高清視頻檢測 卡口智能監(jiān)測系統(tǒng)技術方案目 錄第 1章 前言- 4 -1.1 引言- 4 -1.2 建設目標- 5 -1.3 設計依據- 7 -1.4 設計原則- 8 -第 2章 總體設計- 10 -2.1 技術設計- 10 -2.2 結構設計- 12 -3.1 前端系統(tǒng)結構- 23 -3.2 工作原理- 25 -3.3 子系統(tǒng)詳解- 26 -3.4 傳輸系統(tǒng)- 45 -3.5 設備選型- 45 -第4章 功能與特點- 53 -4.1 系統(tǒng)功能- 53 -4.2 系統(tǒng)特點- 62 -4.3 整體技術指標- 64 -第 5章 中心設計- 66 -5.1 卡口管理系統(tǒng)簡介- 66 -5.2 中心接收軟件- 72 -5.3 開放接口- 73 -第 6章 戶外工程- 75 -6.1 挑臂桿設計- 75 -6.2 桿件基礎設計- 77 -6.3 主機柜設計- 79 -6.4 機箱基礎設計- 80 -6.5 窨井設計- 81 -6.6 管道敷設設計- 82 -6.7 防雷設計- 83 -第 7章 違法圖片- 84 -7.2 白天照片- 87 -第 1章 前言 1.1 引言 隨著全國公路交通建設的快速發(fā)展和機動車輛的普及，與道路和機動車輛相關的刑事和治安案件逐年上升，特別是經由城際公路網進行的肇事逃逸、盜搶機動車輛、車輛走私等更是日益猖獗,這不僅給社會治安造成了極大的威脅，同時也破壞了安定團結的政治局面，因而引起了國家有關部委的高度重視，平安大道 計劃也應運而生。但這類以其大范圍、流動性和快速性為特點的刑事案件給公安部門的偵察工作增加了難度，也提出了更高的要求。 公路車輛智能監(jiān)測記錄系統(tǒng)（又稱號牌自動識別監(jiān)測記錄系統(tǒng)或公路治安卡口系統(tǒng)，簡稱治安卡口系統(tǒng)），是智能交通系統(tǒng)的一個重要的組成部分?？谙到y(tǒng)利用先進的視頻、通訊、微機控制、網絡、圖像處理、信息處理等技術實現對監(jiān)控路面的車輛通過時間、地點、車速、行駛方向、號牌號碼、號牌顏色、車輛圖像等車輛信息進行自動采集和處理，并通過動態(tài)布控和車牌自動識別技術對被盜搶、肇事逃逸、作案嫌疑車輛以及超速等違章行為進行自動實時的本地或異地報警，而且可通過對運行車輛的構成、流量分布、違章情況進行常年不間斷的記錄與分析，為交通規(guī)劃、交通管理、道路養(yǎng)護部門提供重要的基礎和運行數據。 公路車輛智能監(jiān)測記錄系統(tǒng)作為智能交通的一個重要組成部分，主要應用于城市治安卡口、城市重要路段路面監(jiān)控、高速公路路面監(jiān)控，實現道路安全管理的智能化和自動化。 公路車輛智能監(jiān)測記錄系統(tǒng)安裝在高速公路的路段上可以對車輛進行實時監(jiān)控、軌跡跟蹤，實現不停車收費，與測速雷達或者稱重裝置配合使用，能夠完成超速、超載治理；公路車輛智能監(jiān)測記錄系統(tǒng)安裝在城市的進出的交通要道上，可以對通行的車輛的車牌號、行駛方向、路經時間等各種參數自動記錄，同時采集保存車輛圖像，送入后端數據庫，隨時掌握城市各出入口的車輛流量及狀態(tài)，還能進行車輛動態(tài)布控，對超速、逆行等違章車輛以及被盜搶、肇事逃逸、作案嫌疑車輛實時報警，而且還可以監(jiān)測到被盜車輛或罪犯所乘車輛進出城市時間以及行駛路線狀況，為快速偵破案件提供科學、有效的依據。 我公司基于標清版卡口系統(tǒng)開發(fā)的全新高清嵌入式卡口系統(tǒng)，應用我公司領先的車牌識別技術、視頻檢測等核心技術，擁有完全的自主知識產權。該系統(tǒng)不僅能夠抓拍高清晰的車牌圖像還能夠抓拍高清晰的車輛全景圖圖像和司乘人員面部圖像，為交管部門和公安部門加強管理提供了豐富的信息，同時該系統(tǒng)的識別率和抓拍率均高于基于普通攝像機的卡口系統(tǒng)。 該系統(tǒng)可應用于道路特定場所入收費站、城市出入口或治安檢查站等治安卡口及重點治安地段，對所有通過該監(jiān)控路面的機動車輛進行全天候實時采集和處理。該系統(tǒng)可自動識別過往車輛的車牌號碼和車牌顏色等車牌特征，自動核對黑、白、紅名單庫，驗證車輛的合法性，自動報警，并可對路口情況進行監(jiān)控和管理，如出入車輛統(tǒng)計和監(jiān)控，極大地提高了車輛管理的自動化和智能化程度。 1.2 建設目標 l 采用視頻攝像機抓拍技術，能全天候 24 小時不間斷地對出城車輛自動進行實時監(jiān)測抓拍，實時自動識別機動車輛牌照號碼，并記錄顯示車輛號牌的圖片。將圖像存儲到磁盤相應目錄下,車輛通過的信息寫入相關數據庫,并在全景圖像中標明車輛通行數據,如時間、地點、車型、車輛號牌、車牌顏色、車速、方向等。 l 采取循環(huán)覆蓋技術，單套系統(tǒng)存儲車輛不低于 80 萬輛。當超出 80 萬輛車時，自動對最前面的圖片數據依次進行覆蓋，整個系統(tǒng)始終保留至少80萬輛車的圖像，并采用通用的JPEG壓縮圖像。 l 拍攝車速160km/h，拍攝范圍兩個車道，完全覆蓋整條道路的橫截面； 道路總寬為二車道（一來一往），不按道行駛、越中線和騎中線行駛的車輛均能準確抓拍、識別等，有效地解決沒有采用中間物理隔離時壓線或跨中線行駛車輛的車牌抓拍問題 l 系統(tǒng)能測出通行汽車的速度，具備分地點、分車型設置限速值的功能。測速信息與本地限速值比較，一旦發(fā)現車輛超速，系統(tǒng)立即自動向指揮中心發(fā)送包含車輛圖像的主要特征信息，供交警非現場實時執(zhí)法 l 實時對通過車輛進行車牌識別與實時黑名單進行比對。自動將識別車輛號牌與布控車輛數據庫的黑名單進行匹配比對,發(fā)現可疑車輛時，實時報警提示； 當報警發(fā)生時，自動將報警信息上傳給指揮中心，同時以聲音、圖形及文字的方式提示中心值班人員，直到人員干預解除報警，所有報警信息同時生成日志記錄到數據庫中，方便以后查詢和檢索 l 指揮中心進行布（撤）控時，布控軟件可以靈活使用統(tǒng)一或選擇性布（撤）控的方式。布控車輛號牌的匹配可設置成精確匹配或 4 位以上字母數字的模糊匹配，以適應車牌識別難以做到 100%精確的客觀情況，提高嫌疑車輛通過時報警的命中率。 l 對過往車輛歷史記錄查詢，可根據權限查詢卡口的通行車輛信息，查詢條件可根據時段、地點、車牌、車型、速度進行查詢，車牌號碼可以給出少數幾位（號碼可以是連續(xù)的，也可以間斷不連續(xù)的，如 01？34 或？12？4 等等），從而進行模糊匹配查詢。 l 基于 WEB 的車輛查詢，可通過瀏覽器查詢通過車輛圖片和數據信息，并可進行流量統(tǒng)計查詢。 l 基于 WEB 的通過車輛瀏覽監(jiān)控，可在瀏覽器界面上實時瀏覽通過車輛的圖片及數據 l 輔助光源（夜間補光燈）能適應環(huán)境，適時自動開啟或關閉輔助光源，并具備很強的抗光干擾能力，如汽車燈光及其他一切外界干擾光源。采用的光源無污染。 1.3 設計依據 公路車輛智能監(jiān)測記錄系統(tǒng)通用技術條件GA/T4972009 闖紅燈自動記錄系統(tǒng)通用技術條件GA/T496-2009 民用閉路監(jiān)視電視系統(tǒng)工程技術規(guī)范GB/T 50198 機動車測速儀GB/T212552007 自動記錄儀技術規(guī)范 電氣裝置安裝工程電纜線路施工及驗收規(guī)范GB50168-92 安全防范系統(tǒng)驗收規(guī)則GA 308-2001 城市監(jiān)控報警 網系統(tǒng)通用技術要求GA/T669-2006 中華人民共和國道路交通安全法GB2004.5.1 中華人民共和國道路交通安全法實施條例 2001 年全國城市交通管理暢通工程總體方案 公路交通安全設施設計技術規(guī)范（JTJ 074-2003） 預防道路交通事故五整頓三加強實施意見公通字200433 號 關于進一步加強路面行車秩序整頓工作的通知公交管2004110 號 機動車、駕駛員及違法管理等相關數據庫規(guī)范 2004 版 安防視頻監(jiān)控系統(tǒng)技術要求GA/T 367-2001 安全防范工程程序與要求GA/T75-94 中華人民共和國公共安全行業(yè)標準GA38-92 中國電氣裝置安裝工程施工及驗收規(guī)范GBJ232-90.92 電力工程電纜設計規(guī)范GB50217-94 建筑物防雷設計規(guī)范GB50074-94 雷電電磁脈沖的防護IEC1312-13 通用用電設備配電設計規(guī)范GB50055-93 工業(yè)與民用電力裝置的接地設計規(guī)范GBJ65-83 工業(yè)計算機監(jiān)控系統(tǒng)抗干擾技術規(guī)范CECS81-96 1.4 設計原則 本期項目建設堅持以下原則： l 實用性和經濟性 l 先進性和成熟性 l 開放性和標準性 l 擴展性和易維護性 1.4.1 實用性和經濟性 在滿足交警部門對系統(tǒng)的技術要求和使用要求的情況下，充分考慮系統(tǒng)的實用性，使系統(tǒng)的功能盡可能地完善并充分加以利用。 考慮到系統(tǒng)安裝方便，車輛檢測采用視頻車輛檢測技術。 具有車輛號牌實時自動識別功能，降低警力工作強度。 建設智能卡口抓拍系統(tǒng)，技術優(yōu)先，兼顧價格，選擇較高性價比的產品。 1.4.2 先進性和成熟性 采用國內外成熟的、先進的軟件開發(fā)與集成技術，且兼顧未來的發(fā)展趨勢，既量力而行，又適當超前；目前我公司提供的軟件、硬件產品在國內多個城市使用，具有較好的應用領域和較大的用戶市場，在技術方面處于領先地位，保證系統(tǒng)的不斷升級和更新的需要。 系統(tǒng)建設充分考慮采用先進而又成熟的技術（如嵌入式 DSP 技術、視頻檢測技術、號牌識別技術、數據庫技術、數據融合技術、網絡技術、多媒體技術等）、先進的體系結構、先進的軟硬件選型，既能保證實用成熟，又能適應未來的業(yè)務發(fā)展和技術的更新要求。 1.4.3 開放性和標準性 具有良好的開放性，在軟件設計規(guī)范方面，嚴格遵守最新的國際標準、國家標準和行業(yè)標準。可以與其它相關系統(tǒng)聯網和通訊；可配置多種數據傳輸接口，并且對外提供標準的數據接口，支持標準的應用開發(fā)平臺，系統(tǒng)軟硬件平臺的良好擴容、擴展能力，可方便地與外部設備/系統(tǒng)連接。 1.5.4 擴展性和易維護性 整體統(tǒng)籌規(guī)劃、統(tǒng)一標準、注重實效；該系統(tǒng)須具有良好的擴充能力，可以根據不斷增長的業(yè)務處理需要，很容易地進行系統(tǒng)功能的調整和升級、接入設備（系統(tǒng)）和網絡規(guī)模的擴充。同時所采用的設備和技術結合了的具體情況，充分考慮到將來的操作和維護，以及人體結構特征及視覺特征進行優(yōu)化設計，界面美觀大方，易于掌握，操作簡便實用。 第 2章 總體設計 2.1 技術設計2.1.1 成像器件：高清 200 萬 CCD 攝像機 在高清公路車輛智能監(jiān)測記錄系統(tǒng)（俗稱卡口）中，行業(yè)內主路的選擇是 140 萬 CCD 攝像機?？紤]到要看清前排駕駛室人面部，本套方案中我們選用200 萬 CCD 彩色網絡攝像機，其成像逼真、穩(wěn)定可靠、性價比高。 因其采用以太網數據傳輸，組網方式方便，控制主機即可考慮放置前端，也可考放置中心集中管理。200 萬 CCD 攝像機其實際有效分辨率最大為 16001200點，單幅圖片可以清晰看到車牌號碼、車型、車身顏色、前排駕駛室人臉等。因此摒棄了傳統(tǒng)標清模擬攝像機采用遠近景結合的做法，大大提高了成像質量。標準配置是每車道1臺200 萬 CCD 攝像機，為高精度的車輛檢測率、號牌識別率提供必要條件。 2.1.2 車輛檢測：高清動態(tài)跟蹤視頻檢測 我們采用單臺 200 萬 CCD 攝像機既用與成像，又用于視頻車輛檢測。 我公司采用視頻車輛檢測技術，結合了車牌與車輛輪廓雙重校驗機制，確保車輛檢測精度。通過 200 萬高清攝像機連續(xù)生成圖片，然后通過逐張圖片進行比較分析。若圖片背景發(fā)生變化后，啟動車牌查找，若找到車牌即鎖定車牌進行車輛跟蹤，對整個車輛行駛軌跡作出分析和判斷；若沒有找到車牌，即對物體輪廓進行跟蹤，直至車輛消失視野范圍 2.1.3 測速方式：視頻測速 在卡口系統(tǒng)中傳統(tǒng)常用的速度檢測方式主要是線圈，本方案考慮的到線圈的施工難度大、故障率高，因此我們選用視頻軟件測速方式。視頻軟件測速是指不接入任何的測速設備，通過車輛在屏幕里移動的幀數、時間，以及屏幕移動距離和實際距離的對照關系，來計算車輛的實際移動速度。在獲取的圖片中標定8個控制點，實地測量這些控制點的空間距離，保存后程序能自動算出測距矩陣。通過測距矩陣和視頻中車輛的實際行駛軌跡、時間等，準確計算車輛的實際行駛速度。此種方法由于測速距離較長，計算出來的速度較為精確，但測量過程較為復雜，對空間坐標測量的準確性有較大要求。 2.1.4 控制主機：嵌入式 DSP 主機 控制主機實現對檢測部分采集的數據進行運算處理，觸發(fā)拍攝部分進行抓拍、壓縮記錄數據、號牌識別、實施網絡數據傳輸等。目前行業(yè)大多采用工控機來實現，兼容性、風扇、Windows 操作系統(tǒng)、病毒都是工控機存在的不穩(wěn)定因素。 我公司基于城市交通對卡口系統(tǒng)的高標準需求，完全為交通行業(yè)量身定制了 一款嵌入式 DSP主機，采用最先進的數字處理技術，將控制系統(tǒng)完全固化到電子芯片中，屬于純硬件抓拍系統(tǒng)，在提高系統(tǒng)穩(wěn)定性的同時，也大大提高系統(tǒng)的抓拍效力。嵌入式 DSP 主機與高清攝像機配套使用，每個高清攝像機對應1臺DSP主機。 2.1.5 補光方式：LED 補光燈防眩頻閃燈 為了保證卡口系統(tǒng)能夠全天候提供清晰可見的違法圖片，考慮到卡口點夜間光照較差，我們需要在夜間對環(huán)境進行補光，我們量身定制了一款 LED 補光燈，用于車輛檢測和車牌識別補光。這種補光燈可以與我們的高清攝像機進行同步控制，提供連續(xù)的高速連續(xù)閃光。我們用肉眼看去是一個常亮的補光燈，但實際其在快速閃爍。這樣的做法既避免了對司機行人等眼睛造成傷害，又可以達到節(jié)能目的，同時延長了補光燈的使用壽命，取得了理想的補光效果。選用 LED 發(fā)光二極管作為補光燈，其使用壽命可以達到 10 年以上，以保障整個系統(tǒng)的長期穩(wěn)定性。LED 補光燈與攝像機配套使用，每車道 1 臺 LED 補光燈。 根據業(yè)主要求，捕獲的車輛圖片中能夠看清前排乘客面部及衣著，因此我們在 LED 補光燈的基礎上，增加高頻防眩頻閃燈，此種頻閃燈閃光時間短、回電時間快、1500 萬次的閃光壽命，能夠保證長期穩(wěn)定地野外工作。此種頻閃燈的閃光時間短，對人眼的影響低，不宜引起司機的注意。防眩頻閃燈與攝像機配套，每車道配置 1 臺防眩頻閃燈。 2.1.6 存儲傳輸：硬盤存儲、光纖傳輸 由于卡口系統(tǒng)需要對所有經過的車輛進行記錄，同時系統(tǒng)還具備高清錄像功能，因此有大量需要處理的圖片數據，所以目前用硬盤作為本地數據的暫存是首選。我們?yōu)橄到y(tǒng)配置了 500G 的硬盤。通信線路采用租用當地電信、移動等通信供應商的光纖線路?？跀祿?DSP 主機中存儲的同時，直接通過光纖傳送到中心。 2.2 結構設計 闖紅燈抓拍系統(tǒng)可分為前端系統(tǒng)、傳輸系統(tǒng)和中心（后端）系統(tǒng)三部分，其系統(tǒng)結構如圖所示： 2.2.1 前端系統(tǒng) 前端系統(tǒng)負責完成對通行車輛的抓拍和號牌的識別，并將抓拍的圖片和相關的信息（時間、地點、車牌號碼、車牌圖片等）送回指揮中心的后端系統(tǒng)服務器。 前端主要設備由嵌入式 DSP 抓拍識別主機、路口交換機、高清200萬CCD攝像機、LED 補光燈、補光燈控制板、防眩頻閃燈等組成。 2.2.2 傳輸系統(tǒng) 傳輸系統(tǒng)由光纖網絡及光端機等組成，負責連接前端系統(tǒng)和后端系統(tǒng)。這部分負責采集數據以及控制命令的傳輸。 2.2.3 中心系統(tǒng) 中心系統(tǒng)在收到前端系統(tǒng)采集的基本信息之后，根據不同的需求，對這些信息進行相應的處理，例如：對卡口前端系統(tǒng)送來的違法車輛圖片進行相應的處理等。總之，后端系統(tǒng)負責對前端系統(tǒng)已經采集并傳送到指揮中心的交通數據進行相關的后臺處理。 中心系統(tǒng)主要由中心交換機、數據服務器、應用服務器、工作站、應用管理軟件等組成。 2.3 系統(tǒng)優(yōu)勢 本公司的高清智能卡口通過對車牌的實時識別以及駕駛人員臉像的記錄，可以迅速地捕獲交通肇事車輛、違章車輛、黑名單車輛等，為快速糾正交通違章行為，快速偵破交通事故逃逸和機動車盜搶案件以及違法責任人的認定提供重要的技術支持，同時也為未來更為先進的自動人像比對、特定人員追蹤定位提供數據準備，對違法犯罪行為構成強大的威懾力。另外還可以通過高清治安卡口對公路運行車輛的構成、流量分布、違章情況進行常年不間斷的自動記錄，為交通規(guī)劃，交通管理，道路養(yǎng)護部門提供重要的基礎信息和數據支持。 本系統(tǒng)成功使用了拍攝高速運動物體的智能快門控制技術、高速成像技術，能清晰地拍攝出 0200 公里/小時高速行駛的車輛，并且采用了智能脈沖頻閃設備，可以使得系統(tǒng)的閃光對駕駛人員的影響降至最低。 2.3.1 采用嵌入式 DSP 設備 控制主機選用當前流行的最先進的嵌入式 DSP 技術，高科技產品，具有高度的穩(wěn)定可靠性，保證無故障時間超過 10000 小時。嵌入式 DSP 設備優(yōu)越性具體如下： l 專業(yè)產品。完全面向特定應用需求，完全為交通量身定制，具有實時要求。 l 接口豐富。嵌入式主機是將先進的計算機技術、半導體工藝、電子技術和通信網絡技術與 各領域的具體應用相結合的產物。 l 處理速度快。嵌入式主機的硬件和軟件都必須高效率地設計，在保證穩(wěn)定、安全、可靠的基礎上量體裁衣，去除冗余，力爭在同樣的硅片面積上實現更高的性能。 l 穩(wěn)定性高。為了提高執(zhí)行速度和系統(tǒng)可靠性，嵌入式系統(tǒng)中的軟件一般都固化在存儲器芯片或處理器的內部存儲器件中，而不存儲于外部的磁盤等載體中。 這種技術可以使抓拍前端不安裝工控機，使系統(tǒng)維護變得簡單、方便。嵌入式設備，無需操作系統(tǒng)，提高了系統(tǒng)的安全性能。 2.3.2 采用 200 萬像素攝像機，高清晰成像采集 本方案的前端采集部分都選用高清晰攝像機成像（200萬像素），不但可以清楚記錄車輛車頭部分圖像，還可以清晰顯示前排司乘人員的面貌。 攝像機的使用上，本系統(tǒng)全部采用 CCD 進口機芯攝像機，它的掃描系統(tǒng)是采用逐行掃描方式掃描，其采集下來的圖像真實分辨率最大是 1600（H）1200 （V）像素。所選用的攝像機采用色彩還原技術，在對源文件的色彩元素進行非常細致的屬性分析、解碼之后，通過智能整合還原源文件的基本色彩屬性，使畫質達到膠片級水準，真實的重現真彩世界，充分拓展色域的表現，令畫質表現更為精美。攝像系統(tǒng)具備智能調節(jié)系統(tǒng)，可自動調節(jié)圖像的曝光、清除噪點、改善對比度。成像采集為異步觸發(fā)方式，在獨特的補光系統(tǒng)的配合下，前端采集系統(tǒng)可以在任何光線條件下都能產生高質量的圖像，非常有效的改善了目前的成像系統(tǒng)，在同行業(yè)中取得領先。 2.3.3 清晰辨別車輛駕駛人員 本系統(tǒng)采用 200 萬像素攝像機，不僅清晰反映車輛特征，還能清晰辨別駕駛人員面部特征。通過對過往機動車、前排司乘人員臉像記錄，自動比對車牌信息，自動報警各類布控車輛，從而加大進出卡口機動車和駕駛人的查控力度，為查處交通違法嫌疑車輛、交通肇事逃逸車輛、盜搶車輛提供線索和依據，為公安業(yè)務提供信息化和數字化服務。 高清全景圖片 駕駛室圖片 2.3.4 高速攝像技術 采用普通攝像技術用于抓拍高速行駛車輛時，存在許多技術困難：解訣不了精確同步問題；解訣不了高速成像問題，也就是說車速高到一定程度，圖像（特別是車牌圖像）就不清晰，特別是夜間拍不清晰；高速車輛用普通攝像技術實現起來困難重重。 普通攝像機技術的快門速度最慢是 1/50 秒，最快是 1/100000 秒，如果快門速度較慢（小于 1/500 秒）時，運動物體在像機快門動作（曝光）時的位移量會被記錄下來，造成運動物體發(fā)生縱向模糊的現象，即拖尾現象。 一般解訣方法是將快門速度提高至 1/500 秒以上，但同樣的快門白天設置完成后，晚上往往不能兼顧。本方案采用了獲得國家發(fā)明專利的高速攝像技術，最小 5 微秒的曝光時間，保證在車輛高速運行的狀態(tài)下不管白天晚上均能抓拍到清晰的圖像。 本系統(tǒng)采用了智能快門高速攝像技術，能在微秒量級時間內在攝像機 CCD 上成像，清晰地拍攝出所有高速行駛的車輛，克服了上述困難，抓拍高速的行駛車輛的圖片可以保證清晰。采用智能快門高速成像技術來凍結高速行駛車輛的圖像，保證了車牌圖像的清晰度，也將車型、司乘人員面部特征表達的淋漓盡 致，而不會出現圖像拖尾、圖像模糊的情況。 2.3.5 高清視頻測速 傳統(tǒng)的測速方式是線圈、雷達、激光。線圈測速比較準確，但故障率比較高。雷達測速誤差比較大，而且不區(qū)分車道。激光測速比較準確，但激光測速造價很高。本系統(tǒng)采用視頻軟件測速方式，通過測距矩陣和視頻中車輛的實際行駛軌跡、時間等，準確計算車輛的實際行駛速度。此種方法在不需要增加任何外圍硬件設備前提下，通過實地測量距離，填寫空間數據即可計算車輛行駛速度。由于本方法采用三維空間計算法，測速距離在 10 米左右，因此計算出來的速度非常精確。 2.3.6 獨特的補光設計 國省道的夜間光線環(huán)境始終是一個很難解訣的問題。由于大部分點位處于沒有路燈的場合，周圍光線環(huán)境惡劣，即使選用超低照度的高清攝像機，也不能在黑暗的環(huán)境中得到清晰的車輛和車牌信息?？谙到y(tǒng)拍攝大都迎車拍攝，車輛的燈眩光對成像質量影響很大。因此，有效的補光是解訣成像質量的一個關鍵。傳統(tǒng)的補光方式是采用色溫較高的金屬鹵化物燈，由于拍攝高速運行車輛和抑制車頭大燈對圖像的影響，一般會采用高速快門的方式，這樣就需要功率較高的金鹵燈對現場照明，即不經濟也影響駕駛員的視線。 本方案我們采用 LED 補光燈高頻防眩頻頻閃燈。 LED 補光燈： 近幾年 LED 技術的飛躍發(fā)展，因此在城市電子警察補光中逐漸出現了 LED 頻閃燈的身影。我們量身定制了一款 LED 補光燈，用于車牌識別和車輛檢測補光。LED 頻閃燈選用的是高亮度大顆粒 LED 發(fā)光管，其優(yōu)點如下： 優(yōu)點： l 長壽命。因 LED 技術化采用的是工業(yè)級二極管，穩(wěn)定可靠，壽命可達 10 年以上； l 低功耗。在達到理想補光狀況下，所采用的 LED 發(fā)光管的功耗是泛光燈的 1/3； l 對司機及行人沒有影響。肉眼看上去是常亮的，實際是每秒多次快速頻閃，即達到了補光的目的，又不影響交通。 智能窄脈沖頻閃燈 本方案設計，卡口現場不需要長明燈，而是采用智能窄脈沖發(fā)射器進行補光。它能發(fā)出光強和間隔時間可自動控制的脈沖光，清晰獲得車牌、車型、顏色和司乘人員容貌。我公司采用的是具有自主知識產權的窄脈寬高頻補光燈的方式。窄脈寬高頻補光燈能發(fā)出強度可調的微秒量級的脈沖光，是一般頻閃燈閃光持續(xù)時間的幾十分之一到幾百分之一。由于閃光持續(xù)時間很短，因此對司機眼睛的刺激幾乎沒有，同時又能清楚拍攝車牌、車型和司乘人員的容貌。此窄脈寬高頻補光燈能使得連續(xù)的補光間隔時間最小可達幾微妙，最大限度地節(jié)約了電能，在車流較大和車距較窄的極端情況下都能迅速的發(fā)出窄脈沖光。 夜間抓拍圖片 本系統(tǒng)將補光脈沖寬度控制在微秒量級以內，使得系統(tǒng)的閃光對駕駛人員的影響降至最低。即保證了系統(tǒng)的正常運行，又保障了駕駛人員的行駛安全。 2.3.7 視頻檢測技術 本系統(tǒng)視頻車輛檢測技術采用車牌跟蹤和車輛輪廓檢測雙校驗方式，根據捕獲后的圖片，在設定的模擬線圈區(qū)域進行高速逐幀掃描處理，若發(fā)現檢測區(qū)域灰度值發(fā)生變化，開始對車輛號牌進行尋找。找到車輛號牌的話，開始對車輛號牌進行定位及跟蹤；若沒有找到號牌的話，對整個車輛輪廓進行跟蹤。本套高清視頻檢測的優(yōu)點如下： l 采用高清攝像機采集圖像進行檢測，檢測準確率高，不會對一些行人、自行車等的誤判斷，有效過濾了非機動車輛的干擾。 l 逐幀比對檢測：系統(tǒng)可同時捕獲多個百萬像素的有效幀，對每一幀逐幀比對分析， 內部評判機制，確定為動態(tài)車輛并給出識別結果。實時跟蹤， l 多次識別，保證高抓拍率和識別率。特別在夜間、復雜氣候環(huán)境中，依然高識別率。 l 多目標跟蹤：采用我公司的多目標跟蹤與多目標識別技術，可對視頻圖像中的所有目標（車輛）進行檢測、鎖定、跟蹤，并精確描述其運動軌跡，判斷其違法行為。 2.3.8 抓拍跨線、壓線行駛車輛 采用攝像機場景相互疊加，覆蓋視場死角，為了避免車輛從相鄰車道騎線行 駛，兩個車道的攝像機分別得到不完整的車牌，導致識別率下降，系統(tǒng)采取相鄰車道圖像中心線疊加的方式，圖像中心線的直線疊加長度至少為一個車牌的長度：50 厘米，很好的解訣了對壓線行駛車輛的抓拍問題。 通過調整攝像機與車輛觸發(fā)點的距離，使得每臺攝像機都能覆蓋 1.52 個車道，從而保證對于跨中線行駛車輛同樣可以實行抓拍，避免漏車，保證了車輛的高捕捉率。牌照信息也可以保證清晰，如下圖所示： 2.3.9 優(yōu)化的車牌識別算法車牌識別是計算機視覺和模式識別技術在智能交通領域的重要應用課題之一。它是以特定目標為對象的專用計算機視覺系統(tǒng)，該系統(tǒng)能從一幅圖像中自動提取車牌圖像，自動分割字符，進而對分割出的字符圖像進行識別。 通常的牌照識別水平，牌照/視場比例約為 1/6 左右（監(jiān)控視場約 176cm），本技術方案選擇優(yōu)秀的識別算法，努力優(yōu)化牌照/視場比例至 1/8 甚至更小，保證在每車道的高清攝像機視場范圍內，均可捕捉到目標車輛的號牌，并能將該號牌正確識別出來，極大地提高了車輛捕獲率。 系統(tǒng)的邏輯設置合理，檢測程序是抓拍優(yōu)先于車牌識別，只要有過往車輛，就進行抓拍，然后再牌照識別。即使摩托車、拖拉機車型、沒有牌照車輛、車牌有遮擋或嚴重傾斜等也能正常記錄。提供給執(zhí)法管理人員予以備案、查證。 系統(tǒng)車牌識別算法的優(yōu)化主要體現在以下兩方面： 字符優(yōu)化： 車牌定位和切割方法很方便，在取得單個字符圖像后，字符圖像也可能存在字符與邊框相連、字符變形和字符斷裂等情況，為此在真正識別之前需要對字符位圖作進一步的技術處理，如下圖車牌二值圖水平方向腐蝕后明顯有利于圖像分割和識別，但對于黑底和藍底的車牌則適得其反。常用的方法是將用于識別的字符位圖按新的點陣大小重新采樣，然后搜索字符位圖的精確上下左右邊界值， 依照字符位圖的寬高值和新的邊界值重新確定字符 像素點，并排除非字符情況， 如左右邊界值之差過小、上下邊界差過小等情況即認為非字符，用?取代。 結果優(yōu)化： 按照模板匹配算法，可以得到若干個車牌識別結果，從中我們選取字符匹配成功數最多者。如果全部字符匹配成功，則輸出結果肯定準確，而在實際運行的車牌識別系統(tǒng)中即使對字符作了優(yōu)化處理，但仍有部分字符受車牌色差和環(huán)境的影響有識別出錯可能，為此在識別結果中不妨設定最小出現數，如規(guī)定整個車牌中有四位識別正確就給出車牌結果，這樣有利于車牌模糊識別技術的應用。同時，依據我國車牌結構特點還需要進行車牌語法校驗，如民用車牌尾字不存在警字、軍牌格式中不會出現領、港、澳、境、掛、農、拖字、警牌尾字不能出現學、試、領、港、澳、境、掛、農、拖字、警牌首位不能出現軍牌漢字、武警車牌中不能出現民用和軍用車牌漢字等等，這樣可以大大提高車牌正確識別率。 第 3章 前端系統(tǒng)設計 卡口系統(tǒng)的前端作為基本數據采集和處理的系統(tǒng)單元，所采集的數據有：車輛信息（包括車牌號碼、通過的地點、通過的時間、行駛速度、方向、車道）、 車輛連續(xù)過程圖片等。采集這些數據主要通過前端系統(tǒng)的高清攝像機、視頻檢測 技術等。在所要監(jiān)測的路段，每個車道配置 1 臺 200 萬 CCD 高清網絡攝像機，用于拍攝汽車的車頭牌照及行進過程；單臺 CCD 高清攝像機與單臺嵌入式抓拍識別主機通過交換機相連，嵌入式抓拍識別主機用于抓拍控制與處理；每車道配置 1 臺 LED 補光燈和1 臺高頻防眩頻閃燈，用于夜間環(huán)境補光以獲得清晰的圖片信息。 3.1 前端系統(tǒng)結構 前端系統(tǒng)主要是對所有經過車輛進行檢測、速度檢測、車輛抓拍、車輛號牌識別、數據存儲、遠程傳輸等。 按照實現的功能，前端系統(tǒng)主要包括攝像子系統(tǒng)、補光控制子系統(tǒng)、高清視頻車輛檢測子系統(tǒng)（軟件）、視頻測速子系統(tǒng)（軟件）、抓拍控制子系統(tǒng)（軟件）、 號牌識別子系統(tǒng)（軟件）、數據存儲子系統(tǒng)、數據交換子系統(tǒng)等，其系統(tǒng)結構如下： 圖 3-1 前端系統(tǒng)安裝圖 高清攝像機、LED 補光燈、防眩頻閃燈安裝在挑臂橫桿上，距離地面凈高為6 米以上。高清攝像機與補光控制模塊安裝在防護罩里，防護罩安裝在所要監(jiān)控的車道中間中心線的正上方，車輛觸發(fā)點（圖像的中心點）、與立桿的水平距離為 32 米。 嵌入式抓拍識別主機、路口交換機、光端機等設備安裝在設備箱中，高清攝像機的信號通過交換機輸入嵌入式抓拍識別主機，經過處理后，捕獲的圖片及識別結果經傳輸設備傳送到后臺監(jiān)控中心。標準雙向 4 車道卡口系統(tǒng)前端硬件設備路口安裝示意圖如下： 安裝示意圖 實際安裝圖 3.2 工作原理 本系統(tǒng)控制主機全天候控制高清攝像機，并保證在有車無車情況下，均以每秒 15的頻率捕獲高清圖片。本視頻檢測子系統(tǒng)根據捕獲后的圖片，在設定的模擬線圈區(qū)域進行高速逐幀掃描處理，若發(fā)現檢測區(qū)域灰度值發(fā)生變化，開始對車輛號牌進行尋找。找到車輛號牌的話，開始對車輛號牌進行定位及跟蹤；若沒有找到號牌的話，對整個車輛輪廓進行跟蹤。對跟蹤的車輛軌跡進行分析和判斷，根據系統(tǒng)設定的條件，確定違法行為，然后從已經捕獲的圖片中選出相應位置的違法圖片。 采用三維空間標定發(fā)，在屏幕中標定 8 個控制點，實地測量這些控制點的空間距離，保存后程序能自動算出測距矩陣。通過測距矩陣和視頻中車輛的實際行駛軌跡和時間等，能夠準確計算車輛的實際行駛速度。 3.3 子系統(tǒng)詳解 3.3.1 攝像子系統(tǒng) 根據公路車輛智能監(jiān)測記錄系統(tǒng)通用技術條件GA/T4972009 中相關規(guī)定，抓拍的車輛照片既要能看清車牌號碼、車型、車身顏色等，同時要滿足業(yè)主提出能夠看清前排乘客面部。因此每個車道配置一臺工業(yè)級 200 萬 CCD 高清網絡攝像機，可連續(xù)抓拍 2 張以上圖片反應車輛行進過程。圖片存儲格式執(zhí)行公安部標準要求的 JPEG 格式，在單張圖片中可以清晰看到地點、車牌、車型、車身顏色、車道、方向等。 攝像子系統(tǒng)由高清攝像機、定焦鏡頭、室外防護罩、攝像機立桿等組成。高清攝像機采用低照度的高清晰彩色攝像機，其性能穩(wěn)定，適合于在公路上長時間工作。鏡頭選用 25mm 定焦自動光圈鏡頭。為適應公路光線的變化，自動光圈鏡頭可以自動調整進光量，以便得到滿意的圖像。防護罩采用密封性好、防雨、遮陽。能保證攝像機在公路環(huán)境正常工作，且外觀漂亮大方。防護等級符合 IP65 標準。 立桿的高度應不少為 6 米，懸臂長度可根據實際路寬而定，能夠覆蓋到監(jiān)控的車道的中央上，攝像機安裝在立桿的懸臂上，對應每個車道的入口處。立桿的埋設位置距離車輛觸發(fā)點在 32 米左右。下圖為立桿示意圖。 3-2 單向單車道立桿示意圖 3.3.2 補光控制子系統(tǒng) 考慮到安裝卡口路段夜間照明較暗，因此需要考慮補光。本次補光采用 LED 補光燈高頻防眩頻閃燈。LED 補光燈因為其亮度高、功耗低、壽命長等特點，已經在電子警察系統(tǒng)中得到廣泛應用。為了看清駕駛室前排乘客面部，選用高頻防眩頻閃燈可透過帶有駕駛室風擋玻璃上的遮陽膜，從而獲得清晰的面部圖像。 據多年的項目經驗可知：標準車牌是晚上底不反光，字反光，但由于不同地方的車牌質量多是不盡相同，因此就會存在一些弊端。例如：藍牌就有以下幾種情況。A、部分車牌在夜間底色反光，字不反光，與標準的剛好相反，這對識別算法就有很大的考驗；B、部分車牌在夜間是底色反光，字也反光，底與字在反光上沒有很大的對比度，連肉眼也難于看清車牌號碼，何況是電子眼了；C、另外還有部分車牌在夜間底不反光，字不反光，靠普通的小功率 LED 燈是不可能看清車牌的。綜上考慮到種種情況，本項目我們選用外置式白色光頻閃燈，可對于底反字不反，或底與字都不反的車牌進行補光。 補光控制模塊安裝在攝像機防護罩內?？舍槍μ鞖夂蜁r間變化的需要，可以快速調節(jié)攝像頭的光圈、快門等參數，保證抓拍圖像的視覺效果。對于雨霧、強 逆光、弱光照、強光照等天氣狀態(tài)下，可以自動調節(jié)攝像機的光圈、快門、增益，避免了在天氣、光線等很多情況下，抓拍的車輛圖片肉眼不能辨別其車輛特征的問題。配有光敏開關，根據光線情況，自動控制頻閃燈的開啟和關閉。 3.3.3 高清視頻車輛檢測子系統(tǒng) 常規(guī)的視頻檢測技術，是根據移動目標與地面的灰度差來作判斷的，也就是人工繪畫虛擬線圈，當虛擬線圈范圍中的圖像背景發(fā)生改變時，即判斷有車輛通過。此方法經常會把一些諸如非機動車甚至行人作為事件加以記錄，廢照片會比較多。 本系統(tǒng)控制主機全天候控制高清攝像機，并保證在有車無車情況下，均以每秒 15 幀的頻率捕獲高清圖片。本視頻檢測子系統(tǒng)根據捕獲后的圖片，在設定的模擬線圈區(qū)域進行高速逐幀掃描處理，若發(fā)現檢測區(qū)域灰度值發(fā)生變化，開始對車輛號牌進行尋找。找到車輛號牌的話，開始對車輛號牌進行定位及跟蹤；若沒有找到號牌的話，對整個車輛輪廓進行跟蹤。對跟蹤的車輛軌跡進行分析和判斷，根據系統(tǒng)設定的條件，確定違法行為，然后從已經捕獲的圖片中選出相應位置的違法圖片。本套高清視頻檢測的優(yōu)點如下： l 采用高清攝像機采集圖像進行檢測，檢測準確率高，不會對一些行人、自行車等的誤判斷，有效過濾了非機動車輛的干擾。 l 逐幀比對檢測：系統(tǒng)可同時捕獲多個百萬像素的有效幀，對每一幀逐幀比對分析， 經內部評判機制，確定為動態(tài)車輛并給出識別結果。實時跟蹤，多次識別，保證高抓拍率和識別率。特別在夜間、復雜氣候環(huán)境中，依然高識別率。 圖 3-3 逐幀比對檢測示意圖 l 多目標跟蹤：采用我公司的多目標跟蹤與多目標識別技術，可對視頻圖像中的所有目標（車輛）進行檢測、鎖定、跟蹤，并精確描述其運動軌跡，判斷其違法行為。 大量實驗分析，我公司這種視頻檢測的算法，對車輛、樓宇以及樹木等等的陰影、行人、非機動車輛、夜晚車輛大燈、大雨、雪、地面有水時的反光等等各種環(huán)境噪聲都有很好的濾除和衰減作用，大大提高了系統(tǒng)的捕獲正確有效率。特別是對夜晚環(huán)境的噪聲有較好的濾除作用，提高高清工業(yè)攝像機夜晚的畫面質量。 3.3.4 視頻測速子系統(tǒng) 本系統(tǒng)對卡口所有經過的車輛進行抓拍的同時，采用視頻軟件測速法，可以精確的計算出車輛的行駛速度。此種視頻軟件測速法采用三維空間計算法，在屏幕中標定 8 個控制點，實地測量這些控制點的空間距離，保存后程序能自動算出測距矩陣。通過測距矩陣和視頻中車輛的實際行駛軌跡、時間等，準確計算車輛的實際行駛速度。 此種方法計算出來的速度較為準確，但測量過程較為復雜，對空間坐標測量的準確性有較大要求。具體的軟件測速配置方法如下：l 啟動配置新方法參數界面 參考見下圖：通過 HVSETUP 調試軟件，進入高級設置中，對應軟件測速菜單，點擊【配置新方法參數】按鈕即可彈出具體配置界面。 新視頻測速標定界面 配置方法一：標準標定模式 1） 方法概述 本方法通過使用四個等高的標記物（分別記為物體 A、B、C、D）對攝像機進行標定，四個標記物圍成一個長方形擺放在道路上，推薦此長方形位于屏幕中央大小盡量覆蓋整個屏幕的 30%以上。每個標記物可以得到與地面接觸的底部點和標記物本身的頂部點，即一共需要 8 個標定點。對每個標定點需要記錄其在屏幕圖片上的像素坐標值，并測量出四個標記物在現實環(huán)境中的幾個參數（單位：米）：標記物高度Heigh，標記物圍成長方形的兩條邊長|AB|和|AD|。 2） 使用說明 進入界面后默認選擇：測量參數錄入【標準】。則可以進行標準標定模式標 定操作。 將同一個高度的標定物（例如飛桶）在屏幕中四個位置 ABCD 分別放置，每個位置分為頂部和底部兩個點，ABCD 圍成一個長方形。之后開始測量工作： 鼠標在屏幕上標記物的頂部或底部位置點擊右鍵調出菜單，選擇相應的標記物和位置信息，程序會自動記錄對應的屏幕坐標。也可以通過移動鼠標時對話框標題欄顯示的實時屏幕坐標，手工填寫到右側的屏幕點測量中的對應數據項； 通過在實際道路上用皮尺測量統(tǒng)一標定物（例如飛桶）高度、長方形相鄰兩邊長|AB|和|AD|； 以上兩部分數據輸入完成后，點擊【保存并計算】開始計算視頻測速需要的攝像機標定參數，計算成功會彈出相應提示； 計算完成后關閉此界面，在上級界面中點擊【確定】即可保存參數并上傳到設備。設置完成后，使用 HvSetup 連接識別器，即可在附加信息中查看車輛速度。 3） 參考標定方法如下列圖： 步驟一：標定位置 A 的頂部點： 步驟二：標定位置 A 頂部部點 （標記完同一標記物頂部和底部點后會有紅線連接此兩點）： 步驟三：類似標定位置 B 的頂部點和底部點：步驟四：依次標定位置 C、D 的底部點、頂部點，完成 4 個位置共 8 個點的標定，并填寫用皮尺測量的【標定物高度 、】【|AB|間距】和【|AD|間距】， 最后點擊【保存并計算】，完成后彈出成功提示，如下圖： 4） 輔助放大功能 用新軟件測速方法時：為提高測量精度，在使用測量參數錄入【標準】時，可以通過選擇功能選擇【恢復原始尺寸】，在圖像區(qū)域點擊鼠標左鍵托拉選擇一塊區(qū)域恢復到原始尺寸大?。▽τ诟咔鍒D片，既是放大），在此放大出來的圖片上依舊可以通過鼠標右鍵點擊出的菜單進行標定。 參考圖如下： 配置方法二：高級標定模式 1） 方法概述 本方法測量標定原理與標準標定模式相同，但不能直接通過鼠標操作選取標定點自動錄入指定點的屏幕坐標，并且需要對計算實際所有標定點間的空間坐標距離。因此方法使用較為復雜，但對標定點的選擇不受需要圍成長方形的限制，并可以增加標定點的數量。推薦使用 6 標定物共計 12 個標定點，最少需要 6 個標定點。 2） 使用說明 點擊測量參數錄入【高級】，再點擊【編輯參數文件】，即通過系統(tǒng)默認文本編輯器打開高級標定參數文本文件。此時用戶可以按照 U,V,X,Y,Z 五個參數一行的模式輸入標定點，其中(U,V)為標定點屏幕坐標（像素），(X,Y,Z) 為對應的實際測量坐標（米）。標定點數量應當大于 6 個，推薦為 12 個。 參考用法如下： 步驟一：設標記物高度為 0.75 米，共有 ABCDEF 六個標記物在地面圍 成如下形狀 A-B-C D-E -F 其中 AD 垂直于 ABC，FEC 垂直于 ABC 步驟二：測量得|CE| = |EF| = |AD| = 15 米，|AB| = |BC| = 3.7 米，記錄屏幕任意點 P 的屏幕坐標記為（實際用鼠標移動到對應位置即可獲得），且假設 A 底部點為坐標系原點，ABC 方向為 X 正方向，AD 方向為 Y正方向，從底部點到頂部點為 Z 方向，則參數文件應填入以下內容（屏幕坐標用實際數字）： UA 底, VA 底, 0, 0, 0UA 頂, VA 頂, 0, 0, 0.75UB 底, VB 底, 3.7, 0, 0UB 頂, VB 頂, 3.7, 0, 0.75UC 底, VC 底, 7.4, 0, 0UC頂, VC 頂, 7.4, 0, 0.75UD 底, VD 底, 0, 15, 0UD 頂, VD 頂, 0, 15, 0.75UE 底, VE 底, 7.4, 15, 0UE 頂, VE 頂, 7.4, 15, 0.75UF 底, VF 底, 7.4, 30, 0UF 頂, VF 頂, 7.4, 30, 0.75步驟三：保存該參數文件并關閉編輯器，在界面上點擊【保存并計算】，計算成功會彈出相應提示，之后關閉此界面，在上級界面中點擊【確定】即可保存參數并上傳到設備。設置完成后，使用 HvSetup 連接識別器，即可在附加信息中查看車輛速度。 3） 標定結果驗證 在【保存并計算】成功后，可以點擊功能選擇【測距】并填入需要測距的測距平面高度（例如測量路表面上兩點距離則高度為 0 米，如測量兩個飛桶頂端距離則高度為飛桶高度），之后可以直接在圖像區(qū)域點擊鼠標左鍵拉伸出矩形框，在標題欄會顯示矩形框對角線連接的兩個點在制定測距平面高度上的距離。 此功能主要用于現場驗證標定是否精確。參考圖如下： 3.3.5 抓拍控制子系統(tǒng) 違法抓拍控制子系統(tǒng)安裝在控制主機中，與視頻檢測子系統(tǒng)、號牌識別子系統(tǒng)協(xié)同工作，主要完成對卡口車輛進行抓拍，檢測系統(tǒng)軟件、硬件工作狀態(tài)，設置系統(tǒng)參數等功能。 違法抓拍控制系統(tǒng)在控制主機上電后，程序自動加載運行。首先將攝像機的視頻信號實時傳送到控制主機；由控制主機上的圖像采集卡進行數據采集，將采集到的圖像信號進行實時數字處理。應用多目標識別與跟蹤技術，對所有圖像進行實時監(jiān)測；當檢測到目標車輛后對目標進行鎖定，并對鎖定的目標進行實時跟蹤處理。通過目標運動的矢量圖，算出其運動曲線，得出此車輛的運動狀態(tài)。 本系統(tǒng)對卡口車輛記錄 2 個位置圖片信息，車身剛進入圖像畫面內時抓拍 1 張，整個車身處于圖像畫面中心位置時 1 張，同時對畫面中的車牌號碼進行截取。 圖 3-4 闖紅燈抓拍過程圖 抓 拍 圖 片