高清视频检测卡口方案设计.doc

高清视频检测 卡口智能监测系统技术方案目 录第 1章 前言- 4 -1.1 引言- 4 -1.2 建设目标- 5 -1.3 设计依据- 7 -1.4 设计原则- 8 -第 2章 总体设计- 10 -2.1 技术设计- 10 -2.2 结构设计- 12 -3.1 前端系统结构- 23 -3.2 工作原理- 25 -3.3 子系统详解- 26 -3.4 传输系统- 45 -3.5 设备选型- 45 -第4章 功能与特点- 53 -4.1 系统功能- 53 -4.2 系统特点- 62 -4.3 整体技术指标- 64 -第 5章 中心设计- 66 -5.1 卡口管理系统简介- 66 -5.2 中心接收软件- 72 -5.3 开放接口- 73 -第 6章 户外工程- 75 -6.1 挑臂杆设计- 75 -6.2 杆件基础设计- 77 -6.3 主机柜设计- 79 -6.4 机箱基础设计- 80 -6.5 窨井设计- 81 -6.6 管道敷设设计- 82 -6.7 防雷设计- 83 -第 7章 违法图片- 84 -7.2 白天照片- 87 -第 1章 前言 1.1 引言 随着全国公路交通建设的快速发展和机动车辆的普及，与道路和机动车辆相关的刑事和治安案件逐年上升，特别是经由城际公路网进行的肇事逃逸、盗抢机动车辆、车辆走私等更是日益猖獗,这不仅给社会治安造成了极大的威胁，同时也破坏了安定团结的政治局面，因而引起了国家有关部委的高度重视，平安大道 计划也应运而生。但这类以其大范围、流动性和快速性为特点的刑事案件给公安部门的侦察工作增加了难度，也提出了更高的要求。 公路车辆智能监测记录系统（又称号牌自动识别监测记录系统或公路治安卡口系统，简称治安卡口系统），是智能交通系统的一个重要的组成部分。卡口系统利用先进的视频、通讯、微机控制、网络、图像处理、信息处理等技术实现对监控路面的车辆通过时间、地点、车速、行驶方向、号牌号码、号牌颜色、车辆图像等车辆信息进行自动采集和处理，并通过动态布控和车牌自动识别技术对被盗抢、肇事逃逸、作案嫌疑车辆以及超速等违章行为进行自动实时的本地或异地报警，而且可通过对运行车辆的构成、流量分布、违章情况进行常年不间断的记录与分析，为交通规划、交通管理、道路养护部门提供重要的基础和运行数据。 公路车辆智能监测记录系统作为智能交通的一个重要组成部分，主要应用于城市治安卡口、城市重要路段路面监控、高速公路路面监控，实现道路安全管理的智能化和自动化。 公路车辆智能监测记录系统安装在高速公路的路段上可以对车辆进行实时监控、轨迹跟踪，实现不停车收费，与测速雷达或者称重装置配合使用，能够完成超速、超载治理；公路车辆智能监测记录系统安装在城市的进出的交通要道上，可以对通行的车辆的车牌号、行驶方向、路经时间等各种参数自动记录，同时采集保存车辆图像，送入后端数据库，随时掌握城市各出入口的车辆流量及状态，还能进行车辆动态布控，对超速、逆行等违章车辆以及被盗抢、肇事逃逸、作案嫌疑车辆实时报警，而且还可以监测到被盗车辆或罪犯所乘车辆进出城市时间以及行驶路线状况，为快速侦破案件提供科学、有效的依据。 我公司基于标清版卡口系统开发的全新高清嵌入式卡口系统，应用我公司领先的车牌识别技术、视频检测等核心技术，拥有完全的自主知识产权。该系统不仅能够抓拍高清晰的车牌图像还能够抓拍高清晰的车辆全景图图像和司乘人员面部图像，为交管部门和公安部门加强管理提供了丰富的信息，同时该系统的识别率和抓拍率均高于基于普通摄像机的卡口系统。 该系统可应用于道路特定场所入收费站、城市出入口或治安检查站等治安卡口及重点治安地段，对所有通过该监控路面的机动车辆进行全天候实时采集和处理。该系统可自动识别过往车辆的车牌号码和车牌颜色等车牌特征，自动核对黑、白、红名单库，验证车辆的合法性，自动报警，并可对路口情况进行监控和管理，如出入车辆统计和监控，极大地提高了车辆管理的自动化和智能化程度。 1.2 建设目标 l 采用视频摄像机抓拍技术，能全天候 24 小时不间断地对出城车辆自动进行实时监测抓拍，实时自动识别机动车辆牌照号码，并记录显示车辆号牌的图片。将图像存储到磁盘相应目录下,车辆通过的信息写入相关数据库,并在全景图像中标明车辆通行数据,如时间、地点、车型、车辆号牌、车牌颜色、车速、方向等。 l 采取循环覆盖技术，单套系统存储车辆不低于 80 万辆。当超出 80 万辆车时，自动对最前面的图片数据依次进行覆盖，整个系统始终保留至少80万辆车的图像，并采用通用的JPEG压缩图像。 l 拍摄车速160km/h，拍摄范围两个车道，完全覆盖整条道路的横截面； 道路总宽为二车道（一来一往），不按道行驶、越中线和骑中线行驶的车辆均能准确抓拍、识别等，有效地解决没有采用中间物理隔离时压线或跨中线行驶车辆的车牌抓拍问题 l 系统能测出通行汽车的速度，具备分地点、分车型设置限速值的功能。测速信息与本地限速值比较，一旦发现车辆超速，系统立即自动向指挥中心发送包含车辆图像的主要特征信息，供交警非现场实时执法 l 实时对通过车辆进行车牌识别与实时黑名单进行比对。自动将识别车辆号牌与布控车辆数据库的黑名单进行匹配比对,发现可疑车辆时，实时报警提示； 当报警发生时，自动将报警信息上传给指挥中心，同时以声音、图形及文字的方式提示中心值班人员，直到人员干预解除报警，所有报警信息同时生成日志记录到数据库中，方便以后查询和检索 l 指挥中心进行布（撤）控时，布控软件可以灵活使用统一或选择性布（撤）控的方式。布控车辆号牌的匹配可设置成精确匹配或 4 位以上字母数字的模糊匹配，以适应车牌识别难以做到 100%精确的客观情况，提高嫌疑车辆通过时报警的命中率。 l 对过往车辆历史记录查询，可根据权限查询卡口的通行车辆信息，查询条件可根据时段、地点、车牌、车型、速度进行查询，车牌号码可以给出少数几位（号码可以是连续的，也可以间断不连续的，如 01？34 或？12？4 等等），从而进行模糊匹配查询。 l 基于 WEB 的车辆查询，可通过浏览器查询通过车辆图片和数据信息，并可进行流量统计查询。 l 基于 WEB 的通过车辆浏览监控，可在浏览器界面上实时浏览通过车辆的图片及数据 l 辅助光源（夜间补光灯）能适应环境，适时自动开启或关闭辅助光源，并具备很强的抗光干扰能力，如汽车灯光及其他一切外界干扰光源。采用的光源无污染。 1.3 设计依据 公路车辆智能监测记录系统通用技术条件GA/T4972009 闯红灯自动记录系统通用技术条件GA/T496-2009 民用闭路监视电视系统工程技术规范GB/T 50198 机动车测速仪GB/T212552007 自动记录仪技术规范 电气装置安装工程电缆线路施工及验收规范GB50168-92 安全防范系统验收规则GA 308-2001 城市监控报警 网系统通用技术要求GA/T669-2006 中华人民共和国道路交通安全法GB2004.5.1 中华人民共和国道路交通安全法实施条例 2001 年全国城市交通管理畅通工程总体方案 公路交通安全设施设计技术规范（JTJ 074-2003） 预防道路交通事故五整顿三加强实施意见公通字200433 号 关于进一步加强路面行车秩序整顿工作的通知公交管2004110 号 机动车、驾驶员及违法管理等相关数据库规范 2004 版 安防视频监控系统技术要求GA/T 367-2001 安全防范工程程序与要求GA/T75-94 中华人民共和国公共安全行业标准GA38-92 中国电气装置安装工程施工及验收规范GBJ232-90.92 电力工程电缆设计规范GB50217-94 建筑物防雷设计规范GB50074-94 雷电电磁脉冲的防护IEC1312-13 通用用电设备配电设计规范GB50055-93 工业与民用电力装置的接地设计规范GBJ65-83 工业计算机监控系统抗干扰技术规范CECS81-96 1.4 设计原则 本期项目建设坚持以下原则： l 实用性和经济性 l 先进性和成熟性 l 开放性和标准性 l 扩展性和易维护性 1.4.1 实用性和经济性 在满足交警部门对系统的技术要求和使用要求的情况下，充分考虑系统的实用性，使系统的功能尽可能地完善并充分加以利用。 考虑到系统安装方便，车辆检测采用视频车辆检测技术。 具有车辆号牌实时自动识别功能，降低警力工作强度。 建设智能卡口抓拍系统，技术优先，兼顾价格，选择较高性价比的产品。 1.4.2 先进性和成熟性 采用国内外成熟的、先进的软件开发与集成技术，且兼顾未来的发展趋势，既量力而行，又适当超前；目前我公司提供的软件、硬件产品在国内多个城市使用，具有较好的应用领域和较大的用户市场，在技术方面处于领先地位，保证系统的不断升级和更新的需要。 系统建设充分考虑采用先进而又成熟的技术（如嵌入式 DSP 技术、视频检测技术、号牌识别技术、数据库技术、数据融合技术、网络技术、多媒体技术等）、先进的体系结构、先进的软硬件选型，既能保证实用成熟，又能适应未来的业务发展和技术的更新要求。 1.4.3 开放性和标准性 具有良好的开放性，在软件设计规范方面，严格遵守最新的国际标准、国家标准和行业标准。可以与其它相关系统联网和通讯；可配置多种数据传输接口，并且对外提供标准的数据接口，支持标准的应用开发平台，系统软硬件平台的良好扩容、扩展能力，可方便地与外部设备/系统连接。 1.5.4 扩展性和易维护性 整体统筹规划、统一标准、注重实效；该系统须具有良好的扩充能力，可以根据不断增长的业务处理需要，很容易地进行系统功能的调整和升级、接入设备（系统）和网络规模的扩充。同时所采用的设备和技术结合了的具体情况，充分考虑到将来的操作和维护，以及人体结构特征及视觉特征进行优化设计，界面美观大方，易于掌握，操作简便实用。 第 2章 总体设计 2.1 技术设计2.1.1 成像器件：高清 200 万 CCD 摄像机 在高清公路车辆智能监测记录系统（俗称卡口）中，行业内主路的选择是 140 万 CCD 摄像机。考虑到要看清前排驾驶室人面部，本套方案中我们选用200 万 CCD 彩色网络摄像机，其成像逼真、稳定可靠、性价比高。 因其采用以太网数据传输，组网方式方便，控制主机即可考虑放置前端，也可考放置中心集中管理。200 万 CCD 摄像机其实际有效分辨率最大为 16001200点，单幅图片可以清晰看到车牌号码、车型、车身颜色、前排驾驶室人脸等。因此摒弃了传统标清模拟摄像机采用远近景结合的做法，大大提高了成像质量。标准配置是每车道1台200 万 CCD 摄像机，为高精度的车辆检测率、号牌识别率提供必要条件。 2.1.2 车辆检测：高清动态跟踪视频检测 我们采用单台 200 万 CCD 摄像机既用与成像，又用于视频车辆检测。 我公司采用视频车辆检测技术，结合了车牌与车辆轮廓双重校验机制，确保车辆检测精度。通过 200 万高清摄像机连续生成图片，然后通过逐张图片进行比较分析。若图片背景发生变化后，启动车牌查找，若找到车牌即锁定车牌进行车辆跟踪，对整个车辆行驶轨迹作出分析和判断；若没有找到车牌，即对物体轮廓进行跟踪，直至车辆消失视野范围 2.1.3 测速方式：视频测速 在卡口系统中传统常用的速度检测方式主要是线圈，本方案考虑的到线圈的施工难度大、故障率高，因此我们选用视频软件测速方式。视频软件测速是指不接入任何的测速设备，通过车辆在屏幕里移动的帧数、时间，以及屏幕移动距离和实际距离的对照关系，来计算车辆的实际移动速度。在获取的图片中标定8个控制点，实地测量这些控制点的空间距离，保存后程序能自动算出测距矩阵。通过测距矩阵和视频中车辆的实际行驶轨迹、时间等，准确计算车辆的实际行驶速度。此种方法由于测速距离较长，计算出来的速度较为精确，但测量过程较为复杂，对空间坐标测量的准确性有较大要求。 2.1.4 控制主机：嵌入式 DSP 主机 控制主机实现对检测部分采集的数据进行运算处理，触发拍摄部分进行抓拍、压缩记录数据、号牌识别、实施网络数据传输等。目前行业大多采用工控机来实现，兼容性、风扇、Windows 操作系统、病毒都是工控机存在的不稳定因素。 我公司基于城市交通对卡口系统的高标准需求，完全为交通行业量身定制了 一款嵌入式 DSP主机，采用最先进的数字处理技术，将控制系统完全固化到电子芯片中，属于纯硬件抓拍系统，在提高系统稳定性的同时，也大大提高系统的抓拍效力。嵌入式 DSP 主机与高清摄像机配套使用，每个高清摄像机对应1台DSP主机。 2.1.5 补光方式：LED 补光灯防眩频闪灯 为了保证卡口系统能够全天候提供清晰可见的违法图片，考虑到卡口点夜间光照较差，我们需要在夜间对环境进行补光，我们量身定制了一款 LED 补光灯，用于车辆检测和车牌识别补光。这种补光灯可以与我们的高清摄像机进行同步控制，提供连续的高速连续闪光。我们用肉眼看去是一个常亮的补光灯，但实际其在快速闪烁。这样的做法既避免了对司机行人等眼睛造成伤害，又可以达到节能目的，同时延长了补光灯的使用寿命，取得了理想的补光效果。选用 LED 发光二极管作为补光灯，其使用寿命可以达到 10 年以上，以保障整个系统的长期稳定性。LED 补光灯与摄像机配套使用，每车道 1 台 LED 补光灯。 根据业主要求，捕获的车辆图片中能够看清前排乘客面部及衣着，因此我们在 LED 补光灯的基础上，增加高频防眩频闪灯，此种频闪灯闪光时间短、回电时间快、1500 万次的闪光寿命，能够保证长期稳定地野外工作。此种频闪灯的闪光时间短，对人眼的影响低，不宜引起司机的注意。防眩频闪灯与摄像机配套，每车道配置 1 台防眩频闪灯。 2.1.6 存储传输：硬盘存储、光纤传输 由于卡口系统需要对所有经过的车辆进行记录，同时系统还具备高清录像功能，因此有大量需要处理的图片数据，所以目前用硬盘作为本地数据的暂存是首选。我们为系统配置了 500G 的硬盘。通信线路采用租用当地电信、移动等通信供应商的光纤线路。卡口数据在 DSP 主机中存储的同时，直接通过光纤传送到中心。 2.2 结构设计 闯红灯抓拍系统可分为前端系统、传输系统和中心（后端）系统三部分，其系统结构如图所示： 2.2.1 前端系统 前端系统负责完成对通行车辆的抓拍和号牌的识别，并将抓拍的图片和相关的信息（时间、地点、车牌号码、车牌图片等）送回指挥中心的后端系统服务器。 前端主要设备由嵌入式 DSP 抓拍识别主机、路口交换机、高清200万CCD摄像机、LED 补光灯、补光灯控制板、防眩频闪灯等组成。 2.2.2 传输系统 传输系统由光纤网络及光端机等组成，负责连接前端系统和后端系统。这部分负责采集数据以及控制命令的传输。 2.2.3 中心系统 中心系统在收到前端系统采集的基本信息之后，根据不同的需求，对这些信息进行相应的处理，例如：对卡口前端系统送来的违法车辆图片进行相应的处理等。总之，后端系统负责对前端系统已经采集并传送到指挥中心的交通数据进行相关的后台处理。 中心系统主要由中心交换机、数据服务器、应用服务器、工作站、应用管理软件等组成。 2.3 系统优势 本公司的高清智能卡口通过对车牌的实时识别以及驾驶人员脸像的记录，可以迅速地捕获交通肇事车辆、违章车辆、黑名单车辆等，为快速纠正交通违章行为，快速侦破交通事故逃逸和机动车盗抢案件以及违法责任人的认定提供重要的技术支持，同时也为未来更为先进的自动人像比对、特定人员追踪定位提供数据准备，对违法犯罪行为构成强大的威慑力。另外还可以通过高清治安卡口对公路运行车辆的构成、流量分布、违章情况进行常年不间断的自动记录，为交通规划，交通管理，道路养护部门提供重要的基础信息和数据支持。 本系统成功使用了拍摄高速运动物体的智能快门控制技术、高速成像技术，能清晰地拍摄出 0200 公里/小时高速行驶的车辆，并且采用了智能脉冲频闪设备，可以使得系统的闪光对驾驶人员的影响降至最低。 2.3.1 采用嵌入式 DSP 设备 控制主机选用当前流行的最先进的嵌入式 DSP 技术，高科技产品，具有高度的稳定可靠性，保证无故障时间超过 10000 小时。嵌入式 DSP 设备优越性具体如下： l 专业产品。完全面向特定应用需求，完全为交通量身定制，具有实时要求。 l 接口丰富。嵌入式主机是将先进的计算机技术、半导体工艺、电子技术和通信网络技术与 各领域的具体应用相结合的产物。 l 处理速度快。嵌入式主机的硬件和软件都必须高效率地设计，在保证稳定、安全、可靠的基础上量体裁衣，去除冗余，力争在同样的硅片面积上实现更高的性能。 l 稳定性高。为了提高执行速度和系统可靠性，嵌入式系统中的软件一般都固化在存储器芯片或处理器的内部存储器件中，而不存储于外部的磁盘等载体中。 这种技术可以使抓拍前端不安装工控机，使系统维护变得简单、方便。嵌入式设备，无需操作系统，提高了系统的安全性能。 2.3.2 采用 200 万像素摄像机，高清晰成像采集 本方案的前端采集部分都选用高清晰摄像机成像（200万像素），不但可以清楚记录车辆车头部分图像，还可以清晰显示前排司乘人员的面貌。 摄像机的使用上，本系统全部采用 CCD 进口机芯摄像机，它的扫描系统是采用逐行扫描方式扫描，其采集下来的图像真实分辨率最大是 1600（H）1200 （V）像素。所选用的摄像机采用色彩还原技术，在对源文件的色彩元素进行非常细致的属性分析、解码之后，通过智能整合还原源文件的基本色彩属性，使画质达到胶片级水准，真实的重现真彩世界，充分拓展色域的表现，令画质表现更为精美。摄像系统具备智能调节系统，可自动调节图像的曝光、清除噪点、改善对比度。成像采集为异步触发方式，在独特的补光系统的配合下，前端采集系统可以在任何光线条件下都能产生高质量的图像，非常有效的改善了目前的成像系统，在同行业中取得领先。 2.3.3 清晰辨别车辆驾驶人员 本系统采用 200 万像素摄像机，不仅清晰反映车辆特征，还能清晰辨别驾驶人员面部特征。通过对过往机动车、前排司乘人员脸像记录，自动比对车牌信息，自动报警各类布控车辆，从而加大进出卡口机动车和驾驶人的查控力度，为查处交通违法嫌疑车辆、交通肇事逃逸车辆、盗抢车辆提供线索和依据，为公安业务提供信息化和数字化服务。 高清全景图片 驾驶室图片 2.3.4 高速摄像技术 采用普通摄像技术用于抓拍高速行驶车辆时，存在许多技术困难：解诀不了精确同步问题；解诀不了高速成像问题，也就是说车速高到一定程度，图像（特别是车牌图像）就不清晰，特别是夜间拍不清晰；高速车辆用普通摄像技术实现起来困难重重。 普通摄像机技术的快门速度最慢是 1/50 秒，最快是 1/100000 秒，如果快门速度较慢（小于 1/500 秒）时，运动物体在像机快门动作（曝光）时的位移量会被记录下来，造成运动物体发生纵向模糊的现象，即拖尾现象。 一般解诀方法是将快门速度提高至 1/500 秒以上，但同样的快门白天设置完成后，晚上往往不能兼顾。本方案采用了获得国家发明专利的高速摄像技术，最小 5 微秒的曝光时间，保证在车辆高速运行的状态下不管白天晚上均能抓拍到清晰的图像。 本系统采用了智能快门高速摄像技术，能在微秒量级时间内在摄像机 CCD 上成像，清晰地拍摄出所有高速行驶的车辆，克服了上述困难，抓拍高速的行驶车辆的图片可以保证清晰。采用智能快门高速成像技术来冻结高速行驶车辆的图像，保证了车牌图像的清晰度，也将车型、司乘人员面部特征表达的淋漓尽 致，而不会出现图像拖尾、图像模糊的情况。 2.3.5 高清视频测速 传统的测速方式是线圈、雷达、激光。线圈测速比较准确，但故障率比较高。雷达测速误差比较大，而且不区分车道。激光测速比较准确，但激光测速造价很高。本系统采用视频软件测速方式，通过测距矩阵和视频中车辆的实际行驶轨迹、时间等，准确计算车辆的实际行驶速度。此种方法在不需要增加任何外围硬件设备前提下，通过实地测量距离，填写空间数据即可计算车辆行驶速度。由于本方法采用三维空间计算法，测速距离在 10 米左右，因此计算出来的速度非常精确。 2.3.6 独特的补光设计 国省道的夜间光线环境始终是一个很难解诀的问题。由于大部分点位处于没有路灯的场合，周围光线环境恶劣，即使选用超低照度的高清摄像机，也不能在黑暗的环境中得到清晰的车辆和车牌信息。卡口系统拍摄大都迎车拍摄，车辆的灯眩光对成像质量影响很大。因此，有效的补光是解诀成像质量的一个关键。传统的补光方式是采用色温较高的金属卤化物灯，由于拍摄高速运行车辆和抑制车头大灯对图像的影响，一般会采用高速快门的方式，这样就需要功率较高的金卤灯对现场照明，即不经济也影响驾驶员的视线。 本方案我们采用 LED 补光灯高频防眩频频闪灯。 LED 补光灯： 近几年 LED 技术的飞跃发展，因此在城市电子警察补光中逐渐出现了 LED 频闪灯的身影。我们量身定制了一款 LED 补光灯，用于车牌识别和车辆检测补光。LED 频闪灯选用的是高亮度大颗粒 LED 发光管，其优点如下： 优点： l 长寿命。因 LED 技术化采用的是工业级二极管，稳定可靠，寿命可达 10 年以上； l 低功耗。在达到理想补光状况下，所采用的 LED 发光管的功耗是泛光灯的 1/3； l 对司机及行人没有影响。肉眼看上去是常亮的，实际是每秒多次快速频闪，即达到了补光的目的，又不影响交通。 智能窄脉冲频闪灯 本方案设计，卡口现场不需要长明灯，而是采用智能窄脉冲发射器进行补光。它能发出光强和间隔时间可自动控制的脉冲光，清晰获得车牌、车型、颜色和司乘人员容貌。我公司采用的是具有自主知识产权的窄脉宽高频补光灯的方式。窄脉宽高频补光灯能发出强度可调的微秒量级的脉冲光，是一般频闪灯闪光持续时间的几十分之一到几百分之一。由于闪光持续时间很短，因此对司机眼睛的刺激几乎没有，同时又能清楚拍摄车牌、车型和司乘人员的容貌。此窄脉宽高频补光灯能使得连续的补光间隔时间最小可达几微妙，最大限度地节约了电能，在车流较大和车距较窄的极端情况下都能迅速的发出窄脉冲光。 夜间抓拍图片 本系统将补光脉冲宽度控制在微秒量级以内，使得系统的闪光对驾驶人员的影响降至最低。即保证了系统的正常运行，又保障了驾驶人员的行驶安全。 2.3.7 视频检测技术 本系统视频车辆检测技术采用车牌跟踪和车辆轮廓检测双校验方式，根据捕获后的图片，在设定的模拟线圈区域进行高速逐帧扫描处理，若发现检测区域灰度值发生变化，开始对车辆号牌进行寻找。找到车辆号牌的话，开始对车辆号牌进行定位及跟踪；若没有找到号牌的话，对整个车辆轮廓进行跟踪。本套高清视频检测的优点如下： l 采用高清摄像机采集图像进行检测，检测准确率高，不会对一些行人、自行车等的误判断，有效过滤了非机动车辆的干扰。 l 逐帧比对检测：系统可同时捕获多个百万像素的有效帧，对每一帧逐帧比对分析， 内部评判机制，确定为动态车辆并给出识别结果。实时跟踪， l 多次识别，保证高抓拍率和识别率。特别在夜间、复杂气候环境中，依然高识别率。 l 多目标跟踪：采用我公司的多目标跟踪与多目标识别技术，可对视频图像中的所有目标（车辆）进行检测、锁定、跟踪，并精确描述其运动轨迹，判断其违法行为。 2.3.8 抓拍跨线、压线行驶车辆 采用摄像机场景相互叠加，覆盖视场死角，为了避免车辆从相邻车道骑线行 驶，两个车道的摄像机分别得到不完整的车牌，导致识别率下降，系统采取相邻车道图像中心线叠加的方式，图像中心线的直线叠加长度至少为一个车牌的长度：50 厘米，很好的解诀了对压线行驶车辆的抓拍问题。 通过调整摄像机与车辆触发点的距离，使得每台摄像机都能覆盖 1.52 个车道，从而保证对于跨中线行驶车辆同样可以实行抓拍，避免漏车，保证了车辆的高捕捉率。牌照信息也可以保证清晰，如下图所示： 2.3.9 优化的车牌识别算法车牌识别是计算机视觉和模式识别技术在智能交通领域的重要应用课题之一。它是以特定目标为对象的专用计算机视觉系统，该系统能从一幅图像中自动提取车牌图像，自动分割字符，进而对分割出的字符图像进行识别。 通常的牌照识别水平，牌照/视场比例约为 1/6 左右（监控视场约 176cm），本技术方案选择优秀的识别算法，努力优化牌照/视场比例至 1/8 甚至更小，保证在每车道的高清摄像机视场范围内，均可捕捉到目标车辆的号牌，并能将该号牌正确识别出来，极大地提高了车辆捕获率。 系统的逻辑设置合理，检测程序是抓拍优先于车牌识别，只要有过往车辆，就进行抓拍，然后再牌照识别。即使摩托车、拖拉机车型、没有牌照车辆、车牌有遮挡或严重倾斜等也能正常记录。提供给执法管理人员予以备案、查证。 系统车牌识别算法的优化主要体现在以下两方面： 字符优化： 车牌定位和切割方法很方便，在取得单个字符图像后，字符图像也可能存在字符与边框相连、字符变形和字符断裂等情况，为此在真正识别之前需要对字符位图作进一步的技术处理，如下图车牌二值图水平方向腐蚀后明显有利于图像分割和识别，但对于黑底和蓝底的车牌则适得其反。常用的方法是将用于识别的字符位图按新的点阵大小重新采样，然后搜索字符位图的精确上下左右边界值， 依照字符位图的宽高值和新的边界值重新确定字符 像素点，并排除非字符情况， 如左右边界值之差过小、上下边界差过小等情况即认为非字符，用?取代。 结果优化： 按照模板匹配算法，可以得到若干个车牌识别结果，从中我们选取字符匹配成功数最多者。如果全部字符匹配成功，则输出结果肯定准确，而在实际运行的车牌识别系统中即使对字符作了优化处理，但仍有部分字符受车牌色差和环境的影响有识别出错可能，为此在识别结果中不妨设定最小出现数，如规定整个车牌中有四位识别正确就给出车牌结果，这样有利于车牌模糊识别技术的应用。同时，依据我国车牌结构特点还需要进行车牌语法校验，如民用车牌尾字不存在警字、军牌格式中不会出现领、港、澳、境、挂、农、拖字、警牌尾字不能出现学、试、领、港、澳、境、挂、农、拖字、警牌首位不能出现军牌汉字、武警车牌中不能出现民用和军用车牌汉字等等，这样可以大大提高车牌正确识别率。 第 3章 前端系统设计 卡口系统的前端作为基本数据采集和处理的系统单元，所采集的数据有：车辆信息（包括车牌号码、通过的地点、通过的时间、行驶速度、方向、车道）、 车辆连续过程图片等。采集这些数据主要通过前端系统的高清摄像机、视频检测 技术等。在所要监测的路段，每个车道配置 1 台 200 万 CCD 高清网络摄像机，用于拍摄汽车的车头牌照及行进过程；单台 CCD 高清摄像机与单台嵌入式抓拍识别主机通过交换机相连，嵌入式抓拍识别主机用于抓拍控制与处理；每车道配置 1 台 LED 补光灯和1 台高频防眩频闪灯，用于夜间环境补光以获得清晰的图片信息。 3.1 前端系统结构 前端系统主要是对所有经过车辆进行检测、速度检测、车辆抓拍、车辆号牌识别、数据存储、远程传输等。 按照实现的功能，前端系统主要包括摄像子系统、补光控制子系统、高清视频车辆检测子系统（软件）、视频测速子系统（软件）、抓拍控制子系统（软件）、 号牌识别子系统（软件）、数据存储子系统、数据交换子系统等，其系统结构如下： 图 3-1 前端系统安装图 高清摄像机、LED 补光灯、防眩频闪灯安装在挑臂横杆上，距离地面净高为6 米以上。高清摄像机与补光控制模块安装在防护罩里，防护罩安装在所要监控的车道中间中心线的正上方，车辆触发点（图像的中心点）、与立杆的水平距离为 32 米。 嵌入式抓拍识别主机、路口交换机、光端机等设备安装在设备箱中，高清摄像机的信号通过交换机输入嵌入式抓拍识别主机，经过处理后，捕获的图片及识别结果经传输设备传送到后台监控中心。标准双向 4 车道卡口系统前端硬件设备路口安装示意图如下： 安装示意图 实际安装图 3.2 工作原理 本系统控制主机全天候控制高清摄像机，并保证在有车无车情况下，均以每秒 15的频率捕获高清图片。本视频检测子系统根据捕获后的图片，在设定的模拟线圈区域进行高速逐帧扫描处理，若发现检测区域灰度值发生变化，开始对车辆号牌进行寻找。找到车辆号牌的话，开始对车辆号牌进行定位及跟踪；若没有找到号牌的话，对整个车辆轮廓进行跟踪。对跟踪的车辆轨迹进行分析和判断，根据系统设定的条件，确定违法行为，然后从已经捕获的图片中选出相应位置的违法图片。 采用三维空间标定发，在屏幕中标定 8 个控制点，实地测量这些控制点的空间距离，保存后程序能自动算出测距矩阵。通过测距矩阵和视频中车辆的实际行驶轨迹和时间等，能够准确计算车辆的实际行驶速度。 3.3 子系统详解 3.3.1 摄像子系统 根据公路车辆智能监测记录系统通用技术条件GA/T4972009 中相关规定，抓拍的车辆照片既要能看清车牌号码、车型、车身颜色等，同时要满足业主提出能够看清前排乘客面部。因此每个车道配置一台工业级 200 万 CCD 高清网络摄像机，可连续抓拍 2 张以上图片反应车辆行进过程。图片存储格式执行公安部标准要求的 JPEG 格式，在单张图片中可以清晰看到地点、车牌、车型、车身颜色、车道、方向等。 摄像子系统由高清摄像机、定焦镜头、室外防护罩、摄像机立杆等组成。高清摄像机采用低照度的高清晰彩色摄像机，其性能稳定，适合于在公路上长时间工作。镜头选用 25mm 定焦自动光圈镜头。为适应公路光线的变化，自动光圈镜头可以自动调整进光量，以便得到满意的图像。防护罩采用密封性好、防雨、遮阳。能保证摄像机在公路环境正常工作，且外观漂亮大方。防护等级符合 IP65 标准。 立杆的高度应不少为 6 米，悬臂长度可根据实际路宽而定，能够覆盖到监控的车道的中央上，摄像机安装在立杆的悬臂上，对应每个车道的入口处。立杆的埋设位置距离车辆触发点在 32 米左右。下图为立杆示意图。 3-2 单向单车道立杆示意图 3.3.2 补光控制子系统 考虑到安装卡口路段夜间照明较暗，因此需要考虑补光。本次补光采用 LED 补光灯高频防眩频闪灯。LED 补光灯因为其亮度高、功耗低、寿命长等特点，已经在电子警察系统中得到广泛应用。为了看清驾驶室前排乘客面部，选用高频防眩频闪灯可透过带有驾驶室风挡玻璃上的遮阳膜，从而获得清晰的面部图像。 据多年的项目经验可知：标准车牌是晚上底不反光，字反光，但由于不同地方的车牌质量多是不尽相同，因此就会存在一些弊端。例如：蓝牌就有以下几种情况。A、部分车牌在夜间底色反光，字不反光，与标准的刚好相反，这对识别算法就有很大的考验；B、部分车牌在夜间是底色反光，字也反光，底与字在反光上没有很大的对比度，连肉眼也难于看清车牌号码，何况是电子眼了；C、另外还有部分车牌在夜间底不反光，字不反光，靠普通的小功率 LED 灯是不可能看清车牌的。综上考虑到种种情况，本项目我们选用外置式白色光频闪灯，可对于底反字不反，或底与字都不反的车牌进行补光。 补光控制模块安装在摄像机防护罩内。可针对天气和时间变化的需要，可以快速调节摄像头的光圈、快门等参数，保证抓拍图像的视觉效果。对于雨雾、强 逆光、弱光照、强光照等天气状态下，可以自动调节摄像机的光圈、快门、增益，避免了在天气、光线等很多情况下，抓拍的车辆图片肉眼不能辨别其车辆特征的问题。配有光敏开关，根据光线情况，自动控制频闪灯的开启和关闭。 3.3.3 高清视频车辆检测子系统 常规的视频检测技术，是根据移动目标与地面的灰度差来作判断的，也就是人工绘画虚拟线圈，当虚拟线圈范围中的图像背景发生改变时，即判断有车辆通过。此方法经常会把一些诸如非机动车甚至行人作为事件加以记录，废照片会比较多。 本系统控制主机全天候控制高清摄像机，并保证在有车无车情况下，均以每秒 15 帧的频率捕获高清图片。本视频检测子系统根据捕获后的图片，在设定的模拟线圈区域进行高速逐帧扫描处理，若发现检测区域灰度值发生变化，开始对车辆号牌进行寻找。找到车辆号牌的话，开始对车辆号牌进行定位及跟踪；若没有找到号牌的话，对整个车辆轮廓进行跟踪。对跟踪的车辆轨迹进行分析和判断，根据系统设定的条件，确定违法行为，然后从已经捕获的图片中选出相应位置的违法图片。本套高清视频检测的优点如下： l 采用高清摄像机采集图像进行检测，检测准确率高，不会对一些行人、自行车等的误判断，有效过滤了非机动车辆的干扰。 l 逐帧比对检测：系统可同时捕获多个百万像素的有效帧，对每一帧逐帧比对分析， 经内部评判机制，确定为动态车辆并给出识别结果。实时跟踪，多次识别，保证高抓拍率和识别率。特别在夜间、复杂气候环境中，依然高识别率。 图 3-3 逐帧比对检测示意图 l 多目标跟踪：采用我公司的多目标跟踪与多目标识别技术，可对视频图像中的所有目标（车辆）进行检测、锁定、跟踪，并精确描述其运动轨迹，判断其违法行为。 大量实验分析，我公司这种视频检测的算法，对车辆、楼宇以及树木等等的阴影、行人、非机动车辆、夜晚车辆大灯、大雨、雪、地面有水时的反光等等各种环境噪声都有很好的滤除和衰减作用，大大提高了系统的捕获正确有效率。特别是对夜晚环境的噪声有较好的滤除作用，提高高清工业摄像机夜晚的画面质量。 3.3.4 视频测速子系统 本系统对卡口所有经过的车辆进行抓拍的同时，采用视频软件测速法，可以精确的计算出车辆的行驶速度。此种视频软件测速法采用三维空间计算法，在屏幕中标定 8 个控制点，实地测量这些控制点的空间距离，保存后程序能自动算出测距矩阵。通过测距矩阵和视频中车辆的实际行驶轨迹、时间等，准确计算车辆的实际行驶速度。 此种方法计算出来的速度较为准确，但测量过程较为复杂，对空间坐标测量的准确性有较大要求。具体的软件测速配置方法如下：l 启动配置新方法参数界面 参考见下图：通过 HVSETUP 调试软件，进入高级设置中，对应软件测速菜单，点击【配置新方法参数】按钮即可弹出具体配置界面。 新视频测速标定界面 配置方法一：标准标定模式 1） 方法概述 本方法通过使用四个等高的标记物（分别记为物体 A、B、C、D）对摄像机进行标定，四个标记物围成一个长方形摆放在道路上，推荐此长方形位于屏幕中央大小尽量覆盖整个屏幕的 30%以上。每个标记物可以得到与地面接触的底部点和标记物本身的顶部点，即一共需要 8 个标定点。对每个标定点需要记录其在屏幕图片上的像素坐标值，并测量出四个标记物在现实环境中的几个参数（单位：米）：标记物高度Heigh，标记物围成长方形的两条边长|AB|和|AD|。 2） 使用说明 进入界面后默认选择：测量参数录入【标准】。则可以进行标准标定模式标 定操作。 将同一个高度的标定物（例如飞桶）在屏幕中四个位置 ABCD 分别放置，每个位置分为顶部和底部两个点，ABCD 围成一个长方形。之后开始测量工作： 鼠标在屏幕上标记物的顶部或底部位置点击右键调出菜单，选择相应的标记物和位置信息，程序会自动记录对应的屏幕坐标。也可以通过移动鼠标时对话框标题栏显示的实时屏幕坐标，手工填写到右侧的屏幕点测量中的对应数据项； 通过在实际道路上用皮尺测量统一标定物（例如飞桶）高度、长方形相邻两边长|AB|和|AD|； 以上两部分数据输入完成后，点击【保存并计算】开始计算视频测速需要的摄像机标定参数，计算成功会弹出相应提示； 计算完成后关闭此界面，在上级界面中点击【确定】即可保存参数并上传到设备。设置完成后，使用 HvSetup 连接识别器，即可在附加信息中查看车辆速度。 3） 参考标定方法如下列图： 步骤一：标定位置 A 的顶部点： 步骤二：标定位置 A 顶部部点 （标记完同一标记物顶部和底部点后会有红线连接此两点）： 步骤三：类似标定位置 B 的顶部点和底部点：步骤四：依次标定位置 C、D 的底部点、顶部点，完成 4 个位置共 8 个点的标定，并填写用皮尺测量的【标定物高度 、】【|AB|间距】和【|AD|间距】， 最后点击【保存并计算】，完成后弹出成功提示，如下图： 4） 辅助放大功能 用新软件测速方法时：为提高测量精度，在使用测量参数录入【标准】时，可以通过选择功能选择【恢复原始尺寸】，在图像区域点击鼠标左键托拉选择一块区域恢复到原始尺寸大小（对于高清图片，既是放大），在此放大出来的图片上依旧可以通过鼠标右键点击出的菜单进行标定。 参考图如下： 配置方法二：高级标定模式 1） 方法概述 本方法测量标定原理与标准标定模式相同，但不能直接通过鼠标操作选取标定点自动录入指定点的屏幕坐标，并且需要对计算实际所有标定点间的空间坐标距离。因此方法使用较为复杂，但对标定点的选择不受需要围成长方形的限制，并可以增加标定点的数量。推荐使用 6 标定物共计 12 个标定点，最少需要 6 个标定点。 2） 使用说明 点击测量参数录入【高级】，再点击【编辑参数文件】，即通过系统默认文本编辑器打开高级标定参数文本文件。此时用户可以按照 U,V,X,Y,Z 五个参数一行的模式输入标定点，其中(U,V)为标定点屏幕坐标（像素），(X,Y,Z) 为对应的实际测量坐标（米）。标定点数量应当大于 6 个，推荐为 12 个。 参考用法如下： 步骤一：设标记物高度为 0.75 米，共有 ABCDEF 六个标记物在地面围 成如下形状 A-B-C D-E -F 其中 AD 垂直于 ABC，FEC 垂直于 ABC 步骤二：测量得|CE| = |EF| = |AD| = 15 米，|AB| = |BC| = 3.7 米，记录屏幕任意点 P 的屏幕坐标记为（实际用鼠标移动到对应位置即可获得），且假设 A 底部点为坐标系原点，ABC 方向为 X 正方向，AD 方向为 Y正方向，从底部点到顶部点为 Z 方向，则参数文件应填入以下内容（屏幕坐标用实际数字）： UA 底, VA 底, 0, 0, 0UA 顶, VA 顶, 0, 0, 0.75UB 底, VB 底, 3.7, 0, 0UB 顶, VB 顶, 3.7, 0, 0.75UC 底, VC 底, 7.4, 0, 0UC顶, VC 顶, 7.4, 0, 0.75UD 底, VD 底, 0, 15, 0UD 顶, VD 顶, 0, 15, 0.75UE 底, VE 底, 7.4, 15, 0UE 顶, VE 顶, 7.4, 15, 0.75UF 底, VF 底, 7.4, 30, 0UF 顶, VF 顶, 7.4, 30, 0.75步骤三：保存该参数文件并关闭编辑器，在界面上点击【保存并计算】，计算成功会弹出相应提示，之后关闭此界面，在上级界面中点击【确定】即可保存参数并上传到设备。设置完成后，使用 HvSetup 连接识别器，即可在附加信息中查看车辆速度。 3） 标定结果验证 在【保存并计算】成功后，可以点击功能选择【测距】并填入需要测距的测距平面高度（例如测量路表面上两点距离则高度为 0 米，如测量两个飞桶顶端距离则高度为飞桶高度），之后可以直接在图像区域点击鼠标左键拉伸出矩形框，在标题栏会显示矩形框对角线连接的两个点在制定测距平面高度上的距离。 此功能主要用于现场验证标定是否精确。参考图如下： 3.3.5 抓拍控制子系统 违法抓拍控制子系统安装在控制主机中，与视频检测子系统、号牌识别子系统协同工作，主要完成对卡口车辆进行抓拍，检测系统软件、硬件工作状态，设置系统参数等功能。 违法抓拍控制系统在控制主机上电后，程序自动加载运行。首先将摄像机的视频信号实时传送到控制主机；由控制主机上的图像采集卡进行数据采集，将采集到的图像信号进行实时数字处理。应用多目标识别与跟踪技术，对所有图像进行实时监测；当检测到目标车辆后对目标进行锁定，并对锁定的目标进行实时跟踪处理。通过目标运动的矢量图，算出其运动曲线，得出此车辆的运动状态。 本系统对卡口车辆记录 2 个位置图片信息，车身刚进入图像画面内时抓拍 1 张，整个车身处于图像画面中心位置时 1 张，同时对画面中的车牌号码进行截取。 图 3-4 闯红灯抓拍过程图 抓 拍 图 片