【文章內(nèi)容簡(jiǎn)介】 高清攝像機(jī)，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(duì)成像質(zhì)量影響很大。因此，有效的補(bǔ)光是解 訣 成像質(zhì)量的一個(gè)關(guān)鍵。傳統(tǒng)的補(bǔ)光方式是采用色溫較高的金屬鹵化物燈，由于 拍攝高速運(yùn)行車輛和抑制車頭大燈對(duì)圖像的影響，一般會(huì)采用高速快門的方式，這樣就需要功率較高的金鹵燈對(duì)現(xiàn)場(chǎng)照明，即不 經(jīng) 濟(jì)也影響駕駛員的視線。 本方案我們采用 LED 補(bǔ)光燈＋高頻防眩頻頻閃燈。 LED 補(bǔ)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(bǔ)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(bǔ)光燈，用于車牌識(shí)別和車輛檢測(cè)補(bǔ)光。 LED 頻閃燈選用的是高亮度大顆粒 LED 發(fā)光管，其優(yōu)點(diǎn)如下： 優(yōu)點(diǎn)： ? 長(zhǎng)壽命。因 LED 技術(shù)化采用的是工業(yè)級(jí)二極管，穩(wěn)定 可靠，壽命可達(dá) 10 年以上； ? 低功耗。在達(dá)到理想補(bǔ)光狀況下，所采用的 LED 發(fā)光管的功耗是泛光燈的 1/3； ? 對(duì)司機(jī)及行人沒有影響。肉眼看上去是常亮的，實(shí)際是 每 秒多次快速頻閃，即達(dá)到了補(bǔ)光的目的，又不影響交通。 智能窄脈沖頻閃燈 本方案設(shè)計(jì)，卡口現(xiàn)場(chǎng)不需要長(zhǎng)明燈，而是采用智能窄脈沖發(fā)射器進(jìn)行補(bǔ)光。它能發(fā)出光強(qiáng)和間隔時(shí)間可自動(dòng)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(cè)卡口智能監(jiān)測(cè)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(shí)產(chǎn)權(quán)的 窄 脈寬高頻補(bǔ)光燈的方式。窄脈寬高頻補(bǔ)光燈能發(fā)出強(qiáng)度可調(diào)的微秒量級(jí)的脈沖光， 是一般頻閃燈閃光持續(xù)時(shí)間的幾十分之一到幾百分之一。由于閃光持續(xù)時(shí)間很短，因此對(duì)司機(jī)眼睛的刺激幾乎沒有，同時(shí)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(bǔ)光燈能使得連續(xù)的補(bǔ)光間隔時(shí)間最小可達(dá)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(bǔ)光脈沖寬度控制在微秒量級(jí)以內(nèi)，使得系統(tǒng)的閃光對(duì)駕駛?cè)藛T的影響降至最低。即保證了系統(tǒng)的正常運(yùn)行，又保障了駕駛?cè)藛T的行駛安全。 視頻檢測(cè)技術(shù) 本系統(tǒng)視頻車輛檢測(cè)技術(shù)采用車牌跟 蹤和車輛輪廓檢測(cè)雙校驗(yàn)方式，根據(jù)捕獲后的圖片，在設(shè)定的模擬線圈區(qū)域進(jìn)行高速逐幀掃描處理，若發(fā)現(xiàn)檢測(cè)區(qū)域灰度值發(fā)生變化，開始對(duì)車輛號(hào)牌進(jìn)行尋找。找到車輛號(hào)牌的話，開始對(duì)車輛號(hào)牌進(jìn)行定高清視頻檢測(cè)卡口智能監(jiān)測(cè)系統(tǒng)技術(shù)方案 20 位及跟蹤；若沒有找到號(hào)牌的話，對(duì)整個(gè)車輛輪廓進(jìn)行跟蹤。本套高清視頻檢測(cè)的優(yōu)點(diǎn)如下： ? 采用高清攝像機(jī)采集圖像進(jìn)行檢測(cè)，檢測(cè)準(zhǔn)確率高，不會(huì)對(duì)一些行人、自行車等的誤判斷，有效過濾了非機(jī)動(dòng)車輛的干擾。 ? 逐幀比對(duì)檢測(cè)：系統(tǒng)可同時(shí)捕獲多個(gè)百萬像素的有效幀，對(duì) 每 一幀逐幀比對(duì)分析， 內(nèi)部評(píng)判機(jī)制，確定為動(dòng)態(tài)車輛并給出識(shí)別結(jié)果。實(shí)時(shí)跟蹤 ， ? 多次識(shí)別，保證高抓拍率和識(shí)別率。特別在夜間、復(fù)雜氣候環(huán)境中，依然高識(shí)別率。 ? 多目標(biāo)跟蹤：采用我公司的多目標(biāo)跟蹤與多目標(biāo)識(shí)別技術(shù)，可對(duì)視頻圖像中的所有目標(biāo)（車輛）進(jìn)行檢測(cè)、鎖定、跟蹤，并精確描述其運(yùn)動(dòng)軌跡，判斷其違法行為。 抓拍跨線、壓線行駛車輛 采用攝像機(jī)場(chǎng)景相互疊加，覆蓋視場(chǎng)死角，為了避免車輛從相鄰車道騎線行 駛，兩個(gè)車道的攝像機(jī)分別得到不完整的車牌，導(dǎo)致識(shí)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(zhǎng)度至少為一個(gè)車牌的長(zhǎng)度： 50 厘米，很好的解 訣 了 對(duì)壓線行駛車輛的抓拍問題。 通過調(diào)整攝像機(jī)與車輛觸發(fā)點(diǎn)的距離，使得 每 臺(tái)攝像機(jī)都能覆蓋 － 2 個(gè)車道，從而保證對(duì)于跨中線行駛車輛同樣可以實(shí)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(cè)卡口智能監(jiān)測(cè)系統(tǒng)技術(shù)方案 21 優(yōu)化的車牌識(shí)別算法 車牌識(shí)別是計(jì)算機(jī)視覺和模式識(shí)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(biāo)為對(duì)象的專用計(jì)算機(jī)視覺系統(tǒng)，該系統(tǒng)能從一幅圖像中自動(dòng)提取車牌圖像，自動(dòng)分割字 符 ，進(jìn)而對(duì)分割出的字 符 圖像進(jìn)行識(shí)別。 通常的牌照識(shí)別 水平，牌照 /視場(chǎng)比例約為 1/6 左右（監(jiān)控視場(chǎng)約 176cm），本技術(shù)方案選擇優(yōu)秀的識(shí)別算法，努力優(yōu)化牌照 /視場(chǎng)比例至 1/8 甚至更小，保證在每 車道的高清攝像機(jī)視場(chǎng)范圍內(nèi)，均可捕捉到目標(biāo)車輛的號(hào)牌，并能將該號(hào)牌正確識(shí)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(cè)程序是抓拍優(yōu)先于車牌識(shí)別，只要有過往車輛，就進(jìn)行抓拍，然后再牌照識(shí)別。即使摩托車、拖拉機(jī)車型、沒有牌照車輛、車牌有遮擋或嚴(yán)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(shí)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(cè)卡口智能監(jiān)測(cè)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(gè)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(shí)別之前需要對(duì)字 符 位圖作進(jìn)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(shí)別，但對(duì)于黑底和藍(lán)底的車牌則適得其反。常用的方法是將用于識(shí)別的字 符 位圖按新的點(diǎn)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(diǎn)，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(rèn)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(gè)車牌識(shí)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(zhǔn)確，而在實(shí)際運(yùn)行的車牌識(shí)別系統(tǒng)中即使對(duì)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(shí)別出錯(cuò)可能，為此在識(shí)別結(jié)果中不妨設(shè)定最小出現(xiàn)數(shù)，如規(guī)定整個(gè)車牌中有四位識(shí)別正確就給出車牌結(jié)果，這樣有利于車牌模糊識(shí)別技術(shù)的應(yīng)用。同時(shí)，依據(jù)我國(guó)車牌結(jié)構(gòu)特點(diǎn)還需要進(jìn)行車牌語(yǔ)法校驗(yàn)，如民用車牌尾字不存在 警 字、軍牌格式中不會(huì)出現(xiàn) 領(lǐng)、港、澳、境、掛、農(nóng)、拖 字、警牌尾字不 能出現(xiàn) 學(xué)、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(shí)別率。 第 3章 前端系統(tǒng)設(shè)計(jì) 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(hào)碼、通過的地點(diǎn)、通過的時(shí)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(jī)、視頻檢測(cè) 技術(shù)等。在所要監(jiān)測(cè)的路段， 每 個(gè)車道配置 1 臺(tái) 200 萬 CCD 高清網(wǎng)絡(luò)攝像機(jī)，用于拍攝汽車的車頭牌照及行進(jìn)過程； 單臺(tái) CCD 高清攝像機(jī)與單臺(tái)嵌入式抓拍識(shí)別主機(jī)通過交換機(jī)相連，嵌入式抓拍識(shí)別主機(jī)用于抓拍控制與處理； 每 車道配置 1 臺(tái) LED 補(bǔ)光燈和 1 臺(tái)高頻防眩頻閃燈，用于夜間環(huán)境補(bǔ)光以獲得清晰的圖片信息。 高清視頻檢測(cè)卡口智能監(jiān)測(cè)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(duì)所有 經(jīng) 過車輛進(jìn)行檢測(cè)、速度檢測(cè)、車輛抓拍、車輛號(hào)牌識(shí)別、數(shù)據(jù)存儲(chǔ)、遠(yuǎn)程傳輸?shù)取? 按照實(shí)現(xiàn)的功能，前端系統(tǒng)主要包括攝像子系統(tǒng)、補(bǔ)光控制子系統(tǒng)、高清視頻車輛檢測(cè)子系統(tǒng)（軟件）、視頻測(cè)速子系統(tǒng)（軟件）、抓拍控制子系統(tǒng)（軟件）、 號(hào)牌識(shí)別子系統(tǒng)（軟件）、數(shù)據(jù)存儲(chǔ) 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(jī)、 LED 補(bǔ)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(jī)與補(bǔ)光控制模塊安裝在防護(hù)罩里，防護(hù)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(diǎn)（圖像的中心點(diǎn)）、與立桿的水平距離為 32 米。 高清視頻檢測(cè)卡口智能監(jiān)測(cè)系統(tǒng)技術(shù)方案 24 嵌入式抓拍識(shí)別主機(jī)、路口交換機(jī)、光端機(jī)等設(shè)備安裝在設(shè)備箱中，高清攝像機(jī)的信號(hào)通過交換機(jī)輸入嵌入式抓拍識(shí)別主機(jī)， 經(jīng) 過處理后，捕獲的圖片及識(shí)別結(jié)果 經(jīng) 傳輸設(shè)備傳送到后臺(tái)監(jiān)控中心。標(biāo)準(zhǔn)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(cè)卡口智能監(jiān)測(cè)系統(tǒng)技術(shù)方案 25 實(shí)際安裝圖 工作原理 本系統(tǒng)控制主機(jī)全天候控制高清攝像機(jī)，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(cè)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(jìn)行高速逐幀掃描處理，若發(fā)現(xiàn)檢測(cè)區(qū)域灰度值發(fā)生變化，開始對(duì)車輛號(hào)牌進(jìn)行尋找。找到車輛號(hào)牌的話，開始對(duì)車輛號(hào)牌進(jìn)行定位及跟蹤；若沒有找到號(hào)牌的話，對(duì)整個(gè)車輛輪廓進(jìn)行跟蹤。對(duì)跟蹤的車輛軌跡進(jìn)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(biāo)定發(fā)，在屏幕中標(biāo)定 8 個(gè)控制點(diǎn)，實(shí)地測(cè)量這些控制點(diǎn)的空間距離，保存后程序能自動(dòng)算出測(cè)距矩陣。通過測(cè)距矩陣和視頻中車輛的實(shí)際行駛軌跡和時(shí)間等，能夠準(zhǔn)確計(jì)算車輛的實(shí)際行駛速度。 高清視頻檢測(cè)卡口智能監(jiān)測(cè)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(cè)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(hào)碼、車型、車身顏色等，同時(shí)要滿足業(yè)主提出能夠看清前排乘客面部。因此 每 個(gè)車道配置一臺(tái)工業(yè)級(jí) 200 萬 CCD 高清網(wǎng)絡(luò)攝像機(jī)，可連續(xù)抓拍 2 張以上圖片反應(yīng)車輛行進(jìn)過程。圖片存儲(chǔ)格式執(zhí)行公安部標(biāo)準(zhǔn)要求的 JPEG 格式，在單張圖片中可以清晰看到地點(diǎn)、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(jī)、定焦鏡頭、室外防護(hù)罩、攝像機(jī)立桿等 組 成。高清攝像機(jī)采用低照度的高清晰彩色攝像機(jī)，其性能穩(wěn)定，適合于在公路上長(zhǎng)時(shí)間工作。鏡頭選用 25mm 定焦自動(dòng)光圈鏡頭。為適應(yīng)公路光線的變化，自動(dòng)光圈鏡頭可以自動(dòng)調(diào)整進(jìn)光量，以便得到滿意的圖像。防護(hù)罩采用密封性好、防雨、遮陽(yáng)。能保證攝像機(jī)在公路環(huán)境正常工作 ，且外觀漂亮大方。防護(hù)等級(jí) 符 合 IP65 標(biāo)準(zhǔn)。 立桿的高度應(yīng)不少為 6 米，懸臂長(zhǎng)度可根據(jù)實(shí)際路寬而定，能夠覆蓋到監(jiān)控的車道的中央上，攝像機(jī)安裝在立桿的懸臂上，對(duì)應(yīng) 每 個(gè)車道的入口處。立桿的埋設(shè)位置距離車輛觸發(fā)點(diǎn)在 32 米左右。下圖為立桿示意圖。 高清視頻檢測(cè)卡口智能監(jiān)測(cè)系統(tǒng)技術(shù)方案 27 32 單向單車道立桿示意圖 補(bǔ)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(bǔ)光。本次補(bǔ)光采用 LED 補(bǔ)光燈＋高頻防眩頻閃燈。 LED 補(bǔ)光燈因?yàn)槠淞炼雀摺⒐牡?、壽命長(zhǎng)等特點(diǎn)，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(fēng)擋玻璃上的遮陽(yáng)膜，從而獲得清晰的面部圖像。 據(jù)多年的項(xiàng)目 經(jīng) 驗(yàn)可知：標(biāo)準(zhǔn)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(huì)存在一些弊端。例如：藍(lán)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(biāo)準(zhǔn)的剛好相反，這對(duì)識(shí)別算法就有很大的考驗(yàn)； 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(duì)比度，連肉眼也難于看清車牌號(hào)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(xiàng)目我們選用外置式白色光頻閃燈，可對(duì)于底反字不反，或底與字都不反的車牌進(jìn)行補(bǔ)光。 補(bǔ)光控制模塊安裝在攝像機(jī)防護(hù)罩內(nèi)?？舍槍?duì)天氣和時(shí)間變高清視頻檢測(cè)卡口智能監(jiān)測(cè)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(duì)于雨霧、強(qiáng) 逆光、弱光照、強(qiáng)光照等天氣狀態(tài)下，可以自動(dòng)調(diào)節(jié)攝像機(jī)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(dòng)控制頻閃燈的開啟和關(guān)閉。 高清視頻車輛檢測(cè)子系統(tǒng) 常規(guī)的視頻檢測(cè)技術(shù)，是根據(jù)移動(dòng)目標(biāo)與地面的灰度差來作判斷的，也就是人工繪畫虛擬線圈，當(dāng)虛擬線圈范圍中的圖像背景發(fā)生改變時(shí)，即判斷有車輛通過。此方法 經(jīng) 常會(huì)把一些諸如非機(jī)動(dòng)車甚至行人作為事件加以記錄，廢照片會(huì)比較多。 本系統(tǒng)控制主機(jī)全天候控制高清攝像機(jī)，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(cè)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(jìn)行高速逐幀掃描處理，若發(fā)現(xiàn)檢測(cè)區(qū)域灰度值發(fā)生變化，開始對(duì)車輛號(hào)牌進(jìn)行尋找。找到車輛號(hào)牌的話，開始對(duì)車輛 號(hào)牌進(jìn)行定位及跟蹤；若沒有找到號(hào)牌的話，對(duì)整個(gè)車輛輪廓進(jìn)行跟蹤。對(duì)跟蹤的車輛軌跡進(jìn)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(cè)的優(yōu)點(diǎn)如下： ? 采用高