de acuerdo con cualquiera de las
reivindicaciones 13-17, caracterizado porque
comprende además un medio de comunicación (6) para comunicar los
resultados obtenidos.
19. Sistema (1) de detección del paso de
vehículos (7) por una vía de acuerdo con cualquiera de las
reivindicaciones 13-18, caracterizado porque
los medios de adquisición de imágenes (3, 4) se eligen de la
siguiente lista: cámaras digitales, cámaras de vídeo digitales,
cámaras infrarrojas, detectores de ultrasonidos y detectores de
radar.
20. Sistema (1) de detección del paso de
vehículos (7) por una vía de acuerdo con cualquiera de las
reivindicaciones 13-19, caracterizado porque
el medio emisor de radiación emite radiación de un tipo de la
siguiente lista: luz visible, luz infrarroja, ultrasonidos y
radar.
21. Sistema (1) de detección del paso de
vehículos (7) por una vía de acuerdo con cualquiera de las
reivindicaciones 13-20, caracterizado porque
el medio de procesamiento (5) se elige de entre la siguiente lista:
un microcontrolador, un ordenador, un ASIC, un DSP y una FPGA.
22. Sistema (1) de detección del paso de
vehículos (7) por una vía de acuerdo con cualquiera de las
reivindicaciones 13-21, caracterizado porque
el medio de comunicación (5) se comunica mediante al menos uno de
los modos de la siguiente lista: Internet, Ethernet, USB, RS232,
RS485, Bluetooth, IEEE_{802.11b/g}, Zigbee, radio, línea
telefónica, UMTS, GSM o infrarrojos.
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