[发明专利]基于多维运动摄像机的航拍视频的交通参数提取方法

说明书

本发明公开一种基于多维运动摄像机的航拍视频的交通参数提取方法。该方法框架包括四个步骤，首先采用时间上强大的全局运动补偿方法来补偿无人机摄相机移动并获得视频中稳定的背景。然后，应用核化相关滤波器快速准确地跟踪车辆。之后，我们使用霍夫线检测来找出视频中的参考标记，并将检测到的参考标记的实际长度映射到无人机视频中的图像长度。最后，使用先前步骤的输出估计交通流中的个体车辆速度，车头时距和车头间距等微观交通参数。将此方法应用于三个不同的航拍视频进行实验。实验结果表明，该方法在估算车速，车头时距和车头间距等交通参数均获得较高的准确率，得到了较好的估算效果。

技术领域

本发明属于图像处理领域，尤其涉及一种基于多维摄像机运动的航拍视频微观交通参数提取的方法。

背景技术

获取高速公路上的交通参数对于交通状况监测，交通流量分析以及实时交通控制和管理非常重要。获取交通数据资源包括环路检测器，交通监控视频，雷达和浮动车法。上述数据收集设备通常部署在固定位置。浮动车的方法也非常耗费人力和时间。

随着无人机的日益普及，无人机提供了一种以更具成本效益的方式提取交通信息的新方法。然而，从无人机视频中提取交通参数的主要挑战在于无人机摄像机可能处于多维度的移动状态，摄像机运动导致图像中相对坐标的改变，这使得难以估计精确的车辆位移。以前的研究采用了不同的方法从无人机视频中提取交通参数，但仅限于无人机做简单的横纵向水平移动和无人机从上到下或以固定的拍摄角度在鸟瞰图中拍摄的情况下适用。当无人机摄像机随着拍摄角度的变化而在其他维度上移动时，先前提出的方法可能无法正常使用。

发明内容

发明目的：本发明目的在于针对现有技术的不足，提供一种基于多维运动摄像机的航拍视频的交通参数提取方法，以实现对具有多维摄像机运动的航拍视频微观交通参数的准确估计。

技术方案：本发明所述基于多维运动摄像机的航拍视频的交通参数提取方法，包括如下步骤：

步骤一：使用全局运动补偿方法获得航拍视频中的稳定背景；

a1、关键帧的对齐

给定一组M个无人机视频关键帧，记为i∈K＝{k₁，...k_M}，基于关键点的关键帧凝固方法，被表述为以下优化问题：

min_{pi}∈＝∑_i∈k[e_i(p_i)]^Tθ⁽ⁱ⁾[e_i(p_i)] (1)

其中：

p_i是将第i帧的坐标转换为全局运动补偿坐标的变换参数；e_i(p_i)为收集关键帧i相对于组中所有其他无人机视频关键帧的成对对齐误差；θ⁽ⁱ⁾为权矩阵；

在p周围采用一阶泰勒展开来线性化方程式(1)，给定初始p，目标是通过以下方程式估算Δp：

其中：

是正则化项；正常数β为设置权衡；

使方程式(2)的一阶导数为零，通过方程式(3)和(4)得到Δp的解：

使用链式法则，有凝固结果具有两个分量，即W＝(W_x，W_y)，其中W_x表示链路起点和终点的变形x坐标，W_y表示链路起点和终点的变形y坐标；已知e_i的前半部分只包含x元素，其余只包含y元素，得到方程式(5)：