【文章內(nèi)容簡介】 威奧智能高清卡口系統(tǒng) 7 圖 高清路口前端組成圖 車輛檢測單元 此單元包括檢測主機(jī)及地感線圈，主要完成對車輛的檢測、車速的測定以及車流量的記數(shù)與統(tǒng)計。采用地感線圈的車輛檢測方式，每個車道埋設(shè)兩個地感線圈，線圈之間保持一定的間距。根據(jù)車輛通過前兩個地感線圈的時間可以計算出車輛的行駛速度。 前端攝像及輔助照明單元 由于威奧高清攝像機(jī)所攝圖像的最大分辨率為 1920x1080， 清晰度可達(dá)1000TVL 的廣播級圖 像畫質(zhì)。從視覺效果來看，其圖像質(zhì)量可達(dá)到或接近 35mm 寬銀幕電影的水平。從畫質(zhì)來看，畫面清晰度、色彩還原度都要遠(yuǎn)勝過標(biāo)清網(wǎng)絡(luò)攝像機(jī) ，在滿足人眼能看清車牌所要求的車牌像素點大?。ㄜ嚺葡袼卮笮〔坏陀?100個像素點），以及滿足車牌自動識別軟件所要求的車牌像素點大 ?。ㄒ筌嚺葡袼攸c范圍在 120～ 150 個像素點之間）時，高清攝像機(jī)在道路上的有效拍攝寬度達(dá)5m～ 7m，而標(biāo)準(zhǔn)每條車道寬度為 ，所以本系統(tǒng)在每條車道配置二臺WNS30001080PC高清特寫攝像機(jī)，能保證車牌識別效果，同時能看清車輛的車型、顏色、 輪廓、裝載信息以及道路情況；根據(jù)道路實際情況，每一個監(jiān)控點的 威奧智能高清卡口系統(tǒng) 8 配置因車道數(shù)的不同而存在差異。為保證高清攝像機(jī)在室外全天候正常工作，所有高清攝像機(jī)均安裝于室外防護(hù)罩內(nèi)。 為了使高清攝像機(jī)在夜間具有良好的拍照效果，監(jiān)控點在夜間光照度應(yīng)不低于 100lux，故在夜間光線不足時，需采取補(bǔ)光措施，高清攝像機(jī)常用的補(bǔ)光設(shè)備是閃光燈，一般情況下每臺高清攝像機(jī)配置 2 臺閃光燈。以標(biāo)準(zhǔn)單向雙車道為例，前端攝像系統(tǒng)安裝如圖 所示，需要一臺高清攝像機(jī)； 圖 高清卡口前端攝像單元安裝示意圖（單向雙車道） 圖像采集及處理單元 該單元由威奧抓拍工控主機(jī)及相應(yīng)的控制軟件組成。控制軟件包括車牌自動識別軟件及數(shù)據(jù)庫。 傳輸單元 傳輸單元主要包括 遠(yuǎn)程網(wǎng)絡(luò)通信軟件、傳輸設(shè)備、傳輸線路，其中由于威奧抓拍工控主機(jī)的安裝位置不同，傳輸設(shè)備也有所不同，現(xiàn)場型 (威奧抓拍工控主機(jī)行接線井車行方向高清攝像機(jī)閃光燈車方向 威奧智能高清卡口系統(tǒng) 9 安裝在監(jiān)控點現(xiàn)場 )采用網(wǎng)絡(luò)傳輸設(shè)備傳輸數(shù)據(jù)信息，遠(yuǎn)程型（威奧抓拍工控主機(jī)安裝在監(jiān)控中心）采用光端機(jī)傳輸視頻信號及車檢信號。 中心管理單元 本系統(tǒng)中心管理單元主要包括數(shù)據(jù)庫服務(wù)器 (SQL2020 或 ORACLE9I)、網(wǎng)絡(luò)交換機(jī)、以及查 詢工作站。數(shù)據(jù)中心軟件由控制軟件、數(shù)據(jù)管理軟件等組成。各個用戶終端分別具有相應(yīng)的權(quán)限，均為格力電器的內(nèi)部用戶，實行分級管理，整個系統(tǒng)采用 C/S 和 B/S 結(jié)構(gòu)；數(shù)據(jù)中心軟件主要完成查詢、布控、報警功能。 系統(tǒng)工作原理 系統(tǒng)工作過程概述 高清卡口系統(tǒng)利用當(dāng)前先進(jìn)的計算機(jī)圖像處理、模糊識別、遠(yuǎn)程數(shù)據(jù)訪問等技術(shù)研制而成，前端系統(tǒng)中威奧高清數(shù)字?jǐn)z像機(jī)一直處于實時攝像狀態(tài)（威奧高清數(shù)字?jǐn)z像機(jī)在 CMOS 傳感器環(huán)節(jié)即已完成信號的模數(shù)轉(zhuǎn)換），并通過網(wǎng)線傳送到工控機(jī)，當(dāng)系統(tǒng)檢測到有有車輛通過時，控制軟件此時在 高清攝像機(jī)所攝的數(shù)字圖像信號中截取 1幅圖片，經(jīng)車牌識別模塊完成車牌號碼和車牌顏色識別，控制軟件記錄車輛通過監(jiān)控點的時間、地點、車輛行駛速度、行駛方向、車身長度以及車輛圖像、裝載信息等，當(dāng)測得的車速超過系統(tǒng)設(shè)定的限速值時，立即現(xiàn)場報警（也可遠(yuǎn)程報警），通知值班人員加以注意，以上車牌號碼、車輛圖像、通行時間、地點、測速值等圖像、數(shù)據(jù)信息經(jīng)處理存入本地數(shù)據(jù)庫，并與數(shù)據(jù)庫中布控稽查的黑名單車輛進(jìn)行比對，如發(fā)現(xiàn)嫌疑車輛，立即發(fā)出聲光報警（也可遠(yuǎn)程報警 ） ，通知值班人員予以關(guān)注，本系統(tǒng)前端工作流程如圖 。 威奧智能高清卡口系統(tǒng) 10 圖 高清卡口前端系統(tǒng)工作流程圖 威奧智能高清卡口系統(tǒng) 11 如有遠(yuǎn)程傳輸網(wǎng)絡(luò)，以上圖像、數(shù)據(jù)信息可通過傳輸網(wǎng)絡(luò)上傳至監(jiān)控中心，并存入中心數(shù)據(jù)庫服務(wù)器；監(jiān)控中心后臺系統(tǒng)軟件可接受前端的報警信息，并轉(zhuǎn)發(fā)值班工作站，發(fā)布黑名單等，后臺系統(tǒng)軟件對上傳的圖像、數(shù)據(jù)信息進(jìn)行處理，可進(jìn)行查詢（布控查詢、違法查詢、過往查詢）、統(tǒng)計（車流量統(tǒng)計、違法統(tǒng)計、車輛統(tǒng)計）等，當(dāng)需布控車輛時，可錄入布控信息，同時傳至系統(tǒng)前端，本系統(tǒng)監(jiān)控中心工作流程如圖 所示。 圖 高清卡口監(jiān)控中心框架圖 線圈檢測原理 當(dāng) 車輛（金屬物 體）經(jīng)過埋設(shè)在路面的 地感 線圈時，將導(dǎo)致 地感 線圈的的電感值 變化， 電感值的 變化 ，使得車輛檢測器的 LC 振蕩電路的振蕩頻率 變化 。 通過公式 12f LC??，可以看出，在車輛檢測器中， C 值是一定的，來自線圈的 L 值是隨著有 車輛（金屬物體）經(jīng)過 而變化的，則 f 值變化，因此有211122f L C L C??? ? ?，式中 1L 為無 車輛（金屬物體）經(jīng)過 時線圈的電感量， 2L 威奧智能高清卡口系統(tǒng) 12 為有 車輛（金屬物體）經(jīng)過 時線圈的電感量， 車檢器通過精確檢測 LC 振蕩電路的頻率變化可以準(zhǔn)確判斷是否有車輛經(jīng)過。 地感線圈檢測具有檢測穩(wěn)定可靠、檢測速度準(zhǔn)確，威奧視達(dá)科技自主研發(fā)的6通道環(huán)形線圈車輛檢測器可以在 1ms內(nèi)檢測到線圈中任一線圈發(fā)生的 %的電感量變化，從而可以檢測到車速 200 公里 /小時以上的車輛，并且 可以準(zhǔn)確的檢測到經(jīng)過線圈的摩托車、轎車、卡車、工程車等各種車輛。 線圈檢測技術(shù)的優(yōu)勢： 1) 有效地解決了線圈之間的串?dāng)_； 2) 具有更短的車檢器響應(yīng)時間； 3) 可檢測高底盤車。 測速原理 在智能高清卡口系統(tǒng)中，于每條需要監(jiān)控的車道上沿行車方向埋設(shè)的兩個線圈的間距是固定的，對于經(jīng)過的車輛，可以取得四個時刻，分別是車輛進(jìn)入兩個線圈和離開兩個線圈的時刻。計算車輛通過兩線圈所需的時間，配合兩線圈的間距，即可求得平均車速， 如圖 所示。 威奧智能高清卡口系統(tǒng) 13 高清卡口測速示意圖 令 1T 為車輛檢測器探測到移動物體進(jìn)入線圈 A的時刻， 2T 為車輛檢測器探測到移動物體進(jìn)入線圈 B 的時刻；線圈的間距為 w，車輛進(jìn)入線圈 A和線圈 B 的時間差為 21T T T??，設(shè)車速為 v，則由此計算得出的車速 v為： v=w/( T2－ T1) 另外智能卡口系統(tǒng)在實際測速時，還將考慮以下測速誤差因素對測速值進(jìn)行修正。 第一種誤差因素：線圈檢測周期。不同車速，在一個檢測周期內(nèi)位移不 同，使得不同車速下，“線圈距離”實際值是不等的。檢測主機(jī)的檢測周期為 1ms，以 100 公里 /小時為例，計算理論最大誤差為： 1 0 0 1 0 0 0 16 0 6 0 1 0 0 00 .5 %5 .5? ????? 第二種誤差因素：車輛在經(jīng)過兩條線圈時，感應(yīng)到的部位的范圍不同，這將產(chǎn)生一個難以估計大小的誤差，產(chǎn)生上述誤差的原因一是車輛底盤較高，檢測難度大，如卡車；二是變速行駛；三是跨道行駛；本系統(tǒng)的解決方法是，每次測出車前軸和車后軸兩個速度，將兩個速度進(jìn)行誤差比較，保留誤差合格的速度 根據(jù)以上算法計算出來的車輛速度，與系統(tǒng)設(shè)置的限速值相比較，再 考慮誤差范圍的存在，即可辨別車輛是否存在超速行駛的行為 ,另外通過車輛觸發(fā)線圈的順序可以判斷車輛行駛的方向從而判斷車輛是否逆向行駛，通過計算出來的速度乘以車輛車頭、車尾離開線圈 B的時間差，所計算出來的結(jié)果即為車身長度。 車牌識別原理 高清 卡口管理系統(tǒng) 采用高度模塊化的設(shè)計，將車牌識別過程的各個環(huán)節(jié)各自作為一個獨(dú)立的模塊，系統(tǒng)的框架如圖 所示： 威奧智能高清卡口系統(tǒng) 14 圖 車牌識別系統(tǒng)框架圖 高清卡口系統(tǒng)采用國際領(lǐng)先的計算機(jī)智能算法技術(shù)，首先通過視頻輸入管理模塊得到需要的最佳質(zhì)量的視頻 圖像，對獲取的每一幀圖像，利用最新的高效視頻檢測技術(shù)對行駛中的車輛的車牌進(jìn)行定位和跟蹤，從中自動提取車牌圖像，然后經(jīng)過車牌精定位、切分和識別模塊準(zhǔn)確地自動分割和識別字符，得到車牌的全部字符信息以及顏色和類別信息。另外通過車輛檢測模塊，可以鑒別出無牌車輛并輸出結(jié)果。通過查詢違法數(shù)據(jù)庫得到車輛的違法信息，顯示違法車輛的相關(guān)信息，同時現(xiàn)場報警。通過查詢征稽數(shù)據(jù)庫得到車輛的征稽信息，顯示欠費(fèi)車輛的相關(guān)信息，同時現(xiàn)場報警。另外，系統(tǒng)還采用獨(dú)特的在線學(xué)習(xí)新技術(shù)，對各識別模塊進(jìn)行動態(tài)的調(diào)整，使得車牌識別系統(tǒng)能夠自動適應(yīng)各 種應(yīng)用環(huán)境變化，從而大幅提高識別系統(tǒng)的應(yīng)用性。 ? 車輛檢測跟蹤模塊 威奧智能高清卡口系統(tǒng) 15 車輛檢測跟蹤模塊通過對視頻進(jìn)行分析，判斷其中車輛的位置，來對圖像中的物體進(jìn)行跟蹤，并在物體位置最佳的時刻，記錄該物體的特寫圖片，由于加入了跟蹤模塊，本系統(tǒng)能夠很好的克服各種外界的干擾，得到更加合理的識別結(jié)果，可以檢測無牌車輛并輸出結(jié)果。 ? 車牌定位模塊 車牌定位模塊是一個十分重要的環(huán)節(jié)，是后續(xù)環(huán)節(jié)的基礎(chǔ)，其準(zhǔn)確性對整體系統(tǒng)性能的影響巨大。本系統(tǒng)完全摒棄了以往的算法思路，實現(xiàn)了一種完全基于學(xué)習(xí)的多種特征融合的車牌定位新算法，適用于各種復(fù)雜的背景環(huán) 境和不同的攝像角度。由于該算法是一種完全基于學(xué)習(xí)的算法，只要有足夠的學(xué)習(xí)樣本，可以快速訓(xùn)練出針對不同車牌類型的新的檢測模型。 ? 車牌矯正及精定位模塊 受拍攝條件的限制，圖像中的車牌總不可避免的存在一定的傾斜，需要一個矯正和精定位環(huán)節(jié)來進(jìn)一步提高車牌圖像的質(zhì)量，為切分和識別模塊做準(zhǔn)備。本系統(tǒng)使用獨(dú)創(chuàng)的精心設(shè)計的快速圖像處理濾波器，該算法不僅計算快速，而且利用的是車牌的整體信息，避免了局部噪聲帶來的影響。使用該算法的另一個優(yōu)點就是通過對多個中間結(jié)果的分析還可以對車牌進(jìn)行精定位，進(jìn)一步減小非車牌區(qū)域的影響。 ? 車牌切 分模塊 本系統(tǒng)實現(xiàn)了一個十分清晰的車牌切分模塊。利用了車牌文字的灰度、顏色、邊緣分布等各種特征，能較好地抑制車牌周圍其他噪聲的影響，并能容忍一定傾斜角度的車牌。這一算法有利于類似移動式稽查這種車牌圖像噪聲較大的應(yīng)用。 ? 車牌識別模塊 在車牌識別模塊中，本系統(tǒng)采用了多種識別模型相結(jié)合的方法，構(gòu)建了一種層次化的字符識別流程，有效地提高了字符識別的正確率。另一方面，本系統(tǒng)在字符識別之前，使用計算機(jī)智能算法對字符圖像進(jìn)行了前期處理，不僅盡可能保 威奧智能高清卡口系統(tǒng) 16 留了圖像信息，而且提高了圖像質(zhì)量，提高了相似字符的可區(qū)分性，保證了字符識別 的可靠性。 ? 車牌識別結(jié)果決策模塊 本系統(tǒng)與其他車牌識別系統(tǒng)的一大不同之處在于，本系統(tǒng)可以對每幀視頻圖像進(jìn)行實時識別，因此在一輛車通過視野的過程中，本系統(tǒng)將得到若干相同或不同的識別結(jié)果。這就需要一個識別結(jié)果的決策模塊，具體地說，決策模塊利用一個車牌經(jīng)過視野的過程中留下的歷史記錄（包括識別結(jié)果、識別可信度、軌跡記錄、相似度記錄等），對識別結(jié)果進(jìn)行智能化的決策，通過計算觀測幀數(shù)、識別結(jié)果穩(wěn)定性、軌跡穩(wěn)定性、速度穩(wěn)定性、平均可信度和相似度等度量值得到該車牌的綜合可信度評價，從而決定是繼續(xù)跟蹤該車牌，還是輸出識別結(jié)果 ，或是拒絕該結(jié)果。一個車牌的最終識別結(jié)果是通過分析所有幀的識別結(jié)果，對它們進(jìn)行智能化的歸類和投票，并結(jié)合一定的文法信息綜合而成。這種方法綜合利用了所有幀的信息，減少了以往基于單幅圖像的識別算法所帶來的偶然性錯誤，大大提高了系統(tǒng)的識別率和識別結(jié)果的正確性和魯棒性。 ? 車牌跟蹤模塊 車牌跟蹤模塊記錄下車輛行駛過程中每一幀中該車車牌的位置以及外觀、識別結(jié)果、可信度等各種歷史信息。由于車牌跟蹤模塊采用了具有一定容錯能力的運(yùn)動模型和更新模型，使得那些被短時間遮擋或瞬間模糊的車牌仍能被正確地跟蹤和預(yù)測，最終只輸出一個識別 結(jié)果。 ? 在線學(xué)習(xí)模塊 在以上各個模塊中，使用了大量基于學(xué)習(xí)的算法，本系統(tǒng)特別添加了在線學(xué)習(xí)模塊，該模塊采用最新的反饋型學(xué)習(xí)模型，利用決策模塊和跟蹤模塊得到的車牌質(zhì)量、車輛軌跡、速度等反饋信息，智能化地更新一些算法參數(shù)，使得系統(tǒng)能快速適應(yīng)新的應(yīng)用環(huán)境。該算法作為已有算法的一