基于监控视频的车辆速度测算

梁帅

（铁道警察学院，河南 郑州 450000）

基于监控视频的车辆速度测算

梁帅

（铁道警察学院，河南 郑州 450000）

在道路交通事故中，车辆超速行驶易引发交通事故。交通民警依据掌握的车辆发生事故时的速度既可以确定交通事故的性质、分析事故原因，也是认定交通事故责任的关键因素。本文通过对视频资料中连续帧的序列图像的分析处理来实现车辆速度的测定，在实际操作中可以很好地控制测量精度，将测量误差控制在较小的范围之内。

交通事故；监控视频；车辆速度；测算

1 引言

在交通事故案件中，对事故车辆速度的确定关系到确定当事人的过错和责任，将影响最终的事故认定。现有的交通事故处理中车辆测速研究、应用主要集中在根据车辆制动痕迹计算车速、利用物体抛距测算车速、根据人体特征损伤分析推算车速等。这些测算方法都存在一定的偏差。

随着计算机技术的发展，监控录像系统被逐渐运用到道路交通管理中，甚至在一些大中城市视频监控系统覆盖了所有交通要道。这些系统可以全天候工作，如果在摄像头的视野范围内发生了交通事故，将会被记录下来。因此监控视频在事故处理中具有不容忽视的作用和意义。

基于监控视频测速方法是利用道路上方的监控，记录车辆行驶图像序列，运用MALTAB等相应软件对记录的图像序列进行分析，从中计算出车辆在多帧间的位移，从而得到车辆的动态速度。通过对行驶车辆特征块的检验，获得车辆在动态时的像素距离，结合自身系统相关参数，像素距离换算成成实际距离，从而能够对车辆进行精确测速。

2 监控视频测速的基本原理

监控视频测速，是指通过对车辆视频监控信号进行分析，从而获得车辆动态速度的一种测速方法。其原理主要是记录连续帧的图像序列，并对其进行计算机分析处理，测定车辆动态速度。

监控视频流中连续帧的序列图像显现共同特征：

（1）连续的2帧序列图像间时间间隔不发生改变；

（2）连续的2帧序列图像间车辆目标的位置不是固定不变的。

根据以上特点,可以得出车辆目标的运动速度:v=△s/△t。而对目标位置的相对移动距离，通过对行驶车辆特征块的检验，获得车辆在动态时的像素距离，结合自身系统相关参数，像素距离换算成成实际距离，最后根据速度公式求取车辆运动速度。

视频测速的重要程序：一是获取车辆运动的像素距离。二是对应车辆运动的像素距离与实际距离，在两者之间进行互相转换，保证图像每一个像素点均与现实路面上的区域对应。

3 监控视频测速的程序

利用监控视频对交通事故中的车辆速度进行测算，其主要包括监控视频提取、固定、监控视频的审查、检验鉴定前的预处理以及具体的车速测算。

3.1 监控视频的提取与固定

只有合理地提取视频文件，才能保证鉴定实用的检材与监控视频系统中的检材内容一致，才能使检材录像条件保持较高的质量。由于大多数监控视频是以数字化文件格式存储在计算机系统中，因此，可以通过复制方法提取文件。用此方法提取与固定文件不会发生变化。

3.2 监控视频的审查

3.2.1 监控视频的来源审查

审查监控视频首先对其来源进行全面审查，包括对监控视频来源说明是否清楚、截获的时间是否符合客观实际、截获的过程是否科学。对监控视频来源说明一般应明确具体。

3.2.2 监控视频的真伪审查视频的真伪审查即是对监控视频的真实性进行审查，审查其是否有替换、删减、添加视频信息。

3.2.3 监控视频的相关性审查

监控视频的相关性，指监控视频必须与待证案件事实有关，具有证明案件待证事实的属性，与案件事实不相关的证据不能作为认定案件的根据。对监控视频内容审查，主要判断需要证明的问题与视频内容是否存在紧密联系。如果监控视频内容与需要证明的问题没有任何联系，则不具有相关性，也就没有检验鉴定的必要。

3.3 检验鉴定前的预处理

对视频测速检验鉴定前的预处理主要是对视频文件进行格式转换。当监控视频提取以后，需要相关软件能对提取出的视频格式进行正确识别和处理。如果软件不能识别监控视频的格式，或者监控视频软件的编码不能识别，应该通过原播放软件播放视频，或者根据视频的编码方式设计解码程序进行解码。另外，不同的压缩编码方式对于帧的处理也是不一样的，有的压缩方式只是单独对每一帧进行压缩，有的压缩方法考虑前一帧或后一帧的变化。因此，提取帧的处理方法存在差异。

3.4 车速测算

各种测速方法中，所有的测速方法依据的公式都是：

要测算V，则必须求出车辆行驶的距离△s，以及间隔时间△t。

对于间隔时间△t的计算，通过视频信号的固定帧间时间，可得出△t，比如处理对象为一段交通监控avi视频文件，帧速率为25帧/秒，则相邻帧的时间间隔为0.04秒，间隔n帧则为0.04n秒。

对于车辆行驶距离的测量，本文采用的方法是首先找出两幅图像中目标车辆的对应块（对应点或者对应线），一般有示廓灯、车灯、车牌等。然后运用背景差法对两幅序列图像的后帧与前帧进行差分，运用Photoshop软件测量车辆对应块的坐标，差分前后帧、量取坐标。

差分图对应点图像坐标，将图像中运动车辆位移映射到实际位移。监控的扫描线数目若干，分别记作：n，w1，w2，w3，……，wN为实际中对应的不相等的距离，经监控成像，并分别对应数字图像序列中的每一行像素，即有相等的图像距离，通过换算得出车辆的实际距离。

图1中，监控与地面的垂直距离为H，监控最前拍摄角度对应路面到监控的垂直距离为lf，第一条扫描线与垂直方向的夹角为θ，则：

图1 车辆移动距离计算示意图

根据图1可以直观得出：第n条扫描线与垂直方向的夹角为θ＋(n+1)α，因此有：

设在上一帧图像中车牌所在的位置为n，在当前帧中车牌所在的位置为m，则在相邻两帧移动的像素行数为m-n，由（4）可以计算出m-n行像素的实际距离为：

监控紧邻的两条扫描线之间的夹角为α，摄像机视场角为β（通过监控摄像头说明书可知），图像高度为λ像素（查看图像属性可知），则有：

此时，根据公式（1）、（2）、（3）、（4）、（5）得出视频画面中目标车辆的速度：

4 监控视频测速的影响因素分析及注意事项

4.1 监控视频的压缩处理问题

监控视频系统中图像一般均采用压缩的方式进行处理，而且绝大多数数码视频采用了有损压缩的方法。由于监控视频系统中图像信息量比较大，因此有必要采用压缩信息量的方式减少工作量。摄像装置采集到的图像数据中总存在冗余现象。因此，图像中的这些冗余数据完全可以用压缩技巧减少数据量。

4.2 视频信号中的车辆定位

视频信号中车辆的定位准确与否，直接关系到最终的测算精度。利用MALTAB仿真平台,基于背景差法，对视频中重点序列图像进行精确的目标定位,继而准确定位目标车辆，找寻目标车辆的特征块，测量两幅序列图像间的相对移动距离。

4.3 目标车辆的特征点提取及坐标测量

为了准确测定车辆速度，必须重点提取视频序列，匹配经过车辆的不变特征量，以便直接测算车辆行驶距离，特征量是否可靠直接影响到结果的准确性，因此需要选择合适的特征量。本文采用的方法是首先找出两幅图像中目标车辆的对应块（对应点或者对应线），一般有示廓灯、车灯、车牌等。然后运用背景差法对两幅序列图像的后帧与前帧进行差分，运用软件测量车辆对应块的坐标。在选择对应块时，应选择尺寸较小、清晰的对应点或者对应线，从而有利于精确测量对应点、对应线的坐标。在测量对应块的坐标时应多次测量取平均值，确保坐标测量有较高的精度。

4.4 实地距离测量及相关参数采集

H及lf的测量精确与否将直接影响θ的测算，进而影响最终的车速测算结果。在测量摄像机距地面的高度H时，必须保证垂直地面测量，方法可以采用铅垂测量法，从而保证测量精度。测量lf时必须保证摄像机倾斜角与事故发生时相同且摄像机位置不变，测量点为监控摄像机的正下方。

4.5 前、后帧间隔时间测算

根据公式（1）：v=△s/△t，要计算车速必须知道前、后图像帧的间隔时间△t。设相邻两帧图像间的时间间隔为t’，在速度测量中，t’是间隔时长△t的分辨率。因为目标车辆行驶距离s所经过的时间基本不可能为t＝n△t，所以存在1个t’范围内的误差。如果t’较大（即路面监控摄像机的摄像频率较低）时，测算所得时间误差较大，造成最终速度的测量误差较大。为使测得的速度尽量精确，必须减小t’，提高路面监控摄像机的摄像频率。

5 结论

通过运用理论研究和实证分析相结合的研究方法，我们总结出：基于监控视频测算车辆速度，操作方便快捷、经济实惠、计算精度较高；基于监控视频测算车辆速度过程中，一定要注意目标车辆特征点的选取及坐标测量；针对视频信号变化快速的特点，如何提高提取特征点的稳定性和有效性是我们需要攻克的难点和重点。且由于不同的室外环境以及监控自身的抖动等因素，存在一些误差，有待进改进测速方法，提高测算精确度。

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[2]张新海．交通事故车速测算方法探析[J]．刑事技术，2008(4)：34-39．

[3]童剑军，邹明福．基于监控视频图像的车辆测速[J]．中国图像图形学报，2005，10(2)：192-196．

[4]刑霄飞，李永宁，林木华．一种基于纹理分析的视频车辆测速方法[J]．计算机应用，2005，25(12)：2803-2806．

[5]左奇，史忠科．一种新的交通流视频检测方法[J]．西安交通大学学报，2004，38(4)：396-399．

Vehicle Speed Measurement Based on Surveillance Video

Liang Shuai
(Railway Police College，Zhengzhou 450053，Henan)

tract】 Vehicle speeding always leads to traffic accidents.According to the speed of the vehicle in accidents，polices can determine the nature of the traffic accident，analyzes the reason，and identifies the accident liability.This article measures the vehicle velocity by analyzing the continuous sequences of images in the video，which has good precision with the measurement error in a smaller scale.

words】 traffic accident;surveillance video;vehicle speed;measuring

D918.2

A

1008-6609(2017)04-0036-03

作者信息：梁帅（1989-），男，山东人，硕士，助教，研究方向为思政、刑事技术。