基於即時影像追蹤之交通監測系統
Traffic Monitoring Based on Real-Time Image Tracking

指導教授:宋開泰 博士    研 究 生:林清波  

  自動化交通監測是現代社會改善交通一項重要工作。傳統交通監測系統多利用在地面埋設磁感應感測器的方式做為量測車輛數目及車輛平均速率的方式。此種感測方式,使用壽命不長久,且其因埋設於路面下,在安裝及維修時易生阻礙具有維護上困難處。利用CCD攝影機及影像處理系統做為交通資訊的量測,其與磁感應式感測器同為非接觸性感測系統,但其感測方式為由影像中解析出所需的資訊,進並可依需求改變其影像範圍內偵測區之大小、區位及形狀,在安裝及維修時不會阻礙交通,因此利用影像處理系統做為交通參數擷取之應用,可使系統較為彈性。

  本實驗室發展出一套可應用於交通監測之即時影像追蹤系統。為了實現影像追蹤的即時性,文中設計一影像前置處理卡及影像擷取卡,可達成每秒60個圖場(frame)之320 240像素CCD影像邊緣抽取。配合主動式輪廓模型及卡曼濾波器技術,成功發展出一套即時影像追蹤系統,達成即時追蹤車輛之目的。本論文已完成即時取得二項交通資訊的研究,一為交通參數如車速、車輛數目、車輛密度…等,二為即時車輛碰撞意外之偵測。我們以播放路況影像驗證追蹤車輛及機車的效果。另一方面,於實驗室中建構一模擬路況利用CCD擷取影像,驗證即時偵測車禍發生的功效。

  本系統提出之即時交通監測系統,其設計主要分為四大部份如圖1所示。第一部份為影像擷取及前置影像處理單元,第二部份影像追蹤處理單元,第三部份交通監測資訊單元,第四部份交通資訊對外傳遞單元。本系統架構設計以完成一個獨立式系統(Stand alone system)為設計。顧名思義即本系統將可獨立運作,即時擷取路況影像,執行即時動態影像車輛(汽車及機車)追蹤,並可由車輛追蹤結果,求得車輛位置及車輛數量,進而提供定量交通參數。另外亦可藉由影像追蹤技術,判定是否存在車禍發生。上述所求得之定量交通參數及車輛判定資訊傳回至智慧型交通運輸系統中心,而定量交通參數將可即時的提供用路人參考。



圖1 系統架構

  上述為本系統所提出之系統架構,為了解決即時性的問題,設計一影像擷取及前置影像處理單元,以提高系統追蹤的即時性。影像追蹤處理為本設計核心,其主要設計包含二部份,一為車輛的偵測,二為車輛的追蹤,二項設計都以主動式輪廓模型為設計核心,車輛偵測的設計,主要解決車輛存在的不確定性,車輛追蹤的設計主要為了增加系統的追蹤的即時性及穩定性。

  本系統所發展之獨立式影像處理系統中,即時影像處理單元包含後兩部份即時影像擷取單元及影像前置處理單元。即時影像處理單元依其功能可分為下列6項:1.影像擷取模組、2.Altera Flex10K 200s(Field Programmable Gate Array, FPGA)、3. 邊緣影像處理,4.背景影像處理、5. I2C介面控制電路、6. PCI Target Interface Controller 。


圖2為即時影像前置處理卡實體圖

目前本系統所擷取之交通參數包含了車輛數、車速、空間平均速度、車流及密度。實際路況影像拍攝地點為新竹市光復路東光路交界處,測試方式是將由V8拍攝之影片,直接透過所設計之影像擷取卡擷取影像,再由前置即時影處理卡,即時透過PCI-Bus傳回前置即時影處理卡完成之邊緣影像,進而即時的車輛追蹤,再將所求得之交通資訊傳回ITS中心,目前設定即時影像處理速度為100ms/frame,也就是每秒處理10張影像資訊。

影像追蹤端之畫面
ITS中心端交通資訊畫面
車輛行進車速誤差評估表

本系統另一主要功能為車禍的偵測,但因車禍的發生並非雖隨時可見的,因此為測試本系統車禍發生的檢測效能,所以架設一個虛擬的道路場景,進行車禍發生的檢測。