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1、虚拟线圈+地感线圈双检测 高清晰智能卡口系统技技 术术 方方 案案浙江捷尚视觉科技有限公司2010 年 3 月目 录一、概一、概 述述.- 2 -二、系统特点二、系统特点.- 3 -2.1 纯嵌入式设计- 3 -2.2 高分辨率图像采集- 3 -2.3 虚拟线圈+地感线圈检测- 4 -2.4 交通事件检测- 6 -2.5 交通信息采集功能- 6 -2.6 车牌自动识别- 7 -2.7 整车道覆盖抓拍- 9 -2.8 曝光过度抑制- 11 -三、系统组成三、系统组成.- 13 -3.1 路口记录单元- 13 -3.2 数据传输系统- 14 -3.3 管理中心- 15 -四、系统功能描述四、系统功
2、能描述.- 16 -4.1 车辆检测 .- 16 -4.2 测速功能 .- 16 -4.3 事件检测 .- 16 -4.4 信息采集 .- 17 -4.5 全景监视 .- 17 -4.6 牌照识别 .- 18 -4.7 信息叠加 .- 19 -4.8 氙气补光 .- 19 -4.9 车型分类功能 .- 19 -4.10 前端存储 .- 20 -4.11 用户管理 .- 20 -4.12 超速报警 .- 20 -4.13 布控报警 .- 20 -4.14 远程控制 .- 20 -4.15 中心管理系统 .- 21 -4.16 系统的稳定性 - 25 -4.17 防雷设计 .- 26 -五、主要设
3、备及技术指标五、主要设备及技术指标.- 27 -5.1 视频车辆检测器- 27 -5.2 线圈车辆检测器- 28 -5.3 全景摄像机- 28 -5.4 高清摄像机- 29 -5.5 车牌识别服务器- 30 -5.6 同步脉冲氙气灯和金属卤素灯- 31 -一、概 述随着社会经济的发展，以及市场的繁荣，高速公路、城际快速路的公路里程增长速度越来越快、机动车辆的保有量越来越高，借助快捷方便、纵横交错的公路网络，利用各种车辆进行跨区域违法犯罪行为也不断增多,社会治安形势日趋复杂，因此，利用高科技装备建设智能交通卡口系统，对打击跨区域违法犯罪行为十分必要。设立智能交通卡口系统，可以及时准确地记录车辆信
4、息，随时掌握城市各出入口的车辆流量及状态，进行车辆动态布控，对违法车辆以及盗抢、肇事逃逸、作案嫌疑车辆（存于“黑名单”库中）实时报警，而且还可以查出被盗车辆或罪犯所乘车辆进出城市时间以及行经路线状况，这为快速侦破案件提供了科学、有效的依据。不少单位已经或正在开发基于视频摄像机的车辆自动记录系统，特别是相关专业的高等院校及研究机构都在该系统上有很大的投入，但受到视频摄像机的现有技术条件和信号标准的限制，存在图像分辨率低、清晰度差（国标 PAL制式视频摄像机，场图像的最高分辨率只能达到 768288 象素，实际图像由于受到模拟传输、采样、彩色调制等影响，清晰度要远远低于分辨率指标）的固有问题，拍摄
5、的图像只能看清车牌区域，无法看清车辆细节和车内驾乘人员，对公安系统的行政执法带来不便。我们结合在智能交通领域产品开发方面积累的经验，针对我国道路特点，采用了先进的计算机自动控制技术、高分辨率数字摄像技术、视频检测技术、图像处理与模式识别技术，成功推出了新一代车辆监测记录系统双检测高双检测高清晰智能卡口系统清晰智能卡口系统。该系统采用虚拟线圈+地感线圈双检测技术对车辆进行检测，并自动完成抓拍机动车的高分辨率 （=200 万像素）图像，同时将车辆信息上传，完成车辆号牌识别、车辆通行信息记录，对可疑布控车辆和违法车辆等进行实时报警，并为车辆信息及图象信息建立车辆信息数据库，供交通管理部门用于交通管理
6、、事故处理、车辆布控追查等。该系统可二十四小时全天候工作，长期运行，性能稳定可靠，对于交通管理现代化可起到十分重要的作用。二、系统特点双检测高清晰智能卡口系统是针对国家“畅通工程”实施标准，结合本公司完全自主知识产权的视觉分析技术与模式识别技术，自行开发研制的新一代智能卡口产品。它不仅包含了一般系统的车辆记录、车牌抓拍功能，还具有车流量、车道占有率、平均速度、车辆密度等信息的统计功能，在采集图像方式上更采用了百万像素高分辨率数字图像采集技术与智能视觉分析、模式识别技术；提高了图像清晰度、扩大了监视范围，与国内同类产品相比，本系统具有明显的优势。2.12.1 纯嵌入式设计纯嵌入式设计系统前端完全
7、抛弃了工控机，只有车检模块和摄像机，所有抓拍的图像会自动上传到中心识别服务器，集中进行识别，我国的东北、西北地区（新疆、内蒙、黑龙江）冬季气温可达-40 摄氏度，户外的维护极为不便，对系统的稳定性要求极高，本系统采用嵌入式设计，减少了中间环节，能够有效保证系统的稳定。系统使用的高清摄像机不仅可以完成高清图像的成像、抓拍、测速等功能，还集成了 JPEG 编码、FTP 上传等功能，摄像机采用 TI 高性能 DSP 芯片，由于设备本身内置了“看门狗”等硬件电路，相当于有人在前端进行 24 小时不间断值守，有效的保证了系统长期、稳定、连续运行，而传统的工控机方式受软件稳定性、温度适应性等的影响极易出现
8、死机等现象，需要专门的人员进行维护。2.22.2 高分辨率图像采集高分辨率图像采集普通模拟摄像机所提供的图像最高分辨率为 D1（704*576）格式，只有约40 万像素，而视频检测式高清智能卡口系统采用高分辨率数字摄像机（工业数字摄像机） ，实现高清晰度图像的采集，系统采集的车辆图像，分辨率高达 200万象素，大大提高了图像的分辨率。在画面覆盖车道宽度达到 7m 时，所拍摄的车辆号牌依然可以达到1304045 象素，单个字符达到 1632 象素，驶乘人员脸部达到 6075 象素，不仅可以完整反映车辆的号牌号码，还可以清晰的反映出驶乘人员的脸部特征及整个车辆的全貌和细节，为事故追查、刑事侦破等公
9、安业务，提供更全面、准确的依据。高清智能卡口抓拍图象及牌照、驶乘人员脸部局部图像2.32.3 虚拟线圈虚拟线圈+ +地感线圈检测地感线圈检测系统采用虚拟线圈+地感线圈双检测技术对车辆进行检测。系统可以设置一种方式为主另一种方式作为后备（如地感线圈为正常使用时的触发方式，视频检测虚拟线圈方式作为后备方式；当地感线圈正常工作检测到车辆时，系统不对虚拟线圈的触发信号响应；当地感线圈不能正常工作时，系统对虚拟线圈的触发信号再进行响应） 。任何一种检测设备不能正常工作时，都不会造成整个系统无法正常工作。另外虚拟线圈还有独特的优势，具体说明如下：虚拟线圈是基于视频分析、运动检测、目标检测的一种技术，其原理
10、是通过对在摄像机提供的实时视频流上设置检测区域，当车辆经过设定的区域时，该区域的背景、纹理会发生明显变化，分析系统通过对变化量的大小进行量化，当量化值和方向达到设定的条件时即认为有车通过。技术特点：先进的特征检测处理算法，有效的消除了阴影、车灯、光线及恶劣天气的影响。 背景自动学习、补偿算法能够有效的克服相机抖动造成背景变化产生的影响。行驶方向判定算法与可调的灵敏度相结合，对不按设定方向行驶的车辆进行有效的过滤，有效的保证了车辆检测的准确性。 多车道多目标同时检测，高检测精度。 车辆进入、离开、存在多种状态检测。与地感线圈相比其技术优势地感线圈的安装和维护都必须封闭车道、破坏路面，不仅影响路面
11、的使用寿命，并且增加了施工的复杂度。而虚拟线圈检测方式只要将摄像机安装在路侧立杆上即可，线圈的位置通过软件可任意设定，安装和维修时无须关闭车道操作相对简单。地感线圈的检测功能单一，缺乏灵活性，而虚拟线圈检测系统灵活性要大于地感线圈，当路面行驶规则、位置发生改变都要重新破坏路面埋设地感线圈，而虚拟线圈检测区域可根据需要随意划分、使用方式灵活，能够满足不断变化的数据采集要求，并且支持多车道同时检测。地感线圈的感应度极易衰减、失效，当路面积雪达到 20cm 以上时（相当于将车辆的底盘抬高）车检器的灵敏度将大大降低，加之潮湿的气候和长期的碾压会使路面发生型变使线圈严重受损，影响线圈的检测准确度，并且线
12、圈的使用年限从而大打折扣，大范围的维护管理费用又成了新的问题，而采用虚拟线圈检测的系统则不存在上述的问题。2.42.4 交通事件检测交通事件检测由于系统采用了视频检测技术，其用来做车辆检测的摄像机不仅可以完成车辆的监测，同时还可以完成撞车事故、车辆抛锚、车辆起火、抛撒物、交通拥堵等交通事件的检测，大大提高了系统前端摄像头的综合利用率。2.52.5 交通信息采集功能交通信息采集功能系统不仅通过虚拟线圈对车辆进行检测，并同时完成车辆个数、平均速度、车道占有率、车辆密度等信息的统计工作。系统支持可按路口、时间、方向、车道编号等条件进行分类统计的功能，并且可以生成导出按年、月、日统计的流量图、流量表、
13、流量曲线的报表和打印输出。2.62.6 车牌自动识别车牌自动识别在号牌识别过程中，较好的图片质量和正确定位是正确识别号牌的关键。号牌定位的任务是确定图片中有无车辆号牌以及车辆号牌的数量和位置，但号牌定位比较复杂，车辆在图像中的位置具有不确定性，可能出现的情况大致有这几种：车头位置不确定；号牌在车辆上的悬挂位置不确定；车辆上可能印有其它与车牌相似的号码，悬挂其它号牌或多个号牌。在本系统中利用号牌的特定纹理信息并采用多尺度分析进行号牌的定位，定位后的号牌经过号牌分割、倾斜矫正、字符定位与分割，然后采用多帧识别技术再进行字符和汉字的识别。车牌定位倾斜矫正字符分割与定位字符和汉字的识别首先根据字符的序
14、号，将汉字、字母和数字区分开来，然后对不同类别字符采用不同的子系统识别。这些子系统又都融合了若干简单识别器，对待识字符进行联合识别。2.72.7 整车道整车道覆盖抓拍覆盖抓拍常规采用视频摄像机的标清卡口系统中，跨中线行驶车辆是造成系统漏拍的主要原因，由于受视频信号分辨率的限制，单个摄像机无法覆盖一个标准车道的宽度（3.75m） 。因此，当车辆跨中线行驶时，车辆在摄像机覆盖的盲区，相邻两个车道摄像机均无法抓拍到具有完整牌照的车辆图像（如下图） 。视频摄像机卡口拍摄区域示意图普通卡口摄像机所拍摄的牌照残缺不全的图像在改进的系统中，采用增加跨中线辅助摄像机抓拍跨中线，增加跨中线特写摄像机，在跨中线行
15、驶车辆通过时，依靠跨中线特写摄像机补充抓拍，使跨中线行驶车辆的漏拍率得以降低，但是，采用这种方案对很多正常行驶的车辆中线辅助相机也会抓拍，会产生大量的无效图片。高清卡口系统由于采用 200 万像素高分辨率数字摄像机，其拍摄画面覆盖范围可达 4.5 米至 5 米（3.75m） 。因此，其画面已经覆盖中线，可保证跨中线行驶的车辆能在 1 个或 2 个摄像机拍摄的图片中都能被完整记录，确保了记录信息的完整性。高清卡口摄像机拍摄区域示意图2.82.8 曝光过度抑制曝光过度抑制在传统的卡口系统运行过程中，部分的点位所拍摄的图像在夏天光线较强的环境下会出现白片现象，这是由于这些点位上安装的摄像机的角度正对
16、着阳光的直射方向，光线直接照射的摄像机的 CCD 面阵上，造成 CCD 曝光溢出所造成的，由于 CCD 的累积电荷已经溢出，通过调整光圈或快门速度的方式都无法解决这种问题，只能从光学结构上进行着手，根据多个项目的实际经验，我公司终于寻找到了解决该问题的方法，通过在摄像机镜头的前端加装一块偏振镜片，使原来直接照射到 CCD 上的光线发生折射，使其改变角度后再照射到CCD 面阵上，有效地解决了该问题。曝光过度强光抑制效果三、系统组成系统由路口记录单元、数据传输子系统和中心信息管理系统三部分组成，路口记录单元通过光纤 LAN 和公安内部网连接，完成数据传输，网络结构如下图所示。各部分的组成及功能如下：3.13.1 路口记录单元路口记录单元 路口记录单元安装监控路面附近，在无人值守环境下 24 小时全天候自动工作。路口记录单元主要由高清摄像机、闪光灯、高效金属化卤素灯、车辆检测器、存储模块等组成，下图为路口记录单元的组成框图。路口记录单元完成车辆检测、交通信息的采集（车流量、车辆速度、车道占有率、车辆密度等信息） 、交通事件检测（撞车、
