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1、车辆运行速度检测系统的研究与实现摘 要基于视频图像处理的交通信息检测系统因其简单、方便、实时性好等各种独特优势越来越受到重视，近年来成为国内外研究的一个热点，在交通监控系统己被广泛使用，成为现代智能交通(ITS)系统的发展方向和趋势，现在多数大城市中闯红灯系统己经由地感线圈等作方式过渡到视频处理方式，并取得了良好效果。流量、速度监控系统也逐渐用了视频处理方式，视频图像检测己成为TS的关键核心技术之一。有着广阔的应用前景。车辆速度检测是交通信息检测的一个重要组成部分。本文对车辆速度检测所涉及的摄像机标定和基于图像匹配的测速算法进行了研究。主要内容包括:(l)摄像机标定。在传统的线性模型基础上，介
2、绍了一种新的摄像机标定方法。首先通过线性透视关系，用几何推导的方法对一维坐标进行标定，然后将其扩展至二维以提高标定精度，为了解决二维标定计算量大的问题，经过对二维标定的简化得到一个计算量小、稳定的标定算法。(2)基于图像匹配的测速算法。在图像匹配的基础上，将虚拟线圈和图像匹配算法结合起来，根据线圈位置选取合适的模板，在预先设定的范围内，按照最佳匹配准则进行滑动匹配，得出车辆像素位移，以模板波形谷值点为特征点，得到匹配前后车辆绝对像素位置。本文设计出一种实用的车速检测方法，能够实现车辆瞬时速度的实时检测。隧道实测数据的实验表明:能够比较准确地检测出车辆经过时的瞬时速度，在实际应用中的测量精度达到
3、95%以上。初步应用表明:本设计可以满足实际应用的要求，可应用于隧道中的速度检测、车速调查等方面。关键词：智能交通系统；交通参数检测；车辆速度检测；摄像机标定；数字图像处理Research And Implementation On Vehicle Speed Detection SystemABSTRACTTraffic information surveillance system based on video image processing is becoming more and more important because of its simple and convenient.
4、 And in recent years, a lot of researches focus on it and has been widely used in traffic surveillance and control system. It also becomes a Developing direction and trend in ITS (intelligent transportation system). Most of the Red light system has become the Video treatment from Coils to, and achie
5、ved good results. Flow, speed monitoring system also gradually uses the Video treatment; Video treatments have become one of the key technologies of TS, and have a broad application prospect. Vehicle speed detection is a very important part in the traffic information surveillance system.In this pape
6、r, camera calibration and image-based matching algorithms are studied. Main contents are included:(1) Camera calibration. It proposes a new method of camera calibration based on the traditional Pin-hole Model. Firstly, one-dimensional algorithm is geometric method, and then extends it to two-dimensi
7、onal in order to calculated out with the enhance calibration. Finally the two-dimensional calibration algorithm is simplified for reducing the computational complexity. (2) Image-based matching algorithm. Firstly, the position of template is fixed according to the position of Virtual Loop. Then matc
8、hes the template with optimal rule in near area of the next frame. Finally, the minimum in templates wave is selected as feature point to calculate out the vehicles absolute position in pixel.A practical vehicle speed detection algorithm is designed in this paper, it can detect vehicles instantaneou
9、s speed in real-time. The results of experiment in tunnel show that: it can detect vehicles instantaneous speed accurately, in practice, the accuracy of measurement is more than 95%. Early applications indicate that: the algorithms can reach the requirements of practical applications, it can be used
10、 in tunnel in vehicle speed detection, speed survey etc.Keywords: intelligent transport system; traffic information surveillance; vehicle speed detection; camera calibration; digital image processing目 录第一章 绪论11.1研究背景11.1.1国内外典型的车辆测速系统11.1.2 常用的视频检测方法21.2常用车速检测方法3第二章 视频测速系统52.1视频测速方法概述52.2 机动车视频测速模型5
11、2.2.1 视频测速计时方案62.2.2 交通场景图像标定62.2.3 车速计算公式62.3 视频测速模型精度分析72.3.1视觉运动物体检测72.4 图像处理算法82.4.1高视觉分辨力的图像差分算子82.4.2 自适应图像差分阈值选取算法82.4.3 无影背景初始化算法82.4.4 选择性背景更新算法92.4.5 运动物体阴影消除算法92.4.6 视觉运动物体检测算法102.5多目标跟踪102.5.1 模板匹配102.5.2 模板更新102.6 机动车视频测速系统工作流程及其关键技术10第三章 摄像机标定123.1传统的标定方法123.2本文提出的标定方法143.2.1基于线性模型的一维标
12、定算法143.2.2由一维扩展至二维的标定算法163.2.3二维标定算法的简化183.3标定算法实现及结果203.3.1标定参数设置203.3.2标定结果21第四章 其他视频测速方法274.1光流方程法274.2 相位相关法284.3视频测速原理284.3.1视频测速前提294.3.2 视频测速算法304.4视频测速应用324.4.1视频测速流程图324.4.2采用牌照边框上下边缘测速334.4.3 采用牌照字符上下边缘测速344.4.4 动态闭值354.5 性能分析36第五章 结论及展望37参考文献38谢 辞39附录A：外文翻译-原文部分40附录B：外文翻译-译文部分47IIIXXXXX大学
13、毕业设计第一章 绪论1.1研究背景国外智能交通系统(ITS)的发展始于20世纪60年代，目前国外ITS的研究、开发和利用主要集中在城市交通和高速公路两个方面。ITS总的发展趋势和竞争领域主要集中在一下几个方面:一是美日欧竞相开发智能交通系统体系结构。它是历届ITS世界大会的一个主题。美国国家ITS体系结构的研究始于1992年，采取自上而下的模式推进ITS体系结构的开发。二是美日欧日益重视智能交通系统标准化研究。ITS是先进的信息技术、通信技术、电子技术和交通运输管理系统相接合的大系统，其最基本的特征是“集成”，而标准化是系统集成的重要基础。目前，美日欧正在竞相向国际标准化组织提出ITS的系统方
14、案，以便使之成为标准，从而在争夺ITS国际市场中占据有力位置。三是智能交通系统出现了从单一的道路运输智能化向综合运输智能化发展的趋势。目前世界TIS的发展主流是道路运输的智能化，但是，要从根本上解决交通运输问题，必定要实现整个综合运输系统的智能化。良好的智能交通系统需要大量准确的反馈信息，因此离不开高质量的交通信息的检测，否则，该控制系统不可能具备良好的性能。我国己有成套的动态车速信息采集设备，对于安装GPS定位设备和车载计算机的车辆，可以实时监视车辆的运行状况，动态记录下车辆在各个路段的行驶速度。然而，国内在基于视频图像处理技术的交通信息采集方面的研究起步较晚，在交通迅猛发展的今天，随着经济
15、的发展和科技的进步，越来越多的科研机构和公司开始进行这方面的研究，并取得了一些成绩。目前，我国对于实时车速采集算法和实时交通数据检测的研究还比较少，实时交通数据的扩展应用和相关软硬件的开发还比较薄弱，随着我国交通工程智能化水平的不断提高和道路交管部门的自动化水平的不断改善，基于视频图像处理的实时交通流信息采集系统必将有广阔的前景。视频交通信息采集技术是一种便于使用、信息量大，功能全面的新型检测手段，代表了交通流信息采集技术的发展方向，随着人们对它认识的进一步增加和它本身技术的不断完善，视频交通信息采集技术将逐步取代现有的其他方法，起到交通信息采集技术主体的作用。1.1.1国内外典型的车辆测速系统（1）“速刻一维杂”道路超速录像系统俄罗斯“速刻一维杂”道路超速录像综合安全监测系统，是“速刻”系列测速系统中的一种。该系统是测量动态路线的测速监视器，信息直接保存在计算机上，工作系统运用专门的程序和方便的图表，通过计算机录像监控部分路段，方便测量人员利用键盘控制测量速度等信息。例如:日期，时间，街名，监查人。（2）交通流量视频分析仪北京华恒信息系统有限公司的交通流量视频监测仪，是在工智能和图像处理基础上通过分析移动矢量，实
