基于卷帘式快门的CMOS数字相机测定汽车速度的方法

摘要

本发明提供了基于卷帘式快门的CMOS数字相机测定汽车速度的方法。该方法是应用卷帘式快门的CMOS数字相机对运动物体拍摄产生畸变的特点，采用CMOS数字相机标定技术对畸变图像中心像素进行标定，确定其具体坐标，带入到计算速度的公式中，得到对应该运动汽车图像的速度值与所设置的汽车行驶速度阈值比较是否超速。只需要带有卷帘式快门的CMOS数字相机和计算机监视终端就可完成。与传统的测定汽车超速装置相比，本发明是基于对图像的分析得出的结论，计算出速度值的精确误差在2.5％以内，并且便于后期其他功能的开发和计算机监控中心调用图像。

权利要求

1.基于卷帘式快门的CMOS数字相机测定汽车超速的方法，其特征在于步骤和条件如下：

1)将具有卷帘式快门工作方式的CMOS数字相机固定在高速公路监测路口的路面的上方并与路面有30度角，用来拍摄车辆行驶过程；

2)利用具有卷帘式快门工作方式的CMOS数字相机结合在一起的嵌入式DSP处理系统开发检测软件，将编好的检测软件程序打包集成到卷帘式快门的CMOS数字相机的程序开发包中，并下载到具有卷帘式快门工作方式的CMOS数字相机中；

将具有卷帘式快门工作方式的CMOS数字相机通过光纤及有线或无线通道将输出图像数据传输到监控中心的监控终端；根据如下公式(1)计算速度值；

3)执行如下工作流程：

步骤1：开始并设置规定的汽车行驶速度阈值；

步骤2：在监控中心的液晶显示器屏幕上显示所监视区域的汽车行驶图像；

步骤3：探测到有目标进入视场范围内，具有卷帘式快门的CMOS数字相机拍摄汽车行驶图像，并且把所拍摄图像传给嵌入式DSP处理系统；

步骤4：对拍摄的车行驶图像的速度值V与阈值比较：对拍摄的图像根据如下公式(1)计算速度值：

从图像中任取12个特征点设为P，式中，是运动汽车角速度矢量Q的反对称矩阵，I是

3×3单位矩阵，Pi＝[Xi，Yi，Zi]T为被拍摄的汽车图像帧的三维坐标， R和T分别是被拍摄的汽车和卷帘式快门的CMOS数字相机图片之间的转动矩阵和平移矢量，令m＝[u，v]T是P点在图像上的投影，令 则P与m间的关系为：式中，S是随机比例因子，τ是两个图像行曝光的时间间隔；

k为卷帘式快门的CMOS数字相机的内部参数；

把图像中的特征点P在世界坐标系下坐标带入到上述的公式中进行计算，由公式(1)便可以求出速度V；

把得到的速度V值与预先设定的速度阈值的比较；如果该速度V值小于所设定的速度阈值，则继续执行步骤2，显示器显示被检测区域的路况；如果该速度V值大于所设定的速度阈值，则执行步骤5；

步骤5：通过光纤将所摄超速车辆的图像及其速度数据传输到监控中心的监控终端显示，同时报警；

步骤6：将拍摄的汽车超速图像、速度值和时间参数直接保存在计算机监视终端存储器中备用；

步骤7，回到步骤2；周而复始，重复以上的检测。

说明书

基于卷帘式快门的CMOS数字相机测定汽车速度的方法

技术领域

[0001] 本发明涉及基于卷帘式快门的CMOS数字相机测定汽车速度的方法。

背景技术

[0002] 随着我国道路交通的快速发展，交通安全问题成为人们首要关心的问题，而违章超速行驶一直是导致交通事故产生的主要原因之一，因此，必须采取有效的手段，严肃治理违章超速行驶现象。现有的高速公路测定车辆超速装置通常分为两类，一类是雷达测速器(包括手持式和固定式)，一类是敷设于路面上的动圈式测速器。他们的工作原理都是通过时间差来测定速度的。专利号为200520081899的中国发明专利中，涉及一种多普勒测速计，在超声波发生器的下面和两边分别设有遮板和接收板，靠近其中一块接收板处设有激光器，接收板的下面分别设有挡板和定向管，两接收板各连接有一光电池，光电池依次与高通滤波器、多级放大器、频率计串接，两组串接装置通过频率计连接到数据处理器，设在超声波发生器一边的温度计也连接到数据处理器，数据处理器分别连接显示器和门电路。该系统通过一系列设计的配合，找到了车对地的速度零点。根据实际情况设计的接收板，从而实现测车速由传统的定性平均到定量瞬时的转变。但在进行单车道或者瞬时速度测量时存在不完善的地方，其主要弊端表现在于该装置只能测得一段时间内的平均速度而非瞬时速度，并且无法及时有效的提供违章超速行驶的车辆的相关信息，不能帮助交管部门治理交通。

发明内容

[0003] 为了解决已有技术的不足，本发明提供了基于卷帘式快门的CMOS数字相机测定汽车速度的方法。这是一种更为准确反映过往车辆的瞬时速度检测方法。

[0004] 本发明提供的基于卷帘式快门的CMOS数字相机测定汽车速度的方法。它是应用卷帘式快门的CMOS数字相机对运动物体拍摄产生畸变的特点，如图1-图3所示，在卷帘式快门的CMOS数字相机中，每一行的像素其曝光时间和时刻是相同的，但是对于不同的像素行，其曝光时间相同，但是曝光时刻却有先后差别，这就会导致运动汽车的成像失真。汽车的运动方向与卷帘式快门的CMOS数字相机运动的方向不同时，所成的汽车的像就会有不同的变化。汽车的运动方向与卷帘式快门的CMOS数字相机运动的相同或相反时，汽车的像就会变长或者变短；当两者成一定角度时，所成的图像就会有一定的倾斜角度。汽车的运动速度一定，帧频一定，则曝光周期越长，所成图像变形越严重。在对图像进行分析时，采用相机标定技术对畸变图像中心像素进行标定，确定其具体坐标，带入到计算速度的公式(1)中，得到对应该运动汽车图像的速度值。图4是运动物体在三维空间上的投影。

[0005] 本发明提供的基于卷帘式快门的CMOS数字相机测定汽车超速的方法，具体步骤和条件如下：

[0006] 1)将具有卷帘式快门工作方式的CMOS数字相机固定在高速公路监测路口的路面的上方并与路面有30度角，用来拍摄车辆行驶过程；

[0007] 2)利用具有卷帘式快门工作方式的CMOS数字相机结合在一起的嵌入式DSP处理系统开发检测软件，将编好的检测软件程序打包集成到卷帘式快门的CMOS数字相机的程序开发包中，并下载到具有卷帘式快门工作方式的CMOS数字相机中；

[0008] 将具有卷帘式快门工作方式的CMOS数字相机通过光纤及有线或无线通道将输出图像数据传输到监控中心的监控终端；根据如下公式(1)计算速度值；

[0009] 3)执行如下工作流程：

[0010] 步骤1：开始并设置规定的汽车行驶速度阈值；

[0011] 步骤2：在监控中心的液晶显示器屏幕上显示所监视区域的汽车行驶图像；

[0012] 步骤3：探测到有目标进入视场范围内，具有卷帘式快门的CMOS数字相机拍摄汽车行驶图像，并且把所拍摄图像传给嵌入式DSP处理系统；

[0013] 步骤4：对拍摄的车行驶图像的速度值V与阈值比较：

[0014] 对拍摄的图像根据如下公式(1)计算速度值：

[0015]

[0016] 从图像中任取12个特征点设为P，式中，是运动汽车角速度矢量Ω的反对称矩T阵，I是3×3单位矩阵，Pi＝[Xi，Yi，Zi] 为被拍摄的汽车图像帧的三维坐标，R和T分别是被拍摄的汽车和卷帘式快门的CMOS数字相机图片之间的转动矩阵和平移矢T
量，令m＝[u，v] 是P点在图像上的投影，令 则P与m间的关系
为：

[0017]

[0018] 式中，S是随机比例因子，τ是两个图像行曝光的时间间隔；

[0019]

[0020] k为卷帘式快门的CMOS数字相机的内部参数；

[0021] 把图像中的特征点P在世界坐标系下坐标带入到上述的公式中进行计算，由公式(1)便可以求出速度V；

[0022] 把得到的速度V值与预先设定的速度阈值的比较；如果该速度V值小于所设定的速度阈值，则继续执行步骤2，显示器显示被检测区域的路况；如果该速度V值大于所设定的速度阈值，则执行步骤5；

[0023] 步骤5：通过光纤将所摄超速车辆的图像及其速度数据传输到监控中心的监控终端显示，同时报警；

[0024] 步骤6：将拍摄的汽车超速图像、速度值和时间参数直接保存在计算机监视终端存储器中备用；

[0025] 步骤7，回到步骤2；周而复始，重复以上的检测。

[0026] 有益效果：本发明提供了基于卷帘式快门的CMOS数字相机测定汽车速度的方法，集多种功能于一体，成本低于同类产品的超速监测产品，为交管部门提供方便有效的监测设备，极有利的帮助了交管部门严肃交通法规、治理交通事故，给违章超速行驶的司机们施加强大的压力，改善了道路交通的现状。同时本系统具有现场取证的能力，可有效协助交管部门根据现场图像记录辨别和追查违章行驶车辆的相关信息，从而大大提高办事率。在现场记录过程中辅助以自动测速功能，使本系统能够在不需要操作人员干预的条件下，实现对运动目标的自动测速和图像记录，有效提高本系统的应用价值，减轻人的劳动强度。还可利用现代高新技术，使违章行驶的情况及时记录下来并通过各种通信网络迅速地传送到指定的位置，实现远程控制。

[0027] 本发明是基于CMOS数字相机的卷帘式快门测定汽车超速的方法，即为基于图像的测速方法，只需要带有卷帘式快门的CMOS数字相机和计算机监视终端就可完成。与传统的测定汽车超速装置相比，本发明是基于对图像的分析得出的结论，计算出速度值的精确误在2.5％以内，并且便于后期其他功能的开发和计算机监控中心调用图像。

附图说明

[0028] 图1、图2和图3是是运动物体在卷帘式快门方式下成像原理示意图。

[0029] 图4是运动物体在三维空间上的投影示意图。

[0030] 图5是软件流程图

具体实施方式

[0031] 实施例1 本发明提供的基于卷帘式快门的CMOS数字相机测定汽车超速的方法，具体步骤和条件如下：

[0032] 1)将具有卷帘式快门工作方式的CMOS数字相机固定在高速公路监测路口的路面的上方并与路面有30度角，用来拍摄车辆行驶过程；

[0033] 2)利用具有卷帘式快门工作方式的CMOS数字相机结合在一起的嵌入式DSP处理系统开发检测软件，将编好的检测软件程序打包集成到卷帘式快门的CMOS数字相机的程序开发包中，并下载到具有卷帘式快门工作方式的CMOS数字相机中；

[0034] 将具有卷帘式快门工作方式的CMOS数字相机通过光纤及有线或无线通道将输出图像数据传输到监控中心的监控终端；根据如下公式(1)计算速度值；

[0035] 3)执行如下工作流程：

[0036] 步骤1：开始并设置规定的汽车行驶速度阈值；

[0037] 步骤2：在监控中心的液晶显示器屏幕上显示所监视区域的汽车行驶图像；

[0038] 步骤3：探测到有目标进入视场范围内，具有卷帘式快门的CMOS数字相机拍摄汽车行驶图像，并且把所拍摄图像传给嵌入式DSP处理系统；

[0039] 步骤4：对拍摄的车行驶图像的速度值V与阈值比较：

[0040] 对拍摄的图像根据如下公式(1)计算速度值：

[0041]

[0042] 从图像中任取12个特征点设为P，式中，是运动汽车角速度矢量Ω的反对称矩T阵，I是3×3单位矩阵，Pi＝[Xi，Yi，Zi] 为被拍摄的汽车图像帧的三维坐标， R和T分别是被拍摄的汽车和卷帘式快门的CMOS数字相机图片之间的转动矩阵和平移矢量，T
令m＝[u，v] 是P点在图像上的投影，令 则P与m间的关系为：

[0043]

[0044] 式中，S是随机比例因子，τ是两个图像行曝光的时间间隔；

[0045]

[0046] k为卷帘式快门的CMOS数字相机的内部参数；

[0047] 把图像中的特征点P在世界坐标系下坐标带入到上述的公式中进行计算，由公式(1)便可以求出速度V；

[0048] 把得到的速度V值与预先设定的速度阈值的比较；如果该速度V值小于所设定的速度阈值，则继续执行步骤2，显示器显示被检测区域的路况；如果该速度V值大于所设定的速度阈值，则执行步骤5；

[0049] 步骤5：通过光纤将所摄超速车辆的图像及其速度数据传输到监控中心的监控终端显示，同时报警；

[0050] 步骤6：将拍摄的汽车超速图像、速度值和时间参数直接保存在计算机监视终端存储器中备用；

[0051] 步骤7，回到步骤2；周而复始，重复以上的检测。