[發明專利]一種多車道車輛軌跡時空圖的自動生成方法

有效

• 申請號: 201410146310.4
• 申請日: 2014-04-11
• 公開（公告）號: CN103903019B
• 公開（公告）日: 2017-12-15
• 發明（設計）人: 陳陽舟;任建強;辛樂;石建軍;李寶同;劉逸男
• 申請（專利權）人: 北京工業大學
• 主分類號: G06K9/66
• 分類號: G06K9/66;G06T7/80
• 代理公司: 北京思海天達知識產權代理有限公司11203
• 代理人: 沈波

技術領域

本發明屬交通運輸監控技術領域，利用計算機視頻處理技術及模式識別技術自動提取道路運動車輛軌跡，在此基礎上自動判別車輛所屬車道并生成各車道車輛軌跡縱向時空圖和路段橫向時空圖。

背景技術

車輛軌跡時空圖是車輛行駛過程中的“時間-位置”坐標表示，其中通常取時間為橫坐標軸，車輛在車道中的縱向或橫向空間位置為縱坐標軸。車輛軌跡時空圖在交通技術領域中具有重要應用價值。不僅可為交通流量、交通密度、平均速度以及車輛旅行時間等多種交通參數的獲取提供統一的支持平臺，也能夠為交通波檢測及交通流特性分析提供高效支持。

車輛軌跡時空圖的生成以車輛的定位與跟蹤技術為基礎。現有的車輛軌跡定位與跟蹤技術主要有GPS技術以及視頻圖像處理技術等。但基于GPS的車輛軌跡定位與跟蹤技術需要車載裝置的支持，并且其定位精度往往不能很好地精確到車道級別，因此其應用受到很大限制；基于視頻的車輛檢測與跟蹤技術能夠很好地解決這些問題，并且具有獲取信息量豐富、設備成本低廉、安裝維護方便等優點，因而在目前交通監控領域中應用最為廣泛。

傳統的視頻車輛檢測跟蹤方法主要有基于運動前景提取與跟蹤的方法和基于特征點提取與跟蹤的方法等。基于運動前景提取與跟蹤的方法能夠在車流暢通時很好地獲取車輛運行軌跡，然而當出現交通擁堵、車流緩慢以及相互遮擋情況時，該方法的效果會急劇下降甚至失效。基于特征點提取與跟蹤的方法能夠較好地解決這一問題，但其計算量大，在沒有特殊硬件支持的條件下算法實時性較差，同時來自于相鄰車輛運動特征高度相似的干擾以及車輛活動陰影的干擾也在很大程度上影響了特征點所屬車輛的準確判斷并降低了車輛跟蹤的精度。

發明內容

本發明的目的在于克服現有技術在精度和速度上的不足，提供一種適用于交通監控與分析、能夠快速自動生成高精度多車道車輛軌跡時空圖的方法，不但可為交通領域研究人員提供一種切實有效的基礎研究工具，同時也為交通監控性能和交通分析能力的進一步提高提供有力支持。

為實現上述目的，本發明采取以下技術方案：以來自道路交通監控固定攝像機的視頻序列為輸入，所述道路交通監控固定攝像機的水平朝向與車流方向允許存在一定角度θ，0≤θ＜90。首先通過攝像機離線標定獲取攝像機內外參數、根據實際監控需求設置感興趣區域(亦可為整幅圖像)，并在車流上游起始位置設置三條虛擬檢測帶；工作過程中基于這三級虛擬檢測帶進行車輛特征點的提取并結合Adaboost智能分類器實現特征點的按車輛分組，然后進行特征點跟蹤與分組修正并完成車輛軌跡的高精度提取，進而為每條車道自動生成駛過車輛的縱向(沿車道方向)時空軌跡圖并生成一幅含所有車道的橫向(垂直于車道方向)時空軌跡圖，最后自動判斷是否處于車道線修正階段，如果是則基于軌跡聚類法自動修正車道線位置。

一種多車道交通時空軌跡圖的自動生成方法，其特征在于包括以下步驟：

步驟1，設置初始參數。

步驟1.1，根據實際監控需求設置感興趣區域并手工指定各車道線的初始位置。

步驟1.2，設置垂直于車道的虛擬檢測帶。

在感興趣區域內車輛上游位置設置三條垂直于車道的虛擬檢測帶，各條檢測帶在垂直車道線方向均貫穿路面的感興趣區域，各條檢測帶的高度，即沿車道線方向的尺寸為h_VDL，h_VDL＜＜h_ROI，h_ROI為感興趣區域的高度，即沿車道線方向的尺寸。

步驟1.3，對攝像機進行標定以獲取內外參數。

步驟2，在幀圖像中基于三級虛擬檢測帶進行車輛特征點的自動提取和按車輛分組。

讀入道路交通監控攝像機的視頻序列圖像，并在幀圖像中基于三級虛擬檢測帶進行車輛特征點的自動提取和按車輛分組。首先對三級虛擬檢測帶進行局部背景建模，然后以三級遞增的形式提取駛入車輛的前景特征點，并在車輛駛離第三級檢測帶時利用Adaboost智能分類器進行車輛識別并根據識別結果對特征點進行分組。Adaboost智能分類器的施用位置由三級虛擬檢測帶生產的三級全景視圖確定。具體方法如下：

步驟2.1，基于局部變更新率背景建模提取局部前景并消除活動陰影。

(1)對三級虛擬檢測帶進行變更新率局部動態背景建模。