ITS智能交通中的道路監(jiān)控攝像機

    世界經(jīng)濟高速發(fā)展，交通工具數(shù)量急劇增加，交通狀況日益惡化。為解決這一問題，美國、歐洲、日本上世紀(jì)60年代末期開始，便開始了智能運輸系統(tǒng)(ITS, Intelligent Transportation System)方面的研究。在進(jìn)入21世紀(jì)后，世界經(jīng)濟高速發(fā)展，道路交通日益繁忙。交通是經(jīng)濟的發(fā)展的命脈，但因交通建設(shè)的發(fā)展滯后車輛增長的速度及經(jīng)濟發(fā)展對道路交通需求，一個小小的突發(fā)事件就會引發(fā)嚴(yán)重的交通災(zāi)難，因交通事故而導(dǎo)致嚴(yán)重的人員傷亡和財產(chǎn)損失已引起世界各國的廣泛關(guān)注尤其是大中城市，經(jīng)常發(fā)生交通擁堵事件，像首都北京已經(jīng)被稱為“首堵”了。除道路的增加和擴建外，ITS成為目前世界各國交通運輸領(lǐng)域競相研究和開發(fā)的熱點。據(jù)Philip Sayeg和Philip Charles預(yù)測，到2010年，中國和南亞五國的智能交通系統(tǒng)市場潛力估計在38億美元左右。

      在ITS智能交通系統(tǒng)中，交通監(jiān)控系統(tǒng)無疑是最重要的，它就像人類的視覺系統(tǒng)。交通監(jiān)控系統(tǒng)應(yīng)由下例子系統(tǒng)組成：

      （1）城市道路監(jiān)控；

      （2）高速公路監(jiān)控；

      （3）航道安全監(jiān)控；

      （4）地鐵運行監(jiān)控；

      （5）突急事件疏通；

      城市道路監(jiān)控根據(jù)各城市的具體情況，在每個交通路口可以安裝一個或數(shù)個固定式監(jiān)控攝像機，外圍再各配備一臺云臺攝像機。固定式監(jiān)控攝像機采集城市各道路實時交通狀況如交通流量、速度和通暢程度等視頻信號，監(jiān)控距離交通路口一定范圍內(nèi)的車輛，在白天和夜間清晰拍攝車輛牌照，而且還可以通過對所拍攝記錄的機動車輛和其它道路交通信息的分析、處理，尤其是對車輛及其車牌信息的自動識別與處理，實現(xiàn)對交通違章、肇事逃逸和嫌疑車輛等的查控與處置，扼制并打擊一些顯見性違規(guī)違法行為，消除各種隱患。云臺變焦攝像機需要控制中心人為控制，對攝像機進(jìn)行水平360度，垂直90度及變焦控制，及時掌控監(jiān)控點周圍的交通突發(fā)事件的細(xì)節(jié)和交通堵塞情況。

      高速公路監(jiān)控系統(tǒng)與城市道路監(jiān)控略有不同。高速公路與一般公路相比，具有線型好、設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)高、交通流量大、行車速度快等特點，在交通量大、氣候惡劣的情況下，極易發(fā)生交通事故和交通阻塞，一些車流量非常大的高速公路上都部署全程的監(jiān)控系統(tǒng)。高速公路監(jiān)控系統(tǒng)由全程監(jiān)控、收費站監(jiān)控、服務(wù)區(qū)監(jiān)控以及為高速公路系統(tǒng)配套服務(wù)的電力監(jiān)控。其中收費監(jiān)控系統(tǒng)主要是對收費站的車道、收費廣場、收費亭的收費情況，對收費車道通過的車輛類型、收費員的操作過程以及收費過程中的突發(fā)事件和特殊事件進(jìn)行觀察和記錄，實施有效的監(jiān)督。這些監(jiān)控系統(tǒng)可實施交通流量和交通運行監(jiān)視，對關(guān)鍵點進(jìn)行氣象檢測，對關(guān)鍵路段實施交通適時控制，及時發(fā)現(xiàn)各種異常情況并采取應(yīng)急措施，對于車輛超速等違章行為記錄，有效地保證了高速公路高速、安全、經(jīng)濟地運營管理。

      航道安全監(jiān)控系統(tǒng)主要用于監(jiān)控船閘設(shè)備的監(jiān)控、上下游船只之間距離、船閘與船之間距離、船只數(shù)量等，防止船只碰撞和開閘水位差引起的碰撞、翻船事故。

      地鐵運行監(jiān)控系統(tǒng)主要用于地鐵各站點，除了實時監(jiān)看路網(wǎng)各站點運行情況、確保各站臺周邊環(huán)境和乘客的人身安全外，能在急緊事件狀態(tài)（如火災(zāi)、爆炸、交通事故、有害氣體泄漏等）下協(xié)調(diào)地鐵站內(nèi)車輛設(shè)備的運行。提高調(diào)度速度、及時疏導(dǎo)乘客。

      城市突急事件調(diào)度包括醫(yī)療急救、火災(zāi)、地震、泥石流、山體滑坡、爆炸、有害氣體、液體泄漏、罪犯逃跑等。一旦突發(fā)事件，就要借助交通系統(tǒng)的支持控制事態(tài)發(fā)展、維護(hù)社會穩(wěn)定。

      交通監(jiān)控系統(tǒng)可以實時監(jiān)視可控范圍內(nèi)交通運行情況，將車輛違章、擁堵等圖文信息提供給交通主樞紐指揮中心給決策處理作依據(jù)，對車輛運行狀況驚醒統(tǒng)計，輔助交管人員，提前發(fā)現(xiàn)和處理某些可能造成重大交通即事件的隱患，對于下雪、暴雨、臺風(fēng)等自然災(zāi)害發(fā)生時，采取正確的應(yīng)急預(yù)案。它還是實時、公正、采集交通違章證據(jù)進(jìn)行事后處理的科學(xué)管理手段。

      作為監(jiān)控系統(tǒng)核心的視頻監(jiān)控是用攝像機對場景拍攝，視頻信號被采集到中央控制部門并被顯示到監(jiān)視器上，由人和計算機對視頻圖像進(jìn)行分析，得出正確的判斷。ITS智能交通中的道路視頻監(jiān)控也分為三種，一是早期采用的模擬視頻監(jiān)控，完全由人力來完成對監(jiān)視畫面的分析、判斷；另一種是模擬和數(shù)字相結(jié)合，前端模擬攝像機輸出模擬視頻信號，后端通過計算機捕捉到有用的圖像進(jìn)行數(shù)字處理、智能分析；三是采用的數(shù)字視頻監(jiān)控，前端為具有智能的IP數(shù)字網(wǎng)絡(luò)攝像機，這種監(jiān)控技術(shù)引入了大量的計算機技術(shù)來協(xié)助人采集和管理所有視頻信息，監(jiān)控系統(tǒng)的性能得到了有效的提高�，F(xiàn)在大部分交通監(jiān)控系統(tǒng)采用的是模擬和數(shù)字結(jié)合的成熟方案，但數(shù)字視頻監(jiān)控技術(shù)的明顯優(yōu)勢已經(jīng)是它在迅速發(fā)展，隨著計算機和網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的發(fā)展，先進(jìn)成熟的數(shù)字視頻監(jiān)控系統(tǒng)將成為主流。

      交通監(jiān)控中的視頻系統(tǒng)若比作人類的視覺系統(tǒng)，那么視頻系統(tǒng)中的攝像機就像人類的眼睛，其重要性是不言而喻的，所以交通監(jiān)控中攝像機的選擇要求更為苛刻。

      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(guān)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；二是攝像機的可靠性，攝像機要在可能發(fā)生的各種惡略環(huán)境下長期穩(wěn)定工作，保證圖像質(zhì)量不惡化，故障率低。如果一個交通監(jiān)控系統(tǒng)的“眼睛”不好或經(jīng)常出毛病，即使系統(tǒng)其它部分再完美，整個系統(tǒng)的缺陷也是一目了然的。

      交通監(jiān)控攝像機中使用最多的是固定鏡頭攝像機，這類攝像機在選擇和應(yīng)用上應(yīng)考慮以下幾點：

      1、對攝像機清晰度要求。圖像水平分辨率要大于480線，高清晰度攝像機要配高清晰度監(jiān)視器。

      2、攝像機最低照度也稱作靈敏度。最低照度指標(biāo)不能只看前面的數(shù)字有多少，而應(yīng)該看這個指標(biāo)是在什么條件下測到的。如彩色最低照度0.15Lux/F1.4 /50IRE/AGC ON，這表明0.15Lux的低照度是用F1.4通光量鏡頭，視頻信號測量電平在50IRE（350mv），AGC ON的條件下測出來的。如果換通光量大的F1.0鏡頭，視頻信號測量電平在25IRE ，測出的低照度指標(biāo)更低。1/2英寸CCD攝像機的靈敏度和圖像質(zhì)量要高于1/3 英寸CCD攝像機。

      關(guān)于IRE，定義CCD攝像機的視頻輸出最大振幅為100IRE或者700毫伏，一個100IRE的視頻表示可以完全驅(qū)動一個監(jiān)視器表現(xiàn)最好亮度和對比度的優(yōu)質(zhì)影像，只有50IRE或350毫伏的視頻表示只有一半的對比度，30IRE或者210毫伏表示只有原始振幅的30%，通常30IRE是最低的可用圖像的數(shù)值，一個標(biāo)準(zhǔn)的攝像機當(dāng)自動增益提高到最大增益時噪度等級應(yīng)該在10IRE，因此能提供3:1或10dB信噪比可以接受的影像。一個在10IRE下測量的結(jié)果可以比在100IRE下測量的結(jié)果高出10倍，因此沒有標(biāo)出IRE等級的結(jié)果實際上是沒有意義的。

      3、攝像機的信噪比。在光線很好的情況下，攝像機的信噪比都很好，圖像上看不出噪波點，但在光線較暗時，信噪比指標(biāo)好的攝像機圖像依然清晰噪波點少，信噪比指標(biāo)差的攝像機，噪波點會淹沒整個圖像。

      4、強光抑制。道路監(jiān)控攝像機要求在夜間清楚拍攝車牌照，這就要求強光抑制指標(biāo)要好。在專業(yè)廣播電視攝像機，這個指標(biāo)叫低垂直光斑。采用此項技術(shù)的攝像機，可以有效抑制迎面的強光，使車牌照較清晰的被捕捉到，畫面真實完整。很多道路監(jiān)控攝像機采用“日蝕”技術(shù)，在夜間拍攝車牌很好，但在白天也經(jīng)常出現(xiàn)“日蝕”，這就影響了整體圖像的美觀和完整性。

      5、背光補償。攝像機在夜間拍攝車牌，背光補償技術(shù)的好壞，直接關(guān)系到是否能清晰看清車牌，能否使后端視頻檢測和分析系統(tǒng)給出正確的判斷結(jié)果。

      6、攝像機的色彩還原。攝像機沒有具體的色彩指標(biāo)，只能用色度調(diào)整和白平衡調(diào)整使色彩真實還原。不同種類的攝像機色彩還原程度是不同的，這項指標(biāo)只有通過調(diào)試及和現(xiàn)場真實色彩進(jìn)行比較。

      7、攝像機要質(zhì)量可靠并在安裝中要調(diào)試方便。道路監(jiān)控攝像機大都安裝在9~15米高的立柱上，安裝和拆卸都需要專用工具車或危險的高空作業(yè)，如果質(zhì)量不可靠或調(diào)試不方便，勢必給施工和工程帶來很大成本，并影響正常使用。

      其實道路監(jiān)控最理想的攝像機是寬動態(tài)攝像機，寬動態(tài)攝像機的強光抑制效果非常好，但目前CCD寬動態(tài)攝像機和DPS寬動態(tài)攝像機在拍攝快速移動的車輛時都不能給出滿意的結(jié)果。隨著新技術(shù)DPS的逐步成熟，今后的道路監(jiān)控攝像機將廣泛采用DPS寬動態(tài)攝像機。在收費站、停車場等場所，應(yīng)用寬動態(tài)攝像機會取得很好的效果。

      目前道路監(jiān)控攝像機種類繁多，1/2英寸CCD攝像機應(yīng)用的較多，主要有日本JVC、Ikegami 日本池上、松下、索尼、英國貝克爾、三星等國際品牌和一些國內(nèi)品牌。一些大中城市道路監(jiān)控系統(tǒng)選用的攝像機還是以國外知名品牌為主，其中JVC TK-C1481 1/2彩色攝像機在道路監(jiān)控市場上一直占據(jù)著很大的市場份額，被廣大的智能交通系統(tǒng)集成商、甲方所認(rèn)可。然而日本池上公司的ICD-828P 道路監(jiān)控攝像機憑借著高品質(zhì)、色彩還原真實、高可靠性等特點在實際應(yīng)用中成為目前性價比最好的道路監(jiān)控攝像機。

      日本池上公司是世界著名的攝像機制造商，其廣播電視攝像機一直名列世界第一，并于1961年開始生產(chǎn)監(jiān)控攝像機。池上公司將廣播電視攝像機中的低垂直光斑技術(shù)、背光補償中黑伽瑪、拐點自動最佳調(diào)整技術(shù)及針對道路鈉蒸汽燈自動白平衡調(diào)整等技術(shù)應(yīng)用到道路監(jiān)控攝像機中，加上池上一貫的高品質(zhì)、高可靠性等特色，使這款道路監(jiān)控攝像機成為道路監(jiān)控攝像機中的精品。

ICD-828P

      ICD-828P 1/2 英寸彩色道路監(jiān)控攝像機，具有水平分辨率530線，垂直光斑指標(biāo)為-126dB ( 池上廣播級攝像機為-135dB)。在監(jiān)控攝像機中很少看到垂直光斑這項指標(biāo)，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(chǎn)生更多的電子，結(jié)果是在圖像中強烈的光出現(xiàn)時通常垂直斑紋也出現(xiàn)，在圖像中遮蓋了相關(guān)的細(xì)節(jié)。該款攝像機的最低照度是0.15Lux/F1.4/50IRE/AGC ON，信噪比大于52 dB。在公安部安全與警用產(chǎn)品質(zhì)量檢測中心檢測的2臺產(chǎn)品最低照度為0.11Lux/F1.4/50IRE/AGC ON 和0.09Lux ,信噪比為57dB和59dB，而專業(yè)廣播電視攝像機信噪比在60~65dB。為便于工程商安裝調(diào)試攝像機，池上特有的遠(yuǎn)程遙控器RCU-701可使調(diào)試人員無需高空作業(yè),在施工現(xiàn)場很方便地調(diào)試攝像機參數(shù)。無論從技術(shù)指標(biāo)還是實際應(yīng)用的效果看，池上道路監(jiān)控像機都可以稱得上是精品。

道路監(jiān)控實景

ICD-828背光補償開

      盡管攝像機在智能交通系統(tǒng)中占據(jù)的比例很小，但其重要性是不用置疑的。在需要視頻采集的關(guān)鍵的位置應(yīng)選用較高性能的攝像機，在一般位置上只要性能指標(biāo)滿足要求即可，但可靠性還是主要考慮因素。這樣既可以降低系統(tǒng)造價，又可以滿足系統(tǒng)對前端攝像機指標(biāo)的要求。

      監(jiān)控技術(shù)的發(fā)展是全數(shù)字化的智能數(shù)字監(jiān)控技術(shù)。其主要特征是前端攝像機智能化，在幾乎不需要人為干預(yù)的情況下，通過對攝像機拍錄的圖像序列進(jìn)行自動分析來對動態(tài)場景中的目標(biāo)進(jìn)行定位、識別和跟蹤，并在此基礎(chǔ)上分析和判斷目標(biāo)的行為，從而做到既能完成日常管理又能在異常情況發(fā)生的時候及時做出反應(yīng)，取代了監(jiān)控任務(wù)中人的大部分工作，是新一代的具有高度智能的監(jiān)控技術(shù)。從2006全球數(shù)字論壇上看，像英特爾這樣全球最大的芯片制造商已經(jīng)開始研發(fā)數(shù)字監(jiān)控芯片，智能數(shù)字監(jiān)控技術(shù)應(yīng)用于智能交通已經(jīng)為期不遠(yuǎn)了。