优秀论文 审核通过 未经允许 切勿外传 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 System
ABSTRACT
Traffic information surveillance system based on video image processing is becoming more and more important because of its simple and convenient. And in recent years, a lot of researches focus on it and 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 prospect. Vehicle speed detection is a very important part in the traffic information surveillance system.
In this paper, 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- extends it to two-dimensional 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 matches the template with optimal rule in near area of the next frame. Finally, the minimum in template's wave is selected as feature point to calculate out the vehicle's absolute position in pixel.
A practical vehicle speed detection algorithm is designed in this paper, it can detect vehicle's instantaneous speed in real-time. The results of experiment in tunnel show that: it can detect vehicle's 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 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 ............................................. 1
1.1研究背景 .......................................... 1
1.1.1国内外典型的车辆测速系统 ..................... 1 1.1.2 常用的视频检测方法 ........................... 2 1.2常用车速检测方法 .................................. 3 第二章 视频测速系统 ..................................... 5
2.1视频测速方法概述 .................................. 5 2.2 机动车视频测速模型 ................................ 5 2.2.1 视频测速计时方案 ............................. 6 2.2.2 交通场景图像标定 ............................. 6 2.2.3 车速计算公式 ................................. 6 2.3 视频测速模型精度分析 .............................. 7
2.3.1视觉运动物体检测 ............................. 7 2.4 图像处理算法 ..................................... 8
2.4.1高视觉分辨力的图像差分算子 ................... 8 2.4.2 自适应图像差分阈值选取算法 ................... 8 2.4.3 无影背景初始化算法 ........................... 8 2.4.4 选择性背景更新算法 ........................... 9 2.4.5 运动物体阴影消除算法 ......................... 9 2.4.6 视觉运动物体检测算法 ........................ 10 2.5多目标跟踪 ....................................... 10
2.5.1 模板匹配.................................... 10 2.5.2 模板更新.................................... 10 2.6 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 ...................................... 12
3.1传统的标定方法 ................................... 12 3.2本文提出的标定方法 ............................... 14
3.2.1基于线性模型的一维标定算法 .................. 14 3.2.2由一维扩展至二维的标定算法 .................. 16 3.2.3二维标定算法的简化 .......................... 18 3.3标定算法实现及结果 ............................... 20
3.3.1标定参数设置 ................................ 20 3.3.2标定结果 .................................... 21
第四章 其他视频测速方法 ................................. 27
4.1光流方程法 ....................................... 27 4.2 相位相关法 ...................................... 28 4.3视频测速原理 ..................................... 28
4.3.1视频测速前提 ................................ 29 4.3.2 视频测速算法 ................................ 30 4.4视频测速应用 ..................................... 32
4.4.1视频测速流程图 .............................. 32 4.4.2采用牌照边框上下边缘测速 .................... 33 4.4.3 采用牌照字符上下边缘测速 .................... 34
4.4.4 动态闭值.................................... 35 4.5 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 ............................... 47