视频检测技术在交通技术监控系统的典型应用

　　1 引言

　　随着国内外基于视频检测模式、图像处理、人工智能和模式识别等技术的不断发展，基于视频检测车辆图像技术已趋于成熟。近年来，利用视频检测技术在交通技术监控系统中得到了越来越广泛的应用。

　　2 视频检测技术发展

　　2.1 国外应用情况

　　视频检测技术的应用始于二十世纪七十年代末，1978年，美国加州Jet Propulsion实验室开始尝试使用视频技术来检测车辆的运行，并取得初步进展。此后，欧美以及日本等一些国家相继展开对视频检测技术的研究，一些视频检测系统也应运而生，其中，比较有代表性的是由明尼苏达大学研制开发并逐渐发展壮大的Autoscope视频检测系统。进入二十一世纪，视频检测技术日趋成熟，已经成为交通管理工作中获取交通信息的重要来源与手段。同时，韩国汉城奥林匹克高速公路、纽约Gowanus快速路等诸多的成功应用实例，使视频检测技术受到了越来越广泛的关注。

　　2.2 国内应用情况

　　运用检测设备实时采集交通数据是现代交通管理工作中重要的环节。由于传统干扰型线圈检测器安装维护等缺陷，国内一些高速公路、城市道路或隧道开始将车辆检测方式投向视频检测技术。同时，已有感应线圈检测器的损坏与维修，使得视频检测设备逐步纳入部分高速公路、城市道路改善的投资预算之中。此外，高速公路管理信息化、智能化的目标和国外视频产品的推进，也使得国内的交通管理者和智能交通企业开始正视视频检测技术的应用于推广。如香港机场隧道，江苏省320工程项目等诸多的成功应用实例。

　　2.3 常见检测技术比较

　　目前，在交通技术监控领域，常见的车辆检测技术及特点如下：

　　1、地面埋设感应线圈(或感应棒)

　　感应线圈检测是基于电磁感应定律，通过振荡频率的变化检测车辆，方法原理比较经典、传统，其主要缺点是在于地面埋设感应线圈的施工量大，维护难度大。

　　2、视频检测

　　视频检测是基于视频图像分析技术，通过计算机处理得出通行车辆，其检测摄像机可与监控摄像机合一，性能价格比较高；另外，视频检测型交通技术监控设备往往可实现远程调试、维护工作。

　　3、微波雷达

　　微波雷达是基于微波多普勒效应，通过频率变化实现车辆检测，其主要缺点是交通路口的多车道、多车辆的复杂性，车辆检测准确性、抗干扰性较差。

　　4、超声检测

　　超声检测是基于利用超声波测距原理，通过目标车辆距离变化检测车辆其主要缺点是在路口这种灰尘极大的恶劣环境中的使用寿命非常短。

　　5、激光检测

　　激光检测是基于利用激光对车辆进行检测，其检测精度相当高，但激光检测中存在性价比差、激光束对人眼的伤害问题。

　　综上所述，相比于其他检测方式，视频检测技术具有根据需要设定检测区域、 提供现场的交通视频图像、记录交通的场景区域，同时具有现场安装便捷、不破坏路面设施等特点。鉴于此，近年来，利用视频检测技术的交通技术监控系统已经在闯红灯自动记录系统、公路车辆智能检测记录系统等逐步推广应用。

　　3视频检测技术原理

　　视频触发技术指的是采用图像智能分析理解技术，对连续视频序列进行分析，自动侦测单个或多个目标在特定区域的出现、滞留、变化、运动和消失等，进而对其行为的合法性做出判定。视频检测车辆系统是一种利用图像处理和模式识别技术实现对交通目标检测和识别的计算机处理系统。视频检测方法主要分为基于光照模型的运动目标检测法、基于物体特征的目标检测法等。

　　3.1 基于光照模型的运动目标检测法

　　（1）虚拟线圈法

　　工作原理类似于地埋式线圈检测器，用户在图像上定义检测线位置，系统通过计算检测线变化强度来判断车辆的经过，从而计算交通参数。

　　（2）光照模型检测法

　　通过分析运动物体在视频中引起的光线变化情况，判断目标的进入、驶出、运动轨迹、行为特征、目标分类等，得到交通监控中所需要的参数和结果。

　　3.2 基于物体特征的目标检测法

　　（1）特征点检测法

　　对检测目标提取有效特征点进行检测并与目标模板进行匹配，得到目标的有效位置及行为分类等信息。

　　（2）特征块检测法

　　将检测区域分解为感兴趣的目标块，提取块特征进行检测并与目标块的特征模板进行匹配，得到目标块的信息，进行检测与跟踪。

　　（3）整体模块检测法

　　将目标体作为检测单元提取特征并与目标模板进行匹配，实现视频图像中的目标提取与目标跟踪。

　　4 视频检测技术在闯红灯自动记录系统中的应用

　　在闯红灯视频检测型自动记录系统中，大致有以下几种典型应用模式：

　　（1）嵌入式数字摄像机检测抓拍型

　　摄像机采用控制芯片嵌入前端摄像机中，通过前端控制芯片对摄像机场景内的图像进行处理，并判断违法车辆行径轨迹进行违法行为记录。

　　其工作原理如下图1所示：

　　图1：嵌入式数字摄像机检测抓拍型系统工作原理

　　需要说明的是：采用前端嵌入式摄像机检测抓拍，该摄像机可对实时的录像场景进行记录，当车辆发生违法行为后，前端摄像机采用抽取一帧图片的形式对违法行为进行记录，其余连续帧连续保留于录像机中。此方法对前端嵌入式摄像机系统要求较高，无需额外增加主控制机前端处理。

　　其系统结构如下图2所示：

　　图2：嵌入式数字摄像机检测抓拍型系统结构示意图

　　（2）主控制机检测和数字摄像机抓拍组合型

　　摄像机采用前端摄像机采集场景信息并把信息传入主控制机中，通过主控制机中视频处理软件对场景内的图像进行处理，并判断违法车辆行径轨迹进行违法行为记录。其工作原理如下图3所示：

　　图3：主控制机检测和数字摄像机抓拍组合型系统工作原理

　　需要说明的是：采用摄像机和主控制机组合方式，摄像机实时采集当前场景，把场景信息录入主控制机内，通过主控制机内的视频处理分析软件，对违法行为车辆进行甄别，如果车辆违反交通安全法则进行抓拍记录。此方法，可有效降低系统对摄像机数据处理要求，同时对主机系统提出了较高要求。

　　其系统结构如下图4所示：

　　图4：主控制机检测和数字摄像机抓拍组合型系统结构示意图

　　检测主机+高清摄像机，是目前视频电子警察行业中比较典型、比较主流的系统架构。它把一些简单、成熟的成像控制算法放在摄像机里，把复杂的算法放在检测主机里。摄像机专注于图像采集、专注于成像控制，确保采集图像的质量、花更多的功夫来适应不同的光照环境、天气环境；检测主机专注于高速运算，专注于智能视频分析；分工明确，性能指标有保障。

　　（3）标清检测摄像机和高清抓拍摄像机组合型

　　系统采用标清摄像机检测，高清摄像机抓拍方式进行违法行为图像记录。通过标清摄像机采集场景信息并把信息传入主控制机中，主控制机中视频处理软件对标清相机采集的场景内的图像进行处理，并对违法车辆行径轨迹进行违法判断。当出现违法车辆后该系统通过指令方式触发高清抓拍摄像机（含DSP）进行抓拍行为记录，并进行图片信息叠加和合成。

　　其工作原理如下图5所示：

　　图5：标清检测摄像机和高清抓拍摄像机组合型系统工作原理

　　需要说明的是：采用标清摄像机和高清摄像机组合方式，标清摄像机实时采集当前场景，把场景信息录入主机内，通过主机内的视频处理分析软件，对违法行为车辆进行甄别，如果车辆违反交通安全法则给高清摄像机发出抓拍记录指令，高清摄像机进行行为记录和信息处理、图片合成。此方法，可有效降低系统对高清摄像机数据处理要求，同时由于标清摄像机图像质量要求，对主机系统要求不高，同时缓解了高清摄相机的处理压力，提高整体系统工作效率。

　　其系统结构示意图如下图6所示：

　　图6：标清检测摄像机和高清抓拍摄像机组合型系统结构示意图

　　5 视频检测技术在公路车辆智能监测记录系统中的应用

　　在视频检测型公路车辆智能监测记录系统中，大致有以下几种典型应用模式：

　　（1）嵌入式数字摄像机检测抓拍型

　　本摄像机采用DSP控制芯片嵌入前端摄像机中，通过前端控制芯片对摄像机场景内的图像进行处理，并判断违法车辆行径轨迹进行违法行为记录。

　　其工作原理如下图7所示：

　　图7：嵌入式数字摄像机检测抓拍型系统工作原理

　　需要说明的是：采用前端嵌入式摄像机检测抓拍，系统应具有录像功能。该摄像机对实时的录像场景进行记录，当车辆经过检测区域后，前端摄像机采用抽取一帧图片的形式对车辆行为进行记录，其余连续帧连续保留于录像机中。此方法对前端嵌入式摄像机系统要求较高，无需额外增加主控制机前端处理。但需要配备硬盘对录像进行存贮。存贮记录要求在一周以上。

　　（2）数字摄像机抓拍和主控制机检测组合型

　　本摄像机采用前端摄像机采集场景信息并把信息传入主控制机中，通过主控制机中视频处理软件对场景内的图像进行处理，并判断违法车辆行径轨迹并进行记录。

　　其工作原理如下图8所示：

　　图8：数字摄像机抓拍和主控制机检测组合型系统工作原理

　　需要说明的是：采用摄像机和主控制机组合方式，摄像机实时采集当前场景，把场景信息录入主控制机内，通过主控制机内的视频处理分析软件，对车辆进行甄别，如果车辆经过检测区域则进行抓拍记录。此方法，可有效降低系统对摄像机数据处理要求，同时对主机系统提出了较高要求。同时硬盘只需要配置在主机中即可符合要求。

　　6 结束语

　　鉴于视频检测技术与传统的各类专业传感器、探测器相比，在直观性、经济性、综合性等方面具有一定优势，视频检测技术将在交通技术监控领域得到越来越广泛的应用。

　　作者简介

　　李壮志：公安部交通管理科学研究所

　　孙巍：公安部交通管理科学研究所

　　陆宇：公安部交通管理科学研究所

　　华佳峰:公安部交通管理科学研究所