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CCD成像技术在智能交通中的应用

a)图像采集技术

公路车辆智能监测记录系统中,每个车道都需要两个摄像机配合抓拍,其中一个用于车身整体和背景图像采集,主要用于外观、车型、颜色等特性的识别,另外一个用于车辆头部图像采集,具备强光抑制功能,主要应用于车牌识别和违章检测。摄像头输出视频信号可直接到控制主机,作为视频采集卡的信号源。

由于公路车辆密集,特写摄像头最好安装在车道正上方,如果与车辆行驶方向有一角度,则通常与车牌平面角控制在120℃左右、摄像头与车牌立体角控制在30℃、摄像头与车头水平距离控制在12m16m,车牌在图像中所占大小为七分之一至六分之一,这样可以保证车牌不会被前车阻挡,且车牌识别不会受影响。

摄像机输出的是模拟视频信号,为了获得数字化的图片,需要将模拟视频数字化,通常采用多路视频采集卡来实现。多路图像视频接入视频采集卡后,经A/D转换将数据送到数据缓冲器,然后进行裁剪、比例压缩及数据格式转换,最后由内部RISC控制图形覆盖与数据传输,数据目标位置由软件确定,可以是显存或内存。

只要摄像机正常工作,视频采集卡中就持续将模拟视频数字化后暂存在系统内存中,一旦有车辆进入地感线圈,则车辆检测器就输出检测信号,从而触发系统软件将系统内存中相应的图像保存为文件,并对此文件进行命名。

这样就获得了与车辆对应的视频图像。


b)补光技术

2)环境补光

公路车辆智能监测记录系统一般都安装在城市进出口,照明条件较差,通常需要加可见光照明装置,特别是在识别彩色车牌时,如果没有足够的光源,图像识别率往往很低。

另外,由于车辆图像拍摄是在车辆运动过程中完成的,摄像头的快门时间普通公路最大只能为1/500秒、高速公路只能为1/1000秒,否则抓拍下来的图像中会带有拖影。而摄像头所提供的最低照度是指快门1/50秒时的照度,按照国际照明委员会(CIE)认为照度在20lux左右刚刚能分辨人脸的特征,因而在车辆实时监测记录系统中地面夜间照度要求不低于50lux左右。在选择辅助照明时,要考虑灯具的聚光性、电光源的显色指数和色温等,显色指数值越高其色彩还原性就越好,而且色温要与摄像头相对应,同时灯具的光效越高对系统越有利,可以降低灯具用电功率。

3)车牌部分补光

为了提高机动车车牌在拍摄图片中的感光度,我公司在公路车辆智能监测记录系统中增加LED灯,它可以极大的提高夜间车牌拍照效果和逆光抑制,加强对车牌部分的补光。

LED灯作为一种冷光源,有着很多优点:

全光谱光源,对所有颜色均有良好的补光效果;

持续功率低,瞬间光强大;

光源不散射,对车牌反光材料有非常好的适应性;

瞬间可以达到最大光强,不需预热;

白天与日光叠加使用和夜间独立对车牌照明可以兼容;

对于夜间补光,平抑逆光,车大灯眩光抑制有很好的效果

在公路车辆智能监测记录系统中,对LED灯的控制方式一般采用视频同步。PAL制式摄像机为了形成每秒25帧图像,需要曝光50次。LED灯控制电路可以采集到视频信号的同步信号,每采集到一次同步信号,就发光一次,即每秒钟频闪50次。通过调整相位差和发光时间,始终保持频闪与快门同步,在摄像机快门开启的时候恰到好处的补光,达到最佳效果。LED灯不仅在夜间可以起到很好的补光和强光抑制作用,在白天摄像机逆光时,也能起到良好的补光作用。

夜间有车大灯无LED补光图片

夜间有车大灯有LED补光图片


a)高速抓拍技术

在拍摄高速行驶的车辆时,最容易遇到两个问题。一是产生拖尾现象,车辆轮廓不清晰,更无法分辨车牌;二是特写摄像机没有拍到车牌。

拖尾现象主要是以下两种原因导致的:

1)摄像机快门设置不合理。导致成像时曝光时间过长;

2)图像采集的采集方式不合理。PAL制式的摄像机,每秒钟快门打开50次,产生25帧图像,而每帧图像由奇数场和偶数场构成的。组成一帧图像的相邻两场图像的时间差约为20ms,以车速150公里/小时来计算,两场图像中的车辆会有0.8米的位移。在观看动态图像时,由于人脑的迟滞反映,图像会很流畅。但如果以帧采集的方式获取图片,则会得到一幅由两场组合的图像,画面中的车辆会出现重影拖尾现象,如果车辆在画面中横向移动,这个现象更加明显。

没有拍到车牌主要是以下两种原因导致的:

1)车辆检测器响应速度慢,图像采集卡同步速度慢,导致系统采集图片时,车牌部分已经离开摄像机拍照区域,发生空拍或全景中的车辆和特写摄像机所拍车辆不一致的情况。为了能够看清车牌,尤其是使用车牌识别软件自动识别车牌。特写摄像机的有效景深一般不超过3米,否则车牌在画面中所占位置太小,无法辨认。而有些车辆检测器的响应时间超过40ms,采集卡的同步采集时间达到50ms,这样一个车速150公里/小时的车辆经过线圈到系统可以拍到照片,车辆已经发生了超过3.6米的位移,离开了特写摄像机的取景范围;

2)车辆检测器发生误检。

我公司在公路车辆智能监测记录系统中采用如下技术,实现清楚拍摄高速行驶违章车辆:

摄像机单元快门采用1/500秒的速度,保证时速150公里以下的车辆可以正常成像;

图像采集单元采用的四路高速图像采集卡。四路硬件独立采集,无切换延时,支持场采集。拍摄模式选用场采集模式,由于摄像机间隔20ms产生一场图像,该设计方式最多产生20ms的延时;

采用车辆检测器,响应时间为2ms;检测准确,误检率低于1%

综上所述,记入工控机系统延时,从车辆离开线圈到拍到图片,总延时不会超过30ms。而150公里/小时的车辆位移约为1.5米,在摄像机的最佳拍摄点上。该车不可能离开特写摄像机的监控范围,避免空拍;采用单场采集技术,不会产生拖尾,采集下来的图片自动通过差分算法被还原,图像清晰。