[發明專利]用于道路交通監控的安全帶自動檢測方法

有效

• 申請號: 201310054596.9
• 申請日: 2013-02-20
• 公開（公告）號: CN103150556A
• 公開（公告）日: 2013-06-12
• 發明（設計）人: 胡濤;賀鵬艷;劉璐;陳萬軍;范彩霞
• 申請（專利權）人: 西安理工大學
• 主分類號: G06K9/00
• 分類號: G06K9/00;G08G1/01
• 代理公司: 西安弘理專利事務所 61214
• 代理人: 李娜

1.一種用于道路交通監控的安全帶自動檢測方法，其特征在于，按照以下步驟具體實施：

步驟1、對于車道上方架設的按車道監控的道路交通監控高清攝像頭拍攝的監控圖像，檢測正、副駕駛席上的人臉，根據檢測到的人臉，分別定位正、副駕駛席上的安全帶檢測區域

當檢測結果為一個人臉時，人臉矩形框為駕駛人的，記為J，其左上角坐標為右下角坐標為

當檢測結果為兩個人臉時，位于圖像右側的人臉矩形框為駕駛人的，記為J，其左上角坐標為右下角坐標為位于圖像左側的人臉矩形框為副駕駛人的，記為F，其左上角坐標為右下角坐標為

根據駕駛人的人臉矩形框J，定義其右下方矩形區域JA為駕駛人的安全帶檢測區域，其左上角坐標與右下角坐標由下式計算：

xJAt=xJt+xJb-xJt2]]>

yJAt=yJt+yJb-yJt2xJAb=xJb+xJb-xJt2,W-xJb≥xJb-xJt2W,W-xJb<xJb-xJt2---(1)]]>

yJAb=yJb+3×(yJb-yJt)4]]>

其中，W為監控圖像的寬度，

如果檢測到副駕駛人的人臉矩形框F，則定義其左下方矩形區域FA為副駕駛人的安全帶檢測區域，其左上角坐標與右下角坐標由下式計算：

xFAt=xFt-xFb-xFt2,xFt≥xFb-xFt20,xFt<xFb-xFt2]]>；

（2）

yFAt=yFt+yFb-yFt2]]>

xFAb=xFb+xFb-xFt2]]>yFAb=yFb+(yFb-yFt)]]>

步驟2、對已定位的駕駛人、副駕駛人的安全帶檢測區域，分別進行圖像邊緣檢測

分別對步驟1中已定義的安全帶檢測區域JA、FA灰度化，采用Canny算子進行圖像邊緣檢測，Canny算子提取邊緣時需要用高、低兩個閾值T_high和T_low檢測以及連接邊緣，其中閾值T_high通過Otsu最大類間方差法自適應獲取，閾值T_low通過下式計算得到：

T_low=0.4×T_high，????（3）

邊緣檢測后的安全帶檢測區域JA、FA為黑白二值圖，邊緣為白色；

步驟3、根據駕駛人、副駕駛人的安全帶檢測區域，分別從檢測到的邊緣中擬合出短直線段，并在其中檢測疑似安全帶邊緣的短直線段

分別在邊緣檢測后的安全帶檢測區域JA、FA中，采用概率Hough直線變換，在步驟2中檢測到的白色邊緣中，隨機選取兩個點(x_i,y_i)和(x_j,y_j)，聯立直線方程求解，得到Hough變換參數空間中的一點(a,b)，參照下式：

yi=axi+byj=axj+b,---(4)]]>

其中，i,j∈{1,2,…,N_WP}，N_WP為白色邊緣的像素點個數，不斷的選取隨機點對，當參數點(a,b)的累加器次數達到31次時，以(a,b)為參數的直線被擬合出來，搜索步驟2中檢測到的白色邊緣點，把在該直線上且距離小于2的白色邊緣點連成線段，當線段長度大于10時，該線段就被擬合出來，稱為短直線段Hi，短直線段Hi的兩個端點中，坐標y值小的端點定義為down端點，記為坐標y值大的端點定義為up端點，記為短直線段記為i＝1,2,…,N_H，N_H為被擬合出來的短直線段的個數，在安全帶檢測區域JA中，N_H=N_HJ，N_HJ為JA中經過概率Hough變換之后擬合出的短直線段的個數，在安全帶檢測區域FA中，N_H=N_HF，N_HF為FA中經過概率Hough變換之后擬合出的短直線段的個數，

計算短直線段i＝1,2,…,N_H在x軸正方向與y軸正方向的象限內與x軸的夾角angle_Hi的角度值，參照下式：

在安全帶檢測區域JA中，如果angle_Hi滿足公式（6）的條件：

-80°<angle_Hi<-30°，????（6）

則短直線段i∈{1,2,…,N_H}為疑似駕駛人安全帶邊緣的短直線段，

在安全帶檢測區域FA中，如果angle_Hi滿足公式（7）的條件：

30°<angle_Hi<80°，????（7）

則短直線段i∈{1,2,…,N_H}為疑似副駕駛人安全帶邊緣的短直線段，

記疑似安全帶邊緣的短直線段為：

i=1,2,…,N，其中的N為檢測出的疑似安全帶邊緣的短直線段的個數，N≤N_H，對其按照down端點坐標的值從小到大進行排序，結果記為a1,a2,a3,…,aN；

步驟4、根據駕駛人、副駕駛人的安全帶檢測區域，分別將疑似安全帶邊緣的短直線段連接為疑似安全帶邊緣的長直線段，并在其中檢測安全帶的兩條邊緣，判斷駕駛人、副駕駛人是否佩系安全帶

根據步驟3的疑似安全帶邊緣的短直線段的排序a1,a2,a3,…,aN，取出短直線段與短直線段比較，如果同時滿足下面4個條件：

在安全帶檢測區域JA中，4個條件分別是：

①|ya1up-ya2down|<yFAb-yFAt4;]]>

②|angle_a1-angle_a2|<12°；

③|angle_a1-angle_a1_upa2_up|<12°；

④-80°<angle_a1_downa2_up<-30°；

在安全帶檢測區域FA中，4個條件分別是：

①|ya1up-ya2down|<yFAb-yFAt4;]]>

②|angle_a1-angle_a2|<12°；

③|angle_a1-angle_a1_upa2_up|<12°；

④30°<angle_a1_downa2_up<80°；

其中，angle_a1_upa2_up為a1的up端點和a2的up端點的連線與x軸夾角的角度值，angle_a1_downa2_up為a1的down端點和a2的up端點的連線與x軸夾角的角度值，則將a1的up端點更改為a2的up端點，參照公式（8），即連接a1的down端點與a2的up端點為一條直線段，

xa1up=xa2upya1up=ya2up,---(8)]]>

否則，a1的up端點保持不變；接著a1依次與短直線段a3,a4,…,aN比較，不斷更新a1的up端點，連接a1的down端點與更新后的a1的up端點，形成第一條疑似安全帶邊緣的長直線段，記為如圖4所示為在JA區域內的連接示意；

取出短直線段將a2依次與短直線段a3,a4,…,aN比較，不斷更新a2的up端點，連接a2的down端點與更新后的a2的up端點，形成第二條疑似安全帶邊緣的長直線段，記為L2{(xa2down,ya2down),(xa2up,ya2up)};]]>

依次取出短直線段i＝3,4,…,N，分別與短直線段a(i+1),a(i+2),…,aN比較,不斷更新ai的甲端點，連接ai的down端點與更新后的ai的up端點，形成疑似安全帶邊緣的長直線段L3{(xa3down,ya3down),(xa3up,ya3up)},]]>L4{(xa4down,ya4down),(xa4up,ya4up)},···,]]>LN{(xaNdown,yaNdown),(xaNup,yaNup)},]]>計算疑似安全帶邊緣的長直線段Li的長度length_Li，參照下式（9）：

length_Li=(xaiup-xaidown)2+(yaiup-yaidown)2,---(9)]]>

其中，i=1,2,…,N，

按照疑似安全帶邊緣的長直線段的長度值由大到小排序，并記為LA1{(xLA1down,yLA1down),(xLA1up,yLA1up),length_LA1},]]>LA2{(xLA2down,yLA2down),]]>(xLA2up,yLA2up),length_LA2},]]>...，LAN{(xLANdown,yLANdown),(xLANup,yLANup),]]>length_LAN},]]>

在安全帶檢測區域JA中，依次取出疑似安全帶邊緣的長直線段i＝1,2,…,N，若同時滿足下列條件：

①length_LAi>xJAb-xJAt10;]]>

②yLAidown>yJb;]]>

或

或

則將該疑似安全帶邊緣的長直線段定義為駕駛人安全帶的第一條邊緣，記為終止條件判斷，并記終止時的i＝k；否則，直接判定駕駛人未系安全帶；

當且僅當存在時，依次取出疑似安全帶邊緣的長直線段i=k+1,k+2,…,N，若同時滿足下列條件：

①length_LAi>xJAb-xJAt10;]]>

②(xLAiup-xL_JA1up)2+(yLAiup-yL_JA1up)2>xJAb-xJAt10;]]>

③yLAidown>yJb;]]>

或

或

則將該疑似安全帶邊緣的長直線段定義為駕駛人安全帶的第二條邊緣，記為L_JA2，終止條件判斷，并且判定駕駛人佩系安全帶；否則判定駕駛人未系安全帶，

如果步驟1中安全帶檢測區域FA存在，在安全帶檢測區域FA中，依次取出疑似安全帶邊緣的長直線段i＝1,2,…,N，若同時滿足下列條件：

①length_LAi>xFAb-xFAt10;]]>

②yLAidown>yFb;]]>

或

或

則將該疑似安全帶邊緣的長直線段定義為副駕駛人安全帶的第一條邊緣，記為終止條件判斷，并記終止時的i＝k；否則，直接判定副駕駛人未系安全帶；

當且僅當存在時，依次取出疑似安全帶邊緣的長直線段i＝k+1,k+2,…,N，若同時滿足下列條件：

①length_LAi>xFAb-xFAt10;]]>

②(xLAiup-xL_FA1up)2+(yLAiup-yL_FA1up)2>xFAb-xFAt10;]]>

③yLAidown>yFb;]]>

或

或

則將該疑似安全帶邊緣的長直線段定義為副駕駛人安全帶的第二條邊緣，記為L_FA2，終止條件判斷，并且判定副駕駛人佩系安全帶；否則判定副駕駛人未系安全帶，即成。

2.根據權利要求1所述的用于道路交通監控的安全帶自動檢測方法，其特征在于：所述的對于車道上方架設的按車道監控的道路交通監控高清攝像頭拍攝的監控圖像，采用Adaboost人臉檢測算法檢測正、副駕駛席上的人臉，將檢測到的人臉用矩形框標注。