基于路况监控视频的能见度检测方法

摘要

基于路况监控视频的能见度检测方法，使用高速公路外场路侧摄像机进行多个角度和位置的视频采集，在视频图像采集时，连续截取15～30帧图像；图像距离目标物自动标定和预处理：对采集到的视频图像进行像平面到世界坐标的自动转换，提取分割出4～8组虚拟距离信息目标物、判别图片是否满足特征；采用基于路况监控视频能见度检测算法，该算法对路况视频图像，通过对路面情况的分析，进行能见度检测；对所得到的15～30帧图像的能见度距离进行处理，能见度距离平均化处理，得出当前的能见度值；建立图像坐标至路面坐标的映射关系，将图像距离信息转换成路面距离信息，然后进行符合人眼的能见度分析和检测，得出能见度值。

主权项

1. 一种基于路况监控视频的能见度检测方法，其特征在于：1)与路况监控系统兼容：在现有路况监控系统之上，采用监控系统的通信链路和相关设备进行能见度检测所需的视频采集和结果的发布；2)多角度视频采集：使用高速公路外场路侧摄像机进行多个角度和位置的视频采集，对采集到的视频图像必须满足图像的最下端离摄像机的距离小于等于20米，图像的最上端大于等于200米，且在视频图像采集时，定时(1秒)截取一帧图像，连续截取15～30帧图像；3)图像距离目标物自动标定和预处理：不需要在道路上架设带有距离信息的人工标识物，而是对采集到的视频图像进行像平面到世界坐标的自动转换，使用计算机标定方法，分析图像中像素间的距离信息，提取分割出4～8组虚拟距离信息目标物、判别图片是否满足特征2)；4)在不同天气条件下进行能见度检测：采用基于路况监控视频能见度检测算法，该算法对路况视频图像，通过对路面情况的分析，进行能见度检测；对所得到的15～30帧图像的能见度距离进行处理，去除其中的异常值，对其它的能见度距离平均化处理，得出当前的能见度值；利用视频采集设备(摄像机)所采集的视频图像，建立图像坐标至路面坐标的映射关系，将图像距离信息转换成路面距离信息，然后进行符合人眼的能见度分析和检测，得出能见度值(距离)；图像坐标至路面坐标的映射关系使用摄像机自标定完成，其工作步骤如下：a)建立路况摄像机成像模型，图中定义了三种坐标系，其中地面坐标系Xw-Yw-Zw和摄像机坐标系Xc-Yc-Zc用来表征三维空间；图像平面坐标系Xf-Yf用来表征成像平面。建立世界坐标系，其原点为摄像机光轴与地面交点；Yw轴正向沿路面方向指向前方，Xw轴正向水平指向右方，Zw轴正向垂直于地面，方向向上；建立摄像机坐标系，原点为摄像机光心位置，Zc轴为摄像机光轴方向，Xc-Yc平面平行于像平面。设摄像机光心与世界坐标系原点距离为1，摄像机的俯仰角(摄像机光轴与地平面夹角)为t，偏角(光轴与车道分割线的夹角)为p；旋角为s，忽略高速公路坡度影响，以地平面上平行线间的区域来对应摄像机视域内的高速公路路面；b)基于定义的摄像机空间方位参数，建立透视模型下，地面坐标系与二维图像坐标系间的坐标变换关系，如式(1)所示：(1)c)利用霍夫变换提取车道线，建立兴趣域，利用HARRIS角点检测算法提取分道线角点信息，进行角点检测；d)摄像机参数求解，以高速公路路面分道线为参照物建立摄像机未标定参数与图像特征参数之间的对应关系，在监控路段上选取基于分道线角点的平行四边形为标定模块；根据角点间平行对应关系，可解出式(1)中未知的摄像机参数p，t，s，f，l，如式(2)所示：f＝v0/tan(t)，式中(u，v)表示图像坐标系，(u0，v0)为由直线xaxd，xbxc决定的灭点，(u1，v1)为由直线xaxb，xdxc决定的灭点，H为摄像机柱高；e)将路面坐标系平移至以摄像机柱基为原点，即计算图像中任意一点距离摄像机的距离，如式(3)所示：Xcamera＝Xw+lcostsinp (3)Ycamera＝Yw+lcostcosp式中(Xcamera，Ycamera)是以摄像机柱基为原点的路面坐标；f)从步骤(c)检测出的角点中选取4～8组，以每个角点为中心，划定一个矩形区域为虚拟目标物，如图5所示，虚拟目标物的距离信息如下：式中D(i)为第i个虚拟目标物相对于摄像机柱基的距离，(xi，yi)为第i个虚拟目标物中心角点的图像坐标。去除图片中的冲击噪声是由于图像在传输过程中容易受到冲激噪声的干扰，而产生了不属于原图像的边缘，因此需在图像灰度化之后采用中值滤波去除噪声的影响；背景提取是将道路从原图像中提取出，作为分析时的目标物的距离依据和强边缘分析检测依据；5)基于路况监控视频的图像从能见度检测算法得到能见度值；6)检测结果的联网分析和发布：根据路况沿途各摄像机所检测到的能见度结果，对全路段的能见度情况进行统计和分析，得出全路段的能见度分布，将所得结果根据国家大气能见度标准的能见度等级定义进行分级处理，同时根据交通部门关于在各能见度等级下的车辆行驶状态，通过网络和监控系统的链路为用户提供相关提示和警告信息，同时告知交通管理部门采取相关措施。