基于视频的交通机非人实时轨迹检测器和检测方法与流程

本发明涉及交通检测技术领域，更具体的说是涉及一种基于视频的交通机非人实时轨迹检测器和检测方法。

背景技术：

目前的交通视频检测器主要实现路段的交通流参数检测功能如交通流量、速度、占有率、车头时距、车头间距、车长度分类，或交通事件检测功能如事故检测、闯红灯。其本质是检测车辆在某一特定检测区域内的存在。

实际混合交通场景中，包括交叉口和路段，机非人实时轨迹数据是进行交通动态冲突预警等智能主动安全控制技术的基础。目前视频轨迹提取软件多需基于视频图像帧手工标注且同时只能提取一辆车的轨迹，如Geroge、Tracker、NGSIM软件，不能适用于机动车、非机动车、行人混行的实际交通场景。且目前交通视频检测器采用的非集成式一体化设计落后，导致体积较大，功耗较高，性能较差。

因此，如何提供一种基于视频的交通机非人实时轨迹检测器和检测方法是本领域技术人员亟需解决的问题。

技术实现要素：

有鉴于此，本发明提供了一种基于视频的交通机非人实时轨迹检测器和检测方法，可以实时自动提取混合交通场景视频中的机非人多目标轨迹，并同时实现将提取的多目标轨迹自动匹配到机非人不同交通实体和其不同交通流向。检测器提供视频导入、分析处理、检测结果导出以及修改相关视频检测参数等功能。此外，该检测器具有远程访问功能，连接互联网后，可以使用远程计算机读取该检测器的输出数据或远程修改检测参数，实现无人值守的远程交通检测。

为了实现上述目的，本发明采用如下技术方案：

基于视频的交通机非人实时轨迹检测器，包括：

视频采集模块，用于连接视频采集设备，实时获取交通视频图像，并对所述交通视频图像进行初步处理后传输至视频分析处理模块；

视频分析处理模块，用于对所述交通视频图像进行机非人运动目标检测，识别出机动车、非机动车和行人，并对同一机非人进行轨迹关联匹配和跟踪，提取同一机非人轨迹信息，输出机非人轨迹检测结果；

数据记录存储模块，用于连接外部存储设备，并将所述机非人轨迹检测结果传输到所述外部存储设备；

检测监视模块，用于对视频分析处理进行可视化显示和操作；

电源管理模块，用于为所述视频采集模块、所述视频分析处理模块、所述数据记录存储模块和所述检测监视模块提供电压电流分配。

进一步，还包括通信模块，所述通信模块与所述视频分析处理模块连接，用于将所述机非人检测结果传输到后端服务器，实现无人值守的交通视频图像远程实时轨迹检测。

进一步，还包括音频输出模块，所述音频输出模块与所述视频分析处理模块连接，用于输出包括实时声音在内的音频信息。

进一步，所述视频采集模块、所述视频分析处理模块、所述电源管理模块、所述检测监视模块、所述通信模块和所述音频输出模块集成一体设计。

进一步，所述视频采集设备包括：

USB摄像头，用于实时采集交通视频图像，并将所述交通视频图像传输至所述视频采集模块；

拓展摄像头模块，辅助所述USB摄像头进行实时采集所述交通视频图像，并将所述交通视频图像传输至所述视频采集模块。

进一步，所述视频分析处理模块包括：

机非人目标检测模块，用于对所述视频采集模块输出的所述交通视频图像进行处理，识别出机非人运动目标；

机非人目标识别模块，用于自动识别出所述机非人运动目标中的机动车、非机动车以及行人；

机非人轨迹匹配跟踪模块，将识别出的每帧视频中的同一机非人进行轨迹关联匹配和跟踪；

机非人轨迹提取模块，提取同一机非人匹配关联的轨迹信息，在提取各个交通实体的轨迹信息后，依据所述轨迹信息的起始和终止坐标判断不同方向的机非人轨迹。

进一步，所述检测监视模块包括：

显示屏，用于设置检测参数、实时监视检测过程以及查看轨迹检测结果；

HDMI驱动电路，用于提供HDMI接口的连接支持，进行HDMI输出。

进一步，所述通信模块包括：

蓝牙通信模块，用于低速率的文件传输，将所述USB摄像头采集的视频流、拓展摄像头模块采集的视频流以及所述机非人轨迹检测结果传输到所述后端服务器；

Wi-Fi通信模块，用于中等速率的文件传输，将所述USB摄像头采集的视频流、拓展摄像头模块采集的视频流以及将所述机非人轨迹检测结果传输到所述后端服务器；

以太网通信模块，用于高速率的文件传输，将所述USB摄像头采集的视频流、拓展摄像头模块采集的视频流以及将所述机非人轨迹检测结果传输到所述后端服务器。

一种基于视频的交通机非人实时轨迹检测方法，包括：

步骤1：通过视频采集模块采集交通视频图像；

步骤2：通过检测监视模块对视频分析处理模块的基本参数进行设置，输入相关参数以达到需求的轨迹提取效果；

步骤3：通过所述检测监视模块对轨迹数据文件进行输出设置；

步骤4：通过所述检测监视模块开始运行所述视频分析处理模块，所述视频分析处理模块进行实时轨迹提取；

步骤5：所述视频分析处理模块运行中，若所述轨迹提取效果不符合要求，可返回步骤2重新设置所述相关参数，或在所述实时轨迹提取过程中，随时退出并保存所述轨迹数据文件；

步骤6：通过数据记录存储模块获取所述轨迹数据文件，运行中的所述轨迹数据文件将实时存储在选择的输出路径轨迹数据文件中；

步骤7：检测完成后，退出运行。

进一步，所述步骤2包括：

步骤2-1：设置前后帧最大距离间距和前后帧最大时间间距，防止匹配到其他车辆；

步骤2-2：设置前后帧运动预测系数和前后帧运动预测常数，用于限制下一时刻同一交通车辆出现位置；

步骤2-3：设置最小有效数据量，用于判断是否为有效交通车辆的最小状态数据量。

经由上述的技术方案可知，与现有技术相比，本发明公开提供了一种基于视频的交通机非人实时轨迹检测器和检测方法，检测器提供视频导入、分析处理、检测结果导出以及修改相关视频检测参数等功能，实用性强，本发明检测器和检测方法可以实时自动提取混合交通场景视频中的机非人多目标轨迹，并同时实现将提取的多目标轨迹自动匹配到机非人不同交通实体和其不同交通流向。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据提供的附图获得其他的附图。

图1附图为本发明提供的视频检测器整体结构示意图。

图2附图为本发明提供的电源管理模块电路图。

图3附图为本发明提供的视频分析处理模块中的降压模块电路图。

图4附图为本发明提供的视频分析处理模块电路图。

图5附图为本发明提供的GPIO拓展模块电路图。

图6附图为本发明提供的音频输出模块电路图。

图7附图为本发明提供的拓展摄像头模块电路图。

图8附图为本发明提供的显示屏接口电路图。

图9附图为本发明提供的HDMI驱动电路图。

图10附图为本发明提供的HDMI输出电路图。

图11附图为本发明提供的检测器视频分析模块操作界面。

图12附图为本发明提供的检测器视频分析模块运行界面。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

本发明实施例公开了一种基于视频的交通机非人实时轨迹检测器，检测器整体结构示意图如图1所示，包括：

视频采集模块，用于连接摄像头等视频采集设备，实时获取交通视频图像，并对视频进行初步处理后将视频图像传输至视频分析处理模块。

视频分析处理模块，用于对采集的视频图像进行机非人目标检测，识别视频图像中的机动车、非机动车、行人，然后对机非人进行轨迹匹配跟踪，最后提取机非人轨迹，输出机非人轨迹检测结果，机非人轨迹检测结果包括时间帧、目标X、Y方向坐标、目标X、Y方向的速度、目标行驶方向角度、目标类型。

数据记录存储模块，用于将检测结果传输到大容量存储设备，提供USB主控和SATAIII接口用以连接大容量外部存储设备，还提供MicroSD存储卡的接口用于加载文件系统。

检测监视模块，用于连接显示屏并提供HDMI物理接口便于音视频信号输出，用于对视频分析处理进行可视化显示和操作。

通信模块，用于提供蓝牙和无线网络的连接服务，用于将检测结果传输到后端服务器，实现无人值守的交通视频图像远程实时轨迹检测。

音频输出模块，用于输出包括实时声音在内的音频信息，提供3.5mm的连接端口。

电源管理模块，用于为视频检测器各个子系统提供电压电流的分配，为各个子系统提供3.7v、5v或更高电压，而视频分析处理模块所需的电压较低，所以，需要设置降压模块进行降压。

GPIO拓展模块，用于连接风冷散热器等外围设备以及额外的模块。

电源适配器，用于为电源管理模块提供电力输入。

时钟电路产生恒定的脉冲，作为数字电路的同步信号。

复位电路能够将程序计数器清零，使系统产生一次硬件复位，在系统无法正常工作时能够重启系统。

上述具体的电路图如图2-10所示。

进一步，视频采集模块、视频分析处理模块、电源管理模块、检测监视模块、通信模块、音频输出模块集成一体设计，该检测器装置内部一体设计，降低了功耗和成本。

具体的，视频采集设备包括：

USB摄像头，用于实时采集交通视频图像，并将视频图像传输给视频采集模块；

拓展摄像头模块，作为冗余和补充，辅助主摄像头进行实时采集视频图像，并将视频图像传输给视频采集模块；

具体的，视频分析处理模块包括：

机非人目标检测模块，用于对视频采集模块输出的交通视频场景进行处理，检测出视频流中的机非人运动目标。

机非人目标识别模块，用于对检测出的机非人运动目标在视频中自动区分出机动车、非机动车以及行人。

机非人轨迹匹配跟踪模块，识别出机非人后，将视频每帧识别出的同一机非人轨迹进行关联匹配和跟踪。

机非人轨迹提取模块，将同一个机非人目标匹配关联的轨迹信息提取出来，在提取到各个交通实体的运动轨迹后，依据轨迹起始和终止坐标判断不同方向的机非人轨迹。

具体的，检测监视模块包括：

显示屏，用于查看采集的视频、设置检测参数和实时监视检测过程；

HDMI驱动电路，用于提供HDMI接口的连接支持，以便连接拓展的监视器。

本发明检测监视模块和数据记录存储模块提供了多种外置接口，便于连接拓展监视器和便携式存储设备，提供了自带显示屏，方便对处理过程进行实时监视和参数调整。

具体的，通信模块包括：

蓝牙4.0通信模块，用于低速率的文件传输，低速传输视频流以及交通场景轨迹检测信息；

Wi-Fi通信模块，用于较高速率的文件传输，中速传输视频流以及交通场景轨迹检测信息；

快速以太网通信模块，用于高速率的文件传输，高速传输流媒体视频信息以及交通场景轨迹检测信息。

本发明通信模块提供了远程访问功能，连接互联网后，可以使用远程计算机读取该检测器的输出数据或远程修改检测参数，实现无人值守的远程交通检测。

基于视频的交通机非人实时轨迹检测器的检测方法，包括：

步骤1：通过视频采集模块接入视频图像。提供两种视频输入的方式，一种是导入现有视频进行处理，另一种是通过摄像头直接连接现场实时的摄像头图像进行实时处理，实现远程无人值守交通检测。

步骤2：通过检测监视模块接入的显示屏或HDMI对视频分析处理模块的基本参数进行设置，输入相关参数以调整想要达到的轨迹提取效果。

步骤3：通过显示屏或HDMI对轨迹数据文件进行输出设置，设置轨迹数据的实时输出方式，选择轨迹数据文件输出路径。并设置轨迹数据文件的生成时间设置，默认为与计算机时间同步，也可手动设置数据文件的生成时间以与摄像机视频文件的时间一致。

步骤4：设置完成后，通过显示屏或HDMI开始运行视频分析处理模块实时提取轨迹，可在显示屏或HDMI输出中实时滚动展示交通监控视频图像中实时提取的机非人轨迹数据，每一行数据，代表一个机非人交通实体实时轨迹信息输出，包括该交通实体的坐标位置、行驶速度、行驶方向、实体类型等信息。

步骤5：视频分析处理模块运行中，若轨迹提取效果不符合要求，可返回步骤2重新设置相关参数，也可在实时轨迹提取过程中，随时退出并保存轨迹数据文件。

步骤6：通过数据记录存储模块获取轨迹数据文件，运行中的轨迹数据将实时存储在选择的输出路径轨迹数据文件中，以“txt”文件存储。

步骤7：检测完成后，退出运行。

具体的，步骤2包括：

步骤2-1：设置轨迹匹配参数“前后帧最大距离间距”和“前后帧最大时间间距”，前后帧最大距离间距表示前后2次检测到同一个车辆的帧中，该车辆坐标距离的最大的差，前后帧最大时间间距表示被采样的两帧间所发生时间不得超过的阈值。因为车辆速度有限，每次移动都不会超过一个最大值，所以用最大值限制预测结果，防止匹配到其他车辆。该值单位是像素，和视频的分辨率和拍摄位置有关，一般可以取一个目标10帧的位置变化值。

步骤2-2：设置轨迹匹配参数“前后帧运动预测系数”和“前后帧运动预测常数”用于限制下一时刻车辆出现位置，且均大于1。因为车辆速度变化有限，用该系数乘上一时刻速度再乘运动时间加上前后帧运动预测常数就是该车辆位移的最大值。“前后帧运动预测系数”一般设为1.5，“前后帧运动预测常数”一般设为车辆一帧的位移大小。

步骤2-3：设置轨迹匹配参数“最小有效数据量”是用于判断是否是有效车辆的最小状态数据量。如果小于这个值则判断为无用的或其他干扰。该值一般设为正常被检测车辆的状态数据量的一半。

本发明的有益效果有：本发明提供了一种基于视频的交通机非人实时轨迹检测器，可以实时自动提取混合交通场景视频中的机非人多目标轨迹，并同时实现将提取的多目标轨迹自动匹配到机非人不同交通实体和其不同交通流向。检测器提供视频导入、分析处理、检测结果导出以及修改相关视频检测参数等功能。此外，检测器提供了多种外置接口，便于连接拓展显示器和便携式存储设备，提供了自带显示屏，方便对处理过程进行实时监视和参数调整；提供了远程访问功能，连接互联网后，可以使用远程计算机读取该检测器的输出数据或远程修改检测参数，实现无人值守的远程交通检测；该检测器装置内部一体设计，降低了功耗和成本，该装置安装施工简便，安装方式多样化。

本发明检测方法适用于机动车、非机动车、行人混行的实际交通场景，检测准确率高、检测速度快。

本说明书中各个实施例采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处，各个实施例之间相同相似部分互相参见即可。对于实施例公开的装置而言，由于其与实施例公开的方法相对应，所以描述的比较简单，相关之处参见方法部分说明即可。

对所公开的实施例的上述说明，使本领域专业技术人员能够实现或使用本发明。对这些实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本发明的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本发明将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。