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      1. 城市道路監控當中的電子警察系統

        2009-01-16 13:39:00 來源:中國自動化網
        安全自動化雜志征稿

        在計算機技術飛速發展的今天,安防這個有歷史悠久的行業已經成為熱門行業。盡管安防行業的產值還遠不能與冶金、電力、電信、石油、化工、機械等幾大行業相比,但它與IT、ITS智能交通等其它學科技術越來越多地融合,并以每年25%左右的發展速度顯示了美好的未來。

            隨著城市道路監控技術和ITS智能交通技術的發展和融合,“電子警察”已經成為緩解交通緊張、降低交通事故和隱患體現科技強警的一項重要舉措。電子警察執法處罰系統具有高技術含量,可以對“超速、逆行、闖紅燈、禁停、壓黃線、搶占公交車道等一系列違章現象進行準確、穩定、自動、全天候的監控、執法和處罰。電子警察的出現可以大大緩解因違章行為導致交通事故增加與警力少和警務人員勞動強度大的矛盾,有效抑制的由于人為違章引起的交通事故。電子警察在國內一些大中城市經過近幾年的廣泛應用,技術已經很成熟,由早期單一的闖紅燈抓拍演變為多項違章內容及車流量、排隊長度、等待時間、車道占有率、平均速度等交通信息統計分析的監控系統。時下城市交通電子警察主要包括:機動車闖紅燈違章視頻監測系統、機動車超速監測系統、逆行禁行車輛監測系統、公交車道監測系統、非機動車道行車監測系統、壓雙黃線監測系統、緊急停車帶行車監測系統、移動式車輛稽查系統、智能化多媒體網絡車牌識別系統、車流量監測系統等等。

            電子警察主要的核心部分是車輛檢測技術、機動車車牌識別技術和視頻攝像部分。

        車輛視頻檢測技術
            目前在各城市電子警察中主要使用的車輛檢測器是線圈感應器和視頻檢測器。地埋感應線圈檢測器因其可靠性高,準確率較高,而且價格低,在前幾年一直在被廣泛使用,但隨著電子技術的發展,大規模、超大規模集成電路的發展,功能強大的數字處理芯片的出現,車輛視頻檢測技術取得突破并發展的相當成熟。與線圈檢測技術相比所具有的優越性和高性價比已漸漸得到業內人士的公認,代表了未來車輛檢測領域的發展和應用方向。

            視頻車輛檢測器是一種基于視頻圖像分析和計算機視覺技術對路面車輛運行情況進行檢測分析的集成系統。它能實時分析輸入的交通圖像,跟蹤圖像中的車輛,獲得各種交通數據。

        視頻車輛檢測器的主要優勢:
        1、采用全景攝像機作為視頻傳感器,它無需切割破壞路面,乃至鋪設很長的線圈饋線電纜,最大程度的縮短了封閉道路的時間。另外,視頻虛擬線圈的位置可以根據需要任意放置,而感應線圈安裝在一個位置后就不能根據路況的變化而任意移動,否則重復切割路面會嚴重影響道路的使用壽命。
        2、視頻虛擬線圈的位置擺放可以根據路況任意調整,其線圈功能屬性也可以根據需要進行設置,如:存在、延時、延遲、脈沖和計數。選用不同屬性的線圈可以實現不同的控制需求,每路視頻圖像可以設置多個這樣的虛擬線圈。
        3、感應線圈的壽命大約在2-5年(根據交通量及路面溫度而定),而視頻檢測器的使用壽命要超過10年。 [nextpage]
        4、采用了數字信號處理技術(DSP)和先進算法,視頻檢測能夠面對路面反光、車輛陰影、惡劣氣候及各種光照條件的挑戰,它都能夠精確、可靠檢測數據,真正實現全天候的檢測控制。
        示意圖

            車輛視頻檢測技術在交通信息采集、統計、分析方面應用最為復雜,這種視頻交通檢測器采用視頻處理與識別技術而構造的觀測站,能夠自動提取若干交通流參數,自動分類車型,并能檢測一般交通事故和其他特殊交通事故。該檢測器可安裝于公路交通干道或重要交通觀測點,用于替代傳統的交通觀測站。此外,在闖紅燈、超速、禁行移動電子警察系統中,都采用視頻車輛檢測技術,而傳統的地埋感應線圈正在被取代。

        車牌識別技術
            車牌識別作為交通監控的核心技術,應用在多項子系統中,如闖紅燈監測系統、超速監測系統、逆行監測系統、禁行監測系統、公交車道監測系統、非機動車道行車監測系統、壓雙黃線監測系統、緊急停車帶行車監測系統、移動式車輛稽查系統等等。智能化多媒體網絡車牌識別系統廣泛應用在過往車輛自動登記、驗證,公路收費,車輛安全核查,小區、停車場管理等方面。

            系統采用視頻實時觸發方式進行檢測抓拍,能夠自動偵測、準確識別及驗證行駛或停泊中車輛的整車車牌號碼。可對已抓拍圖像與數據庫資料及時進行比對,當發現應攔截車輛時,系統能在本地機和中心機上及時報警。系統采用先進的模糊圖像處理技術,通過程序能很好的實現對于車牌的整體傾斜、車牌的文字傾斜、車牌的污損和模糊等的處理,將人眼都很難辨別的車牌號識別出來。

            車牌識別的流程可分為車牌定位、車牌預處理、字符分割和字符識別四個步驟。
        圖1車牌識別流程

        系統實現功能和技術特點
        ?準確識別不同地區及各種類型的車牌號碼。
        ?采用圖像自動觸發方式,不需要其他外在觸發機制。
        ?自動完成車輛記數,車流量統計。
        ?對已抓拍圖像能與數據庫資料及時進行比對,當發現應攔截車輛時,在本地機和中心機上及時。
        ?內置的數據庫管理軟件能存儲、搜索及整理車輛資料,能自動備份數據并完成統計報告。
        ?在網絡的環境下實現各地的數據同步,可實時監控前端系統的運行狀況。
        ?對運動速度在180公里/小時以下的汽車車牌進行自動識別。[nextpage]
        ?在良好光照條件下,車牌識別率不低于96%,在陰雨天、夜間人工光照條件下,車牌識別率不低于90%。
        ?系統能夠識別的車牌類型包括:普通民用汽車車牌、軍用汽車車牌(含武警車牌)、警用汽車車牌
        ?系統能夠識別車輛類型,繪制出車輛的三維圖像。
        ?抓拍圖像的時間小于0.03秒,識別圖像的時間小于0.2秒。
        ?系統適應全天候條件下工作。

        攝像系統
            作為電子警察的眼睛,攝像機是視頻電子警察最常用的拍攝工具,其性能穩定,圖像傳輸方便。電子警察所用攝像機主要是全景攝像機和特寫攝像機,攝像機的選用需要根據實際應用環境來決定。首先要考慮兩點:一是攝像機性能,攝像機性能的好壞直接關系到在各種條件下能否拍攝出清晰畫面,在夜間能否看清車牌,所拍圖像色彩是否真實,滿足使用要求;二是攝像機的可靠性,攝像機要在可能發生的各種惡略環境下長期穩定工作,保證圖像質量不惡化,故障率低。

            道路監控攝像機都安裝在很高的桿子上,安裝、調試、維修都需要高架車,還要影響正常的交通,如果攝像機故障率高,其售后維修服務費高,還要影響工程商的信譽。

            全景攝像機可以選用1/3CCD彩色攝像機、1/2CCD彩色攝像機,通常使用較多的是1/2CCD道路監控彩色攝像機,這種攝像機有照度低、視角廣、色彩好、信噪比高、背光補償好等特點。在攝像機的選擇上是性能和價格是成正比的,如果對圖像色彩、清晰度、信噪比、照度等指標要求較高或當地道路環境光線較暗一般攝像機無法拍攝出滿足要求的圖像,就需要選用高檔攝像機。

            特寫攝像機主要在車牌識別中看清車輛牌照,這類攝像機可選種類較多,如:1/2CCD攝像機,1/3CCD攝像機加補光系統,1/4CCD一體化攝像機加補光系統。根據對圖像質量要求和應用環境的差異,設計上選用不同的攝像機。
        1、夜間道路照明很好,可以選擇攝像機種類較多,如低照度1/3CCD攝像機加少量LED燈補光或選用1/2CCD低照度色彩攝像機或一體化攝像機加補光燈。如果你要拍清車牌還要看清車體顏色,還要低信噪高清晰圖像,只能選用高檔攝像機。
        2、道路光線較暗,一般攝像機需要功率較大的補光源,除能拍清牌照外,圖像中車體輪廓和色彩較差,噪波點多。若采用1/2CCD低照度攝像機加補光燈,可以得到較好效果。
        3、道路光線很暗并需要識別前車牌照,如城市出入口、社區出入口、大廈出入口等地。由于車前燈較亮,環境光線很暗,光照反差較大,很強的垂直光斑,拍清車牌需要輔助光源,攝像機的選擇也很苛刻。如果需要遠距離補光拍攝既要拍清車牌還要看清車輛輪廓顏色,這不僅需要1/2CCD高清晰、低照度、高信噪比、很好背光補償的攝像機,還需要經驗豐富的工程技術人員的反復調試。
        4、在道路監控工程中,經常還會發生攝像機夜間參數調整好圖像滿足要求,白天效果很差,或按照公路朝向會發生強逆光現象,這時攝像機在某一固定參數下,無法保證每個時間段拍攝出滿意的圖片。根據工程中實際需求,一種智能車牌識別攝像機已經問世,它可以根據監控現場光線變化情況自動調整攝像機參數、補光燈開啟、補光燈強度等實現全智能控制,從而達到最佳效果。 [nextpage]

            無論是全景還是特寫攝像機的選擇,都需滿足最低的技術指標。如果要追求更好的視頻效果或滿足特殊的需求,就需要選擇高性能攝像機。

            日本池上公司ICD-828P1/2CCD彩色道路監控攝像機,在1/2CCD攝像機中是較優秀的,這款應用了專業廣播級技術的攝像機具有水平分辨率530線,垂直光斑指標為-126dB(池上廣播級攝像機為-135dB)。在監控攝像機中很少看到垂直光斑這項指標,其實光斑是CCD傳感器的一個特性,在傳感器中沒有任何東西阻止強光穿射的曝光和在CCD上產生更多的電子,結果是在圖像中強烈的光出現時通常垂直斑紋也出現,在圖像中遮蓋了相關的細節。該款攝像機的最低照度是0.15Lux/F1.4/50IRE/AGCON,信噪比大于52dB。在公安部安全與警用產品質量檢測中心檢測的2臺產品最低照度為0.11Lux/F1.4/50IRE/AGCON和0.09Lux,信噪比為57dB和59dB,而專業廣播電視攝像機信噪比在60~65dB。為便于工程商安裝調試攝像機,池上特有的遠程遙控器RCU-701可使調試人員無需高空作業,在施工現場很方便地調試攝像機參數。無論從技術指標還是實際應用的效果看,池上這款道路監控像機得到廣泛好評。

            針對于復雜應用環境設計的智能車牌識別攝像機,它主要由帶有RS-485或RS-232接口的一體化攝像機、1/2CCD攝像機,低功耗LED補光燈,智能控制板組成。

            攝像機是針對監控需求設計的,如果讓攝像機自行調節曝光強度,只能是依據圖像中某一固定區域的平均亮度進行調節,調節方式一般是固定的、非智能化的方式。在陰天時,陽光透過云層散射后光照很均勻,上午和下午、東西向和南北向沒有多少差別,攝像機拍到的車輛、路面、景物都會非常清晰。晴天時,陽光直射到路面上、車身上就產生了逆光、直射光的問題。逆光情況下,拍攝方向與陽光照射方向相反,拍攝到的路面、背景較清晰,而車牌區域的對比度很差不利于識別。直射光情況下,拍攝方向與陽光照射方向相同,拍攝到的車牌區域很亮導致字符筆劃較粗、相互粘連,而且我國的車牌都采用反光漆,有些時候會出現鏡面反射,無法看清車牌號碼。另外,車體表面的反光產生的亮線、光暈也會對識別造成影響。車牌識別多數用于識別運動中的車輛,車牌區域在整個圖像中是不固定的,普通攝像機無法根據車牌區域進行調節。

            夜間環境下車輛開啟車燈,普通攝像機受大燈的影響減弱曝光強度造成圖像車牌區域很暗、無法看清號碼,車大燈的光線還可能形成大面積光暈遮擋車牌區域。夜晚也不能使用燈光太強的補光設備,那樣會影響司機視覺,存在安全隱患。

            智能車牌識別攝像機能分析的圖像整體亮度和車牌區域亮度智能地調整攝像機的光圈、快門、增益等曝光參數。它可以動態跟蹤光線的變化,無論何時、何種光線條件下都能采集到盡量清晰的有利于識別的圖像。環境光較弱時攝像補光單元可自動開啟補光燈進行主動補光。

            這種可以選擇規格的攝像機、不同形式的補光燈利用控制板組合成滿足多種需求的智能車牌識別攝像機。SB-01是一款由SONY一體化機芯,5W的LED點陣補光燈,控制板組成的智能車牌識別攝像機。它已經應用于多項道路監控工程,解決了很多疑難問題。 [nextpage]

        電子警察的應用
            電子警察在很多城市近幾年的應用中取得了非常好的成效,它的發展已經從大中城市到中小城市,發展速度非常快并已經成為安防行業的主要增長點。現在電子警察技術已經很成熟,高清電子警察系統已經開始在一些城市應用,不同的城市可以根據實際情況選用適合自己的方案。

            一些中小城市主要路口少,監控點少,這些監控點距離控制中心近,這樣可以從監控點到監控中心直接敷設光纜線,將監控點的視頻信號直接傳輸到監控室。電子警察系統由于有視頻虛擬線圈檢測功能,可以將控制主機直接安放在控制中心,這種方式使前端攝像機即可用于道路監控又可用于電子警察檢測取證。將電子警察系統安放在監控中心,對控制主機的要求降低,系統維護、維修成本降低,同時對于資金緊張的項目,可以用一套電子警察系統通過人工切換對多個路口進行輪流使用,這樣即可對經常違章的駕駛員有震懾作用,又緩解了資金緊張的矛盾,使監控系統分步完善。這種模式已經在一些地區使用,并取得很好的效果。

            由于各地區氣候環境不同、車輛牌照所用材質不同及其它特殊情況,造成視頻圖像的差異。這就意味著某個電子警察系統在甲地使用效果很好,在乙地使用效果不好,另外每個地區交警部門可能根據實際需求提出一些新要求。對于一個較為成熟的電子警察系統,應該能滿足大多數需求,同時能很方便地修改調整軟件系統,滿足用戶的需求。

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        [責任編輯:ally]

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