交通车辆违章智能视频监控系统的设计与实现
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摘要
本文设计开发了一个新型的交通车辆违章智能视频监控系统(ITPVMS)，它采用基于交通动态视频的软件检测模式，实现了对交通车辆违章行为的多项目、大范围监控，具有实时性、准确性、高智能性和多功能性等优点，是对现有智能交通监控技术的重大改进。本文的研究工作是公安部部级重点课题“区域交通控制可视化数据处理平台的研究”的重要组成部分。
首先，设计了适当的方案，通过携带高分辨率CCD摄像头的摄像机和视频捕获卡实现对动态交通视频流的实时自动采集；
第二，兼顾系统的实时性和准确性原则，设计快速高效的算法，对视频图像进行预处理。首先运用中值滤波法对视频图像进行去噪处理，然后采用二阶差分法进行图像锐化，再通过视频捕获卡携带的二次软件开发包SDK-2000进行对比度增强，从而得到比较理想的图像，为后续的图像分析工作做准备；
第三，根据系统特点，通过背景图像差分法，分割出监测区中的运动目标，然后对交通目标的区域面积、长度和宽度等进行特征提取，再经过尺度滤波处理，从而自动识别出机动车辆目标：
第四，分别设计相应的算法，实现对闯红灯、压黄线、违章停车、违章超速及违章逆行等常见的交通车辆违章行为的自动识别，并自动抓拍违章现场，截取违章视频，采集其它相关违章信息，为交通执法部门进行交通违章处罚提供有力依据：
考虑到特殊路段特殊环境下的交通复杂性，为了有效监控其它类型的交通违章行为，本文还设计并实现了对交通违章的手动监控模式。
In this paper, we introduce the design and development of a new intelligent traffic peccancy monitoring system by video detection (ITPVMS), which adopts software mode based on detecting dynamic traffic video stream. This system could carry out efficient real-time monitoring on quiet a few sorts of traffic peccancies, with merits of high precision, more functions and high automatization . Comparing with the current traffic monitoring techniques, it's a great improvement. Our research is also one of the most important parts of the project "Research on Visual Data-processing Platform of Regional Traffic Controlling", which is funded by Police Ministry of China.
Firstly, a proper scheme is successfully advanced to collect real-time digital traffic video stream automatically, which is based on the cooperation of video-collecting card and vidicon equipped with color CCD camera with high differentiation ratio.
Secondly, with a view of real-time and precision of the system, some rapid and efficient algorithms are designed to make image preprocessing on video images. The first step is to eliminate all kinds of noises generated in the process of collecting traffic video by means of median filter; Then we finish image sharpening with Laplace operator to clarify edges of the video images; finally, image contrast is enhanced with the help of the second-developing packet SDK-2000, which is provided by our video-collecting card. This way, much more satisfactory images are obtained, and preparation is already made for the following work, that's image analyse.
Thirdly, according to the characteristics of our system, mobile objects are distinguished by means of image difference. Then some features such as regional area, length and width of traffic objects are selected and extracted. After processing of scale filter, we successfully recognize those moving vehicles appearing in the monitoring regions.
Fourthly, some corresponding algorithms are brought forward to automatically identify those familiar traffic peccancies of many sorts, such as red light violation, yellow-line covering, parking in prohibited spots, over-speed running and converse running. Then we find means to snap pictures and to intercept videos of the spot, and collect a lot of relevant information such as the time, the block, the running direction and the weather conditions and so on. According to this information, our traffic management departments could make correct decisions on punishing those drivers who have broken the traffic rules.
Considering the complexity of traffic environments on particular blocks, in order to monitor other traffic peccancies effectively, we also have designed the scheme to carry out traffic monitoring by manual.
首先，设计了适当的方案，通过携带高分辨率CCD摄像头的摄像机和视频捕获卡实现对动态交通视频流的实时自动采集；
第二，兼顾系统的实时性和准确性原则，设计快速高效的算法，对视频图像进行预处理。首先运用中值滤波法对视频图像进行去噪处理，然后采用二阶差分法进行图像锐化，再通过视频捕获卡携带的二次软件开发包SDK-2000进行对比度增强，从而得到比较理想的图像，为后续的图像分析工作做准备；
第三，根据系统特点，通过背景图像差分法，分割出监测区中的运动目标，然后对交通目标的区域面积、长度和宽度等进行特征提取，再经过尺度滤波处理，从而自动识别出机动车辆目标：
第四，分别设计相应的算法，实现对闯红灯、压黄线、违章停车、违章超速及违章逆行等常见的交通车辆违章行为的自动识别，并自动抓拍违章现场，截取违章视频，采集其它相关违章信息，为交通执法部门进行交通违章处罚提供有力依据：
考虑到特殊路段特殊环境下的交通复杂性，为了有效监控其它类型的交通违章行为，本文还设计并实现了对交通违章的手动监控模式。
In this paper, we introduce the design and development of a new intelligent traffic peccancy monitoring system by video detection (ITPVMS), which adopts software mode based on detecting dynamic traffic video stream. This system could carry out efficient real-time monitoring on quiet a few sorts of traffic peccancies, with merits of high precision, more functions and high automatization . Comparing with the current traffic monitoring techniques, it's a great improvement. Our research is also one of the most important parts of the project "Research on Visual Data-processing Platform of Regional Traffic Controlling", which is funded by Police Ministry of China.
Firstly, a proper scheme is successfully advanced to collect real-time digital traffic video stream automatically, which is based on the cooperation of video-collecting card and vidicon equipped with color CCD camera with high differentiation ratio.
Secondly, with a view of real-time and precision of the system, some rapid and efficient algorithms are designed to make image preprocessing on video images. The first step is to eliminate all kinds of noises generated in the process of collecting traffic video by means of median filter; Then we finish image sharpening with Laplace operator to clarify edges of the video images; finally, image contrast is enhanced with the help of the second-developing packet SDK-2000, which is provided by our video-collecting card. This way, much more satisfactory images are obtained, and preparation is already made for the following work, that's image analyse.
Thirdly, according to the characteristics of our system, mobile objects are distinguished by means of image difference. Then some features such as regional area, length and width of traffic objects are selected and extracted. After processing of scale filter, we successfully recognize those moving vehicles appearing in the monitoring regions.
Fourthly, some corresponding algorithms are brought forward to automatically identify those familiar traffic peccancies of many sorts, such as red light violation, yellow-line covering, parking in prohibited spots, over-speed running and converse running. Then we find means to snap pictures and to intercept videos of the spot, and collect a lot of relevant information such as the time, the block, the running direction and the weather conditions and so on. According to this information, our traffic management departments could make correct decisions on punishing those drivers who have broken the traffic rules.
Considering the complexity of traffic environments on particular blocks, in order to monitor other traffic peccancies effectively, we also have designed the scheme to carry out traffic monitoring by manual.
引文
[1]Kenneth．R．Castleman著，朱志刚、林学訚、石定机等译，《数字图像处理》，电子工业出版社，1998
[2]Milan Sonka、Vaclav Hiavac、Roger Boyle著，艾海舟、武勃等译，《图像处理、分析与机器视觉(第二版)》，人民邮电出版社，2003
[3]何斌、马天予、王运坚、朱红莲编著，《Visual C++数字图像处理》，人民邮电出版社，2002
[4]石教英，蔡文立．科学计算可视化算法与系统[M]．科学出版社，1996
[5]唐泽圣，周嘉玉，李新友．计算机图形学基础[M]．清华大学出版社，1995
[6]邓建中，葛仁杰，程正兴．计算方法[M]．西安交通大学出版社，1985
[7]王晓东 计算机算法设计与分析电子工业出版社2001
[8]崔屹 图象处理与分析：数学形态学方法及应用科学出版社，2000
[9]贾云得 机器视觉科学出版社，2000
[10]边肇祺，张学工．模式识别(第2版)．北京，清华大学出版社，1999
[11]章毓晋，图象工程上册：图象处理和分析，北京，清华大学出版社，1999．2
[12]章毓晋，图象工程下册：图象理解与计算机视觉，北京，清华大学出版社，2000
[13]王炜，过秀成．交通工程学[M]．南京：东南大学出版社．1996
[14]王夏 视频监测式违章自动监测管理系统的设计．微机发展，2001．Vol．11，NO．6
[15]林增刚 交通检测与区域交通网络优化系统 西北大学硕士生学位论文．2003．6
[16]刘肃亮 周明全 耿国华．违章停车智能监控系统(IPPMS)的设计．计算机工程．已被录用，定于2004．11发表
[17]刘肃亮 周明全．Windows平台上的实时视频采集．西北大学学报自然科学版专辑．2003．10
[18]刘肃亮 周明全．基于VFW的视频应用程序开发．西北大学学报自然科学网络版．2003．12
[19]刘允才 张素 施鹏飞．智能交通国际发展概况和国内优先考虑的课题．公路．2001．11
[20]John M．Samuels著王云鹏译《北美交通信息》第十二卷第一期2002年2月
[21]陆化普，史其信．智能交通发展趋势与我国的发展战略．97’北京智能交通发展趋势国
际学术研讨会论文集，人民交通出版社，1997．4
[22]史其信，陆化普．中国的ITS的研究现状与发展趋势．第二届亚太地区ITS会议(澳大利亚)，1997．7
[23]史其信，陆化普．智能交通系统的关键技术及研究发展策略．中国土木工程学会第八届年会论文集，清华大学出版社，1998．3
[24]王浩 杨再宇 薛广林．我国交通运输系统(ITS)现状与发展构想．黑龙江交通科技．2002．7
[25]夏劲 郭红卫．国内外城市智能交通系统的发展概况与趋势及其启示．科技进步与对策2003．1
[26]Tekalp A. M. Digital video processing[M]. New Jersey: Prentice-Hall inc. 1996
[27]Donald Hearn，M．Pauline Baker著．蔡士杰，吴春镕，孙正兴等译．计算机图形学[M]．电子工业出版社，1998
[28]Sethi I.K., Brillhart W. L. Traffic analysis including non-conforming behavior via image processing. In: Proe Conf Vehicle Navigation and Information System. Dearborn, 1991.123-201
[29]A Neri, S Cionnese, G Russo, P Talone. Automatic moving object and background seperation. Signal Processing 66(1998):219-232
[30]Shio A,Sklansky J.Segmentation of people in motion, In:Proc of the IEEE Workshop on Visual Motion.Princeton, 1991,325-332
[31]Bouthemy Pand Francois E, Motion segmentation and qualitative dynamic scene analysis from an image sequence, International Journal of computer vision, 1983,10(2):157-182
[32]Young Sung Soh,etc. Design of real time vehicle identification system, 1994 IEEE International Conference on SMC,3:2147-2152
[33]白雪生，金国英，徐光祜，史元春 基于帧间运动的视频分割清华大学学报(自然科学版)2002年01期
[34]黄战华，张吴，蔡怀宇，张以谟一种视频运动目标轨迹的实时探测方法光电子激光2002年03期
[35]黄爱民，陈万里机动车辆自动识别系统国防科技大学学报1998 05
[36]黄爱民，陈万理运动车辆的图像分离分类研究计算技术与自动化1999 01
[37]张守武，叶秀清，李宏东，顾伟康车辆跟踪的遮挡推理算法研究杭州电子工业学院学
报2002 06
[38]巨永锋，朱辉，黄玉贤一种新型交通检测装置—视频车辆检测系统现代电子技术 2002．5
[39]卢强，陈泉林，奉玲，林康红．视频交通监控系统的开发．计算机应用．2001．12
[40]凌捷，李振坤，黄益民，李怀香．城市交通违章监控系统的研制与实现．计算机工程．2000．8
[41]王春波，张卫东，许晓鸣．计算机视觉技术在智能交通系统中的应用．测控技术．2000．3
[42]陈伟．智能交通图像识别系统的研究．浙江大学硕士生学位论文．2003．3
[43]张丽．车辆视频检测与跟踪系统的算法研究．浙江大学硕士生学位论文．2003．3
[44]刘泉 胡家忠．图像处理技术在交通监控中的应用．武汉工业大学学报199．4
[45]张志勇 黄爱民 刘建平．视频智能交通系统．计算机工程与应用．2001．6
[46]郁梅 蒋刚毅 郁伯康．智能交通系统中的计算机视觉技术应用．计算机工程与应用．2001．10
[47]王栓 艾海舟 何克忠．基于差分图像的多运动目标的监测与跟踪．中国图形图像学报．1999．6
[48]黄爱民 陈万里．机动车辆自动识别系统．国防科技大学学报．1998．6
[49]蔡茂国 杨淑雯．利用图像系统捕捉运动物体的一种实现方法．计算机应用2000．6
[50]周小四 王淑华 杨杰．数字图像监控网络报警系统设计．计算机工程与应用．2002．4
[51]孙金明．道路交通电子警察系统．安徽工业大学学报．2001．2
[52]张星明．视频图像捕获及运动检测技术的实现．计算机工程．2002．8
[2]Milan Sonka、Vaclav Hiavac、Roger Boyle著，艾海舟、武勃等译，《图像处理、分析与机器视觉(第二版)》，人民邮电出版社，2003
[3]何斌、马天予、王运坚、朱红莲编著，《Visual C++数字图像处理》，人民邮电出版社，2002
[4]石教英，蔡文立．科学计算可视化算法与系统[M]．科学出版社，1996
[5]唐泽圣，周嘉玉，李新友．计算机图形学基础[M]．清华大学出版社，1995
[6]邓建中，葛仁杰，程正兴．计算方法[M]．西安交通大学出版社，1985
[7]王晓东 计算机算法设计与分析电子工业出版社2001
[8]崔屹 图象处理与分析：数学形态学方法及应用科学出版社，2000
[9]贾云得 机器视觉科学出版社，2000
[10]边肇祺，张学工．模式识别(第2版)．北京，清华大学出版社，1999
[11]章毓晋，图象工程上册：图象处理和分析，北京，清华大学出版社，1999．2
[12]章毓晋，图象工程下册：图象理解与计算机视觉，北京，清华大学出版社，2000
[13]王炜，过秀成．交通工程学[M]．南京：东南大学出版社．1996
[14]王夏 视频监测式违章自动监测管理系统的设计．微机发展，2001．Vol．11，NO．6
[15]林增刚 交通检测与区域交通网络优化系统 西北大学硕士生学位论文．2003．6
[16]刘肃亮 周明全 耿国华．违章停车智能监控系统(IPPMS)的设计．计算机工程．已被录用，定于2004．11发表
[17]刘肃亮 周明全．Windows平台上的实时视频采集．西北大学学报自然科学版专辑．2003．10
[18]刘肃亮 周明全．基于VFW的视频应用程序开发．西北大学学报自然科学网络版．2003．12
[19]刘允才 张素 施鹏飞．智能交通国际发展概况和国内优先考虑的课题．公路．2001．11
[20]John M．Samuels著王云鹏译《北美交通信息》第十二卷第一期2002年2月
[21]陆化普，史其信．智能交通发展趋势与我国的发展战略．97’北京智能交通发展趋势国
际学术研讨会论文集，人民交通出版社，1997．4
[22]史其信，陆化普．中国的ITS的研究现状与发展趋势．第二届亚太地区ITS会议(澳大利亚)，1997．7
[23]史其信，陆化普．智能交通系统的关键技术及研究发展策略．中国土木工程学会第八届年会论文集，清华大学出版社，1998．3
[24]王浩 杨再宇 薛广林．我国交通运输系统(ITS)现状与发展构想．黑龙江交通科技．2002．7
[25]夏劲 郭红卫．国内外城市智能交通系统的发展概况与趋势及其启示．科技进步与对策2003．1
[26]Tekalp A. M. Digital video processing[M]. New Jersey: Prentice-Hall inc. 1996
[27]Donald Hearn，M．Pauline Baker著．蔡士杰，吴春镕，孙正兴等译．计算机图形学[M]．电子工业出版社，1998
[28]Sethi I.K., Brillhart W. L. Traffic analysis including non-conforming behavior via image processing. In: Proe Conf Vehicle Navigation and Information System. Dearborn, 1991.123-201
[29]A Neri, S Cionnese, G Russo, P Talone. Automatic moving object and background seperation. Signal Processing 66(1998):219-232
[30]Shio A,Sklansky J.Segmentation of people in motion, In:Proc of the IEEE Workshop on Visual Motion.Princeton, 1991,325-332
[31]Bouthemy Pand Francois E, Motion segmentation and qualitative dynamic scene analysis from an image sequence, International Journal of computer vision, 1983,10(2):157-182
[32]Young Sung Soh,etc. Design of real time vehicle identification system, 1994 IEEE International Conference on SMC,3:2147-2152
[33]白雪生，金国英，徐光祜，史元春 基于帧间运动的视频分割清华大学学报(自然科学版)2002年01期
[34]黄战华，张吴，蔡怀宇，张以谟一种视频运动目标轨迹的实时探测方法光电子激光2002年03期
[35]黄爱民，陈万里机动车辆自动识别系统国防科技大学学报1998 05
[36]黄爱民，陈万理运动车辆的图像分离分类研究计算技术与自动化1999 01
[37]张守武，叶秀清，李宏东，顾伟康车辆跟踪的遮挡推理算法研究杭州电子工业学院学
报2002 06
[38]巨永锋，朱辉，黄玉贤一种新型交通检测装置—视频车辆检测系统现代电子技术 2002．5
[39]卢强，陈泉林，奉玲，林康红．视频交通监控系统的开发．计算机应用．2001．12
[40]凌捷，李振坤，黄益民，李怀香．城市交通违章监控系统的研制与实现．计算机工程．2000．8
[41]王春波，张卫东，许晓鸣．计算机视觉技术在智能交通系统中的应用．测控技术．2000．3
[42]陈伟．智能交通图像识别系统的研究．浙江大学硕士生学位论文．2003．3
[43]张丽．车辆视频检测与跟踪系统的算法研究．浙江大学硕士生学位论文．2003．3
[44]刘泉 胡家忠．图像处理技术在交通监控中的应用．武汉工业大学学报199．4
[45]张志勇 黄爱民 刘建平．视频智能交通系统．计算机工程与应用．2001．6
[46]郁梅 蒋刚毅 郁伯康．智能交通系统中的计算机视觉技术应用．计算机工程与应用．2001．10
[47]王栓 艾海舟 何克忠．基于差分图像的多运动目标的监测与跟踪．中国图形图像学报．1999．6
[48]黄爱民 陈万里．机动车辆自动识别系统．国防科技大学学报．1998．6
[49]蔡茂国 杨淑雯．利用图像系统捕捉运动物体的一种实现方法．计算机应用2000．6
[50]周小四 王淑华 杨杰．数字图像监控网络报警系统设计．计算机工程与应用．2002．4
[51]孙金明．道路交通电子警察系统．安徽工业大学学报．2001．2
[52]张星明．视频图像捕获及运动检测技术的实现．计算机工程．2002．8