黃磊 王迪 何仲華 王岳峰

摘要 在交通事故司法鑒定中，視頻車速計(jì)算是非常重要的內(nèi)容，翻拍視頻車速計(jì)算作為司法鑒定工作中的難點(diǎn)成為研究課題。文章在大量實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)的基礎(chǔ)上，通過翻拍視頻幀率變化規(guī)律的研究，提出翻拍視頻計(jì)算方法，并且對(duì)計(jì)算方法進(jìn)行試驗(yàn)驗(yàn)證。結(jié)果顯示，文章提出的方法誤差率較低，結(jié)果準(zhǔn)確性高，計(jì)算方法科學(xué)合理，可以將該方法加以推廣使用。

關(guān)鍵詞 視頻車速計(jì)算；翻拍視頻；交通事故；司法鑒定

中圖分類號(hào) U495文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼 A文章編號(hào) 2096-8949（2023）14-0020-04

0 引言

近年來，交通事故司法鑒定工作中視頻車速計(jì)算應(yīng)用日益廣泛。由于視頻拍攝設(shè)備制式?jīng)]有統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)，視頻圖像質(zhì)量參差不齊，視頻車速計(jì)算的適用性、局限性及計(jì)算結(jié)果的準(zhǔn)確性成為一項(xiàng)值得不斷鉆研的科研課題。目前，最難處理的視頻圖像為證據(jù)采集時(shí)翻拍的或者因?yàn)橐曨l圖像原件無法拷貝只能通過翻拍來固定的視頻證據(jù)。如何通過翻拍視頻對(duì)目標(biāo)車輛車速進(jìn)行準(zhǔn)確計(jì)算，成為近年來交通事故車速鑒定的難點(diǎn)。

1 翻拍視頻車速計(jì)算的難點(diǎn)研究

翻拍視頻在拍攝過程中設(shè)備會(huì)出現(xiàn)移動(dòng)，導(dǎo)致錄制的視頻圖像出現(xiàn)晃動(dòng)，視頻圖像內(nèi)目標(biāo)車輛的運(yùn)動(dòng)軌跡元素會(huì)發(fā)生移動(dòng)，《基于視頻圖像的車輛行駛速度技術(shù)鑒定》（GA/T 1133—2014）中規(guī)定，視頻圖像應(yīng)為原始資料，或雖經(jīng)處理但幀率、顯示時(shí)間、圖像元素位置均未發(fā)生變動(dòng)的視頻圖像，故翻拍視頻由于圖像元素位置發(fā)生變動(dòng)不符合計(jì)算標(biāo)準(zhǔn)要求，且翻拍設(shè)備與原始錄制設(shè)備制式不一致，導(dǎo)致時(shí)間基準(zhǔn)發(fā)生變化，圖像會(huì)出現(xiàn)播放不流暢、跳躍、停頓、重影等異?，F(xiàn)象，也不符合計(jì)算要求。此類現(xiàn)象的存在導(dǎo)致翻拍視頻質(zhì)量嚴(yán)重下降，使用常規(guī)方法計(jì)算的結(jié)果存在較大誤差甚至是偏差，對(duì)車速司法鑒定工作的公平、公正、科學(xué)提出了挑戰(zhàn)。為解決翻拍視頻計(jì)算難點(diǎn)，通過對(duì)翻拍視頻規(guī)律的研究，如果翻拍視頻目標(biāo)車輛的運(yùn)動(dòng)軌跡元素在視頻圖像內(nèi)沒有發(fā)生較大移動(dòng)，其在視頻圖像內(nèi)的運(yùn)動(dòng)軌跡基本具備唯一性，或目標(biāo)車輛運(yùn)動(dòng)軌跡元素在視頻圖像中不斷移動(dòng)，運(yùn)動(dòng)軌跡不具有唯一性，但在視頻圖像可以找到已知距離的固定標(biāo)尺對(duì)行駛軌跡路段進(jìn)行標(biāo)定的，在分析翻拍視頻幀率變化規(guī)律的基準(zhǔn)上，使用目標(biāo)車輛車身特征點(diǎn)或者使用道路環(huán)境參照物可以對(duì)目標(biāo)車輛的車速進(jìn)行計(jì)算。

2 翻拍視頻車速鑒定方法的分類研究

目前，翻拍視頻包括高幀率設(shè)備翻拍低幀率視頻、低幀率設(shè)備翻拍高幀率視頻以及相同幀率設(shè)備翻拍三類，大多數(shù)固定視頻設(shè)備的幀率為25幀，大多數(shù)移動(dòng)視頻設(shè)備的幀率為30幀，故該文中主要以30幀設(shè)備翻拍25幀原始視頻，25幀設(shè)備翻拍30幀原始視頻進(jìn)行研究，其余設(shè)備幀率相差更大的視頻計(jì)算方法以此類推，相同幀率的翻拍視頻由于幀率沒有發(fā)生改變，故只要滿足上述文中的計(jì)算條件就可以進(jìn)行計(jì)算。

2.1 高幀率翻拍低幀率視頻

高幀率設(shè)備翻拍低幀率設(shè)備錄制的視頻時(shí)，由于錄制設(shè)備幀率大于原始設(shè)備，錄制設(shè)備每秒的畫面切換速度快于原始視頻，會(huì)出現(xiàn)錄制設(shè)備畫面開始切換但原始視頻畫面未切換的節(jié)點(diǎn)，此種現(xiàn)象在錄制視頻圖像中會(huì)呈現(xiàn)播放不連續(xù)、播放有停頓現(xiàn)象。在翻拍過程中由于原視頻幀率慢于翻拍設(shè)備的幀率，在1 s內(nèi)翻拍設(shè)備的幀數(shù)多于原始視頻，導(dǎo)致翻拍的視頻中有空幀，視頻播放有播放不連續(xù)和停頓現(xiàn)象。對(duì)此類翻拍視頻進(jìn)行計(jì)算時(shí)，需要對(duì)視頻的幀率進(jìn)行逐秒統(tǒng)計(jì)分析，通過每秒內(nèi)連續(xù)運(yùn)動(dòng)特征點(diǎn)幀間像素差的值找到空幀位置，對(duì)原始視頻的幀率進(jìn)行校準(zhǔn)確定后再進(jìn)行計(jì)算。

2.2 低幀率翻拍高幀率視頻

低幀率設(shè)備翻拍高幀率設(shè)備錄制的視頻時(shí)，由于錄制設(shè)備幀率小于原始設(shè)備，錄制設(shè)備每秒的畫面切換速度慢于原始視頻，會(huì)出現(xiàn)錄制設(shè)備畫面未切換但是原始視頻畫面在切換節(jié)點(diǎn)，此種現(xiàn)象在錄制視頻圖像中會(huì)呈現(xiàn)播放連續(xù)、無停頓現(xiàn)象，但拍攝的目標(biāo)物體由于在切換過程中有重影，視頻圖像質(zhì)量下降，此類視頻計(jì)算時(shí)需要在重影中找到目標(biāo)車輛運(yùn)動(dòng)軌跡連續(xù)性最好、顯示最清晰的重影作為參考基準(zhǔn)。對(duì)于連續(xù)運(yùn)動(dòng)的物體，其如果存在停頓現(xiàn)象，則需要對(duì)視頻的幀率進(jìn)行逐秒統(tǒng)計(jì)分析，以連續(xù)性最好、重影最清晰的特征點(diǎn)為基準(zhǔn)對(duì)原始視頻的幀率進(jìn)行校準(zhǔn)后再進(jìn)行計(jì)算[1]。

3 翻拍視頻車速計(jì)算方法研究及試驗(yàn)驗(yàn)證

3.1 高幀率翻拍低幀率視頻計(jì)算方法研究及試驗(yàn)驗(yàn)證

目標(biāo)車輛試驗(yàn)速度設(shè)定在50 km/h、100 km/h，試驗(yàn)速度包括了中高速兩組速度值，能夠代表在日常交通事故中常見的車速范圍。

試驗(yàn)車速50 km/h條件下，V-box設(shè)備的記錄數(shù)據(jù)曲線、試驗(yàn)道路線形等：V-box速度儀記錄的車速數(shù)據(jù)為系列1，使用該文提出計(jì)算方法對(duì)高幀率設(shè)備翻拍低幀率視頻的翻拍視頻進(jìn)行計(jì)算的數(shù)據(jù)為系列2，翻拍視頻顯示的30幀幀率進(jìn)行計(jì)算的車速數(shù)據(jù)為系列3。將上述三組數(shù)據(jù)統(tǒng)一至與V-box速度儀同一時(shí)間軸上繪制時(shí)間速度散點(diǎn)圖，如圖1所示。

從圖1中可以看出系列1與系列2車速值相差較小，系列3與系列2及系列1相差較大，系列1與系列2相差最大處為1.81 km/h，系列1與系列3相差最大處為9.75 km/h，系列2的最大誤差率為3.9%，系列3的最大誤差率20.1%，系列3計(jì)算所得結(jié)果相比基準(zhǔn)值誤差超過20%，經(jīng)過試驗(yàn)驗(yàn)證該文提出的計(jì)算方法計(jì)算的車速誤差較小，最大誤差在4%以下。

試驗(yàn)車速100 km/h條件下，V-box設(shè)備記錄的數(shù)據(jù)曲線、試驗(yàn)道路線形等：V-box速度儀記錄的車速數(shù)據(jù)為系列1，以該文提出的計(jì)算方法對(duì)翻拍視頻進(jìn)行計(jì)算的車速數(shù)據(jù)為系列2，翻拍視頻顯示的30幀幀率進(jìn)行計(jì)算的車速數(shù)據(jù)為系列3。將上述三組數(shù)據(jù)統(tǒng)一至與V-box速度儀同一時(shí)間軸上繪制時(shí)間速度散點(diǎn)圖，如圖2所示。

從2圖中可以看出系列1與系列2車速值相差較小，系列3與系列2及系列1相差較大，系列1與系列2相差最大處為0.82 km/h，系列1與系列3相差最大處為20.96 km/h，系列2的最大誤差率為0.8%，系列3的最大誤差率20.9%，系列3計(jì)算所得結(jié)果相比真值誤差超過20%。經(jīng)過試驗(yàn)驗(yàn)證該文提出計(jì)算方法計(jì)算的車速誤差較小，最大誤差在1%以下。

3.2 低幀率翻拍高幀率視頻計(jì)算方法研究及試驗(yàn)驗(yàn)證

目標(biāo)車輛試驗(yàn)速度設(shè)定在50 km/h、100 km/h，試驗(yàn)速度包括了中高兩組速度值，能夠代表在日常交通事故中常見的車速范圍。

試驗(yàn)速度為50 km/h，V-box速度儀記錄的車速數(shù)據(jù)為系列1，以該文提出的方法進(jìn)行計(jì)算所得車速數(shù)據(jù)為系列2，將這組數(shù)據(jù)與V-box統(tǒng)一至同一時(shí)間軸上繪制時(shí)間速度散點(diǎn)圖，如圖3所示。

從圖3中可以看出系列1與系列2車速值趨勢(shì)基本一致，數(shù)值相差較小，系列2存在數(shù)據(jù)跳動(dòng)現(xiàn)象，由于視頻圖像有重影，特征點(diǎn)的確會(huì)由于視頻質(zhì)量的下降產(chǎn)生較大的誤差，系列1與系列2相差最大處為2.64 km/h，系列2的最大誤差率為5.64%。經(jīng)過試驗(yàn)，驗(yàn)證了該文提出的計(jì)算方法計(jì)算的車速誤差較小，最大誤差在6%以下。

試驗(yàn)速度為100 km/h，V-box速度儀記錄的車速數(shù)據(jù)為系列1，以該文提出的方法進(jìn)行計(jì)算，所得車速數(shù)據(jù)為系列2。將這組數(shù)據(jù)與V-box統(tǒng)一至同一時(shí)間軸上繪制時(shí)間速度散點(diǎn)圖，如圖4所示。

從圖4中可以看出系列1與系列2車速值相差較小，系列1與系列2相差最大處為0.82 km/h，系列2的最大誤差率為0.83%，經(jīng)過試驗(yàn)驗(yàn)證該文提出計(jì)算方法計(jì)算的車速誤差較小，最大誤差在1%以下。在翻拍過程中，由于目標(biāo)車輛的車速不同，車速結(jié)果的誤差率也不一樣，車速較低時(shí)由于重影比較集中導(dǎo)致車輛特征點(diǎn)的選取存在誤差，誤差率會(huì)增大，隨著目標(biāo)車輛的車速增加，在翻拍過程中，車速較高時(shí)由于重影比較分散導(dǎo)致車輛特征點(diǎn)的選取誤差降低，車速的誤差率較小[2]。

4 翻拍視頻圖像中固定標(biāo)尺計(jì)算方法研究

翻拍視頻圖像中，目標(biāo)車輛運(yùn)動(dòng)軌跡要素在視頻圖像中不斷移動(dòng)，運(yùn)動(dòng)軌跡不具有唯一性，導(dǎo)致車輛車身上的特征點(diǎn)在視頻圖像內(nèi)的坐標(biāo)位置不具有唯一性，但是在視頻圖像內(nèi)如果可以找到已知距離的固定標(biāo)尺對(duì)目標(biāo)車輛的行駛軌跡路段進(jìn)行標(biāo)定，雖然視頻圖像在不斷晃動(dòng)，但是目標(biāo)車輛與固定標(biāo)尺的相對(duì)位置關(guān)系不會(huì)因視頻圖像翻拍過程中的移動(dòng)而改變，可以對(duì)目標(biāo)車輛車速進(jìn)行計(jì)算。

在一段翻拍視頻圖像中幀率異常，視頻圖像顯示幀率為28幀，實(shí)際上每秒幀率大于28幀，且存在多幀現(xiàn)象，故需對(duì)其幀率進(jìn)行校準(zhǔn)，在目標(biāo)車輛左前輪中心處設(shè)置標(biāo)線，逐幀對(duì)其左前輪中心處這個(gè)特征點(diǎn)進(jìn)行標(biāo)記，直至標(biāo)記結(jié)束，1 s內(nèi)視頻圖像走過30幀，其中多幀為5幀，實(shí)際有效幀為25幀，其有效幀的幀間像素差沒有明顯跳動(dòng)，而是隨著近大遠(yuǎn)小的視頻圖像顯示關(guān)系而均勻變化，故該監(jiān)控視頻的原始幀率為25幀。

該案以道路上兩條道路瀝青接縫之間的長(zhǎng)度為標(biāo)尺設(shè)置標(biāo)尺網(wǎng)格。網(wǎng)格1附近，在目標(biāo)車輛左前輪接地點(diǎn)處設(shè)置跟蹤點(diǎn)，駛過網(wǎng)格線1后結(jié)束跟蹤（如圖5所示）。網(wǎng)格2附近，在目標(biāo)車輛左前輪接地點(diǎn)處設(shè)置跟蹤點(diǎn)，駛過網(wǎng)格線2后結(jié)束跟蹤。

使用運(yùn)動(dòng)軌跡坐標(biāo)值，采用時(shí)間差分（插值）法計(jì)算該車運(yùn)動(dòng)過一個(gè)標(biāo)尺所用的時(shí)間t（其中包括10幀有效幀與網(wǎng)格線1處及網(wǎng)格線2處跟蹤軌跡采用時(shí)間插值法計(jì)算而出的時(shí)間），根據(jù)公式v=s/t，計(jì)算出運(yùn)動(dòng)過一個(gè)標(biāo)尺的平均速度，由于該監(jiān)控視頻幀率顯示異常，應(yīng)取長(zhǎng)標(biāo)尺計(jì)算以減小誤差，故只使用上述方法計(jì)算目標(biāo)車輛駛過網(wǎng)格線1和網(wǎng)格線2的平均車速。

v=s/t=18.94 m/s=68.2 km/h

根據(jù)跟蹤數(shù)據(jù)計(jì)算結(jié)果，目標(biāo)車輛肇事前在視頻圖像中駛過固定標(biāo)尺的平均車速約為68 km/h。

5 翻拍視頻車速鑒定方法在實(shí)踐中的應(yīng)用

根據(jù)交警部門的委托，由于原始視頻丟失，翻拍視頻作為唯一的證據(jù)需要對(duì)其進(jìn)行分析，視頻錄制設(shè)備在錄制過程中有移動(dòng)，但目標(biāo)車輛駛過該視頻圖像時(shí)錄制設(shè)備基本穩(wěn)定，未發(fā)現(xiàn)有明顯的移動(dòng)，圖像中的元素位置未發(fā)生明顯變動(dòng)，車輛車身上的特征點(diǎn)在視頻圖像內(nèi)的坐標(biāo)位置具有唯一性，車身特征點(diǎn)的運(yùn)動(dòng)跟蹤軌跡與實(shí)際運(yùn)動(dòng)軌跡無偏移。

經(jīng)檢查，該監(jiān)控視頻圖像幀率異常，視頻圖像顯示幀率為30幀，實(shí)際上每秒幀率部分大于30幀，部分小于30幀，對(duì)該視頻圖像完整的24 s內(nèi)幀數(shù)進(jìn)行統(tǒng)計(jì)[3]。

根據(jù)統(tǒng)計(jì)分析，該監(jiān)控視頻圖像完整的24 s內(nèi)幀數(shù)共有713幀，平均幀率為29.7幀，但在播放過程中該視頻存在停頓、跳躍等異常現(xiàn)象，即視頻存在多幀及丟幀現(xiàn)象，翻拍設(shè)備的幀率大于原始視頻幀率，選取正常行駛車輛對(duì)其行駛軌跡進(jìn)行逐幀跟蹤后對(duì)視頻幀率進(jìn)行校準(zhǔn)，在正常行駛貨車前端車身特征點(diǎn)處每隔一幀設(shè)置一條標(biāo)線，直至標(biāo)記結(jié)束，1 s內(nèi)視頻圖像經(jīng)歷32幀，其中多幀為5幀，實(shí)際有效幀為25幀，標(biāo)線1至25的幀間像素差幾乎均勻一致，故25幀有效幀內(nèi)不存在掉幀現(xiàn)象，之后在正常行駛的摩托車車輪前端點(diǎn)處、后輪后端點(diǎn)處及貨車在地面倒影的后端點(diǎn)處每隔一幀設(shè)置一條標(biāo)線，直至標(biāo)記結(jié)束（如圖6所示），1 s內(nèi)經(jīng)歷25幀，其中多幀為4幀，掉幀為1幀，實(shí)際有效幀為21幀，標(biāo)線26至47的幀間像素差除掉幀處外幾乎均勻一致（如圖6所示），2 s內(nèi)的實(shí)際有效幀數(shù)為46幀，故該監(jiān)控視頻的原始幀率為46/2幀，幀率為23幀。

上述計(jì)算中以目標(biāo)車輛前后輪接地點(diǎn)之間的距離為標(biāo)尺，利用運(yùn)動(dòng)軌跡跟蹤坐標(biāo)值，使用時(shí)間差分（插值）法計(jì)算該車運(yùn)動(dòng)過一個(gè)標(biāo)尺的時(shí)間t，根據(jù)公式v=s/t，計(jì)算出運(yùn)動(dòng)過一個(gè)標(biāo)定時(shí)間的平均速度。用這種方法，可以計(jì)算出一組平均速度，將計(jì)算數(shù)據(jù)建立時(shí)間坐標(biāo)可繪制時(shí)間?速度散點(diǎn)圖（如圖7所示）。

根據(jù)計(jì)算數(shù)據(jù)，目標(biāo)摩托車肇事前在視頻圖像顯示時(shí)間：21分12.24秒至12.52秒時(shí)段處于勻速行駛狀態(tài)，車速約為25 km/h。

6 結(jié)語

該文在研究翻拍視頻幀率變化規(guī)律的基礎(chǔ)上提出視頻車速計(jì)算分析方法。方法涵蓋了不同幀率設(shè)備翻拍不同目標(biāo)車輛車速，涵蓋了移動(dòng)及固定標(biāo)尺算法，且使用車載速度儀對(duì)計(jì)算結(jié)果的準(zhǔn)確性進(jìn)行驗(yàn)證，誤差率最大在6%以下，驗(yàn)證結(jié)果及總結(jié)的規(guī)律真實(shí)、科學(xué)，為翻拍視頻車速計(jì)算在理論研究上提出了科學(xué)的解決方法，實(shí)現(xiàn)了視頻車速計(jì)算領(lǐng)域的理論創(chuàng)新突破，使視頻車速計(jì)算方法的適用領(lǐng)域得到了進(jìn)一步拓展。

參考文獻(xiàn)

[1]北京市公安局公安交通管理局. 基于視頻圖像的車輛行駛速度技術(shù)鑒定： GA/T 1133—2014[S]. 北京：中國標(biāo)準(zhǔn)出版社， 2014.

[2]云南省道路交通管理科學(xué)技術(shù)研究所， 云南省交通科學(xué)研究所， 云南云通司法鑒定中心. 基于視頻圖像的道路交通事故分析方法： DB53/T 806—2016[S]. 昆明：云南省質(zhì)量技術(shù)監(jiān)督局， 2016.

[3]樊少軍， 黃磊， 楊存義， 等. 基于視頻計(jì)算車速的數(shù)據(jù)處理與事故深度分析[J]. 公路交通科技（應(yīng)用技術(shù)版）， 2015（3）： 291-294.