[发明专利]一种高速公路视频监控浓缩系统和浓缩方法

权利要求书

1.一种高速公路视频监控浓缩系统，其特征在于，包括摄像机(1)、激光扫描仪(2)、通信电缆(3)和计算机(4)，所述的激光扫描仪(2)置于车辆行进前方的龙门架(5)上，且垂直正对车道，龙门架(5)两侧的支撑杆分别固定于高速车道一侧，连接于支撑架之间的横杆中部为激光扫描仪(2)固定部；所述的摄像机(1)在龙门架(5)前方，并置于支架(6)上，且摄像机(1)与激光扫描仪(2)之间的距离不小于监控范围的半径；

摄像机(1)和计算机(4)之间、激光扫描仪(2)和计算机(4)之间均通过通信电缆(3)连接；

所述的激光扫描仪(2)用于激光发射以及对发射和返回的时间信息进行采集，并将采集到的时间数据信号实时发送至计算机(4)；

所述的摄像机(1)用于采集车道上的图像帧，并根据是否有车辆经过龙门架(5)的信号指令后，将采集到的图像帧数据信号实时发送至计算机(4)进行背景图像帧队列和前景图像帧队列的构建；

所述的计算机(4)用于接收激光扫描仪(2)发送的时间数据信号，并对接收到的时间数据信号进行分析和处理，判断出是否有车辆经过龙门架(5)，进而发出指令对摄像机(1)采集到的图像帧分别进行相应的处理及存储。

2.一种高速公路视频监控浓缩方法，其特征在于，包括如下步骤：

1)在高速公路的监测路段，以该车道上车辆的行进方向为前方，在车道上方从后向前依次设置龙门架(5)和支架(6)，激光扫描仪(2)和摄像机(1)分别置于龙门架(5)和支架(6)上，且摄像机(1)与激光扫描仪(2)之间的距离不小于监控范围的半径；

2)激光扫描仪(2)实时发射激光以及采集激光发射和返回的时间信息，并将采集到的时间数据信号实时发送至计算机(4)用于测距计算；当有车辆从龙门架(5)下方经过时，激光扫描仪(2)采集到的时间数据经计算机(4)测距计算的距离会小于没有车辆经过时的测距距离；根据计算机(4)对车辆是否经过龙门架(5)下方的判断，计算机(4)对摄像机(1)采集到的图像帧分别进行相应的分析处理；

3)当计算机(4)根据激光扫描仪(2)采集的信息判断出有车辆经过龙门架(5)下方时，计算机(4)将采集到的图像帧当作前景图像帧进行处理，提取出该图像帧中的运动车辆像素信息；

4)计算机(4)对采集到的前景图像帧数据信号进行显著性处理，以接收到的前景图像帧中位置为i的像素p_F和其所对应的背景图像帧中位置也为i的像素p_B这两个像素为圆心、r为半径的区域R，来计算前景像素帧中像素p_F的显著值，计算公式如下：

式中，|R|表示区域R中的像素数量，表示像素和的欧式距离；前景像素以p_F像素的位置为圆心、半径为r的圆形区域内的像素与其对应背景像素以p_B为圆心、半径为r的圆形区域内的像素越相近，则该像素的显著值就越大，否则就越小；5≤r≤10；

5)对于得到的前景图像帧的显著性图像进行二值化处理得到二值化图像，即对显著性图像中每个像素的显著值跟阈值A进行比较，若像素的显著值大于阈值A，则在二值图像上相应位置上的像素值置为255，否则像素值置为0；200A255；

6)根据步骤4)和步骤5)将前景图像帧队列中最后一幅图像帧以及最新采集到的前景图像帧分别进行显著性和二值化处理后得到它们的二值化图像，并标记这两幅二值化图像中像素值为255的像素集合分别为F₁和F₂，对这两个集合进行相似性计算，计算公式为：

若L(F₁,F₂)的值大于阈值E，则抛弃刚通过摄像机(1)采集到的图像帧，否则就将该二值化图像所对应的前景图像帧的像素信息记录下来插入到前景图像帧队列中，其记录形式为(i,p_F,n_B),i表示像素位置，p_F表示其像素值，n_B表示背景图像帧队列中与其进行显著性处理的背景图像帧的编号；E的取值为0.5；

7)当计算机(4)根据激光扫描仪(2)采集的信息判断出有车辆经过龙门架(5)下方时，若摄像机(1)能够连续采集N个这样的图像帧，就将这N幅图像帧与背景图像帧队列的最后一幅图像帧进行比较；为便于比较两幅图像的相似性，将每幅图像帧中的所有像素按列拼接成列向量，用表示N个图像帧中的第n幅图像帧的列向量，用B^v表示背景图像帧队列中最后一幅图像帧的列向量；为加快计算两个列向量的相似性，先使用随机测量矩阵R分别对这两个列向量进行降维，然后再计算它们的之间欧式距离：

8)将采集到的N幅图像帧中的每一幅图像帧分别与背景图像帧进行比较，得到它们的相似性距离值，若发现N个图像帧中存在若干个相似性距离值小于阈值C的图像帧，则说明背景图像帧基本没有变化，则不对这些图像帧做处理；若发现存在若干个相似性距离值大于阈值C小于阈值D的图像帧，则可随机选取这若干帧图像中的某一图像帧插入到背景图像帧队列中去；若发现存在若干个相似性距离值大于阈值D的图像帧，则不对这些图像帧做处理；C的取值为30，D的取值为60；

9)根据在一段时间内保留下来的前景和背景图像帧队列，将前景图像帧队列中保存的前景像素信息跟背景图像帧队列中的图像帧融合在一起，形成最终的浓缩后的视频。

3.根据权利要求2所述的一种高速公路视频监控浓缩方法，其特征在于，可以每隔时间T对采集的视频图像帧进行分析，1s≤T≤3s。