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本文較為詳細(xì)地分析了當(dāng)前基于視頻$電子警察系統(tǒng)的性能，研究了目前抓拍系統(tǒng)中存在的不足，并針對(duì)這些不足提出了相應(yīng)的解決方法，通過(guò)簡(jiǎn)潔有效的算法，極大地提高了系統(tǒng)的穩(wěn)定性和環(huán)境適應(yīng)性。實(shí)驗(yàn)表明，該系統(tǒng)具有較高的檢測(cè)率，在復(fù)雜的路況下也能保證一定的準(zhǔn)確率。

一、引言

隨著我國(guó)城鄉(xiāng)經(jīng)濟(jì)建設(shè)的迅猛發(fā)展，城市交通設(shè)施也得到了很大的改善，但迅速增長(zhǎng)的機(jī)動(dòng)車(chē)輛與發(fā)展相對(duì)滯后的城市道路之間不配套的矛盾日益突出。在這個(gè)過(guò)程中，人們?cè)絹?lái)越多的發(fā)現(xiàn)，人為的違章事件，包括闖紅燈、逆行、越線(xiàn)、超速等，成為交通事故的主要隱患。交通事故的發(fā)生率和每年因交通事故而死亡的人數(shù)也在急驟的增長(zhǎng)，其中一個(gè)重要的原因就是機(jī)動(dòng)車(chē)輛駕駛員在交警視線(xiàn)之外違規(guī)、違法駕駛。很多國(guó)家統(tǒng)計(jì)表明，絕大部分交通事故的發(fā)生主要是由于開(kāi)車(chē)司機(jī)違章闖紅燈所致。所以，檢測(cè)這些違章車(chē)輛，并且記錄其違章現(xiàn)場(chǎng)十分必要。

電子警察系統(tǒng)通過(guò)采用現(xiàn)代化的管理體制，向科技要警力，用科學(xué)技術(shù)監(jiān)督疏導(dǎo)交通以減少違章，對(duì)城市道路進(jìn)行全面監(jiān)控，為交警執(zhí)法提供了有力的證據(jù)，減少了因交通事故造成的人員傷亡和財(cái)產(chǎn)損失，間接的創(chuàng)造了巨大的經(jīng)濟(jì)價(jià)值。雖然電子警察系統(tǒng)的應(yīng)用已經(jīng)比較普及，但在實(shí)際應(yīng)用中，電子警察系統(tǒng)仍然存在一些問(wèn)題和不足，如易受天氣、光線(xiàn)、路況和周?chē)h(huán)境的影響，嚴(yán)重地影響著它的進(jìn)一步發(fā)展。

二、電子警察系統(tǒng)性能分析

早期電子警察系統(tǒng)主要是通過(guò)在道路路基下方埋設(shè)感應(yīng)線(xiàn)圈來(lái)獲取車(chē)輛的違章信息，這種設(shè)備經(jīng)過(guò)多年的使用和改進(jìn)其優(yōu)點(diǎn)是精度較高，設(shè)備也較穩(wěn)定，而且也具有較高的準(zhǔn)確率，但也存在著嚴(yán)重的不足，如路基的軟基問(wèn)題嚴(yán)重地影響檢測(cè)精度甚至造成感應(yīng)線(xiàn)圈的損壞;感應(yīng)線(xiàn)圈不易安裝且易受路面的維護(hù)而破壞。

由于基于感應(yīng)線(xiàn)圈的電子警察系統(tǒng)存在以上的缺點(diǎn)和不足人們就開(kāi)始研究新的非感應(yīng)線(xiàn)圈檢測(cè)的電子警察系統(tǒng)。隨著技術(shù)的發(fā)展，視頻檢測(cè)方法逐漸成熟起來(lái)，在道路監(jiān)控的日常管理中已經(jīng)能滿(mǎn)足對(duì)車(chē)輛違章信號(hào)的檢測(cè)。視頻檢測(cè)方法就是將視頻技術(shù)應(yīng)用于電子警察系統(tǒng)，作為整個(gè)系統(tǒng)的網(wǎng)絡(luò)前端監(jiān)控點(diǎn)，以其全天候、全天時(shí)、實(shí)時(shí)監(jiān)控等特點(diǎn)在加強(qiáng)道路交通管理、彌補(bǔ)警力不足等方面發(fā)揮著重要作用。

通過(guò)對(duì)目前基于視頻的電子警察系統(tǒng)的研究，發(fā)現(xiàn)以視頻檢測(cè)為基礎(chǔ)的電子警察系統(tǒng)大多都存在以下幾個(gè)方面的不足：

(1)車(chē)輛陰影、行人和非機(jī)動(dòng)車(chē)輛等對(duì)違章車(chē)輛檢測(cè)的干擾;

(2)系統(tǒng)在安裝運(yùn)行時(shí)，需要長(zhǎng)時(shí)間的環(huán)境適應(yīng)，且隨著環(huán)境的變化，系統(tǒng)需要重新調(diào)整;

(3)當(dāng)前圖象算法的運(yùn)算速度難以達(dá)到實(shí)時(shí)化要求。

經(jīng)過(guò)分析研究發(fā)現(xiàn)，目前電子警察系統(tǒng)的采樣區(qū)域一般都采用區(qū)域采樣方式，將一塊連續(xù)的矩形區(qū)域作為采樣范圍，觀察該矩形區(qū)域內(nèi)象素的變化，對(duì)于矩形區(qū)域，要么難以區(qū)分車(chē)輛的運(yùn)行方向，要么算法過(guò)于復(fù)雜，難以適應(yīng)系統(tǒng)對(duì)速度的要求。判斷違章一般是通過(guò)像素改變數(shù)量的多少，通常的一種做法是在系統(tǒng)正式運(yùn)行前，先對(duì)背景建立一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)的模板庫(kù)，然后根據(jù)標(biāo)準(zhǔn)模板庫(kù)對(duì)實(shí)時(shí)圖像進(jìn)行模式匹配來(lái)檢測(cè)違章，其不足難以適應(yīng)環(huán)境的變化，再者模板庫(kù)的建立費(fèi)時(shí)費(fèi)力;另一種做法是比較第一幀圖像和隨后幀圖像的像素變化，判定是否違章，其不足是系統(tǒng)的可靠性不高，抗干擾能力較弱。

三、提高系統(tǒng)環(huán)境適應(yīng)性--動(dòng)態(tài)連續(xù)采樣方式

為了提高系統(tǒng)的環(huán)境適應(yīng)性和減少系統(tǒng)的智能訓(xùn)練時(shí)間，可以采用動(dòng)態(tài)方式建立比對(duì)基準(zhǔn)和采樣數(shù)據(jù)，為了進(jìn)一步增強(qiáng)穩(wěn)定性，動(dòng)態(tài)過(guò)程可采用多次數(shù)據(jù)的平均值。在每次紅燈開(kāi)始時(shí)刻，首先利用一段非常短的時(shí)間建立本次采樣比對(duì)的基準(zhǔn)(標(biāo)準(zhǔn)模板庫(kù))，然后進(jìn)行采樣比對(duì)過(guò)程，進(jìn)行比對(duì)時(shí)，同樣可以進(jìn)行幾次采樣數(shù)據(jù)的平均。這樣，在任何環(huán)境下，系統(tǒng)都是在動(dòng)態(tài)實(shí)時(shí)地建立比對(duì)的基準(zhǔn)和比對(duì)的數(shù)據(jù)，因此系統(tǒng)對(duì)任何環(huán)境都不必進(jìn)行機(jī)器人智能訓(xùn)練過(guò)程，即刻投入使用。不需要機(jī)器人智能訓(xùn)練過(guò)程一方面提高了系統(tǒng)的運(yùn)行效率，另一方面也增加系統(tǒng)的環(huán)境適應(yīng)性;連續(xù)采樣數(shù)據(jù)的平均算法增強(qiáng)了系統(tǒng)的抗干擾能力，同時(shí)也提高了系統(tǒng)抓拍的準(zhǔn)確率。

動(dòng)態(tài)連續(xù)采樣方式具體過(guò)程描述如下：當(dāng)某一方向?yàn)榧t燈信號(hào)時(shí)，將圖像采集卡切換到相應(yīng)的方向，通過(guò)攝像頭、圖像采集卡將現(xiàn)場(chǎng)視頻信號(hào)(第1幀)采集到計(jì)算機(jī)圖像采集緩存區(qū)(0#緩存區(qū))中，然后，對(duì)0#緩存區(qū)中的實(shí)時(shí)圖像的采樣區(qū)域進(jìn)行圖像的處理，將這一部分圖像從彩色變換到灰度，以減少后續(xù)比對(duì)的運(yùn)算量，接著將該采樣區(qū)中的灰度圖先暫存到另一緩存區(qū)(1#緩存);然后對(duì)第2幀圖像與第1幀圖像進(jìn)行類(lèi)似的處理，處理的結(jié)果與第1幀圖像的結(jié)果計(jì)算平均值，將結(jié)果存入2#緩存中，依次類(lèi)推，可以通過(guò)連續(xù)3～5次的采樣，取其平均值作為標(biāo)準(zhǔn)模板，也就是動(dòng)態(tài)地建立了一個(gè)采樣基準(zhǔn)。比對(duì)的實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)也可按以上步驟計(jì)算數(shù)次平均而得到。

四、提高系統(tǒng)穩(wěn)定性--雙線(xiàn)采樣方式

為了提高系統(tǒng)的穩(wěn)定性和抗干擾能力，特別是對(duì)于交通比較繁忙的城市交通主干道的交叉口，采用于雙線(xiàn)采樣方式，也就是在每一個(gè)車(chē)道的停車(chē)線(xiàn)附近畫(huà)一條線(xiàn)(1#檢測(cè)線(xiàn))同時(shí)在斑馬線(xiàn)附近畫(huà)另一條線(xiàn)(2#檢測(cè)線(xiàn))，線(xiàn)的寬度可調(diào)整，將它們作為違章的采樣區(qū)域，這兩條線(xiàn)共同作為違章事實(shí)的判定依據(jù)。因?yàn)橛邢群髢蓚€(gè)采樣區(qū)，因此可以區(qū)分車(chē)輛的運(yùn)行方向，從而有效地降低正常左轉(zhuǎn)和正常逆行的誤拍率。

對(duì)于雙線(xiàn)采樣方式的工作過(guò)程，當(dāng)系統(tǒng)檢測(cè)到紅燈信號(hào)時(shí)，圖像采集卡切換到相應(yīng)的方向，通過(guò)動(dòng)態(tài)連續(xù)采樣方式各車(chē)道的1#檢測(cè)線(xiàn)和2#檢測(cè)線(xiàn)分別動(dòng)態(tài)建立采樣基準(zhǔn)(標(biāo)準(zhǔn)模板)，然后實(shí)將各車(chē)道的1#檢測(cè)線(xiàn)和相應(yīng)的標(biāo)準(zhǔn)模板進(jìn)行模式匹配，根據(jù)預(yù)先設(shè)置的閾值和像素變化百分比，判斷是否構(gòu)成違章，如果違章，則將圖像從采集緩存區(qū)(0#緩存區(qū))復(fù)制到1#緩存區(qū)，經(jīng)過(guò)一個(gè)適當(dāng)?shù)难訒r(shí)(該值根據(jù)經(jīng)驗(yàn)選取)后，對(duì)前面建立的相應(yīng)車(chē)道的2#檢測(cè)線(xiàn)的采樣基準(zhǔn)和2#檢測(cè)線(xiàn)的采樣數(shù)據(jù)進(jìn)行模式匹配，如果也達(dá)到了預(yù)設(shè)的閾值和像素變化百分比，則認(rèn)為這是一次有效的違章，然后從采集緩存區(qū)(0#緩存區(qū))中將新的圖像數(shù)據(jù)復(fù)制到2#緩存區(qū)，同時(shí)將采集卡切換到特寫(xiě)采集通道，圖像穩(wěn)定后，將1#緩存區(qū)、2#緩存區(qū)和采集緩存區(qū)(0#緩存區(qū))中的圖像進(jìn)行合并，并通過(guò)硬件壓縮存入監(jiān)控計(jì)算機(jī)的本地硬盤(pán)中;完成一次違章抓拍，如果2#檢測(cè)線(xiàn)未達(dá)到預(yù)設(shè)的閾值或者象素變化百分比，則認(rèn)為這是干擾信息，放棄本次抓拍，重新進(jìn)行1#檢測(cè)線(xiàn)的檢測(cè)過(guò)程。

五、結(jié)語(yǔ)

本文較為詳細(xì)地分析了當(dāng)前基于視頻電子警察系統(tǒng)的性能，研究了目前抓拍系統(tǒng)中存在的不足，并針對(duì)這些不足提出了相應(yīng)的解決方法，通過(guò)簡(jiǎn)潔有效的算法，極大地提高了系統(tǒng)的穩(wěn)定性和環(huán)境適應(yīng)性。實(shí)驗(yàn)表明，該系統(tǒng)具有較高的檢測(cè)率，在復(fù)雜的路況下也能保證一定的準(zhǔn)確率。