【文章內(nèi)容簡介】 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(zhì)量影響很大。因此，有效的補光是解 訣 成像質(zhì)量的一個關(guān)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(xiàn)場照明，即不 經(jīng) 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(shù)的飛躍發(fā)展，因此在城市電子警察補光中逐漸出現(xiàn)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： ? 長壽命。因 LED 技術(shù)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； ? 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； ? 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(shè)計，卡口現(xiàn)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、顏色和司乘高清視頻檢測卡口智能監(jiān)測系統(tǒng)技術(shù)方案 19 人員容貌。我公司采用的是具有自主知識產(chǎn)權(quán)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(diào)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(nèi)，使得系統(tǒng)的閃光對駕駛?cè)藛T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?cè)藛T的行駛安全。 視頻檢測技術(shù) 本系統(tǒng)視頻車輛檢測技術(shù)采用車牌跟 蹤和車輛輪廓檢測雙校驗方式，根據(jù)捕獲后的圖片，在設(shè)定的模擬線圈區(qū)域進行高速逐幀掃描處理，若發(fā)現(xiàn)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高清視頻檢測卡口智能監(jiān)測系統(tǒng)技術(shù)方案 20 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： ? 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。 ? 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(nèi)部評判機制，確定為動態(tài)車輛并給出識別結(jié)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。 ? 多目標跟蹤：采用我公司的多目標跟蹤與多目標識別技術(shù)，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。 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(diào)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 － 2 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： 高清視頻檢測卡口智能監(jiān)測系統(tǒng)技術(shù)方案 21 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(shù)在智能交通領(lǐng)域的重要應(yīng)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(shù)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(nèi)，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(shè)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(xiàn)在以下兩方面 ： 字符優(yōu)化： 高清視頻檢測卡口智能監(jiān)測系統(tǒng)技術(shù)方案 22 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(shù)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(jié)果優(yōu)化： 按照模板匹配算法，可以得到若干個車牌識別結(jié)果，從中我們選取字 符 匹配成功數(shù)最多者。如果全部字 符 匹配成功，則輸出結(jié)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(jié)果中不妨設(shè)定最小出現(xiàn)數(shù)，如規(guī)定整個車牌中有四位識別正確就給出車牌結(jié)果，這樣有利于車牌模糊識別技術(shù)的應(yīng)用。同時，依據(jù)我國車牌結(jié)構(gòu)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(xiàn) 領(lǐng)、港、澳、境、掛、農(nóng)、拖 字、警牌尾字不 能出現(xiàn) 學、試、領(lǐng)、港、澳、境、掛、農(nóng)、拖 字、警牌首位不能出現(xiàn)軍牌漢字、武警車牌中不能出現(xiàn)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(shè)計 卡口系統(tǒng)的前端作為基本數(shù)據(jù)采集和處理的系統(tǒng)單元，所采集的數(shù)據(jù)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(shù)據(jù)主要通過前端系統(tǒng)的高清攝像機、視頻檢測 技術(shù)等。在所要監(jiān)測的路段， 每 個車道配置 1 臺 200 萬 CCD 高清網(wǎng)絡(luò)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。 高清視頻檢測卡口智能監(jiān)測系統(tǒng)技術(shù)方案 23 前端系統(tǒng)結(jié)構(gòu) 前端系統(tǒng)主要是對所有 經(jīng) 過車輛進行檢測、速度檢測、車輛抓拍、車輛號牌識別、數(shù)據(jù)存儲、遠程傳輸?shù)取? 按照實現(xiàn)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(shù)據(jù)存儲 子系統(tǒng)、數(shù)據(jù)交換子系統(tǒng)等，其系統(tǒng)結(jié)構(gòu)如下： 圖 31 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。 高清視頻檢測卡口智能監(jiān)測系統(tǒng)技術(shù)方案 24 嵌入式抓拍識別主機、路口交換機、光端機等設(shè)備安裝在設(shè)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(jīng) 過處理后，捕獲的圖片及識別結(jié)果 經(jīng) 傳輸設(shè)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(shè)備路口安裝示意圖如下： 安裝示意圖 高清視頻檢測卡口智能監(jiān)測系統(tǒng)技術(shù)方案 25 實際安裝圖 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(jù)捕獲后的圖片，在設(shè)定的模擬線圈區(qū)域進行高速逐幀掃描處理，若發(fā)現(xiàn)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(jù)系統(tǒng)設(shè)定的條件，確定違法行為，然后從已 經(jīng) 捕獲的 圖片中選出相應(yīng)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。 高清視頻檢測卡口智能監(jiān)測系統(tǒng)技術(shù)方案 26 子系統(tǒng)詳解 攝像子系統(tǒng) 根據(jù)《公路車輛智能監(jiān)測記錄系統(tǒng)通用技術(shù)條件》 GA/T497－ 20xx 中相關(guān)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(wǎng)絡(luò)攝像機，可連續(xù)抓拍 2 張以上圖片反應(yīng)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(yīng)公路光線的變化，自動光圈鏡頭可以自動調(diào)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(yīng)不少為 6 米，懸臂長度可根據(jù)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(yīng) 每 個車道的入口處。立桿的埋設(shè)位置距離車輛觸發(fā)點在 32 米左右。下圖為立桿示意圖。 高清視頻檢測卡口智能監(jiān)測系統(tǒng)技術(shù)方案 27 32 單向單車道立桿示意圖 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(jīng)在電子警察系統(tǒng)中得 到廣泛應(yīng)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(jù)多年的項目 經(jīng) 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(zhì)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(nèi)?？舍槍μ鞖夂蜁r間變高清視頻檢測卡口智能監(jiān)測系統(tǒng)技術(shù)方案 28 化的需要，可以快速調(diào)節(jié)攝像頭的光圈、快門等參數(shù)，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(diào)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(guān)，根據(jù)光線情況，自動控制頻閃燈的開啟和關(guān)閉。 高清視頻車輛檢測子系統(tǒng) 常規(guī)的視頻檢測技術(shù)，是根據(jù)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(jīng) 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(jù)捕獲后的圖片，在設(shè)定的模擬線圈區(qū)域進行高速逐幀掃描處理，若發(fā)現(xiàn)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(jù)系統(tǒng)設(shè)定的條件，確定違法行為，然后從已 經(jīng) 捕獲的圖片中選出相應(yīng)位置的違法圖片。本套高清視頻檢測的優(yōu)點如下： ? 采用高