[发明专利]模块化设计的交通信息视频采集实验教学方法

说明书

技术领域

本发明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。

背景技术

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。

(2)、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，本发明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。

发明内容

本发明的目的在于，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。

本发明是采用以下技术手段实现的：

一种模块化设计的交通信息视频采集实验教学方法，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。