摘 要： 針對智能交通系統(tǒng)提出的夜間車流檢測問題，提出了一種基于視頻虛擬線圈的檢測方法。該方法主要包括車燈配對和車輛檢測兩個部分。車燈配對是根據(jù)同一車輛的兩個車燈大小和相對位置等特性對車燈進行配對；車輛檢測是根據(jù)車燈配對情況輸出車流量。結(jié)果表明，該算法取得了良好的檢測效果，具備較好的魯棒性，并且能滿足實時性的要求。
關(guān)鍵詞： 智能交通；虛擬線圈；車輛檢測；車燈匹配
車流檢測是智能交通系統(tǒng)的重要組成部分。車流檢測環(huán)境包括白天和夜晚兩大部分，在對白天車流的檢測工作上，國內(nèi)外已經(jīng)做了大量研究；針對夜晚光照強度低、路面反光等復(fù)雜的車輛通行環(huán)境，目前還沒有完善的車流檢測研究成果。由于夜間車輛是開燈行駛，容易識別車輛的元素只有車燈，因此夜間車流檢測目前一般使用車燈信息對車輛進行識別。本文主要研究基于虛擬線圈的夜晚車流檢測技術(shù)[1]。
1 夜晚車流檢測原理
夜晚，車燈是車輛被識別的最顯著元素，本文以車燈為特征對車流進行統(tǒng)計[2]。在車燈被識別之前，需要在視屏中設(shè)置一個虛擬檢測線圈作為感興趣區(qū)域（ROI）[3]。以車燈作為研究對象，一輛車被識別有4個階段，如圖1所示。
?。?）如圖1（a）所示，車輛車燈第一次進入矩形框區(qū)域，由于是部分而非完全進入，因此沒有被識別為車燈元素，故將其刪除。
?。?）如圖1（b）所示，當(dāng)車燈完全進入矩形框區(qū)域后，其被識別為車燈元素，當(dāng)與其他車燈匹配成功，則對車燈對進行計數(shù)，車輛數(shù)加1，并對此對車燈進行跟蹤，以避免在其他幀中重復(fù)對此車進行計數(shù)。
?。?）如圖1（c）所示，這對車燈元素仍然會出現(xiàn)在其他幀中，但是因為已經(jīng)對其進行了跟蹤，不作為新的車輛進行計數(shù)。
?。?）如圖1（d）所示，車燈離開矩形框區(qū)域，結(jié)束對這對車燈對的跟蹤。
特別說明，當(dāng)車燈對第一次匹配成功時便進行計數(shù)，是為了避免車輛突然轉(zhuǎn)彎而在計數(shù)上有所減少。車輛的突然轉(zhuǎn)彎和設(shè)置虛擬線圈的一些情況如圖2所示。其中，圖2（a）所示為汽車車燈完全進入了虛擬線圈，但是沒有經(jīng)過線圈的最下方（即圖1（d）所示的情形），因此仍進行計數(shù)。
車流統(tǒng)計的完整流程圖如圖3所示。
2 夜晚車流檢測的設(shè)計實現(xiàn)
在夜間車流量圖像中，亮度最高的區(qū)域是車燈區(qū)域，其次是車燈在路面形成的反光區(qū)域。一般情況下，每輛車對應(yīng)一對車燈，如果能夠正確地進行車燈檢測，就能夠正確地檢測到車輛數(shù)量。正常情況下，車燈區(qū)域亮度明顯高于其他區(qū)域，夜間車流圖像在使用了合理的閾值進行二值化后，得到的是車燈的連通域[4]。為了簡化車燈提取過程，本文設(shè)置了一個虛擬線圈來減少噪聲的影響。提取車燈后，進行車燈配對及車輛計數(shù)等后續(xù)過程，來完成車流量檢測的整個過程。
2.2 虛擬線圈設(shè)置及更新
由圖4可知，經(jīng)過二值化和預(yù)處理以后，仍然有一些很難處理的噪聲，如路燈以及路面反光所形成的連通區(qū)域，這些噪聲給識別帶來了麻煩。為簡化過程，本文設(shè)置一個檢測窗口，檢測窗口只檢測窗口內(nèi)的車燈優(yōu)化過程。由于檢測窗口的選取對最后的結(jié)果有很大的影響，因此檢測窗口中不能出現(xiàn)路燈的干擾[4]。
設(shè)置虛擬線圈要注意如下兩個因素[6-7]。
（1）虛擬線圈的尺寸
寬度上，計數(shù)檢測線應(yīng)該包含整個車道；高度上，則應(yīng)大于一個車燈直徑，但并非越大越好，最優(yōu)取值為兩個車燈直徑。檢測線過寬會增加處理時間，過窄會漏檢，影響實驗數(shù)據(jù)正確性。檢測線圈過寬、過窄和合適的情況分別如圖2（b）、圖2（c）和圖2（d）所示。
?。?）計數(shù)檢測線的位置
計數(shù)檢測線距離攝像機越近，圖像所描述的細節(jié)越清晰。
檢測完一幀圖像后，將當(dāng)前圖像更新到下一幀繼續(xù)檢測，以得到整段視頻的車流量。
2.3 車燈匹配及車輛計數(shù)等后續(xù)處理
檢測窗口區(qū)域不僅有車燈連通域，有時也會出現(xiàn)噪聲連通域。由經(jīng)驗可知，同一輛車的兩個車燈滿足以下3個基本條件[4，8]。
從表1可以看出，檢測誤差主要來自于漏檢，沒有發(fā)生誤檢。漏檢的原因在于，有些車輛不開燈或者只開一只車燈。此例中漏檢的13輛車中，有10輛沒有開車燈，另外3輛只開了1個車燈。
根據(jù)上述實驗數(shù)據(jù)對比分析可以看出，系統(tǒng)在各種情況下的檢測精度都取得了較好的效果。除了算法本身對檢測精度的決定性影響外，還有兩個因素對系統(tǒng)精度有著重要影響，一是檢測帶位置和尺寸的設(shè)置，二是合理的檢測線設(shè)置。
本文提出了一種基于虛擬線圈的夜間車流檢測方法。首先設(shè)置一個虛擬線圈來標出感興趣區(qū)域，降低車牌識別的復(fù)雜程度；然后在感興趣區(qū)域內(nèi)通過車燈識別和車燈匹配來統(tǒng)計車輛數(shù)量。此種算法在實際測試中取得了較好的效果，識別率超過95%。
參考文獻
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