用动态瞄准系统检测交通违章的设备和方法 本发明涉及一种交通违章检测设备，该类设备包括测量一台车辆的通过速度的装置以及与该设备相连的、用于捕捉该台车辆之图象的装置。
这类设备目前在固定装置和移动装置中都有使用，用来检测在一段公路或高速公路上车辆的超速或其他违章情况。速度的测量通常是由一个激光系统用两条相隔已知距离的平行光束来进行的，这些光束被通过的车辆所横切，从而遮挡了光束。因为光束间的距离是已知的，所以，从遮挡第一条光束和遮挡第二条光束之间所经过的时间长度可以计算出车辆速度。与激光传感器相连的是一个控制系统，它控制一个对准在一个适当的方向上地静止照像机，以便获得其通行速度超过装有本监视设备的区域中的限制速度的车辆的图象。这个系统还可以调节，以便使之适用于速度限制不同的区域。
激光式车辆速度检测器的例子揭示在(举例来说)美国专利No.4902889中，该专利的内容视为结合在本说明书中。
目前的系统用在多车道道路上时就会碰到一系列问题，因为图象捕捉机械无法对准。因此，系统必须有一个足够宽的视角以及在整个视野中有足够的分辨力，以便一次拍摄就获得完整的马路宽度。这用一台静止的照像机是可能实现的，而用一台摄像机实际上是不可能的。上述的静止的照像机也需要一个很大的景深，因为测量该速度的时刻与获得该图象的时刻之间的延迟被设置同一值，该值与马路横截方向上车辆的位置即与车辆正行驶的车道无关。如果需要的话，该延迟可以作为被测速度的函数来计算。可是，它不是车辆横截位置的函数，这就意味着当车辆进入马路的确定区域中时不论其速度如何，其图象的记录操作就会进行，但焦点平面与车辆牌照之间的距离会随车辆相对于马路的横截位置而改变。因此，为了确保该图象总是在焦点上，图象获取设备的光学系统必须有足够的景深，这就造成成本太高。
本发明的目的是提供一种能避免常规设备中的上述问题和限制的设备。
更准确地说，本发明的一个目的是提供一种能够与低分辨力、其视角因而亦窄的照相装置配合使用特别是能够与并不昂贵的摄象机配合使用的设备。
本发明的另一个目的是提供一种能够与景深有限的照相装置配合使用的设备。
本发明的一个改进的实施例还有一个目的是提供一个能够用一台照相设备监控有多条车道的马路的系统。
本发明的上述和其他的目的与优点基本上是利用检测车辆通过所述的马路时的横截位置的设备以及被控制为所述横截位置的函数的摄影机设备来取得。在阅读了下面的说明后，本技术领域内的熟练人员将对此很容易理解。这样，即使使用窄视角的静止照像机或摄象机时，对分成多条车道的宽马路也能进行监控。在理论上，可以使用对准不同方向的多台照像单元，由它们中的这一台或那一台来捕捉图象，取决于所检测到的横截位置。但是，比较有利的是利用单台照像单元，当需要时，通过旋转单元本身或更有利地以枢轴方式旋转一个反射镜系统使该单元对准一定的方向。最后这个解决办法减少了被移动的部件，从而减少了惯性，因而达到较高的操作速度。
本设备还能够与摄像装置配合使用来捕捉马路的全宽图象。在这种方式中，帧的控制应在这样的意义上来理解：该设备能够辨别图象帧内的车辆位置以便识别在(比方说)有几台车辆正在平行行驶且为同一帧所捕捉到时哪辆汽车违章了。那么如果需要的话，在图象上对那个结果给出一个指示。
为了测量该车辆的通过速度，如上所述，可以利用一个激光传感器，发送和接收至少两条互相平行激光束。该速度可被作为上述车辆遮挡第一条激光束和遮挡第二条激光束之间的经过的时间长度的函数来计算。第三条激光束在一个已知的角度上偏向于先前的两条光束，使横截位置可以通过所述角度、车辆的速度以及遮挡所述的至少两条平行激光束中的一条激光束与遮挡所述的第三条激光束之间所经过的时间长度的函数来确定。
其他许多虽然恐怕不是最佳的系统也能够确定车辆的横截位置。下面将描述其中的一部分。
本发明还涉及一种用于检测违章的方法，该方法不仅可以检测车辆的速度，还能检测在马路上车辆的横截位置，以便控制车辆图象被捕捉的角度。本发明的方法的具体特征和装置将在下面的技术方案中详细说明。
本发明的另一些有利特征和实施例在相关的技术方案中指出。
通过本发明的说明书、附图及图中示出的实用的、非限制性的实施例中将能对本发明有更好的理解。在附图中，
图1-5概略地示出了本发明的设备的几个不同的实施例。
图1中的平面图概略示出了(如一条高速公路中的)多车道马路C1、C2、C3的一部分。一台车辆V正沿着该多个车道中的一条车道(例如中间的一条车道C2)以速度v行驶。我们希望测量该速度v。激光设备(总体标号为1)设置在马路的一边，发出至少两条相互平行的激光束F1和F2，它们隔开一个距离D并对准在与马路的通行方向横截的方向上。当该车辆以速度v移动时，它的前部连续地横切两条激光束F1和F2，并且，遮挡第一条光束和遮挡第二条光束之间所经过的时间长度T2使得速度v的值能被计算出来，因为距离D是已知的。正被计算的速度v被送到中央控制单元(图上所示的3)，中央控制单元发出一个命令信号给照像单元5(如静止照像机、摄象机等)，进行照相或获取视频图象。当被计算的速度v超过一个可选择的门限时，该照像单元5就被激活，因而捕捉了超速车辆V的图象。
激活该照像单元5的信号可以在经过一个作为速度v的函数的时间延迟之后被发送，以致当车辆V到达一个特殊路段P时其图象才被捕捉。这种方法确定了车辆V离摄影单元5的焦点平面的平均距离，以致给出一个被聚焦的图象。从图1可明显看出，如果当照像单元5获取车辆的图象时出现车辆的马路的路段P是固定的，那么车辆V到焦点平面的实际距离将随车辆所在的车道C1、C2或C3而大大地变化。这就需要利用一个景深相当大的光学系统，而这样的系统是非常昂贵的。
进一步说，为了观测完整的马路，该光学系统需要一个十分宽的视角，这就不能与低分辨率的照像装置兼容。
静止的照片可以从后面拍摄(正如图1所示)，或在藉远离设备1安装的对准相反方向(即车辆正在行驶的方向)的照相单元5从前面得到。
至此所揭示的本发明的设备的操作方法与现行已知的一般系统相同。
按照本发明，本设备附加配备了一个用于检测车辆V穿过马路宽度的位置的装置，以便了解车辆在C1道、C2道还是在C3道。在图1所示的实施例中，这是用附加至少一条第三激光束F3来做到的，激光束F3相对于光束F1倾斜一个角度(A)。车辆V的前部在碰到光束F1和F2之前就横切了光束F3，并因此产生了一个第三信号。光束F3被遮挡的瞬时与光束F1被遮挡的瞬时之间所经过的时间T1的长度不仅取决于车辆前进的速度v，而且取决于车辆相对于马路的横截位置。设备1与车辆前部之间的距离(或在更精确地说是设备1与车辆开始横切光束F3时的点之间的距离)由下面的等式给出：
d=T1×v/tgA参数d知道后，中央单元3能够以这样的方法来控制照像单元5：将单元5相对于垂直轴定位，其视角B对准车道C1、C2或C3上或者车辆所在的中间位置上。因此，就能使用其视角B十分窄的摄影单元5，这样，相对来说就太不昂贵了。另一种方案是，分别具有有限视角的多台摄影单元5被对准在不同的角度上。在这种情况下，中央单元3将根据计算的距离d激活所述摄影单元中的这台单元或那台单元。
当希望以低价格的摄像机而不是静止照像机来捕捉图象时，能够计算出距离d非常有用，因为摄象机分辨力很弱并因此视角很有限。
这里所揭示的系统也可用于与具有高分辨力且因此有宽的视角的摄影设备的组合使用。在这种情况下，计算出距离(因而也就是车辆相对于马路的横截位置)就能够识别出哪一辆车正在违章，即使在同一画面上在平行道路上出现几台车辆时也能如此。
图2概略表示了一个与图1等效的方案。其中，第三激光束F3被位于光束F1和F2之后。图1与图2相同或相应的部分有相同的参考号码。另外，也可以在光束F1和F2之前或之后使用两条或多条倾斜的光束，这样，就能对同一台车辆执行多于一次的测量。
就照像单元5来说，图2所示的实施例中采用了一个单个的固定照像单元5和两个安放在单元5的透镜之前面的反射镜7、9。反射镜7是固定的，而反射镜9能够绕垂直轴转动。利用这个设备，照相单元5的视角由控制反射镜9的位置来修正，同时又保持了照相单元5不移动。很明显，这个解决办法也可以在图1所示的例子中被采纳。总的来说，在上面示出的每一个例子中，都可以采纳下面的替代方案来适用于特殊的需要：多个对准不同方向的照相单元；可调整定向的单元；一个带有可调整定向的反射镜的固定单元或者是一个高分辨力单元。
图3表示了本发明的另一个实施例，其中车辆V与机械1之间的距离d由发射/接收设备10(设备本身是公知的)所发出、被车辆V的侧面反射并被设备10所接收的电磁辐射束F3或声波来确定。在这种情况下，从波前完成一次环行所需的时间长度可以计算出距离d。这个系统的成本要比用倾斜的第三激光束的系统成本高。
图4示出了另一个使用了与马路横截交叉地一字排开的传感器系统11的实施例。可以使用的例子是对金属物质的行驶车辆的通过有感应的磁性位置传感器或者能够检测车辆通过的其他系统。与前述实施例相同的部分或相对应的部分用相同的参考数字来表示。
图5示出了本发明的系统是如何利用一个比照相单元5的景深更有限的系统来获取良好的聚焦的。我们回过来看一般的系统，当车辆V通过马路的路段P(图1)时图象被捕捉到，不考虑车辆的横截位置，也就是说，不考虑车辆正在C1道、C2道或C3道中的哪一条道上行驶。与此相反，利用本发明的系统就可以以车辆横截位置的函数的形式计算出检测与图象捕捉之间的延迟，所以车辆的牌照距照相单元5的焦平面几乎总是在相同的距离上，与车辆在C1、C2或C3的哪条道上行驶无关。图5概略地表示了照相单元5的焦平面PF。L表示被摄物体准确地在焦面PF上聚焦的距离。车辆V为了产生一个聚焦图象必须处于P1、P2和P3这三个点上，这与所述车辆是否在C1、C2或C3道上行驶有关。这三个点P1、P2、P3分别位于从光束F2确定的横截线算起的距离D3、D4和D5上。这三个距离对应于行驶时间T3、T4和T5，取决于车辆V的移动速度v。
因此，当车辆的速度v和距离d被确定下来时，为使图象正确地聚焦，在图象被捕捉到之前就能计算出需要多少延迟(T3、T4或者T5)。
应该理解的是，附图仅仅示出了纯粹作为本发明一个实际说明而给出的一个例子，对所述的发明可以改变形状和布置而不脱离本发明基本概念的框架。在后附的权利要求中出现的参考号码是为了方便参考说明书和附图来阅读权利要求，而不是限制权利要求所表达的保护范围。