一种新型的车辆信息自动采集系统和方法

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技术领域\n本发明涉及图像处理技术和模式识别领域，特别涉及车牌识别技术和交通 视频图像处理系统和方法。\n背景技术\n车辆信息自动采集系统在交通监控、交通管理、社会治安中扮演着重要的 角色，在打击超速行为和违法行为、震慑犯罪分子方面起了重要的作用，还能 对逃逸车辆、被盗抢车辆和其他协查车辆的布控，大大改善安全行车环境，同 时服务于社会治安管理。\n目前，市场上的车辆信息自动采集系统基本采用：车辆检测器-摄像机- 采集卡-计算机(工控机)结构，该结构需要将交通视频图像处理和识别系统 与通用图像设备结合。这种结构存在以下问题：\n1、一般，一块采集卡只能与一部摄像机连接，增加了设备的成本；\n2、交通视频图像处理和识别系统在计算机(工控机)中的运行，需要占 用较多的计算机(工控机)资源，受计算机(工控机)性能限制，降低了系统 的稳定性；\n3、整个系统(包括计算机或工控机)安装在室外，容易造成工控机(计算 机)的被盗，另外室外环境复杂：潮湿、灰尘、路边震动、高(低)温变化， 增加了系统的故障率，减少了使用寿命；\n4、由于卡口各检测点比较分散，对系统设备的管理和维护困难，维护成 本高；\n5、由于交通视频图像处理和识别系统硬件、软件需要与通用设备结合，造 成结构复杂，成本昂贵，安装麻烦，维护困难；\n6、采用单一的车辆检测器作为检测车辆的方式，当车辆检测器出现故障 时，影响系统工作；\n7、卡口系统对测速精度要求很高，采用单一的测速方法获得的车辆行驶 速度，可能会产生异常数据，导致对测速车辆误判。\n发明内容\n针对现有车辆信息自动采集系统的上述不足，本发明的目的是提供一种结 合嵌入式处理、以及视频辅助触发、辅助测速技术的系统的方法，该系统和方 法可以将前端设备安装在道路任意断面上，控制主机安装于远端室内，通过实 时通信，实现车辆的智能监测和和车辆信息的自动记录。\n为了实现上述目的，本发明的新型的车辆信息自动采集系统，包括：\n室外设备，所述室外设备进一步包括触发控制转换器、成像控制模块、所 述成像控制模块包括摄像机和补光灯，所述摄像机与所述触发控制转换器的第 一输出端相连，所述摄像机与所述补光灯相连；\n室内控制主机，包括嵌入式板卡、工控机和多串口卡，所述嵌入式板卡插 设在所述工控机的PCI插槽内，通过PCI总线接口与所述工控机相连，所述多 串口卡通过PCI总线接口与所述工控机相连；\n数据通信设备，摄像机的信号输出端与所述数据通信设备的输入端相连， 所述数据通信设备与所述多串口卡相连，所述数据通信设备的第一输出端与嵌 入式板卡的输入端相连，所述数据通信设备第二输出端与触发控制转换器第二 输入端相连。\n此外，本发明的一种新型的车辆信息自动采集方法，所述方法包括：\n步骤一，获得视频图像信号，对所述视频信号进行模数转换和图像预处理， 运行视频触发和视频测速算法，当有车辆经过时，给出视频触发信号，获得车 辆的视频测速数据；\n步骤二，前端室外设备的车辆检测器检测车辆，当有车时，给出触发信号， 同时前端室外车辆检测器对车辆进行测速获得测速数据；\n步骤三，检查步骤一中所述视频触发信号和视频信号，如果多次接收到所 述视频触发信号而没有前端车辆检测器发出的所述触发信号，则进一步判断所 述视频信号中是否含有车辆信息，如果含有车辆信息，则说明前端车辆检测器 异常，报警，并以视频触发代替前端车辆检测器工作；\n步骤四，检查步骤一中所述视频测速数据，对前端车辆检测器获得的所述 测速数据进行确认。\n采用上述技术方案的本发明的特点如下：\n1、本发明采用的是室内主机的配置方案，也就是将控制主机设置在远端 室内，既可以集中放置于指挥中心，也可以放置于不同的报警点；系统工作所 需要的视频信号和控制信号直接通过光端机从现场传输，触发信号叠加于视频 信号中传输，保证了远端室内的工业控制机与前端设备的实时数据交互；\n2、一台工控机可以同时处理多块嵌入式板卡的数据，一部室内控制主机 可同时与多个室外设备通信；\n3、本发明采用的嵌入式板卡，插在工控机的PCI插槽上，一块板卡可同 时处理多架摄像机视频信号，整个工作过程独立于工控机完成，无需占用工控 机的CPU时间，处理完以后的数据通过PCI总线传给工控机；\n4、本发明采用视频触发作为辅助触发方式，当室外车辆检测器触发出现 异常或失效的情况下，系统能够快速报警并由视频检测代替室外车辆检测器检 测，对车辆通过给出触发信号并传给室外成像控制模块，确保系统无间断监控 道路运行状况；\n5、本发明采用视频测速作为室外车辆检测器测速的辅助测速方式，采用 单一的测速方法，可能会出现异常数据，这种数据作为车辆超速处罚依据而言 是不能接受的，本发明采用视频测速对超速违章车辆的行驶速度进行再次独立 确认；\n6、本发明室外的成像控制模块中采用的触发控制转换器，可同时处理多 路检测器触发信号，并控制多部摄像机和补光灯工作；\n7、系统从图像采集到图像处理完成、数据传输给工控机总共花费时间少 于200ms。\n本发明优点在于：\n1、性能：\n(1)本发明采用室内控制主机，可以保证系统的稳定供电，这是系统长时 间稳定运行的前提；同时，室内环境可以提供合适的工作环境，完全满足工控机防 潮，防震，防高(低)温的需要，保证系统稳定运行；\n(2)本发明中，嵌入式板卡对视频图像处理工作独立于工控机，不受工控 机性能和系统软件的影响，保证系统工作稳定；嵌入式板卡通过PCI总线与工控 机通信，保证通信实时、快速；\n(3)本发明中，一个触发控制转换器可以与多路检测器连接，也可控制多 部摄像机及补光灯，每一块嵌入式板卡可处理多路视频信号，每台工控机又可与多 块卡实时通信，这样一台室内控制主机可同时处理多个检测卡口的数据，极大的提 高了系统处理性能，简化了系统结构；\n(4)本发明采用视频触发作为辅助触发方式，确保卡口系统无间断工作， 提高了系统的稳定性；\n(5)采用视频测速作为辅助测速方式，彻底杜绝了异常数据的出现。\n2、效益：\n(1)本发明采用室内控制主机使得对控制主机的集中封闭管理和配置成 为可能，大大减少了用户的维护成本；\n(2)本发明采用室内控制主机，使前端设备的数量和体积大大减少，易于 安装，易于解决防盗等问题，减少了用户的施工和维护成本；\n(3)本发明中，一个触发控制转换器可与多路检测器连接，也可控制多部 摄像机及补光灯，每一块嵌入式板卡可处理多路视频信号，每个工控机又可与多块 卡实时通信，这样一台室内控制主机可同时处理多个检测卡口的数据，减少了硬件 数量，节约了成本。\n3、使用寿命：室内环境可以提供合适的工作环境，完全满足工控机防潮， 防震，防高(低)温的需要，不仅可以保证系统稳定运行，同时大大提高了系 统硬件的使用寿命；\n4、安全及可靠性：\n(1)本发明采用室内控制主机使得对控制主机的集中封闭管理和配置 成为可能，提高了系统的可靠性和安全性；\n(2)嵌入式板卡插在工控机的PCI插槽或多串口卡内，独立于工控机 进行交通视频图像处理工作，安装维护简单、可靠性高；\n(3)本发明采用视频触发作为辅助触发方式，确保卡口系统无间断工 作，提高了系统的稳定性和系统可靠性；\n(4)采用视频测速作为辅助测速方式，杜绝了异常数据的出现，确保 卡口系统检测结果准确可靠。\n附图说明\n下面，参照附图，对于熟悉本技术领域的人员而言，从对本发明的详细 描述中，本发明的上述和其他目的、特征和优点将显而易见。\n图1为本发明嵌入式车辆智能监测记录系统的结构框图；\n图2为嵌入式板卡的工作流程图。\n具体实施方式\n请参见附图1所示，本发明的嵌入式车辆智能监测记录系统，在空间位 置上分为两部分，一是室外设备10，一是室内控制主机20，由此改变了监测 记录装置整体均处于室外环境的传统做法。室外设备10采集相关信息，提供 给处于室内的控制主机20，这样既可以保证主机的稳定供电和工作运行，同时 室内环境可以提供合适的温度、湿度，完全能满足工控机防潮、防震、防高低 温的需要，确保系统稳定运行。\n进一步考察，室外设备10包括：车辆检测器11、成像控制模块12，其 中成像控制模块12有触发控制转换器121、摄像机122和补光灯123等若干部 分组成。通常，车辆检测器11的输出端与触发控制转换器121的输入端电连 接，将有车辆经过的触发信号传送给触发控制转换器121。室内控制主机20的 组成，包括嵌入式板卡21、PCI总线接口22、多串口卡23和工控机24，其中 嵌入式板卡21插在工控机24的PCI插槽中，通过PCI总线接口22实现与工 控机24的通信。室外设备10与室内控制主机20之间通过数据通信设备30连 接进行实时通信。此外，车辆检测器11的输出端连接触发控制转换器121，摄 像机122和补光灯123的控制端与触发控制转换器121的输出端相连；车辆检 测器11的输出端和摄像机122的成像控制信号的输入与数据通信设备30的输 入端相连，数据通信设备30的输出端与嵌入式板卡21的输入端相连，数据通 信设备30与多串口卡23相连，数据通信设备30输出端与触发控制转换器121 的输入端相连。\n其中，本发明应用于城市交通卡口系统中，以每条道路单向两车道双向 四车道为例，在每个道路方向安装四部摄像机122，其中一部为全景摄像机、 两部主道摄像机、一部全景摄像机，在每个车道安装两个检测线圈，触发控制 转换器121与线圈检测器和摄像机122以及数据通信设备30连接。\n下面具体说明本发明的工作过程。室外设备10的工作情况分为三个方面：\n一方面，设置在交通卡口前端的室外车辆检测器11检测有车辆来到时， 向成像控制模块12的触发控制转换器121发出触发信号，触发控制转换器121 接收到触发信号后，命令成像控制模块12打开摄像机122快门，同时摄像机 122控制补光灯123补光，得到经补光灯123补光的视频信号，即摄像机122 在补光灯123辅助下将行驶通过交通卡口的车辆的包含车牌号的车牌视频信号 进入摄像机122。通常，一个触发控制转换器121可同时处理多路车辆检测器 的触发信号、控制多部摄像机和多个补光灯。\n第二方面，嵌入式板卡21对摄像机122拍摄的车辆图像进行识别处理， 获得车牌图像、车牌号码以及车牌颜色信息。\n第三方面，嵌入式板卡21还对进入摄像机122视场内的车辆进行跟踪， 精确计算出车辆从进入视场到离开视场所经过的距离和时间，最后计算出车辆 行驶的瞬时速度，以验证室外车辆检测器的测速结果。\n第四方面，嵌入式板卡21对室外摄像机122传来的每一帧图像进行视频 检测，当检测到有车来到时，给出触发信号，以辅助室外车辆检测器11触发， 检测室外车辆检测器11工作是否异常，当室外车辆检测器11工作异常时，发 出报警信息并取代室外车辆检测器进行检测车辆的触发工作。\n下面再进一步介绍本发明方法的工作过程：\n室外设备10将车检器的测速结果、触发控制转换器121获得的触发信号 和由摄像机122捕捉的视频信号通过数据通信设备30送入室内控制主机20中。 该触发信号与摄像机122的视频信号叠加在一起传到远端室内控制主机的嵌入 式板卡21上，车检器的测速结果通过多串口卡23传到工控机上。\n室内控制主机的嵌入式板卡21的工作流程如图2所示，具体如下：\n步骤S101，摄像机122捕获的每一帧视频信号送入嵌入式板卡21的信号 接口，前端车检器11给出的触发信号也传到嵌入式板卡21；\n在步骤S102，对视频信号进行模数转换以及图像预处理，对图像进行去噪、 边缘处理、图像二值化等内容；\n步骤S113，在步骤S102的基础上对处理完成的图像信号根据其灰度情况 生成成像控制命令；\n步骤S103，在步骤S102之后，接着运行视频触发和视频测速算法，具体 来说，视频触发过程是对图像进行检测，检测是否有车辆信息，当检测到有车 来到时，给出视频触发信号；视频测速过程是对进入摄像机视场内的车辆进行 跟踪，精确计算出车辆从进入视场到离开视场所经过的距离和时间，最后计算 出车辆的视频测速数据；\n步骤S104，步骤S103完成后，接着判断前端的车检器工作是否正常，具 体来说，当有多次视频触发信号而无前端车检器给出的触发信号时，进一步判 断视频图像中有无车辆信息，当有车辆信息时，确定前端车检器异常，此判断 车检器异常工作步骤可在工控机中完成也可以在嵌入式板卡内完成；\n步骤S105，如果步骤S104中判断得出前端室外车检器不正常，报警，并 同时使视频触发有效，即以视频触发代替前端车检器工作，当有车辆通过时给 出视频触发信号；\n步骤S106，在步骤S105完成之后接着检查是否有视频触发信号，若无， 回到步骤S101；\n步骤107，如果步骤S106中判断有视频触发信号，进行车牌识别；\n步骤S109，当结束步骤S107后进入步骤S109，即将车牌号码、车辆颜色 以及车牌图像等信息记录到数据库中；\n步骤S108，当步骤S104中判断车检器工作正常，接着判断摄像机送入的 视频信号是否叠加有车检器发出的触发信号，如果没有叠加的触发信号，返回 步骤S101；如果有叠加的触发信号，表明有车辆通过，同时进入接下来的视频 测速验证的步骤S110并转入步骤S107的车牌识别；\n步骤S110，当步骤S108中如果有叠加的触发信号时，进入步骤S110，判 断前端测速结果是否超过一定的速度阈值(该速度阈值根据不同的道路要求确 定)，如果没有超过速度阈值，表明车辆行驶速度正常，则转入步骤S109，即 将有关数据记录到数据库中；\n步骤S111，如果步骤S110中的判断超过阈值，表明车辆超速，再根据视 频测速的结果验证前端测速数据是否异常？\n步骤S112，当步骤S111的判断是正常，即标示为超速车辆；\n步骤S113，当步骤S111的判断为异常，将不作为超速车辆处理。\n此外，本发明的嵌入式板卡21对摄像机传来的每一帧图像进行检测，当 检测到有车来到时，给出触发信号；与此同时，板卡21还通过视频技术对进 入摄像机视场内的车辆进行跟踪，精确计算出车辆从进入视场到离开视场所经 过的距离和时间，最后计算出车辆行驶的瞬时速度。\n本发明的室内控制主机20还采用视频触发信号辅助室外车辆检测器11 的触发信号，检测室外车辆检测器11的工作是否异常，当多次接收到视频触 发信号同时获得车牌信息而未接收到室外车辆检测器11触发信号时，认为室 外检测器11工作异常，由视频检测取代室外检测器11来检测是否有车辆通过、 向室外的成像控制模块12发出触发信号，同时提供室外车辆检测器11工作异 常的报警信息。\n另外，室外车辆检测器11获得的车速数据传到室内控制主机20的多串 口卡23上，然后通过串口23传给工控机24，需要时由工控机24传到嵌入式 板卡21。上述测速数据验证采用视频测速对从室外车辆检测器11获得的测速 数据结果进行确认，控制车辆检测器11异常测速数据的产生。\n上述触发信号检测和测速数据验证可由工控机24也可由嵌入式板卡21 来实现。\n前面提供了对较佳实施例的描述，以使本领域内的任何技术人员可使用 或利用本发明。对这些实施例的各种修改对本领域内的技术人员是显而易见 的，可把这里所述的总的原理应用到其他实施例而不使用创造性。因而，本发 明将不限于这里所示的实施例，而应依据符合这里所揭示的原理和新特征的最 宽范围。