董浩存，聶中國(guó)

基于車載式視頻圖像的車輛行駛速度鑒定

董浩存1，聶中國(guó)2

（1.沈陽(yáng)理工大學(xué)，遼寧 沈陽(yáng) 110159；2.沈陽(yáng)佳實(shí)司法鑒定所，遼寧 沈陽(yáng) 110023）

文章論述了基于車載式視頻圖像鑒定道路交通事故中目標(biāo)車輛行駛速度的基本原理，提出一種依據(jù)射影幾何學(xué)中的交比不變性原理測(cè)算目標(biāo)車輛行駛距離的算法。該算法可以避免因車輛運(yùn)動(dòng)軌跡與視頻攝錄設(shè)備鏡頭光學(xué)軸線不垂直而產(chǎn)生的誤差，從而提高了目標(biāo)車輛行駛速度鑒定的精確度。最后根據(jù)一個(gè)真實(shí)案例，探討了用車載式視頻圖像進(jìn)行車輛行駛速度鑒定的方法、步驟以及主要注意事項(xiàng)，可為評(píng)價(jià)這一鑒定方法的準(zhǔn)確性和科學(xué)性提供參考。

道路交通事故；車速鑒定；車載式視頻圖像；攝影測(cè)量；交比

引言

道路交通事故司法鑒定的關(guān)鍵項(xiàng)目之一，是事故發(fā)生瞬間目標(biāo)車輛行駛速度的鑒定，這是確定事故性質(zhì)、分析事故原因、認(rèn)定事故責(zé)任的重要依據(jù)。近年來(lái)，由于在機(jī)動(dòng)車安全運(yùn)行管理中的法律地位逐步提高，越來(lái)越多的各類車載式視頻攝錄設(shè)備被廣泛使用[1]，道路交通事故發(fā)生的過(guò)程以及事故車輛速度的大小和變化，經(jīng)由視頻圖像都可得以直觀地再現(xiàn)和反映，使得基于車載式視頻圖像進(jìn)行道路交通事故中目標(biāo)車輛行駛速度的鑒定具備了充分的客觀條件。由于這種方法不考慮事故現(xiàn)場(chǎng)的痕跡和物品分布，且起點(diǎn)與終點(diǎn)之間的距離較近，又靠近肇事地點(diǎn)，因此，在道路交通事故司法鑒定的目標(biāo)車輛行駛速度鑒定中具有一定的實(shí)用價(jià)值[2-3]，是車輛行駛速度鑒定案例中比例較大的技術(shù)途徑，已經(jīng)成為道路交通事故中車輛行駛速度鑒定的重要技術(shù)手段[4]。因此，對(duì)基于車載式視頻圖像進(jìn)行車輛行駛速度鑒定的方法、步驟以及主要注意事項(xiàng)進(jìn)行探討是很有必要的。

1 車載式視頻圖像計(jì)算車速的基本原理

1.1 用視頻圖像計(jì)算車速的基本原理

目標(biāo)車輛的行駛距離S，就不一定可由視頻圖像上經(jīng)簡(jiǎn)單計(jì)算輕易得到。當(dāng)目標(biāo)車輛運(yùn)動(dòng)軌跡垂直于視頻攝錄鏡頭的光學(xué)軸線、平行于成像平面時(shí)，可以依據(jù)圖上尺寸與實(shí)際尺寸成正比的關(guān)系，經(jīng)計(jì)算得到準(zhǔn)確的目標(biāo)車輛行駛距離S。但由于在道路交通事故中，目標(biāo)車輛運(yùn)動(dòng)軌跡往往并不垂直于視頻攝錄鏡頭的光學(xué)軸線，而是成一拍攝角度，這時(shí)采用圖上尺寸與實(shí)際尺寸成正比的關(guān)系計(jì)算得到的車輛行駛距離S就會(huì)與真實(shí)距離有誤差[5-8]，當(dāng)目標(biāo)車輛的行駛速度無(wú)限逼近交通規(guī)定值時(shí)，這誤差的影響就極其關(guān)鍵了，往往決定著道路交通事故的性質(zhì)，是不容忽視的。因此，在存在著拍攝視角的視頻圖像上測(cè)算目標(biāo)車輛行駛距離S時(shí)，應(yīng)依據(jù)射影幾何學(xué)中的交比不變性原理來(lái)計(jì)算，以避免拍攝視角的存在而引起的誤差，得到真實(shí)準(zhǔn)確的目標(biāo)車輛行駛距離S，獲得更加符合實(shí)際情況的車輛行駛速度鑒定結(jié)果。

1.2 射影幾何學(xué)中的交比不變性原理

一條三維空間直線上，有A、B、C、D四個(gè)點(diǎn)，如圖1所示，定義A點(diǎn)和B點(diǎn)為基礎(chǔ)點(diǎn)，C點(diǎn)和D點(diǎn)為分隔點(diǎn)。

圖1 交比示意圖

由分隔點(diǎn)和基礎(chǔ)點(diǎn)確定的兩個(gè)有向線段之比稱為簡(jiǎn)比R，記為：

一條直線上四個(gè)點(diǎn)中兩個(gè)簡(jiǎn)比之比即為交比K，圖1中A、B、C、D四點(diǎn)的交比為：

共線四點(diǎn)的交比，具有這樣的性質(zhì)：任意兩條直線截同一線束所得四條直線的交比相等，這就是射影幾何學(xué)中的交比不變性。

交比，是射影幾何學(xué)中的不變量，點(diǎn)列的交比的幾何意義是有關(guān)角的正弦之比或三角形面積之比，與直線之間有無(wú)角度無(wú)關(guān)，也就是說(shuō)，任意平面內(nèi)共線四點(diǎn)在射影后（圖像上）尺寸的交比，與射影前（實(shí)際中）尺寸的交比相等，因此，在車載式視頻圖像上采用交比不變性原理計(jì)算目標(biāo)車輛的行駛距離，可以避免因目標(biāo)車輛運(yùn)動(dòng)軌跡與視頻攝錄設(shè)備鏡頭光學(xué)軸線不垂直、存在拍攝視角而產(chǎn)生的誤差，得到的鑒定結(jié)果會(huì)更加準(zhǔn)確。實(shí)際操作中要注意，需要選取三個(gè)與目標(biāo)車輛運(yùn)動(dòng)軌跡平行且在同一直線上的車輛特征點(diǎn)或道路環(huán)境參照物，并且在同一直線上的這三個(gè)點(diǎn)或物對(duì)應(yīng)的現(xiàn)實(shí)中的實(shí)際間距應(yīng)為已知。

2 基于車載式視頻圖像鑒定車輛行駛速度案例

2.1 案情簡(jiǎn)介及分析

一輛小型白色客車在道路上行駛，交警部門要求利用位于其右后方、同方向行駛車輛拍攝到的車載式視頻圖像，鑒定小型白色客車的行駛速度。

由于載有視頻攝錄設(shè)備的車輛距離小型白色客車較遠(yuǎn)且兩輛車的行駛速度不同，故需要以安裝有車載式視頻攝錄設(shè)備車輛的行駛速度，間接求出目標(biāo)車輛即小型白色客車的行駛速度。

測(cè)定車載式視頻圖像的幀速率f=30幀/秒，在車輛行駛的路面上，第1車行道與第2車行道之間劃有白色車行道分界虛線，分界虛線中的白色實(shí)線長(zhǎng)度L=4.0，分界虛線中前一條實(shí)線的尾端與下一條實(shí)線的首端之間的間隔長(zhǎng)度L=40（見(jiàn)圖3），目標(biāo)車輛的軸距=2.8，目標(biāo)車輛的后懸L=1.2。

2.2 計(jì)算載有視頻攝錄設(shè)備車輛的行駛速度V1

在時(shí)間顯示為19:16:59秒的第0幀視頻圖像上，于 1車行道與2車行道之間的車行道分界虛線中的一段白色實(shí)線段前端設(shè)置一根虛擬參照線（見(jiàn)圖3），將該虛擬參照線疊加到19:16:59秒的第3幀視頻圖像上，并找到這根虛擬參照線與路面上1、2車行道之間分界線的交點(diǎn)B，B點(diǎn)所在這段分界線中白色實(shí)線的前端為A、后端為C，C點(diǎn)之后分界線間隔的后端為D（見(jiàn)圖3）。由視頻圖像上測(cè)得A、B、C、D四點(diǎn)的交比1為：

如果載有視頻攝錄設(shè)備的車輛在n=3-0=3幀的時(shí)間間隔內(nèi)在路上的實(shí)際行駛距離為1，根據(jù)交比定律可得：

解得：1=1.31

載有視頻攝錄設(shè)備車輛的行駛速度1為：

2.3 計(jì)算目標(biāo)車輛與載有視頻攝錄設(shè)備車輛之間的相對(duì)速度V2

在時(shí)間顯示為19:16:59秒的第0幀視頻圖像上，于目標(biāo)車輛即小型白色客車的右前輪與地面交點(diǎn)處設(shè)置一個(gè)虛擬參照點(diǎn)F，并將該虛擬參照點(diǎn)F疊加到19:16:59秒的第3幀視頻圖像上（見(jiàn)圖3），找到目標(biāo)車輛右前輪與地面交點(diǎn)E、目標(biāo)車輛右后輪與地面交點(diǎn)G，以及目標(biāo)車輛車身右后角在地面的投影點(diǎn)H，由視頻圖像上測(cè)得E、F、G、H四點(diǎn)的交比2為：

如果目標(biāo)車輛即小型白色客車相對(duì)于載有視頻攝錄設(shè)備的車輛在n=3-0=3幀的時(shí)間間隔內(nèi)在路上的實(shí)際行駛距離為2，根據(jù)交比定律可得：

可解得：2=0.8

目標(biāo)車輛與載有視頻攝錄設(shè)備車輛之間的相對(duì)速度2為：

2.4 計(jì)算目標(biāo)車輛即小型白色客車的行駛速度V10

因?yàn)檩d有視頻攝錄設(shè)備的車輛位于小型白色客車后方且同方向行駛，因此：

鑒定意見(jiàn)：小型白色客車的行駛速度為76。

3 鑒定中的注意事項(xiàng)

3.1 選擇視頻圖像需要注意的事項(xiàng)

（1）首先，根據(jù)視頻圖像判斷目標(biāo)車輛的運(yùn)動(dòng)情況，若其行駛軌跡曲折多彎不易確定，那么此鑒定方法要謹(jǐn)慎采用，視具體情況或者可以將目標(biāo)車輛的行程截?cái)喾譃檫B續(xù)的多個(gè)小路段分別進(jìn)行分析計(jì)算。

（2）視頻攝錄鏡頭的顫抖和搖擺，都會(huì)導(dǎo)致道路環(huán)境參照物在視頻圖像中的位置發(fā)生很大變動(dòng)，在此情況下很難確定虛擬參照點(diǎn)或線通過(guò)道路環(huán)境參照物的時(shí)間間隔，因此利用車載式視頻圖像計(jì)算車速時(shí)，必須選擇無(wú)顛簸、無(wú)搖擺的視頻片段作為依據(jù)。

（3）所截取的視頻圖像關(guān)注區(qū)域的畫面，要能夠清晰地顯示出目標(biāo)車輛的外觀特征和行駛軌跡，能夠有效地選取或設(shè)定參照物。

3.2 選取和設(shè)定參照物的注意事項(xiàng)

所要鑒定的車輛行駛速度，是目標(biāo)車輛在道路交通事故發(fā)生時(shí)的瞬時(shí)速度，其誤差的主要來(lái)源就是車輛行駛“距離”的測(cè)量[8]，選取合適的參照物，可以增加特征點(diǎn)與參照物的重合度，減少目標(biāo)車輛行駛距離的測(cè)量誤差，提高鑒定結(jié)果的準(zhǔn)確性。

（1）選取的道路環(huán)境參照物，應(yīng)當(dāng)與目標(biāo)車輛的距離比較近，且與目標(biāo)車輛的運(yùn)動(dòng)方向平行。

（2）虛擬參照物的設(shè)定，應(yīng)便于確定目標(biāo)車輛通過(guò)該空間位置所用的時(shí)間，宜將虛擬參照物設(shè)定在與目標(biāo)車輛上某一特征點(diǎn)、或者是道路環(huán)境參照物某一邊緣線或端點(diǎn)重合的位置。

（3）如果需要通過(guò)道路環(huán)境參照物的距離來(lái)計(jì)算目標(biāo)車輛在整數(shù)幀內(nèi)的實(shí)際行駛距離，必須在虛擬參照物即將通過(guò)或剛剛通過(guò)最后一個(gè)道路環(huán)境參照物的視頻圖像中，能觀測(cè)到所選取的三個(gè)或兩個(gè)道路環(huán)境參物。

（4）用圖上尺寸與實(shí)際尺寸成正比的關(guān)系計(jì)算目標(biāo)車輛在整數(shù)幀時(shí)間內(nèi)的實(shí)際行駛距離時(shí)，應(yīng)盡量選擇虛擬參照物將要或剛剛通過(guò)第2個(gè)目標(biāo)車輛特征點(diǎn)或道路環(huán)境參照物處的整數(shù)幀來(lái)計(jì)算，這樣可以最大限度地避免因拍攝視角造成的測(cè)算誤差。

（5）如果在整數(shù)幀視頻圖像中出現(xiàn)目標(biāo)車輛特征點(diǎn)位置超前或滯后于道路環(huán)境參照物而不是恰好重合，車輛行駛時(shí)間不是整數(shù)倍的單位幀時(shí)間的情形，可以采用幀間差分法精確計(jì)算。

4 結(jié)束語(yǔ)

實(shí)踐表明，基于車載式視頻圖像的道路交通事故中目標(biāo)車輛行駛速度鑒定方法，是最直觀的交通事故再現(xiàn)、分析驗(yàn)證和參數(shù)獲取的好方法，尤其是對(duì)于那些事故現(xiàn)場(chǎng)沒(méi)有輪胎印跡、無(wú)散落物、無(wú)車輛碰撞印痕等的道路交通事故中目標(biāo)車輛行駛速度的鑒定，這一方法具有重要的實(shí)際應(yīng)用價(jià)值[9-10]。而后提出的依據(jù)射影幾何學(xué)中的交比不變性原理，測(cè)算目標(biāo)車輛行駛距離的算法，可以避免因車輛運(yùn)動(dòng)軌跡與視頻攝錄設(shè)備鏡頭光學(xué)軸線不垂直而產(chǎn)生的誤差，提高行駛距離測(cè)算的精準(zhǔn)度，提高行駛速度計(jì)算結(jié)果的精確度，從而提高車輛行駛速度鑒定結(jié)果的準(zhǔn)確性和科學(xué)性，對(duì)道路交通事故中目標(biāo)車輛行駛速度的鑒定有著重要的意義。

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Vehicle speed identification based on the videos recorded by mobile video recorder

Dong Haocun1, Nie Zhongguo2

( 1.Shenyang Ligong University, Liaoning Shenyang 110159; 2.Shenyang Jiashi Judicial identification Office, Liaoning Shenyang 110023 )

In this paper, we discoursed the basic principle of speed identification of the target vehicle based on the videos recorded by mobile video recorder in a road traffic accident, and further, proposed an algorithm for estimating the driving distance of the target vehicle according to the principle of projective invariant in the projective geometry. The algorithm can avoid the error caused by the movement trajectory of the target vehicle and non-verticality of the lens optical axis of the video recorder, so as to improve the accuracy of the target vehicle speed identification. In addition, we applied our proposed algorithm to a real case to discuss the method, procedure, and main attentions in the identification for the speed of the target vehicle involved in a traffic accident using a mobile video recorder, which can be a reference for evaluating the accuracy and scientific validity of the proposed identification method.

Road traffic accident; Vehicle speed identification; Video recorded by mobile video recorder; Photogram -metry; Cross-ratio

10.16638/j.cnki.1671-7988.2021.07.061

U491.3

A

1671-7988(2021)07-195-04

U491.3

Ａ

1671-7988(2021)07-195-04

董浩存，就職于沈陽(yáng)理工大學(xué)。