CN101833117A - 智能车辆安全视觉检测装置及运动目标跟踪方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种智能车辆安全视觉检测装置及运动目标跟踪方法。系统主要包括车辆探测装置、车底图像扫描装置、车牌图像采集与识别模块、图像压缩与传输模块和图像数据库模块，以及主控计算机、箱体等。箱体顶部设有钢化玻璃，车底图像扫描装置置于钢化玻璃下方，摄像机通过视频数据输出线与内置图像采集卡的主控计算机相连；装置也设有车牌图像采集、传输部分。同时设计了一种基于自适应非参数核密度估计的多运动目标检测及跟踪方法。本发明自动化程度高、检测速度快、适应性广，能实现不停车检测。

Description

智能车辆安全视觉检测装置及运动目标跟踪方法

技术领域

本发明主要涉及到智能车辆安全检测领域，特指一种适用于海关、军事基地、大型会议、航空部门等重要场所的车辆安全视觉智能检测装置及运动目标的跟踪方法。

技术背景

当今世界，汽车越来越大众化，针对车辆的安全监控措施日益受到人们的重视。特别是各地不断发生汽车爆炸事件，恐怖组织活动日益猖獗。为了保障社会安定和人民的生命、财产安全，各国都纷纷加强对海关、机场、政府部门、军事基地等重要场所的安全监控措施。恐怖分子大多会把爆炸物藏匿于汽车底部来躲避检查人员的视线。另外，许多偷渡人员也是藏匿于大型车的底部来实现非法入境。因此，汽车的底部已经成为安全检查的重点对象。然而，由于科技发展水平的限制，目前的车底检查方法主要采用的是手持安检镜、新型的车底机器人等。

这些方法的缺陷主要体现在：

1、使用车底安检镜检测。这种方法最显著的缺点是检查效率极低，当车辆接受检查时，必须将车辆停放在指定的位置，并由专门的检查人员将手持式安检镜伸入被检车辆的底部，通过观察安检镜反射出的车底镜像来判断车底是否有可以附着物。通常检查一辆小型车辆需2～3分钟，检查中型或大型车辆，所需时间将更长。由于安检镜本身的限制，这种检查方法存在车底检查范围不完整、人力资源消耗大等缺陷。

2、采用新型的车底机器人检测。这种机器人上安装了摄像头和无线通信装置，在使用时由现场操作人员通过无线遥控装置对车底机器人发出指令，控制它的运动方向、速度以及摄像头的拍摄角度，机器人把拍摄到的图像传送到操作人员手中的控制器显示屏上。虽然这种车底安检机器人较手持式车底安检镜已经有很大程度的改进，这种检测方法的不足在于：(i)需要被检车辆停车接受检查；(ii)得到的图像信息有可能不完整，会出现小车没有遍历到的地方；(iii)检查耗时较长，一辆小型车接受检查的时间长达6～8分钟。

目前，国内科研单位研发有类似的基于机器视觉的安检系统，其售价相对较低，但是其实现的功能仅为用摄像头拍摄汽车通过安检站时车辆底部的视频信息，并显示在现场的监视器上，没有文件的存储功能。而且，因为显示的是车底的动态视频，而非车底的图像，所以在实施监控时很有可能因为车速过快或者是工作人员注意力不集中而漏掉一些非常重要的信息，这对海关等重要场所的安全检查效果非常不利。并且该系统能够拍摄到的车底范围仅为1.3米，检测速度仅能达到0.3米/秒。国外市场的产品在功能是有所完善，但是仍存在造价高，可扩展性不强等缺陷。

发明内容

本发明的目的是克服现有技术的不足，设计了一种智能车辆安全视觉检测装置，并提出了系统中采用的运动目标跟踪方法。该装置自动化程度高、检测速度快、精度高、适用范围广，并能实现不停车检测的车辆安全视觉智能检测装置。

本发明的具体技术解决方案如下：

一种智能车辆安全视觉检测装置，其特征在于包括车辆探测装置、车底图像扫描装置、车牌图像采集与识别模块、图像压缩与传输模块和图像数据库模块，以及主控计算机、箱体等。

所述车辆探测装置设有触发采集单元，所述触发采集单元包括地感线圈和信号转换装置，所述信号转换装置连接于主控计算机的串行接口上。

所述车底图像扫描装置使用高速线阵CCD扫描摄像机，其视频数据输出线与内置高速图像采集卡的主控计算机相连，同时配备有高亮度光源。

所述车牌图像采集与识别模块采用的是高分辨率面阵CCD摄像机，并通过识别模块快速识别获取的车牌图像。

所述图像压缩与传输模块，采用JPEG静态图像压缩标准对采集到的车底以及车牌图像进行压缩，通过TCP/IP网络通信接口，运用客户/服务器模型与Winsock编程相结合的方法，实现了图像文件的实时传输。

所述图像数据库模块，负责对接收到的各个监控现场发来的车底和车牌图片进行管理，并提供基本的图像检索功能。其数据库内核包括多点来源图像管理、图像显示控制、历史数据处理、图像检索处理等。

所述的车辆探测装置和车底图像扫描装置均安装于所述的箱体中，箱体顶部设有透明隔板，利于车底图像的获取。

所述光源单元采用高频高亮度卤素光源。

所述的目标跟踪方法采用的是基于自适应非参数核密度估计的多运动目标检测及跟踪方法。

与现有技术相比，本发明的优点就在于：

1、本发明的车辆安全视觉智能检测装置为自动检测检测装置，无需人工操作，其自动化程度高、检测速度快、检测精度高、适用范围广，并能实现不停车检测，因此大大提高了安检效率和安检的可靠性；

2、本发明的车辆安全视觉智能检测装置埋设于地表，结构简单、体积小，不占用过多空间，适合于各种环境下的布置，其检测范围广，适合不同规格的各种车辆。

3、本发明的车辆安全视觉智能检测装置不但可以实时检测车辆底部图片及车牌图片，还能够通过主控计算机进行存储、网络查询等作业，丰富了实时安检的内容，进一步提高了安检的可靠性。

4、本发明提出建立基于自适应非参数核密度估计的背景模型，并且核密度估计器的带宽由采样点、估计点的概率分布特征确定，能有效抑制干扰，背景模型准确性高。

5、本发明设计了“匹配矩阵”分析帧间目标匹配情况，并根据匹配结果，提出将目标运动状态分为四类，分别采取相应跟踪策略。算法实现了多运动目标在不同运动情况下的跟踪，并能获得目标运动轨迹。

附图说明

图1是本发明的总体结构示意图；

图2是本发明的成像装置安装施工剖面图；

图3是本发明的成像装置安装俯视图；

图4是本发明的车辆探测器连接示意图；

图5是本发明的车底、车牌图像成像处理流程图；

图6是本发明的车牌识别流程图；

图7是本发明的基于图像内容的检索流程图；

图8是本发明的多目标检测、跟踪基本流程图；

图9是本发明的目标检测流程图。

图中标号说明：

1、钢化玻璃             2、箱体             3、主控计算机

4、面阵CCD摄像机光缆    5、面阵CCD摄像机    6、支撑架

7、支撑立柱             8、线阵CCD相机光缆  9、箱体外接口

10、线阵CCD摄像机       11、卤素光源        12、地基

13、光电传感器

具体实施方式

实施例1：

以下将结合附图和具体实施例对本发明做进一步详细说明。

如图1所示。本发明的智能车辆安全视觉检测装置，主要包括主控计算机3、埋设于地表的箱体2、安装于箱体2内部的车底图像采集装置10、光源11、箱体2的顶部设有钢化玻璃1(而钢化玻璃1与地表齐平安装)、设立于地面上的车牌图像采集装置4(该装置通过立柱7铆接于地表，与箱体2相距约2.5米)。车底图像采集装置10通过其视频数据输出线与主控计算机3相连。箱体2采用铁制或钢制结构，其顶部的钢化玻璃1保证了设备整体的承重力和抗压性。车牌图像采集装置5通过其视频输出线与内置面扫描视频图像采集卡的主控计算3相连，车牌图像采集装置5采用高清晰面扫描摄像机。

图2、3为成像装置安装施工剖视图和俯视图。车底成像摄像机被安装于箱体2中，箱体2高度设计为450毫米，摄像机镜头顶端与顶部的钢化玻璃x的距离为300毫米。

为了获取高速高分辨率的车底图像，本发明使用了高速线阵CCD摄像机，外加相机镜头。光源单元x采用高频卤素光源，其频率可达到KHz。本实施例中，箱体2外侧装设有触发采集单元，该触发采集单元包括地感线圈和信号转换装置，地感线圈装设于箱体2外侧，信号转换装置设置于主控计算机3的串行接口上。

图4为车辆探测器连接示意图。本发明基于单片机模块为核心控制模块，完成了对地感线圈触发信号的采集并通过串行接口传送数据给上位机。设计了占用单片机的一个I/O口来采集地感线圈的信号。采集方式是实时查询的方式，一旦检测到I/O口电平变化就发送相应数据给上位机。在通讯方式上，系统采用RS485通信方式，单片机从串口发出的信号需要经过一个串口电平转换芯片转换成标准的RS485电平。

图5为车底、车牌图像成像处理流程图。系统上电后，若采用自动采集模式，地感线圈被触发，则启动图像采集卡开始车底、车牌的图像采集，当车辆完全通过车底扫描装置后，车底图像被保存、显示并处理。此时，若发现异常，则启动异常情况报警装置，若无异常，则检测网络连接是否就绪，就绪则向服务器发送监控记录，最后退出监控系统。

图6为车牌识别流程图。对获取的车牌图像，首先进行的是图像预处理，包括图像增强和图像的边缘检测，其中可以采用灰度线性化、直方图均衡化和二值化进行图像增强，应用Roberts算子、Sobel算子、Prewitt算子和Canny算子进行图像的边缘检测。接着进行车牌的定位，可以采取直线边缘检测、阈值迭代、神经网络、灰度、颜色特征等方法进行定位。定位后，就可以进行字符的分割，首先采用投影法、重心法、Hough变化法倾斜矫正，后使用回归法、模板匹配法进行分割。最后步骤即是字符的识别，可以采用结构的模式识别、贝叶斯统计模式识别、结构与统计结合、人工神经网络和虚光模板匹配等方法。

图7是本发明的基于图像内容的检索流程图。系统获取的车牌、车底图像均通过压缩、传输存放于图像数据库中，此时，用户通过人机界面进行查询，对输入的特征和从图像数据库中提取的特征进行相似性比较、匹配，若结果相似，则在显示界面给出反馈信息，并给出检索结果。

图8是本发明的多目标检测、跟踪基本流程图。对输入的当前帧图像进行多运动目标的检测，首先确定目标区域，对其中的多运动目标进行跟踪。

图9是对输入的当前帧图像、将图像中的各个像素点作为估计点，应用自适应非参数核密度估计方法计算当前帧像素点的概率，如概率小于阈值T，则该像素点为目标点，将得到所有目标点的集合即为检测出的目标。

Claims (3)

1.一种智能车辆安全视觉检测装置及运动目标跟踪方法，其特征在于，包括车辆探测装置、车底图像扫描装置、车牌图像采集与识别模块、图像压缩与传输模块和图像数据库模块，以及主控计算机、箱体等。所述车辆探测装置设有触发采集单元，所述触发采集单元包括地感线圈和信号转换装置，所述信号转换装置连接于主控计算机的串行接口上。

2.根据权利要求1，所述车底图像扫描装置使用高速线阵CCD扫描摄像机，其视频数据输出线与内置高速图像采集卡的主控计算机相连，同时配备有高亮度光源。所述车牌图像采集与识别模块采用的是高分辨率面阵CCD摄像机，并通过识别模块快速识别获取的车牌图像。所述图像压缩与传输模块，采用JPEG静态图像压缩标准对采集到的车底以及车牌图像进行压缩，通过TCP/IP网络通信接口，运用客户/服务器模型与Winsock编程相结合的方法，实现了图像文件的实时传输。所述图像数据库模块，负责对接收到的各个监控现场发来的车底和车牌图片进行管理，并提供基本的图像检索功能。其数据库内核包括多点来源图像管理、图像显示控制、历史数据处理、图像检索处理等。所述的车辆探测装置和车底图像扫描装置均安装于所述的箱体中，箱体顶部设有透明隔板，利于车底图像的获取。所述光源单元采用高频高亮度卤素光源。

3.根据权利要求1，所述的目标跟踪方法采用的是基于自适应非参数核密度估计的多运动目标检测及跟踪方法。

Images