项目描述：
本项目旨在使用前沿的计算机视觉技术构建一个实用的车辆速度估计系统。该项目展示了基于最新的YOLO11检测技术结合透视变换实现的实时车辆检测、跟踪和速度估计，将车辆位置从摄像头视角映射到真实世界的道路坐标系。
该系统还能够根据实时交通模式和车辆速度分析生成有价值的洞察信息。
编程语言： Python 3.11.13
机器学习框架： PyTorch
视频来源： 使用的视频素材是从英国Knutsford附近M6高速公路的CCTV摄像头拍摄的
模型： YOLO11
环境搭建：
安装必要的依赖，请使用以下bash代码片段
bash
git clone code
cd code
python -m venv myenv
myenv/Scripts/Activate
pip install -r requirements.txt运行项目，请使用以下bash代码片段
bash
mkdir -p ./output ./output/video ./output/Insights
python main.py --show_realtime注意：根据你使用的终端适当修改命令。如果使用不同的视频素材，请相应地调整坐标值。
核心原理
1. 目标检测原理
系统采用YOLO11（You Only Look Once version 11）模型进行车辆检测。YOLO是一种实时目标检测算法，它将输入图像划分为网格，并对每个网格单元预测边界框和类别概率。在本项目中，YOLO11负责从视频帧中识别并定位车辆。
2. 目标跟踪原理
使用监督学习库（supervision）进行目标跟踪，为每个检测到的车辆分配唯一的ID，实现跨帧的车辆跟踪。这使得系统能够记录车辆在视频中的运动轨迹，为后续的速度计算提供基础数据。
3. 坐标映射原理
通过透视变换将图像坐标系下的车辆位置映射到现实道路坐标系。这是本项目的关键技术之一，因为视频中的像素距离需要转换为实际的道路距离才能计算真实的车辆速度。
- 首先，在视频中定义四个参考点，构成一个"标定区域"
- 使用透视变换矩阵将图像中的四边形区域映射到真实世界的矩形区域
- 通过这个变换，可以将像素距离转换为实际距离（如米）
4. 速度计算原理
速度计算基于以下公式：
速度 = 距离 / 时间- 距离：通过坐标映射原理计算出的车辆在真实世界中的移动距离
- 时间：车辆移动该距离所花费的时间（通过视频帧率计算）
实现步骤
第一步：环境配置与依赖安装
- 安装Python 3.11.13
- 创建虚拟环境
- 安装依赖包：
- ultralytics==8.3.234（YOLO11模型）
- torch==2.3.1+cu118（PyTorch框架）
- torchvision==0.18.1+cu118
- supervision==0.24.0（目标跟踪与可视化）
- pandas, matplotlib, seaborn（数据分析与绘图）
- numpy, scipy（科学计算）
第二步：视频输入与预处理
- 加载输入视频文件
- 提取视频的基本信息（分辨率、帧率等）
- 初始化输出视频写入器
- 准备用于坐标映射的透视变换矩阵
第三步：车辆检测与跟踪
- 对每一帧视频使用YOLO11模型检测车辆
- 为检测到的车辆分配唯一ID并进行跟踪
- 记录每个车辆的历史位置信息
- 绘制车辆边界框和ID标识
第四步：坐标映射与距离计算
- 使用透视变换将车辆的像素坐标转换为真实世界坐标
- 计算车辆在连续帧之间的移动距离
- 根据视频帧率计算时间间隔
- 应用速度公式计算车辆速度
第五步：数据记录与可视化
- 将每辆车的速度信息保存到CSV文件中
- 绘制车辆轨迹线以可视化运动路径
- 在视频帧上标注车辆速度信息
- 生成交通洞察图表和统计信息
第六步：结果输出
- 生成带有标注的输出视频
- 创建压缩版输出视频以减少文件大小
- 保存车辆速度数据的CSV文件
- 生成交通分析洞察图表
技术特点
- 实时处理：基于GPU加速的YOLO11模型实现快速目标检测
- 精确映射：透视变换技术实现像素坐标到真实世界的精确转换
- 模块化设计：功能按模块分离，便于维护和扩展
- 数据可视化：提供丰富的数据可视化功能，便于分析交通状况
应用场景
- 交通管理部门的实时监控
- 智能城市交通流量分析
- 道路安全评估
- 交通拥堵状况分析
限制与注意事项
- 需要针对不同摄像头视角手动调整坐标映射参数
- 仅适用于固定视角的俯拍监控视频
- 在多车道复杂场景下可能出现跟踪漂移
- 需要GPU支持以实现实时处理性能