一种适用于高速公路的视频能见度检测预警方法及其系统技术方案

本发明专利技术涉及一种适用于高速公路的视频能见度检测预警方法，包括如下步骤：S1、采集摄像机视频流数据；S2、调整摄像机云台预置点；S3、配置目标区域参数与校正参数；S4、调整目标区域亮度；S5、目标区域运动目标检测；S6、目标特征的分析提取；S7、能见度数值与能见度范围计算；S8、能见度数据时域滤波与校正处理；S9、能见度预警判断与能见度数据输出。极大提高了视频能见度检测方法的稳健性和实用性。

【技术实现步骤摘要】
一种适用于高速公路的视频能见度检测预警方法及其系统
本专利技术属于大气能见度检测领域，涉及智能交通的视频图像分析处理，尤其涉及一种适用于高速公路的视频能见度检测预警方法及其系统。
技术介绍
随着社会经济的发展和人民生活水平的提高，我国的机动车保有量迅猛增加，从而使日益增长的交通需求与交通管理的矛盾突出。机动车在高速公路上行驶时，假如遇到能见度低下的状况，我国交通法给出了明确措施来减少和避免交通事故的发生。因此，交通运输事业的迅速发展，使得各种气象要素的实时检测和及时预警预报越来越有必要，其中能见度这项气象要素显得更为重要。高速公路恶劣天气造成重特大交通事故的主要原因就是能见度下降，低能见度环境下的行车视距缩短，可变情报板、标志标线及其它交通安全设施辨别效果较差，尤其出现浓雾天气和雾带时，极易引发连锁追尾等交通事故。鉴于上述原因，相关部分在高速公路引进了价格昂贵的能见度检测仪器来获取能见度值。但因该设备布设非常稀疏(大约20～30km布设一台)，难以满足高速公路线距离长的需求，而且采样范围小团雾不易检测，对团雾(大约1～5km)等形成的局部低能见度的检测效果非常有限。近年来，一些研究者针对视频能见度检测提出了诸多可行的方法，比如：基于亮度对比法、暗通道先验概率法等。但效果都不太好。
技术实现思路
本专利技术提供一种适用于高速公路的视频能见度检测预警方法及其系统，旨在解决高速公路环境下，能见度指示牌图像特征统计不准、过往运动车辆对能见度检测的干扰，以及低能见度数据误报的问题，极大提高了视频能见度检测方法的稳健性和实用性。为了实现本专利技术的目的，本专利技术采用以下技术方案：一种适用于高速公路的视频能见度检测预警方法，包括如下步骤：S1、采集摄像机视频流数据：使用摄像机获取视频图像连续帧的数据流；S2、调整摄像机云台预置点：高速公路环境下，要求将背景天空区域和能见度标识牌区域均包含在摄像机成像画面区域内，所述的能见度标识牌靶面长宽尺寸为80cm*80cm，能见度标识牌对准摄像机的正面中心区域为黑色不反光均匀平面，正面周围使用2.5cm宽度的白色反光膜材料；能见度标识牌对准车辆行驶方向的反面为交通提示信息，要求使用3个能见度标识牌，且3个能见度标识牌的正面均对着摄像机，与摄像机的直线距离分别标记为DistBkt1，DistBkt2，DistBkt3，能见度标识牌与摄像机的安装距离在摄像机所观察的距离范围内，将调整好的摄像机云台位置标记为PTZ_vis；S3、配置目标区域参数与校正参数：通过预览摄像机输出视频图像画面，分别在图像画面中标记背景天空区域位置坐标，以及3个能见度标识牌的位置坐标，并设置能见度计算模块所需的校正参数；S4、调整目标区域亮度：根据目标区域亮度来自适应调节摄像机的亮度水平，调整目标区域亮度的周期为每60秒一次，每次目标区域亮度调整过程中，负责进行亮度参数调整与目标区域亮度判断迭代，直到目标区域亮度合适则退出迭代；S5、目标区域运动目标检测：使用连续2帧视频图像进行帧差法来检测是否存在运动目标遮挡，这里将连续2帧视频图像依次标记为Img1，Img2；S6、目标特征的分析提取：使用像素概率统计理论方法进行目标区域特征信息；S7、能见度数值与能见度范围计算：针对3个能见度标识牌区域，分别计算每个能见度标识牌区域能都表示的能见度距离；S8、能见度数据时域滤波与校正处理；S9、能见度预警判断与能见度数据输出。进一步的，S2中根据安装位置由近到远，距离依次表示为DistBkt1，DistBkt2，DistBkt3，DistBkt1，DistBkt2，DistBkt3的取值范围为50米～200米。进一步，所述的目标区域包含4个，分别是1个背景天空目标区域以及3个能见度标识牌区域。进一步的，S4中选用背景天空区域亮度作为摄像机画面亮度参数调整参考指标，具体步骤包括：1)、将背景天空目标区域图像的三基色分量R分量、G分量、B分量取最大值，然后创建该区域的明度分量V＝max(R，G，B)；2)、统计V分量的亮度均值Vmean；3)、判断亮度均值Vmean是否在亮度合理区域间水平，这里亮度合理区间为[VThr_min，VThr_max]，如果Vmean亮度低于VThr_min，则调高摄像机亮度等级数值；如果Vmean亮度高于VThr_max，则调低摄像机亮度等级数值。4)、如果调整迭代次数超过摄像机帧率，或者摄像机亮度等级调整到最大或最小极限数值，且摄像机亮度等级不能再变化时，则退出本次亮度调整的循环迭代。进一步的，其特征在于，S5的具体操作步骤：1)、使用帧差法计算连续2帧视频图像Img1和Img2的绝对差值，表示为：Img_dif0＝abs(Img1–Img2)2)、引入运动阈值Thr_motion来对Img_dif0进行修正处理，消除噪声以及微小幅度运动的干扰，计算结果表示为Img_dif1＝max(0,Img_dif0-Thr_motion)这里的运动阈值参数Thr_motion取值区间为10～20；3)、对上步结果Img_dif1进行二值化处理，这里的二值化处理阈值为1,处理结果为：Img_difbin＝max(Img_dif1,1)；4)、在图像Img_difbin上，根据3个能见度标识牌的区域坐标位置，分别统计每个能见度标识牌区域像素值非零像素个数，如果非零像素个数超过该能见度标识牌的区域像素总数的1/4，则判断该能见度标识牌的区域存在运动物体遮挡。进一步的，S6的具体操作步骤：1)获取摄像机采集的连续2帧视频图像数据，对其进行平均操作处理，然后使用平均处理后的图像建立亮度图像转换模型并生产亮度图像Y，所述图像亮度转换模型的计算公式为：式中，wr为红色R通道系数，wg为绿色G通道系数，wb为蓝色B通道系数，全部通道权重系数总和这里的图像亮度Y的最大灰阶表示为L；2)计算背景天空区域亮度特征：根据图像亮度Y以及背景天空区域的位置坐标，统计图像背景天空区域的灰阶像素总数，以及计算灰阶k在整个背景天空区域内出现的概率P(k)，灰阶k对应的概率累加和为满足S(L-1)＝1，灰阶k的取值范围为0～L，这里分别取灰阶概率累加和为3％处的灰阶为天空区域最低亮度Lmin_sky，取灰阶概率累加和为97％处的灰阶为天空区域最大亮度Lmax_sky；3)计算能见度标识牌区域亮度特征：采用上述步骤2)计算背景天空区域亮度特征的方法，分别计算3个能见度标识区域的亮度特征，与摄像机距离为DistBkt1，DistBkt2，DistBkt3的3个能见度标识牌最小亮度依次标识为Lmin_Bkt1，Lmin_Bkt2，Lmin_Bkt3，并且3个能见度标识牌最大亮度依次标识为Lmax_Bkt1，Lmax_Bkt2，Lmax_Bkt3；4)根据上述的目标区域运动目标检测方法，依次判断3个能见度标识牌的区域是否存在运动物体遮挡，假如检测到某个能见度标识牌区域存在运动目标遮挡，则本次计算的这该区域的目标特征无效并不做更新，本次目标特征数值使用上次历史数据代替；5)将计算的全部目标特征数据存入缓存区间。进一步的，S7的具体操作步骤：1)计算能见度标识牌反映的画面灰阶对比参数：ContrastBkt1＝Lmin_Bkt1/max(1,max(L本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种适用于高速公路的视频能见度检测预警方法，其特征在于，包括如下步骤：S1、采集摄像机视频流数据：使用摄像机获取视频图像连续帧的数据流；S2、调整摄像机云台预置点：高速公路环境下，要求将背景天空区域和能见度标识牌区域均包含在摄像机成像画面区域内，所述的能见度标识牌靶面长宽尺寸为80cm*80cm，能见度标识牌对准摄像机的正面中心区域为黑色不反光均匀平面，正面周围使用2.5cm宽度的白色反光膜材料；能见度标识牌对准车辆行驶方向的反面为交通提示信息，要求使用3个能见度标识牌，且3个能见度标识牌的正面均对着摄像机，与摄像机的直线距离分别标记为DistBkt1，DistBkt2，DistBkt3，能见度标识牌与摄像机的安装距离在摄像机所观察的距离范围内，将调整好的摄像机云台位置标记为PTZ_vis；S3、配置目标区域参数与校正参数：通过预览摄像机输出视频图像画面，分别在图像画面中标记背景天空区域位置坐标，以及3个能见度标识牌的位置坐标，并设置能见度计算模块所需的校正参数；S4、调整目标区域亮度：根据目标区域亮度来自适应调节摄像机的亮度水平，调整目标区域亮度的周期为每60秒一次，每次目标区域亮度调整过程中，负责进行亮度参数调整与目标区域亮度判断迭代，直到目标区域亮度合适则退出迭代；S5、目标区域运动目标检测：使用连续2帧视频图像进行帧差法来检测是否存在运动目标遮挡，这里将连续2帧视频图像依次标记为Img1，Img2；S6、目标特征的分析提取：使用像素概率统计理论方法进行目标区域特征信息；S7、能见度数值与能见度范围计算：针对3个能见度标识牌区域，分别计算每个能见度标识牌区域能都表示的能见度距离；S8、能见度数据时域滤波与校正处理；S9、能见度预警判断与能见度数据输出。...

【技术特征摘要】
1.一种适用于高速公路的视频能见度检测预警方法，其特征在于，包括如下步骤：S1、采集摄像机视频流数据：使用摄像机获取视频图像连续帧的数据流；S2、调整摄像机云台预置点：高速公路环境下，要求将背景天空区域和能见度标识牌区域均包含在摄像机成像画面区域内，所述的能见度标识牌靶面长宽尺寸为80cm*80cm，能见度标识牌对准摄像机的正面中心区域为黑色不反光均匀平面，正面周围使用2.5cm宽度的白色反光膜材料；能见度标识牌对准车辆行驶方向的反面为交通提示信息，要求使用3个能见度标识牌，且3个能见度标识牌的正面均对着摄像机，与摄像机的直线距离分别标记为DistBkt1，DistBkt2，DistBkt3，能见度标识牌与摄像机的安装距离在摄像机所观察的距离范围内，将调整好的摄像机云台位置标记为PTZ_vis；S3、配置目标区域参数与校正参数：通过预览摄像机输出视频图像画面，分别在图像画面中标记背景天空区域位置坐标，以及3个能见度标识牌的位置坐标，并设置能见度计算模块所需的校正参数；S4、调整目标区域亮度：根据目标区域亮度来自适应调节摄像机的亮度水平，调整目标区域亮度的周期为每60秒一次，每次目标区域亮度调整过程中，负责进行亮度参数调整与目标区域亮度判断迭代，直到目标区域亮度合适则退出迭代；S5、目标区域运动目标检测：使用连续2帧视频图像进行帧差法来检测是否存在运动目标遮挡，这里将连续2帧视频图像依次标记为Img1，Img2；S6、目标特征的分析提取：使用像素概率统计理论方法进行目标区域特征信息；S7、能见度数值与能见度范围计算：针对3个能见度标识牌区域，分别计算每个能见度标识牌区域能都表示的能见度距离；S8、能见度数据时域滤波与校正处理；S9、能见度预警判断与能见度数据输出。2.如权利要求1所述的一种适用于高速公路的视频能见度检测预警方法，其特征在于：S2中根据安装位置由近到远，距离依次表示为DistBkt1，DistBkt2，DistBkt3，DistBkt1，DistBkt2，DistBkt3的取值范围为50米～200米。3.如权利要求1或2所述的一种适用于高速公路的视频能见度检测预警方法，其特征在于：所述的目标区域包含4个，分别是1个背景天空目标区域以及3个能见度标识牌区域。4.如权利要求3所述的一种适用于高速公路的视频能见度检测预警方法，其特征在于，S4中选用背景天空区域亮度作为摄像机画面亮度参数调整参考指标，具体步骤包括：1)、将背景天空目标区域图像的三基色分量R分量、G分量、B分量取最大值，然后创建该区域的明度分量V＝max(R，G，B)；2)、统计V分量的亮度均值Vmean；3)、判断亮度均值Vmean是否在亮度合理区域间水平，这里亮度合理区间为[VThr_min，VThr_max]，如果Vmean亮度低于VThr_min，则调高摄像机亮度等级数值；如果Vmean亮度高于VThr_max，则调低摄像机亮度等级数值。4)、如果调整迭代次数超过摄像机帧率，或者摄像机亮度等级调整到最大或最小极限数值，且摄像机亮度等级不能再变化时，则退出本次亮度调整的循环迭代。5.如权利要求3所述的一种适用于高速公路的视频能见度检测预警方法，其特征在于，S5的具体操作步骤：1)、使用帧差法计算连续2帧视频图像Img1和Img2的绝对差值，表示为：Img_dif0＝abs(Img1–Img2)2)、引入运动阈值Thr_motion来对Img_dif0进行修正处理，消除噪声以及微小幅度运动的干扰，计算结果表示为Img_dif1＝max(0,Img_dif0-Thr_motion)这里的运动阈值参数Thr_motion取值区间为10～20；3)、对上步结果Img_dif1进行二值化处理，这里的二值化处理阈值为1,处理结果为：Img_difbin＝max(Img_dif1,1)；4)、在图像Img_difbin上，根据3个能见度标识牌的区域坐标位置，分别统计每个能见度标识牌区域像素值非零像素个数，如果非零像素个数超过该能见度标识牌的区域像素总数的1/4，则判断该能见度标识牌的区域存在运动物体遮挡。6.如权利要求3所述的一种适用于高速公路的视频能见度检测预警方法，其特征在于，S6的具体操作步骤：1)获取摄像机采集的连续2帧视频图像数据，对其进行平均操作处理，然后使用平均处理后的图像建立亮度图像转换模型并生产亮度图像Y，所述图像亮度转换模型的计算公式为：式中，wr为红色R通道系数，wg为绿色G通道系数，wb为蓝色B通道系数，全部通道权重系数总和这里的图像亮度Y的最大灰阶表示为L；2)计算背景天空区域亮度特征：根据图像亮度Y以及背景天空...

【专利技术属性】
技术研发人员：王庚中，王传根，崔莹宝，赵振宇，邱换春，杨千林，张媛媛，
申请(专利权)人：安徽超远信息技术有限公司，
类型：发明
国别省市：安徽,34