摘要：当前视频监控系统在社会管理中扮演着重要的角色，极大地方便了交通事故的处理和分析。通过对视频图像数据进行分析处理，可以得出相应的时间速度曲线进而还原事故运动过程，分析肇事人驾驶操作的实际情况，为管理部门提供相应的事故处理参考依据。基于此，文章对视频图像计算车速角度下对数据处理和事故分析进行了探讨。
关键词：视频图像计算；车速角度；数据处理；事故分析；视频监控系统；事故运动过程 文献标识码：A
中图分类号：U491 文章编号：1009-2374（2016）10-0020-02 DOI：10.13535/j.cnki.11-4406/n.2016.10.009
视频监控是一个非常直观的记录设备，可以很好地记录道路交通事故。通过对视频信息进行深入挖掘将会得到很多的事故信息。比如，通过建立数学模型可以将事故过程中车辆的实际行驶速度计算出来，进而深入分析道路交通事故，对事故的整个过程进行还原，为交警部门提供相应事故认定的证据。
1 视频图像与视频中运动物体的动态特征
1.1 视频图像特点
由摄像机得到的一系列的图像组成称之为监控视频，若是视频中的物体静止不动，那么不同帧形成的图像物体的位置将会不变，这样一来播放时形成的图像将会是静止不动的。假如物体位置发生了变化，在不同帧形成的图像上物体位置也会不一样，在电脑上则是通过播放器将图像根据摄影机的拍摄顺序依次播放出来，这样就形成了正在运动的画面。在视频特征中，帧频率是一个非常重要的概念，振频率指的是图像处理器每s钟的变化次数，单位为fps，视频图像中的帧频率主要是由设备来决定的。图像中任何一个区域中每帧之间的时间都是固定不变的，例如视频为25fps的帧频率，即每帧之间的间隔大约为0.04s，为30fps的视频图像，每帧之间的时间间隔为1/30s。
1.2 视频中运动物体的动态特征
图1 透视现象示意图
如上图1所示，在视频播放过程中物体运动主要是从底边AB方向开始向后面移动，那么物体上的特征主要是点AB的所有运动轨迹都处于同一条空间直线上。在第0帧图片中，特征点A、B所对应的位置分别是画面中的AX、BX坐标，当到第J帧时，特征点A、B则对应的是下图中AX0、BX0和AXj、BXj坐标。尽管AX0、BX0和AXj、BX在图像中的长度不一样，但其所对应的真实长度均是AB的实际长度，并且AB之间的实际长度可以通过直尺来测量。在图1中我们可以清楚地看到视频图像中物体特征的变化过程。
2 借用视频资料分析道路交通事故的方法
根据视频资料创建数学模型，以此来计算出事故车辆的准确速度数值；根据速度值进行回归计算得到事故车辆的运动轨迹方程，根据运动轨迹方程计算车辆的加速度；结合计算出的速度数值创建时间坐标，画出时间-速度曲线变化图；按照之前计算出的运动轨迹方程可以计算出事故车辆任意一点的瞬时速度，根据瞬时速度方程可以得到碰撞时的速度、制动前的速度以及产生制动效能的速度等几个关键点速度。另外，根据以上所提到的运动轨迹方程还可以分析出参与者与事故关键点的位置-时间关系。
2.1 创建速度计算的数学模型
速度计算公式是位移除以时间，在视频图像画面中的位移是已知的，在车辆行驶方向上的车身上设置一个特征点（特征点与车辆同速），计算出特征点经过已知位移的时间，由此可以得出车辆通过该路段的平均速度。已知的视频图像一般都是由大量的单独图像组成，由于帧时间间隔不稳定，特征点经过已知位移的时间也不准确，一般得出的数据都是处于n 2.2 时间-速度曲线的绘制 使用时间插值法计算出的车辆行驶速度是事故车辆经过标尺的平均速度，但是绘制时间-速度曲线图时使用的是瞬时速度，所以必须对当前计算出的平均速度进行转换。车辆在进行匀变速直线运动过程中，某一段时间内的平均速度就等于该段时间内的中间时刻的瞬时速度。汽车的质量很大，在较短的时间内汽车的速度不会出现较大的起伏，可以将其运动轨迹视为匀变速直线运动，在这种情况下，平均速度与中间时刻的瞬时速度是可以相互使用的。使用视频计算事故车辆行驶速度时，时间主要以帧为单位，也就是计算0-n帧内的汽车平均速度，瞬时速度则是对应的n/2；以此类推在1-n+1帧的平均速度，对应的瞬时速度则为n+1/2；以同样的方式计算下面的瞬时速度，在这样的时间轴上就得到了一个连续的时间序列，计算出对应时间序列上的瞬时速度，以此来绘制时间-速度曲线图。 3 案例分析 在某次交通事故中，一辆摩托车在交叉路口撞到行人并导致行人受伤，调取监控视频图像，发现在2015-05-16的09∶32∶24（s）第16帧，行人从路口的西侧开始横穿马路，到第41（s）第9帧，南北方向绿灯亮起，南北方向车辆直行，第41（s）第10帧，摩托车从东西方向停止线穿过，车头在视频图像画面的右侧。在视频图像画面右侧44（s）第9帧，撞到行人。 3.1 分析方法 依靠运动跟踪软件来逐帧跟踪摩托车的行驶路径，了解摩托车的运动过程。在监控视频图像画面的右下角设置直角坐标系原点。在42s第14帧视频图像画面中的摩托车后轮与前轮中心处标记为跟踪点，同时将此时计算出的时间（帧）作为时间原点，根据帧的顺序播放视频，在45s第18帧结束跟踪。
使用时间插值法建立了数学模型，计算出摩托车运动经过第一个标尺使用的时间t，然后根据公式计算该标尺处的瞬时速度，可以得出一组平均速度，最后根据匀变速直线运动的平均速度等于中间时刻的瞬时速度这个特点，绘制出时间-速度曲线关系图。如图2所示：
图2 时间-速度曲线
根据上面的跟踪数据可以得出：摩托车主要经历了匀速-微减速-紧急制动三个过程，41.52～42.00匀速时段的平均速度为46.06km/h，摩托车与行人碰撞的时间为44.36s，此时摩托车的瞬时速度是22.78km/h。
3.2 对事故进行详细分析
3.2.1 事故双方的位置关系。计算者利用跟踪软件的网格功能将路口北侧斑马线长度作为参照标尺，由此来计算摩托车在不同状况下与行人的相对位移。例如在43.00s时，行人距离摩托车的距离为23.00m，此时摩托车的瞬时速度刚好为47.00km/h，在43.96s时，行人距离摩托车的距离是12.00m，这时摩托车的瞬时速度则为44.59km/h，当行人距离摩托车的距离只有7.00m时，摩托车的瞬时速度为41.27km/h。
3.2.2 摩托车驾驶员采取的方法。分析时间-速度曲线斜率的变化，可以得出在41.00s之前时间-速度曲线斜率基本没有发生变化，摩托车一直处于匀速直线运动状态，而此时的摩托车驾驶员也并未采取任何解决方法。从42.00s开始，摩托车的速度逐渐减慢，从原来的46.00km/h变为了44.38km/h，根据速度变化我们得出此时的驾驶员只采取了挂档滑行、丢油门措施。在42.00s时，行人发现了摩托车向其驶来，行人停止了行走。在43.40s之前，摩托车和行人之间的距离由原来的11.55m变为了6.75m，但是此时摩托车的瞬时速度依然是41.07km/h，由此可得，摩托车驾驶员虽然已经采取了相应的解决措施，但是摩托车还处于制动力上升的过程。当摩托车与行人发生碰撞时，行驶速度由原来的41.07km/h变为了27.88km/h，此时的摩托车虽然已经启动了紧急制动，但是已经没有作用了。通过以上数据分析可得，摩托车驾驶员对行人运动速度估计不准确，并且采取的解决方法也不合理。
3.2.3 判断摩托车闯红灯的依据。经过调查分析可得，路口红绿灯变化的时间为3.00s，也就是西口红灯变为绿灯之间的间隔时间为3.00s。当摩托车距离停车线还有43.00m时，西口红灯已经亮了3.00s，根据摩托匀速时段速度的推算可得，当西口红灯再亮时，摩托车距离停车线还有39.00m，这说明了摩托车闯了红灯。
4 结语
综上所述，在交通事故分析中，利用视频图像计算角度下数据处理法对事故进行深入分析，可以有效解决存在的实际问题。利用时间-速度曲线图可以将事故发生的整个过程还原出来，包括肇事者是否采取了相应的应急措施、车辆实际的运行情况、车辆制动情况等，为交通案件的分析提供了更深层次的参考数据。
参考文献
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作者简介：潘彧坤（1985-），男，云南曲靖人，云南云通司法鉴定中心初级工程师，研究方向：交通事故车辆安全技术鉴定及肇事车辆车速技术鉴定。
（责任编辑：秦逊玉）
