本發(fā)明涉及一種通過監(jiān)控視頻或車載攝像頭測(cè)量汽車速度的方法，屬于視頻監(jiān)控技術(shù)領(lǐng)域。

背景技術(shù)：
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現(xiàn)有的通過監(jiān)控視頻測(cè)量車輛速度的方法，大致都是通過捕捉追蹤車輛，測(cè)量視頻中車輛的像素位移，然后通過攝像機(jī)標(biāo)定及透視變換關(guān)系將測(cè)得的畫面上的位移映射到現(xiàn)實(shí)中位移。

任述明在《基于視頻圖像的車速檢測(cè)研究》中通過車牌行定位確定車輛的位置,用車牌在幀間移動(dòng)的像素行數(shù)確定車輛幀間實(shí)際位移，再線性映射到實(shí)際位移中。

于艷玲在《視頻檢測(cè)系統(tǒng)中的車速檢測(cè)技術(shù)研究》中，一方面在傳統(tǒng)的線性模型基礎(chǔ)上,提出了一種新的攝像機(jī)標(biāo)定方法，即首先通過線性透視關(guān)系,用幾何推導(dǎo)的方法對(duì)一維坐標(biāo)進(jìn)行標(biāo)定,然后將其擴(kuò)展至二維以提高標(biāo)定精度,為了解決二維標(biāo)定計(jì)算量大的問題,經(jīng)過對(duì)二維標(biāo)定的簡(jiǎn)化得到一個(gè)計(jì)算量小、穩(wěn)定的標(biāo)定算法。另一方面在圖像匹配的基礎(chǔ)上,將虛擬線圈和圖像匹配算法結(jié)合起來,根據(jù)線圈位置選取合適的模板,在預(yù)先設(shè)定的范圍內(nèi),按照最佳匹配準(zhǔn)則進(jìn)行滑動(dòng)匹配,得出車輛像素位移,以模板波形谷值點(diǎn)為特征點(diǎn),得到匹配前后車輛絕對(duì)像素位置。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：
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針對(duì)上述問題，本發(fā)明提供一種通過監(jiān)控視頻或車載攝像頭測(cè)量汽車速度的方法。

本發(fā)明的方法包括如下步驟：

步驟一、從三維現(xiàn)實(shí)世界里提取A、B、C、D四點(diǎn)，依次從左到右的四個(gè)共線點(diǎn)A、B、C、D的交比(ABCD)如下：

經(jīng)過投影變換，直線中的任意四個(gè)點(diǎn)的交比都將是一個(gè)投影不變量被保留，真實(shí)世界里的四個(gè)共線點(diǎn)A、B、C、D分別被投影到圖像空間里的A′、B′、C′、D′，如果用(A′B′C′D′)來表示四個(gè)投影點(diǎn)A′、B′、C′、D′的交比，那么(ABCD)和(A′B′C′D′)相等，

(ABCD)＝(A′B′C′D′)…(2)

步驟二、一輛汽車從時(shí)間T1到T2以速度v沿著直道運(yùn)動(dòng)，A、B分別是T2時(shí)刻路徑上前、后輪的位置，C、D分別是T1時(shí)刻路徑上前、后輪的位置，d是汽車運(yùn)行的距離，I是汽車的軸距，A、B、C、D四點(diǎn)

形成一條直線，其交比(ABCD)用d、I來表示如下：

重新整理得：

因?yàn)锳、B和C、D兩對(duì)點(diǎn)無法共存，所以交比(ABCD)是三維現(xiàn)實(shí)世界里的一個(gè)虛構(gòu)參數(shù)，汽車的運(yùn)動(dòng)能被錄像捕捉到后提取到T1、T2時(shí)刻的兩幅圖像幀，依此建設(shè)一個(gè)包含所有各點(diǎn)的投影點(diǎn)的虛擬二維圖像空間，從這個(gè)虛擬二維圖像空間便可間接得到交比(ABCD)。

一輛配備了車載攝像頭的汽車以穩(wěn)定的速度沿著直道行駛，車載攝像頭捕捉了T3、T4時(shí)刻的圖片，取位于車道左側(cè)的路標(biāo)之類的道路固定裝置為參照物，由于任何參照物的交比都會(huì)被保留，故構(gòu)建好的虛擬二維圖像空間用來計(jì)算參照物行駛的距離即汽車行駛的距離；

步驟三：汽車速度的確定：

根據(jù)交比的不變性，二維圖像空間里的A′、B′、C′、D′四點(diǎn)的交比(A′B′C′D′)等于三維現(xiàn)實(shí)世界中A、B、C、D四點(diǎn)的交比(ABCD)

將式(2)帶入式(3)中得：

從式(4)可知，若汽車的軸距已知，則汽車行駛的距離可以被確定，當(dāng)距離已知，汽車的運(yùn)行速度便可根據(jù)兩幅圖像幀之間流逝的時(shí)間(T2-T1)利用簡(jiǎn)單的距離-時(shí)間方程式來確定。

本發(fā)明的有益效果為：通過靜止相機(jī)拍到的視頻圖像序列來直接測(cè)定車輛速度，不用進(jìn)行攝像機(jī)標(biāo)定，也不用參考汽車在現(xiàn)場(chǎng)的物理位置。該方法能夠擴(kuò)展到車載攝像頭的車速測(cè)定應(yīng)用。

與現(xiàn)有的通過視頻測(cè)量車輛速度的方法相比，不用返回現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行模擬，也減少了因?yàn)榕臄z角度或者畸變而引起的誤差；運(yùn)用本發(fā)明方法測(cè)量車輛速度，只需要在車輛參數(shù)里面找到軸距參數(shù)，運(yùn)用在投影幾何里交比不變性即可先算出合成圖像的交比得到實(shí)際交比，再算出車輛行走距離，因兩圖像幀的時(shí)間間隔可由幀速率乘以幀數(shù)而得，便可求出車輛速度，不用回到事故現(xiàn)場(chǎng)，方便快捷。另外，本方法還可推及應(yīng)用到像車載攝像頭這樣的移動(dòng)中的攝像頭上，運(yùn)用運(yùn)動(dòng)相對(duì)性原理，選取相應(yīng)的參考物也可得到車輛速度。

具體實(shí)施方式：

為使本發(fā)明的目的、技術(shù)方案和優(yōu)點(diǎn)更加清楚明了，下面通過具體實(shí)施例來描述本發(fā)明。但是應(yīng)該理解，這些描述只是示例性的，而并非要限制本發(fā)明的范圍。此外，在以下說明中，省略了對(duì)公知結(jié)構(gòu)和技術(shù)的描述，以避免不必要地混淆本發(fā)明的概念。

具體實(shí)施方式一：

圖像幀

每一幀被錄像機(jī)捕捉的圖像都是3D空間的2D映像，真實(shí)世界里的每個(gè)3D位置都被映射到圖像幀里的一個(gè)2D點(diǎn)。從3D空間到2D空間的映射轉(zhuǎn)換遵從著投影幾何原理。

共線性

如果A、B、C、D四點(diǎn)在三維現(xiàn)實(shí)世界里是共線的，通過投影轉(zhuǎn)換到2D空間中，那么對(duì)應(yīng)過來的2D空間里的A′、B′、C′、D′也是共線的。基于投影變換，任何一個(gè)點(diǎn)的共線性將不會(huì)被改變，所以可以認(rèn)為是投影不變量。簡(jiǎn)單來說就是，真實(shí)世界里的一條直線在圖像里仍是一條直線。

交比

從左到右的四個(gè)共線點(diǎn)A、B、C、D的交比(ABCD)如下：

經(jīng)過投影變換，直線中的任意四個(gè)點(diǎn)的交比都將是一個(gè)投影不變量被保留。真實(shí)世界里的四個(gè)共線點(diǎn)A、B、C、D分別被投影到圖像空間里的A′、B′、C′、D′。如果用(A′B′C′D′)來表示四個(gè)投影點(diǎn)A′、B′、C′、D′的交比，那么(ABCD)和(A′B′C′D′)相等。

(ABCD)＝(A′B′C′D′)…(2)

一輛汽車從時(shí)間T1到T2以速度v沿著直道運(yùn)動(dòng)。A、B分別是T2時(shí)刻路徑上前、后輪的位置，C、D分別是T1時(shí)刻路徑上前、后輪的位置，d是汽車運(yùn)行的距離，I是汽車的軸距。A、B、C、D四點(diǎn)形成一條直線，其交比(ABCD)用d、I來表示如下：

重新整理得：

因?yàn)锳、B和C、D兩對(duì)點(diǎn)無法共存，所以交比(ABCD)是三維現(xiàn)實(shí)世界里的一個(gè)虛構(gòu)參數(shù)。如果汽車的運(yùn)動(dòng)能被錄像捕捉到，因?yàn)殇浵袷且詴r(shí)間為順序進(jìn)行排列的一系列圖像，我們便可能提取到T1、T2時(shí)刻的兩幅圖像幀，依此建設(shè)一個(gè)包含所有各點(diǎn)的投影點(diǎn)的虛擬二維圖像空間。從這個(gè)虛擬二維圖像空間便可間接得到交比(ABCD)。

類似地，一輛配備了車載攝像頭的汽車以穩(wěn)定的速度沿著直道行駛，車載攝像頭捕捉了T3、T4時(shí)刻的圖片。位于車道左側(cè)的路標(biāo)之類的道路固定裝置，看起來似乎以與汽車大小相同但方向相反的速度相對(duì)于汽車(或者車內(nèi)的乘客)運(yùn)動(dòng)。再者，一個(gè)構(gòu)建好的虛擬二維圖像空間可以用來計(jì)算路標(biāo)行駛的距離(汽車行駛的距離)，因?yàn)槿魏芜x定物體的交比都會(huì)被保留。

構(gòu)建虛擬的二維圖像空間

分別捕捉沿著世道行駛的汽車在不同時(shí)刻時(shí)的位置，將T1時(shí)刻汽車左前方跟后輪的中心標(biāo)為C′,D′，將T2時(shí)刻汽車左前方跟后輪的中心標(biāo)為A′,B′。將兩幅圖像幀輸入圖片處理軟件中如Photoshop中得到一幅能清晰看見兩個(gè)不同時(shí)刻汽車位置的合成圖像。

因?yàn)槠囀茄刂钡佬旭?，合成圖像里的A′、B′、C′、D′也是共線的。虛擬二維圖像空間里A′B′C′D′的軌道是現(xiàn)實(shí)世界里直道ABCD的投影線。點(diǎn)對(duì)點(diǎn)之間的距離A′C′、B′C′、A′D′、B′D′很容易在合成圖像里直接測(cè)量并有著良好精度，同時(shí)，交比(A′B′C′D′)也能被確定下來了。

汽車速度的確定

根據(jù)交比的不變性，二維圖像空間里的A′、B′、C′、D′四點(diǎn)的交比(A′B′C′D′)等于三維現(xiàn)實(shí)世界中A、B、C、D四點(diǎn)的交比(ABCD)

將式(2)帶入式(3)中得：

從式(4)可知，若汽車的軸距已知，則汽車行駛的距離可以被確定。當(dāng)距離已知，汽車的運(yùn)行速度便可根據(jù)兩幅圖像幀之間流逝的時(shí)間(T2-T1)利用簡(jiǎn)單的距離-時(shí)間方程式來確定。