模块化设计的交通信息视频采集实验教学方法技术

本发明专利技术一种模块化设计的交通信息视频采集实验教学方法，以采集的基础理论部分、交通参数检测部分、典型交通违章判别部分为基础，将视频处理的步骤通过编程，制作成多个独立的模块；通过灰度化模块、图像预处理模块组、背景提取模块、虚拟线圈模块的组合搭建和参数设置，完成交通量的采集；应用双线圈或者单线圈方法，分别搭建车速检测系统，完成定点车速的采集以及平均车速的计算。应用逆行判断模块以及违章停车判断模块的分别搭建和衔接，实现车辆逆行以及违章停车实验系统的搭建。本发明专利技术将视频处理的各个步骤制作成独立的模块，完成独立的功能。学生通过模块间的合理的搭配、衔接实现各种视频处理及其应用功能。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术属于交通信息视频采集教学领域，基于交通信息与控制实验平台，以模块化设计为核心，包括视频采集的基础理论、交通参数检测、典型交通违章判别等功能的教学实验方法，并搭建教学实验系统。
技术介绍
交通设施是国民经济重要的基础，是国民经济的先导性产业。伴随着信息化、智能化、人性化时代的到来，ITS技术在交通运输领域愈发重要。智能交通系统是诸多学科的融合与交叉，它的应用推动了交通科技水平的提高， 起到了提高运输效率、减少对环境的影响、改进安全性与可靠性等作用。因此，以信息技术为核心的智能交通系统的发展和应用将全方位地提高交通运输的质量。可以说，交通信息控制技术是ITS发展的基础。在交通信息与控制技术中，视频处理技术占有重要地位，目前该技术已经广泛应用于交通监控、交通量检测、交通安全以及交通违章检测等诸多领域，为交通秩序的改善以及交通数据的全面获取提供了有效的技术手段。由于该技术具有多学科交叉的特点，近年来对于人才培养模式提出了新的挑战。如何使即将从事交通工程领域相关工作的学生能够掌握交通信息处理的关键技术？如何在掌握信息处理技术基本原理的基础上，面向应用层面，提高学生综合应用知识的能力，就成为课堂教学、实践教学、学生素质培养的难点。目前，关于从交通信息与控制的相关课程，特别是针对图像采集、视频处理等相关教学内容的课堂教学过程发现，由于其学科交叉的特征，教师在课堂上讲授的难度、深度以及学生实践环节的具体构建等方面存在一定的问题，主要包括(1)、课堂教学主要采用PPT课件的静态演示方式，尽管针对图像采集及处理有很多的教学软件，但基本上是为图像处理专业的学生开设的，难度、深度均不满足交通工程专业的学生需求。O)、实践环节主要采取参观学习的方式，学生对于课堂知识的应用处于了解层面，数据采集和处理的核心技术对学生基本上是“黑匣子”，很难达到灵活应用的水平。(3)、尽管图像处理技术已经成功应用于交通信息的采集、交通违章检测等交通管理和应用领域，但针对城市交通的道路条件，该项技术的准确性以及高效性仍然存在一些关键问题亟待解决，因此需要针对各种图像处理方法开展较深入的研究。针对以上三点，学生需要一套高参与性、高开放性的教学平台，以应对交通工程专业对于学生的培养需求。为此，本专利技术围绕视频图像采集处理技术，依托北京工业大学交通信息与控制实验室平台，开发了一套高参与性、高开放性、动手实践空间大的教学实验方法和实验系统。
技术实现思路
本专利技术的目的在于，通过提供一种模块化的交通信息视频采集实验教学方法，开3发模块化、积木式的交通信息采集教学实验系统为学生提供关于交通视频采集技术基础理论的实践平台，推动传统的演示性教学模式向参与性、体验性教学模式的转变。本专利技术是采用以下技术手段实现的一种，包括视频采集的基础理论、 交通参数检测、典型违章判别的教学实验系统，包括以下步骤以采集的基础理论部分、交通参数检测部分、典型交通违章判别部分为基础，将视频处理的步骤通过编程，制作成多个独立的模块；每个模块具有独立的视频处理功能，具有独立的输入、输出连接端子，通过端子之间的衔接实现数据流的传递；模块设有实现视频处理参数的滚动条、复选框；模块包括灰度化模块、图像预处理模块组、背景提取模块、虚拟线圈模块；基础理论部分包括实现图像灰度化、图像二值化、图像基本形态学运算、图像高级形态学运算、图像平滑和滤波运算；交通参数检测部分实现包括交通量检测、车速检测、平均车速检测；典型交通违章判别部分包括实现逆行违章检测、闯红灯违章检测、违章停车检测三种交通违章行为的判别。通过灰度化模块、图像预处理模块组、背景提取模块、虚拟线圈模块的组合搭建和参数设置，完成交通量的采集；应用双线圈或者单线圈方法，分别搭建车速检测系统，完成定点车速的采集以及平均车速的计算。通过灰度化模块、图像预处理模块组，背景提取模块、虚拟线圈模块和信号灯模块的组合衔接完成闯红灯违章识别系统的搭建；应用逆行判断模块以及违章停车判断模块的分别搭建和衔接，实现车辆逆行以及违章停车实验系统的搭建。前述的教学实验系统，构建有基于视频处理的交通信息采集硬件，通过摄像头、视频采集卡捕获平台上的交通状态，作为视频处理的信息源。前述的视频处理包括视频流解码、背景初始化、车辆特征提取、车辆跟踪和背景更新。前述的视频流解码为基于视频文件的视频播放模块，或基于实验平台使用FFmpeg 解编码器的在线视频接入模块。前述的背景初始化为，道路环境中除了车辆信息以外的图像背景；背景图像可由一幅无车辆图像得到，也可以通过对图像序列的运算得到。前述的背景更新为用背景帧像素值与当前帧像素值通过加权求和，获得新背景帧的像素值；更新时只需将背景区域的像素点更新，而运动区域的像素点值则保持不变。本专利技术与现有技术相比，具有以下明显的优势和有益效果(1)、将教学现场移至实验室，使学生能够参与到学习过程中。改变教师主导地位、 学生被动的接受的传统教学方式，使学生在实际操作和实验参与中完成课堂学习和课程创新实践。O)、本专利技术的实验系统采用积木式、模块化设计方式，每个图像处理的功能均通过不同模块的合理衔接和搭建来实现，使交通工程的学生系统地掌握图像处理的中间过程以及具体功能。值得一提的是，不同的交通信息采集以及违章检测等功能，可以通过各个模块的不同组合来实现。这从根本上避免了传统教学方法导致产生思维定势的现象，并充分激发学生的创新意识。(3)、由于实验系统采用模块化、积木式的构建形式，使得系统本身也成为一个基4于视频采集的实验平台，它具有很强的开发拓展能力，为学生提供了自主研发的空间。学生可以根据自己的实验设计需求，通过应用简单的接口函数，完成功能模块设计与开发，具备自主实验的特征。提高了学生自主研究能力，系统本身具有良好的推广价值和应用前景。附图说明图1为交通量检测流程图2为逆行违章检测流程图3为闯红灯违章检测流程图4为违章停车检测流程图。具体实施方式以下结合说明书附图对本专利技术的具体实施方式加以说明1、进行模块化设计模块化设计是指将视频处理的各个步骤通过编程制作成独立的模块，每个模块具有独立的视频处理功能，具有输入、输出连接端子，通过端子之间的合理的衔接实现数据流的传递。模块具有参数修改功能，可通过改动模块上的滚动条、复选框等操作单位，实现视频处理过程中参数的修订。通过灰度化模块、背景提取模块、虚拟线圈模块和红灯信号模块的合理组合和衔接可以完成闯红灯违章识别系统的搭建。整个实验系统的开发过程中，均体现了这种设计理念。将视频图像处理的基本步骤、基于视频图像处理的交通量采集、基于视频处理的违章检测等过程中涉及的视频处理过程，均开发设计成处理单元，构成“积木模块”，这些模块的参数可以通过模块上的操作单元进行适当的调整以改变图像处理过程中的控制参数。在实验过程中，学生可根据实验需求自行搭建不同的“积木模块”，实现自己的实验设计需要，进而通过输入、输出模块直观的进行效果演示和评价。2、基于视频图像处理的交通信息采集教学实验系统功能设计从交通信息采集技术的教学需求出发，本专利技术主要包括视频图像处理基础理论、 交通参数检测、典型交通违章事件检测三类功能。这三类功能的实现难度以及复杂程度由浅入深，符合学生的认知过程。(1)、视频图像处理的基础理论视频图像处理的本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：赵晓华，荣建，张金喜，苏麟甲，关伟，张兴俭，
申请(专利权)人：北京工业大学，
类型：发明
国别省市：