СПОСОБ ОПРЕДЕЛЕНИЯ РАССТОЯНИЯ ОТ ВИДЕОКАМЕРЫ ИЗМЕРИТЕЛЯ СКОРОСТИ ДО ТРАНСПОРТНОГО СРЕДСТВА (ВАРИАНТЫ)
METHOD TO DETECT DISTANCE FROM SPEED METRE VIDEO CAMERA TO VEHICLE (VERSIONS)

Изобретение относится к контрольно-измерительной технике и может использоваться для определения расстояния до движущегося транспортного средства, а также для определения высоты подвеса номерной пластины ГРЗ на транспортном средстве.
Известны методы, применяющиеся для измерения расстояния до транспортного средства (ТС), основанные на лазерном и радиолокационном принципе [1]. При подъезде к зоне ограничения скорости производится измерение скорости движения ТС. Однако по фотоизображению не видно, находится ли ТС в зоне ограничения скорости в момент измерения скорости. Зная фиксированное расстояние от места измерения до границы зоны ограничения скорости, а также определив расстояние от места измерения до ТС в момент измерения скорости, можно однозначно определить наличие факта нарушения скоростного режима движения ТС.
Метод измерения расстояния до ТС может также применяться в новом классе устройств: измерителей скорости движения ТС с использованием видеокамеры. Существует достаточно новый класс устройств: измерителей скорости движения ТС по видеоизображению. В состав таких устройств входит специализированная видеокамера, позволяющая фиксировать четкое изображение ТС, движущихся на высокой скорости и при меняющихся условиях освещенности, а также специальное программное обеспечение, позволяющее распознавать цифро-буквенную последовательность и тип государственного регистрационного знака (ГРЗ) ТС с высокой вероятностью. Устройства такого класса позволяют реализовать данный способ на практике.
По сравнению с лазерным и радиолокационным методами данный метод имеет преимущество в вероятности идентификации ТС, расстояние до которого было измерено. Лазерные и радиолокационные методы измерения расстояния не имеют 100% достоверности результатов измерения, т.к. одни и те же измерения могут производиться до разных точек транспортного средства, например до бампера или до лобового стекла. В случае движения ТС в плотном потоке, что характерно для современных городских трасс, измерения могут быть произведены вообще для другого ТС. При применении данного метода вероятность идентификации ТС составит 100%, т.к. измерение основывается на результате идентификации ТС по его ГРЗ и производится всегда до одной и той же точки ТС.
В данном методе измеряется расстояние до определенной точки ТС, а именно до пластины ГРЗ, независимо от высоты установки видеокамеры над автодорогой.
Применение данного метода расширяет арсенал средств, используемых для измерения расстояния от средства наблюдения и измерения до ТС.
Технической задачей данного изобретения является создание метода измерения расстояния от видеокамеры до номерной пластины ТС, а также измерения высоты номерной пластины над полотном автодороги.
Поставленная задача достигается тем, что по первому варианту способ определения расстояния от видеокамеры измерителя скорости до транспортного средства заключается в том, что на пути движения транспортного средства (ТС) размещают видеокамеру, при появлении ТС в зоне контроля фиксируют видеокадр с изображением пластины государственного регистрационного знака (ГРЗ), производят распознавание символов ГРЗ, по которым определяют тип пластины ГРЗ, измеряют координаты точек вершин углов изображения пластины ГРЗ в системе координат видеокадра, определяют геометрические размеры изображения пластины ГРЗ на видеокадре в пикселях, дополнительно измеряют высоту подвеса видеокамеры над дорогой, расстояние от точки проекции видеокамеры на дорогу до начала зоны контроля, расстояние от точки проекции камеры на дорогу до конца зоны контроля, угол поворота камеры в горизонтальной плоскости от линии направления дороги, отклонение от вертикали, угол продольного уклона дороги, угол поперечного уклона дороги, формируют проекцию видеокадра на плоскость дороги, путем сравнения параметров взаимного расположения видеокамеры, зоны контроля и геометрических размеров изображения пластины ГРЗ, определяют коэффициент сужения пластины ГРЗ, с учетом которого корректируют значение ширины проекции пластины ГРЗ на дорогу, с учетом параметров взаимного расположения видеокамеры и зоны контроля преобразуют координаты точки центра пластины ГРЗ из системы координат видеокадра в систему координат дороги и затем определяют расстояние от видеокамеры до точки проекции центра пластины ГРЗ на дороге, с учетом соотношения скорректированной ширины проекции пластины и стандартной ширины пластины ГРЗ определяют искомое расстояние от видеокамеры до пластины ГРЗ.
Кроме того, по результатам измерений высоты подвеса видеокамеры над дорогой, расстояния от видеокамеры до центра пластины ГРЗ и расстояния до центра проекции пластины ГРЗ на дороге определяют значение высоты подвеса пластины ГРЗ над дорогой.
Поставленная задача достигается также тем, что способ определения расстояния от видеокамеры измерителя скорости до транспортного средства по второму варианту заключается в том, что на пути движения транспортного средства (ТС) размещают видеокамеру, при появлении ТС в зоне контроля фиксируют видеокадр с изображением пластины государственного регистрационного знака (ГРЗ), производят распознавание символов ГРЗ, по которым определяют тип пластины ГРЗ, измеряют координаты точек вершин углов изображения пластины ГРЗ в системе координат видеокадра, определяют геометрические размеры изображения пластины ГРЗ на видеокадре в пикселях, предварительно осуществляют калибровку, для чего размещают в зоне контроля калиброванную пластину ГРЗ на заданном расстоянии от видеокамеры и определяют фокусное расстояние объектива видеокамеры с учетом размеров ее матрицы, размеров калиброванной пластины ГРЗ и заданного расстояния от калиброванной пластины ГРЗ до видеокамеры, определяют соотношение ширины и высоты изображения пластины ГРЗ на видеокадре, сравнивают это значение с эталонным для данного типа распознанной пластины ГРЗ и по результатам сравнений вычисляют коэффициент сужения пластины ГРЗ, с учетом которого корректируют измеренную ширину изображения пластины ГРЗ на видеокадре, по величине фокусного расстояния объектива видеокамеры, размеров матрицы видеокамеры и скорректированной ширины изображения пластины ГРЗ определяют расстояние от видеокамеры до пластины ГРЗ транспортного средства.
Существуют два варианта размещения видеокамеры над автодорогой: в первом варианте видеокамера установлена на достаточной высоте над автодорогой и направлена вниз, так, что в ее видеокадре отображается ограниченный участок дороги (фиг.2). Во втором варианте видеокамера расположена на высоте около 1,5 м над землей и направлена практически параллельно дороге (фиг.3).
Предлагаемые варианты способа поясняются чертежами. На фиг.1 изображен пример применения метода для определения расстояния до движущегося ТС 2; на фиг.2 изображен вариант установки видеокамеры 1 на высоте от 4,5 м над полотном автодороги 3. В данном варианте видеокамера 1 направлена вниз и обозревает ограниченный участок автодороги 3 протяженностью около 6 м; на фиг.3 изображен вариант установки видеокамеры 1 «внизу» на высоте около 1,5 над обочиной дороги 3. При этом видеокамера 1 направлена параллельно плоскости дороги 3 и обозревает участок дороги, ограниченный горизонтом; на фиг.4 изображен видеокадр 6, сформированный камерой 1 и отображающий зону контроля 5 видеокамеры 1 и ТС 2 с ГРЗ 7 в зоне контроля 5; на фиг.5 изображена пластина ГРЗ 7 с обозначениями элементов ГРЗ 7, характерных для данного типа ГРЗ 7; на фиг.6 изображена пластина ГРЗ 7 с ГОСТированными размерами элементов; на фиг.7 изображена система координат видеокадра с указанными точками вершин пластины ГРЗ 7; на фиг.8 изображены геометрические параметры изображения пластины ГР3 7, которые определяются в системе координат видеокадра 6 и используются для определения искажений изображения пластины 7 и коррекции этих искажений; на фиг.9, 10 и 11 изображены параметры, которые измеряют для определения взаимного расположения видеокамеры 1 и плоскости дороги 3 при варианте размещения видеокамеры 1 на высоте h над дорогой 3; на фиг.12 изображена схема проекции видеокадра 7 на плоскость дороги 3; на фиг.13 и 14 изображены подобные треугольники, которые поясняют взаимосвязь высоты подвеса видеокамеры 1, расстояния QG' от видеокамеры 1 до пластины ГРЗ 7 в пространстве и расстояния QG от видеокамеры 1 до проекции пластины 7 на дороге, а также ширины пластины ГРЗ 7 в пространстве и ширины проекции ГРЗ 7 на плоскость дороги 3; на фиг.15 изображена схема, поясняющая закон оптики о соотношении размеров и расстояний объекта и его изображения, полученного с помощью оптической линзы.
Способ определения расстояния от видеокамеры измерителя скорости до транспортного средства по первому варианту реализуется следующим образом. На пути движения транспортного средства (ТС) размещают видеокамеру (фиг.2), при появлении ТС в зоне контроля фиксируют видеокадр с видимым изображением пластины с государственным регистрационным знаком (ГРЗ) (фиг.4). Для определения расстояния до пластины ГРЗ достаточно одного видеокадра с изображением пластины ГРЗ. Производят распознавание символов ГРЗ (фиг.5), по которым определяют тип пластины ГРЗ (фиг.5). Для определения расстояния до пластины ГРЗ по изображению необходимо знать реальные размеры пластины ГРЗ. Размеры всех пластин ГРЗ ГОСТированы. По распознанным символам и типу ГРЗ можно узнать соответствующие им стандартные размеры пластины для определенного типа ГРЗ из справочных данных (фиг.6). Далее измеряют координаты точек А, В, С и D вершин изображения пластины ГРЗ в системе координат видеокадра и затем определяют геометрические размеры изображения пластины ГРЗ на видеокадре в пикселях. Видеокадр, отображающий зону контроля видеокамеры, имеет размеры Vx по ширине и Vy по высоте в пикселях (фиг.7). Значения Vx и Vy известны заранее как параметры матрицы видеокамеры. Затем определяют координаты 4-х точек вершин пластины ГРЗ в пикселях в системе координат видеокадра, а затем рассчитывают геометрические размеры изображения пластины ГРЗ на видеокадре: проекцию ширины пластины Sx, проекцию высоты пластины Sy, углы отклонения от осей αx и αy (фиг.8). Предварительно измеряют параметры взаимного расположения видеокамеры и ее зоны контроля в плоскости дороги: высоту подвеса камеры над дорогой (фиг.9), расстояние от точки проекции видеокамеры на дорогу до начала зоны контроля (фиг.9), расстояние от точки проекции камеры на дорогу до конца зоны контроля (фиг.9), угол поворота камеры в горизонтальной плоскости от линии направления дороги (фиг.11), угол «крена» видеокамеры - отклонение от вертикали (фиг.10), угол продольного уклона дороги (фиг.9), угол поперечного уклона дороги (фиг.10).
Используя параметры взаимного расположения видеокамеры и ее зоны контроля, формируют проекцию видеокадра на плоскость дороги, определяют цену деления каждого пикселя видеокадра в метрах и определяют геометрические размеры проекции пластины ГРЗ на дороге (фиг.12).
Используя параметры взаимного расположения видеокамеры и зоны контроля, а также геометрические размеры изображения пластины ГРЗ, определяют коэффициент сужения пластины ГРЗ. Поскольку изображение пластины ГРЗ в видеокадре чаще всего бывает неперпендикулярно к линии зрения видеокамеры, то значит видимые размеры пластины ГРЗ искажены относительно реальных. Коэффициент сужения необходим, чтобы скомпенсировать искажение проекции ширины пластины и вычислить скорректированное значение ширины проекции пластины.
2
2
2
С учетом параметров взаимного расположения видеокамеры и зоны контроля (фиг.12), где QO - высота подвеса видеокамеры, ОЕ - расстояние от точки проекции видеокамеры до начала зоны контроля, преобразуют координаты точки центра пластины ГРЗ из системы координат видеокадра в систему координат дороги (G - точка проекции центра пластины ГРЗ на плоскость дороги), затем определяют расстояние QG от видеокамеры до точки проекции центра пластины ГРЗ на дороге, используя теорему Пифагора: QG=QO+(OE+GE).
С учетом соотношения скорректированной ширины проекции пластины и стандартной ширины пластины ГРЗ определяют расстояние от видеокамеры до пластины ГРЗ в пространстве. В подобных треугольниках (фиг.13) M′N′ - стандартная ширина пластины ГРЗ, MN - скорректированная ширина проекции пластины ГРЗ на дорогу, QG′ - расстояние до пластины ГРЗ в пространстве, QG - расстояние до проекции пластины на дороге. Из соотношения сторон подобных треугольников определяем значение QG′=QG·M′N′/MN. Таким образом, искомое расстояние от видеокамеры до транспортного средства определяется как расстояние от видеокамеры до центра пластины ГРЗ.
Дополнительно, с учетом высоты подвеса видеокамеры определяют высоту подвеса пластины ГРЗ над дорогой (фиг.14). В подобных треугольниках QO - высота подвеса видеокамеры, QG′ - расстояние до центра пластины ГРЗ в пространстве, QG - расстояние до центра проекции пластины на дороге. Из соотношения сторон подобных треугольников определяем значение высоты подвеса пластины ГРЗ над дорогой как OO′=QO·(1-QG′/QG).
Способ определения расстояния от видеокамеры 1 измерителя скорости до транспортного средства 2 по второму варианту реализуется следующим образом.
Фиксируют видеокадр с изображением транспортного средства с видимой пластиной ГРЗ. Для определения расстояния до пластины ГРЗ достаточно одного видеокадра с изображением пластины ГРЗ (фиг.4).
Производят распознавание символов ГРЗ и определение типа ГРЗ (фиг.5). Для определения расстояния до пластины ГРЗ по изображению необходимо знать реальные размеры пластины ГРЗ. Размеры всех пластин ГРЗ ГОСТированы. При распознавании символов и определении типа ГРЗ можно узнать стандартные размеры пластины для узнанного типа ГРЗ из справочных данных (фиг.6).
Измеряют координаты точек вершин пластины ГРЗ в системе координат видеокадра, а затем геометрические размеры изображения ГРЗ на видеокадре в пикселях. Видеокадр, отображающий зону контроля видеокамеры, имеет размеры Vx по ширине и Vy по высоте в пикселях (фиг.7). Значения Vx и Vy известны заранее как параметры матрицы видеокамеры. С помощью ПО измерителя определяются координаты 4-х точек вершин пластины ГРЗ в пикселях в системе координат видеокадра, а затем вычисляются геометрические размеры изображения пластины ГРЗ на видеокадре: проекция ширины пластины Sx, проекция высоты пластины Sy, углы отклонения от осей αx и αy (фиг.8).
Производят калибровку, для чего размещают в зоне контроля калиброванную пластину ГРЗ на заданном расстоянии от видеокамеры и определяют фокусное расстояние объектива видеокамеры (размер «f», см. фиг.15) с учетом ширины ее матрицы (размер «V», см. фиг.15), размеров калиброванной пластины ГРЗ (размер «W», см. фиг.15) и заданного расстояния от калиброванной пластины ГРЗ до видеокамеры (размер «L», см. фиг.15). Из соотношения V/f=W/L определяют значение «f».
Используя измеренные размеры изображения пластины на видеокадре (Sx, Sy, αx и αy), вычисляют соотношение ширины и высоты изображения пластины ГРЗ на видеокадре, затем сравнивают это значение с эталонным для данного типа распознанной пластины ГРЗ. По результатам сравнений вычисляют коэффициент сужения пластины ГРЗ, с учетом которого корректируют измеренную ширину изображения пластины ГРЗ на видеокадре. По измеренной величине фокусного расстояния объектива видеокамеры, с учетом параметров матрицы видеокамеры и скорректированной ширины изображения пластины ГРЗ, определяют расстояние «L» от видеокамеры до центра пластины ГРЗ транспортного средства (см. фиг.15). Из соотношения V/f=W/L определяют искомое расстояние как расстояние «L», где «V» - скорректированная ширина изображения пластины ГРЗ на видеокадре, «W» - стандартная ширина распознанной пластины ГРЗ, «L» - искомое расстояние от матрицы видеокамеры до пластины ГРЗ, «f» - фокусное расстояние видеокамеры. Таким образом, искомое расстояние от видеокамеры до транспортного средства определяется как расстояние от видеокамеры до центра пластины ГРЗ.
Данное изобретение может быть осуществлено с использованием известных средств.