专利名称：一种在线检测汽车超速的方法
一种在线检测汽车超速的方法
技术领域：
本发明涉及一种对运动物体信息的非接触被动式检测方法，特别是一种在线检测 汽车超速的方法。
背景技术：
运动物体的速度检测或者对给定空间区域某一时刻后相对变化的时域分析信息 检测在现代科学技术和社会生活中越来越显得重要，例如，目前在公路上普遍通过雷达对 运动的汽车进行测速后经过判断，再利用视频技术将违规车辆牌号进行自动拍照识别的方 法作为有效控制公路秩序，减少事故的主要方法。这种方法虽然可行，但是其结构复杂，系 统成本高。
发明内容本发明所要解决的技术问题是提供一种结构简单且成本低廉的汽车超速的在线 检测方法。为实现上述目的，本发明提供了一种汽车超速的在线检测方法，首先，在每一个 车道上安装一个摄像头；当在摄像头的视野范围内首次出现汽车时，摄像头对运动的汽车 采集图像，并将采集的图像传输给单片机，单片机将图像信号转为电压信号，并通过公式 (L/625*H/40)*3600，计算汽车的车速，其中，L为摄像头的视野范围在地面的投影长度，H 为有效图像信号的相邻二帧具有相同汽车电压信号的行数的差；最后，单片机将该车速与 汽车限定速度做对比分析，如果该车的车速大于限定速度，则单片机对摄像头发出拍摄指 令，否则不做任何操作。本发明汽车超速的在线检测方法与现有技术相比，至少具有以下优点本发明不 但实现了在线检测车速的目的，而且所用到的元件仅为摄像头和单片机，结构简单，且成本 低廉。
图1是本发明摄像头与公路上运动的汽车的空间位置关系图；图2是本发明摄像头采集一帧图像的扫描示意图；图3是本发明不同帧中关键行图像电压信号的示意图。
具体实施方式1.理论依据采用逐行扫描型的摄像头所提供的全视频信号(VIDEO)中不但包含Fr (帧同步)、 Li(行同步)等隐含有时间的同步信号，而且还含有R，G，B三颜色信号和Y(亮度)等信号。 而根据视频信号的产生原理，结合运动中的汽车的特点，通过对这些信号的分析的基础上， 就可以准确获得物体在一维(前进)方向的位移数据，再利用相应的时间进行处理，即可获得汽车的实时速度。具体工作原理如下图1、2所示请参阅图1所述，摄像头1以仰角a固定在公路的上空距离地面的高度为G的 地方，其中，摄像头1的光轴与地面交点为C，其视角覆盖长度为与路面的前后交点AB的长 度L。普遍摄像头每帧图像中逐行扫描线为625行，时间为40毫秒(普通摄像头的帧频为 25hz/s,即每秒25幅图像)。所以，如果忽略AB > BC的实际情况，近似认为AB = BC,则长 度L将被625条扫描线平均分割，即每二行之间距离为L/625 ；那么，如果我们通过对图像 信号的分析，获得相邻二帧中具有相同特征的行图像信号的差数是H，这时，汽车在40毫秒 中的位移距离就是L/625*H，该汽车的速度就是L/625*H/0. 04 (米/秒)了。下面，请参阅图3所示，分析汽车特征信号，进而获取有效相邻二帧中具有相同特 征的行图像信号的差数H。以常见柏油路面作为背景信号，当摄像头的视野范围内没有汽车出现时，每行中 的信号电压如图2中的第N行所示；一旦汽车进入摄像头的视野范围(AB区域内)，并且被 0帧中第N+1行扫描到，这时，由于汽车本身与路面的颜色差别(如银色)，则第一次呈献 为脉冲宽度V与汽车宽度成比例的电压波形，如图3a中的第N+1行所示；紧接着，后面第1 帧中的第N+1+H行中又第一次扫描到与第0帧中第N+1行完全相同的电压波形，如图3b中 N+1+H行中所示。那么就意味着在40毫秒时间里，汽车由左向右共运动了 L/625*H距离。 从整个图像电压信号曲线来看，这个特征是每帧中唯一的。所以通过这个方法得到一定时 间里汽车运动距离是可靠的。2.工作过程实际中当由左向右正常运动的汽车一旦进入摄像头的视野范围，那么必将被第0 帧图像拍摄到，并转换成相应的信号电压如图3a所示，其中的第N+1行首次拍摄到运动物 体汽车的头部，并且在经过K行后的第N+K+1行汽车信号消失。紧接着的第1帧图像中的 第N+1+H行中又第一次扫描到与第0帧中第N+1行完全相同的电压波形，如图3b中N+1+H 行中所示。这时我们利用计数器将相邻二帧相同电压信号特征的扫描行数H记录下来并输 送给单片机，单片机根据上面分析的结果，通过下面计算即可得到汽车的运动速度(L/625*H/40)*1000*3600/1000 = (L/625*H/40) *3600 (公里 / 小时)上式中L(米)为摄像头在公路面上的视野范围(长度)，H为有效图像信号的相 邻二帧具有相同汽车电压信号的行数的差，40毫秒为普通摄像头的扫描图像的帧周期再换 算成常用的单位公里/小时。然后单片机再与所给定的汽车限定速度相比较后做出判断，如果超出限定速度范 围，将即时发出拍摄指令，摄像头这时立即将超速车辆的拍照拍摄并上传计算机进行号码 识别等。从而比目前使用的系统节省了雷达测速系统。3.应用实例如果某段高速公路的最高限制速度为100公里/小时，即28米/秒.并且每个车 道安装一个摄像头。测量该检测速度点的摄像头的视野范围的数据L = 6. 25米，以此计算， 则每行扫描代表公路面上的实际宽度为1厘米(6. 25/625 = 0. 01米/行)。如果某一时 间一帧图像中的第50行第一次扫描到汽车的特征电压信号，紧接着又一帧图像中的第180 行也第一次扫描到相同的汽车特征电压信号，那么表明汽车在这完整一帧图像的40毫秒 时间里，共由左向右前进了 0.01米/行*(180-50)行=1.3米。所以实际车速为1.3米/0. 04秒=32. 5米/秒，此速度大于最高限制速度28米/秒，这时单片机经过判断后发出 拍摄指令，摄像头执行后将其违规汽车的车牌号等相关信息上传给上位机，以待处理。当然，如果需要进一步扩大测量范围和减少误差，除了采用高速摄像机外，还需要 建立相应更严密的数学模型，以消除在这个模型中近似认为图la中AC = BC所带来的误差。以上所述仅为本发明的一种实施方式，不是全部或唯一的实施方式，本领域普通 技术人员通过阅读本发明说明书而对本发明技术方案采取的任何等效的变换，均为本发明 的权利要求所涵盖。
权利要求
一种在线检测汽车超速的方法，其特征在于首先，在每一个车道上安装一个摄像头；当在摄像头的视野范围内首次出现汽车时，摄像头对运动的汽车采集图像，并将采集的图像传输给单片机，单片机将图像信号转为电压信号，并通过公式(L/625*H/40)*3600，计算汽车的车速，其中，L为摄像头的视野范围在地面的投影长度，H为有效图像信号的相邻二帧具有相同汽车电压信号的行数的差；最后，单片机将该车速与汽车限定速度做对比分析，如果该车的车速大于限定速度，则单片机对摄像头发出拍摄指令，否则不做任何操作。
全文摘要
本发明提供了一种在线检测汽车超速的方法，首先，在每一个车道上安装一个摄像头；当在摄像头的视野范围内首次出现汽车时，摄像头对运动的汽车采集图像，并将采集的图像传输给单片机，单片机将图像信号转为电压信号，并通过公式(L/625*H/40)*3600，计算汽车的车速，其中，L为摄像头的视野范围在地面的投影长度，H为有效图像信号的相邻二帧具有相同汽车电压信号的行数的差；最后，单片机将该车速与汽车限定速度做对比分析，如果该车的车速大于限定速度，则单片机对摄像头发出拍摄指令，否则不做任何操作。本发明结构简单，且成本低廉。
文档编号G08G1/054GK101894473SQ20101023799
公开日2010年11月24日 申请日期2010年7月27日 优先权日2010年7月27日
发明者刘伟, 刘运, 宁铎 申请人:陕西科技大学