一种基于视频的车辆行驶轨迹识别系统及方法与流程

本发明涉及道路交通，具体为一种基于视频的车辆行驶轨迹识别系统及方法。

背景技术：

1、基于视频的车辆行驶轨迹识别系统利用安装在道路沿线的摄像机捕捉视频图像，通过先进的图像处理算法和深度学习技术，自动检测和识别车辆的位置、速度、行驶方向等信息，并构建车辆行驶的轨迹。这些轨迹信息随后被传输至交通管理中心，用于进一步分析和决策，如交通流量管理、事故预警、违章行为监测等；

2、经查公开号：cn114998815b，公开了一种基于视频分析的交通车辆识别追踪方法及系统，此技术中公开了 “一种基于视频分析的交通车辆识别追踪方法及系统，所述方法中包括：步骤1，提取第一视频和第二视频，所述第一视频和所述第二视频具有时空关联性；步骤2，针对第一视频，进行车辆识别；步骤3，针对第二视频，进行车辆识别；步骤4，在地图上标注上所识别成功的同一车牌车辆，按照所述第一视频和所述第二视频所具有的时空关联性在地图上进行标注点连接，得到车辆行驶轨迹，根据该车辆行驶轨迹完成车辆追踪”等技术方案 ，具有“通过融合改进的swin transformer深度学习模型和mapreduce框架下训练的alexnet模型的方法，提高了车辆检测识别追踪的效率”等技术效果 ；

3、目前现有的基于视频的车辆行驶轨迹识别系统在实际应用中虽然取得了显著的进展，但仍存在一些不足之处，这些不足主要体现在：不同光照条件下（如晴天、阴天、夜晚等），视频图像的质量会发生变化，影响车辆检测和识别的准确性；以及在交通场景中，车辆之间可能会相互遮挡，尤其是密集交通流中，遮挡问题更为突出，这会导致部分车辆信息丢失，影响轨迹的连续性和准确性。

技术实现思路

1、针对现有技术的不足，本发明提供了一种基于视频的车辆行驶轨迹识别系统及方法，具有基于视频的车辆行驶轨迹识别系统在面对环境因素干扰时，可以通过光照变化的适应性处理、车辆轨迹预测和路面状况的适应性处理的特点。

2、为实现以上目的，本发明通过以下技术方案予以实现：一种基于视频的车辆行驶轨迹识别系统，包括车辆行驶轨迹识别系统，所述车辆行驶轨迹识别系统包括视频采集模块、数字图像预处理模块、车辆识别与追踪模块、轨迹生成与可视化模块、数据分析与应用模块和控制显示面板；

3、所述视频采集模块包括高清摄像头、处理单元和驱动程序单元，所述高清摄像头的输出端与处理单元的输入端连接，且处理单元的输出端与驱动程序单元的输入端连接。

4、优选的，所述驱动程序单元的输出端与数字图像预处理模块的输入端连接，且数字图像预处理模块的输出端与车辆识别与追踪模块的输入端连接，所述车辆识别与追踪模块的输出端与轨迹生成与可视化模块的输入端连接，所述轨迹生成与可视化模块的输出端与数据分析与应用模块和控制显示面板的输入端连接，所述数据分析与应用模块和控制显示面板之间实现双向连接。

5、本发明还公开了一种基于视频的车辆行驶轨迹识别系统的方法，具体包括以下步骤：

6、s1、数字图像预处理：视频采集模块作为视频信号的来源，并负责捕捉道路上的车辆行驶情况，并通过数字图像预处理模块将采集后的视频流解码为连续的图像帧，再消除或减弱图像中的噪声，再改善图像的视觉效果，增强图像对比度，突出车辆特征，再将图像转换为二值图像，简化图像信息；

7、s2、车辆识别与追踪：车辆识别与追踪模块通过目标检测算法对车辆的边缘、角点和颜色直方图的特征进行匹配和识别，检测到的车辆对象会被传递给目标跟踪算法，在连续的视频帧中追踪已检测到的车辆对象；

8、s3、轨迹生成与可视化：轨迹生成与可视化模块接收来自车辆识别与追踪模块输出的车辆坐标、时间戳的位置信息，并根据预处理后的车辆位置信息，构建车辆的连续行驶轨迹，再从生成的轨迹数据中提取轨迹长度、行驶速度、加速度和转向角度的关键特征，并将生成的轨迹数据存储到数据库中，进行后续的查询、分析和重用；

9、s4、数据分析与应用：通过数据分析与应用模块对轨迹数据进行清洗、去噪、缺失值处理等操作，并从轨迹数据中提取出对后续分析速度、加速度、转向角度、行驶距离的特征，对轨迹数据进行统计分析，计算平均值、标准差、最大值、最小值的统计指标，并利用聚类分析、分类算法、回归模型和时间序列分析法，对轨迹数据进行深入挖掘，发现潜在的模式和规律。

10、优选的，所述步骤s1中在图像二值化后，提取图像中的边缘信息，再对图像进行消除噪声、填补孔洞和连接断裂处理。

11、优选的，所述步骤s2中在通过目标跟踪算法时，通过比较连续帧之间的车辆位置、速度、加速度等信息，建立车辆之间的关联，实现跨帧追踪，并且针对车辆被遮挡的情况，采用预测模型或结合上下文信息进行遮挡补偿，保持跟踪的连续性，以及将跟踪到的车辆位置信息按时间顺序排列，形成车辆的行驶轨迹，并进行平滑处理以消除抖动。

12、优选的，所述步骤s3中通过图形渲染引擎将轨迹数据转换为图形化的展示形式，并在控制显示面板的配合下将轨迹数据以线条和图标的形式展示在用户界面上。

13、优选的，所述步骤s4中利用轨迹数据分析结果，对交通流量、拥堵情况、违章行为等进行监控和管理，并提出优化方案，再结合轨迹数据和城市规划需求，为城市基础设施建设提供决策支持。

14、优选的，所述步骤s4中利用轨迹数据快速定位事故现场，分析事故原因，并制定应急响应方案；再基于轨迹数据分析消费者行为模式、商业活动热点，并为商家提供商业智能服务。

15、本发明提供了一种基于视频的车辆行驶轨迹识别系统及方法。与现有技术相比具备以下有益效果：

16、1、通过高清摄像头内置的自动曝光控制功能，动态调整摄像机的曝光参数，以适应不同光照条件下的场景；并采用直方图均衡化、gamma校正等图像增强算法，改善图像的整体亮度和对比度，使车辆目标在不同光照条件下都能清晰可见；针对大雨、大雪、大雾等恶劣天气条件，采用特定的滤波算法（如中值滤波、高斯滤波等）去除图像中的噪声和干扰，提高图像质量，以及通过图像处理算法（如背景减除、光流法等）检测并抑制路面反射产生的光斑和倒影，减少对车辆检测的干扰。

17、2、预测到车辆可能发生遮挡时，利用插值法（如线性插值、多项式插值等）估算车辆的位置，这种方法基于车辆的历史运动轨迹和预测的运动状态，对遮挡期间的位置进行合理推测；并对遮挡前后的轨迹进行平滑处理，以减少因遮挡导致的轨迹突变，轨迹平滑可以通过各种滤波算法实现，如卡尔曼滤波、中值滤波等；同时，设置多组高清摄像头通过多源数据融合来补偿遮挡导致的轨迹缺失，实现不同数据源之间的信息互补可以提高轨迹的完整性和准确性。

18、3、采用均值滤波、中值滤波、高斯滤波等算法对图像进行平滑处理，减少噪声干扰；并利用直方图均衡化、对比度拉伸、锐化等算法对图像进行处理，使车辆轮廓更加清晰；再通过设定阈值，将图像中大于阈值的像素点设为白色，小于阈值的像素点设为黑色，从而得到二值化图像；然后采用sobel算子、canny算子等边缘检测算法对图像进行处理，识别出图像中的边缘线条；最后应用膨胀、腐蚀、开运算、闭运算等形态学操作算法对图像进行局部处理，改善图像质量。

技术特征：

1.一种基于视频的车辆行驶轨迹识别系统，其特征在于：包括车辆行驶轨迹识别系统（1），所述车辆行驶轨迹识别系统（1）包括视频采集模块（11）、数字图像预处理模块（12）、车辆识别与追踪模块（13）、轨迹生成与可视化模块（14）、数据分析与应用模块（15）和控制显示面板（16）；

2.根据权利要求1所述的一种基于视频的车辆行驶轨迹识别系统，其特征在于：所述驱动程序单元（113）的输出端与数字图像预处理模块（12）的输入端连接，且数字图像预处理模块（12）的输出端与车辆识别与追踪模块（13）的输入端连接，所述车辆识别与追踪模块（13）的输出端与轨迹生成与可视化模块（14）的输入端连接，所述轨迹生成与可视化模块（14）的输出端与数据分析与应用模块（15）和控制显示面板（16）的输入端连接，所述数据分析与应用模块（15）和控制显示面板（16）之间实现双向连接。

3.根据权利要求1-2任意一项所述的一种基于视频的车辆行驶轨迹识别系统的方法，其特征在于：具体包括以下步骤：

4.根据权利要求3所述的一种基于视频的车辆行驶轨迹识别系统的方法，其特征在于：所述步骤s1中在图像二值化后，提取图像中的边缘信息，再对图像进行消除噪声、填补孔洞和连接断裂处理。

5.根据权利要求3所述的一种基于视频的车辆行驶轨迹识别系统的方法，其特征在于：所述步骤s2中在通过目标跟踪算法时，通过比较连续帧之间的车辆位置、速度、加速度等信息，建立车辆之间的关联，实现跨帧追踪，并且针对车辆被遮挡的情况，采用预测模型或结合上下文信息进行遮挡补偿，保持跟踪的连续性，以及将跟踪到的车辆位置信息按时间顺序排列，形成车辆的行驶轨迹，并进行平滑处理以消除抖动。

6.根据权利要求3所述的一种基于视频的车辆行驶轨迹识别系统的方法，其特征在于：所述步骤s3中通过图形渲染引擎将轨迹数据转换为图形化的展示形式，并在控制显示面板（16）的配合下将轨迹数据以线条和图标的形式展示在用户界面上。

7.根据权利要求3所述的一种基于视频的车辆行驶轨迹识别系统的方法，其特征在于：所述步骤s4中利用轨迹数据分析结果，对交通流量、拥堵情况、违章行为等进行监控和管理，并提出优化方案，再结合轨迹数据和城市规划需求，为城市基础设施建设提供决策支持。

8.根据权利要求3所述的一种基于视频的车辆行驶轨迹识别系统的方法，其特征在于：所述步骤s4中利用轨迹数据快速定位事故现场，分析事故原因，并制定应急响应方案；再基于轨迹数据分析消费者行为模式、商业活动热点，并为商家提供商业智能服务。

技术总结
本发明公开了一种基于视频的车辆行驶轨迹识别系统及方法，本发明涉及道路交通技术领域，尤其为一种基于视频的车辆行驶轨迹识别系统，包括车辆行驶轨迹识别系统，所述车辆行驶轨迹识别系统包括视频采集模块、数字图像预处理模块、车辆识别与追踪模块、轨迹生成与可视化模块、数据分析与应用模块和控制显示面板；所述视频采集模块包括高清摄像头、处理单元和驱动程序单元，所述高清摄像头的输出端与处理单元的输入端连接，且处理单元的输出端与驱动程序单元的输入端连接；基于视频的车辆行驶轨迹识别系统在面对环境因素干扰时，可以通过光照变化的适应性处理、车辆轨迹预测和路面状况的适应性处理。

技术研发人员：张锦龙,邹志光,付战利,张超,姜小飞,杨勇智
受保护的技术使用者：广东迅科睿晟科技有限公司
技术研发日：
技术公布日：2024/12/5