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安防知识:电子警察系统的构成

查看次数:次  发布时期:2011-11-29  【返回】

        在计算机技术飞速发展的今天,安防这个有历史悠久的行业已经成为热门行业。尽管安防行业的产值还远不能与冶金、电力、电信、石油、化工、机械等几大行业相比,但它与IT、ITS智能交通等其它学科技术越来越多地融合,并以每年25%左右的发展速度显示了美好的未来。
        随着城市道路监控技术和ITS智能交通技术的发展和融合,“电子警察”已经成为缓解交通紧张、降低交通事故和隐患体现科技强警的一项重要举措。电子警察执法处罚系统具有高技术含量,可以对“超速、逆行、闯红灯、禁停、压黄线、抢占公交车道等一系列违章现象进行准确、稳定、自动、全天候的监控、执法和处罚。电子警察的出现可以大大缓解因违章行为导致交通事故增加与警力少和警务人员劳动强度大的矛盾,有效抑制的由于人为违章引起的交通事故。电子警察在国内一些大中城市经过近几年的广泛应用,技术已经很成熟,由早期单一的闯红灯抓拍演变为多项违章内容及车流量、 排队长度、等待时间、 车道占有率、平均速度等交通信息统计分析的监控系统。时下城市交通电子警察主要包括:机动车闯红灯违章视频监测系统、机动车超速监测系统、逆行禁行车辆监测系统、公交车道监测系统、非机动车道行车监测系统、压双黄线监测系统、紧急停车带行车监测系统、移动式车辆稽查系统、智能化多媒体网络车牌识别系统、车流量监测系统等等。
        电子警察主要的核心部分是车辆检测技术、机动车车牌识别技术和视频摄像部分。
        车辆视频检测技术
        目前在各城市电子警察中主要使用的车辆检测器是线圈感应器和视频检测器。地埋感应线圈检测器因其可靠性高,准确率较高,而且价格低,在前几年一直在被广泛使用,但随着电子技术的发展,大规模、超大规模集成电路的发展,功能强大的数字处理芯片的出现,车辆视频检测技术取得突破并发展的相当成熟。与线圈检测技术相比所具有的优越性和高性价比已渐渐得到业内人士的公认,代表了未来车辆检测领域的发展和应用方向。
        视频车辆检测器是一种基于视频图像分析和计算机视觉技术对路面车辆运行情况进行检测分析的集成系统。它能实时分析输入的交通图像,跟踪图像中的车辆,获得各种交通数据。
        视频车辆检测器的主要优势:
        1、采用全景摄像机作为视频传感器,它无需切割破坏路面,乃至铺设很长的线圈馈线电缆,最大程度的缩短了封闭道路的时间。另外,视频虚拟线圈的位置可以根据需要任意放置,而感应线圈安装在一个位置后就不能根据路况的变化而任意移动,否则重复切割路面会严重影响道路的使用寿命。
        2、视频虚拟线圈的位置摆放可以根据路况任意调整,其线圈功能属性也可以根据需要进行设置,如:存在、延时、延迟、脉冲和计数。选用不同属性的线圈可以实现不同的控制需求,每路视频图像可以设置多个这样的虚拟线圈。
        3、感应线圈的寿命大约在2-5年(根据交通量及路面温度而定),而视频检测器的使用寿命要超过10年。
        4、采用了数字信号处理技术(DSP)和先进算法,视频检测能够面对路面反光、车辆阴影、恶劣气候及各种光照条件的挑战,它都能够精确、可靠检测数据,真正实现全天候的检测控制。
        车辆视频检测技术在交通信息采集、统计、分析方面应用最为复杂,这种视频交通检测器采用视频处理与识别技术而构造的观测站,能 够自动提取若干交通流参数,自动分类车型,并能检测一般交通事故和其他特殊交通事故。该检测器可安装于公路交通干道或重要交通观测点,用于替代传统的交通观测站。此外,在闯红灯、超速、禁行移动电子警察系统中,都采用视频车辆检测技术,而传统的地埋感应线圈正在被取代。
        车牌识别技术
        车牌识别作为交通监控的核心技术,应用在多项子系统中,如闯红灯监测系统、超速监测系统、逆行监测系统、禁行监测系统、公交车道监测系统、非机动车道行车监测系统、压双黄线监测系统、紧急停车带行车监测系统、移动式车辆稽查系统等等。智能化多媒体网络车牌识别系统广泛应用在过往车辆自动登记、验证,公路收费,车辆安全核查,小区、停车场管理等方面。
        系统采用视频实时触发方式进行检测抓拍,能够自动侦测、准确识别及验证行驶或停泊中车辆的整车车牌号码。可对已抓拍图像与数据库资料及时进行比对,当发现应拦截车辆时,系统能在本地机和中心机上及时报警。系统采用先进的模糊图像处理技术,通过程序能很好的实现对于车牌的整体倾斜、车牌的文字倾斜、车牌的污损和模糊等的处理,将人眼都很难辨别的车牌号识别出来。
        车牌识别的流程可分为车牌定位、车牌预处理、字符分割和字符识别四个步骤。
        车牌识别流程
        系统实现功能和技术特点
        准确识别不同地区及各种类型的车牌号码。
        采用图像自动触发方式,不需要其他外在触发机制。
        自动完成车辆记数,车流量统计。
        对已抓拍图像能与数据库资料及时进行比对,当发现应拦截车辆时,在本地机和中心机上及时。
        内置的数据库管理软件能存储、搜索及整理车辆资料,能自动备份数据并完成统计报告。
        在网络的环境下实现各地的数据同步,可实时监控前端系统的运行状况。
        对运动速度在 180公里/小时以下的汽车车牌进行自动识别。
        在良好光照条件下,车牌识别率不低于96%,在阴雨天、夜间人工光照条件下,车牌识别率不低于90%。
        系统能够识别的车牌类型包括:普通民用汽车车牌、军用汽车车牌(含武警车牌)、警用汽车车牌
        系统能够识别车辆类型,绘制出车辆的三维图像。
        抓拍图像的时间小于 0.03秒,识别图像的时间小于0.2秒。
        系统适应全天候条件下工作。 
        摄像系统
        作为电子警察的眼睛,摄像机是视频电子警察最常用的拍摄工具,其性能稳定,图像传输方便。电子警察所用摄像机主要是全景摄像机和特写摄像机,摄像机的选用需要根据实际应用环境来决定。首先要考虑两点:一是摄像机性能,摄像机性能的好坏直接关系到在各种条件下能否拍摄出清晰画面,在夜间能否看清车牌,所拍图像色彩是否真实,满足使用要求;二是摄像机的可靠性,摄像机要在可能发生的各种恶略环境下长期稳定工作,保证图像质量不恶化,故障率低。
        道路监控摄像机都安装在很高的杆子上,安装、调试、维修都需要高架车,还要影响正常的交通,如果摄像机故障率高,其售后维修服务费高,还要影响工程商的信誉。
        全景摄像机可以选用1/3CCD彩色摄像机、1/2CCD彩色摄像机,通常使用较多的是1/2CCD道路监控彩色摄像机,这种摄像机有照度低、视角广、色彩好、信噪比高、背光补偿好等特点。在摄像机的选择上是性能和价格是成正比的,如果对图像色彩、清晰度、信噪比、照度等指标要求较高或当地道路环境光线较暗一般摄像机无法拍摄出满足要求的图像,就需要选用高档摄像机。
        特写摄像机主要在车牌识别中看清车辆牌照,这类摄像机可选种类较多,如:1/2CCD摄像机,1/3CCD 摄像机加补光系统,1/4CCD一体化摄像机加补光系统。根据对图像质量要求和应用环境的差异,设计上选用不同的摄像机。
        1、夜间道路照明很好,可以选择摄像机种类较多,如低照度1/3CCD摄像机加少量LED灯补光或选用1/2CCD低照度色彩摄像机或一体化摄像机加补光灯。如果你要拍清车牌还要看清车体颜色,还要低信噪高清晰图像,只能选用高档摄像机。
        2、道路光线较暗,一般摄像机需要功率较大的补光源,除能拍清牌照外,图像中车体轮廓和色彩较差,噪波点多。若采用1/2CCD低照度摄像机加补光灯,可以得到较好效果。
        3、道路光线很暗并需要识别前车牌照,如城市出入口、社区出入口、大厦出入口等地。由于车前灯较亮,环境光线很暗,光照反差较大,很强的垂直光斑,拍清车牌需要辅助光源,摄像机的选择也很苛刻。如果需要远距离补光拍摄既要拍清车牌还要看清车辆轮廓颜色,这不仅需要1/2CCD高清晰、低照度、高信噪比、很好背光补偿的摄像机,还需要经验丰富的工程技术人员的反复调试。
        4、在道路监控工程中,经常还会发生摄像机夜间参数调整好图像满足要求,白天效果很差,或按照公路朝向会发生强逆光现象,这时摄像机在某一固定参数下,无法保证每个时间段拍摄出满意的图片。根据工程中实际需求,一种智能车牌识别摄像机已经问世,它可以根据监控现场光线变化情况自动调整摄像机参数、补光灯开启、补光灯强度等实现全智能控制,从而达到最佳效果。
        无论是全景还是特写摄像机的选择,都需满足最低的技术指标。如果要追求更好的视频效果或满足特殊的需求,就需要选择高性能摄像机。
        日本池上公司ICD-828P 1/2 CCD 彩色道路监控摄像机,在1/2CCD摄像机中是较优秀的,这款应用了专业广播级技术的摄像机具有水平分辨率530线,垂直光斑指标为-126dB ( 池上广播级摄像机为-135dB)。在监控摄像机中很少看到垂直光斑这项指标,其实光斑是CCD传感器的一个特性,在传感器中没有任何东西阻止强光穿射的曝光和在CCD上产生更多的电子,结果是在图像中强烈的光出现时通常垂直斑纹也出现,在图像中遮盖了相关的细节。该款摄像机的最低照度是0.15Lux/F1.4/50IRE/AGC ON,信噪比大于52 dB。在公安部安全与警用产品质量检测中心检测的2台产品最低照度为0.11Lux/F1.4/50IRE/AGC ON 和0.09Lux ,信噪比为57dB和59dB,而专业广播电视摄像机信噪比在60~65dB。为便于工程商安装调试摄像机,池上特有的远程遥控器RCU-701可使调试人员无需高空作业,在施工现场很方便地调试摄像机参数。无论从技术指标还是实际应用的效果看,池上这款道路监控像机得到广泛好评。
        针对于复杂应用环境设计的智能车牌识别摄像机,它主要由带有RS-485或RS-232接口的一体化摄像机、1/2CCD摄像机,低功耗LED补光灯,智能控制板组成。
        摄像机是针对监控需求设计的,如果让摄像机自行调节曝光强度,只能是依据图像中某一固定区域的平均亮度进行调节,调节方式一般是固定的、非智能化的方式。在阴天时,阳光透过云层散射后光照很均匀,上午和下午、东西向和南北向没有多少差别,摄像机拍到的车辆、路面、景物都会非常清晰。晴天时,阳光直射到路面上、车身上就产生了逆光、直射光的问题。逆光情况下,拍摄方向与阳光照射方向相反,拍摄到的路面、背景较清晰,而车牌区域的对比度很差不利于识别。直射光情况下,拍摄方向与阳光照射方向相同,拍摄到的车牌区域很亮导致字符笔划较粗、相互粘连,而且我国的车牌都采用反光漆,有些时候会出现镜面反射,无法看清车牌号码。另外,车体表面的反光产生的亮线、光晕也会对识别造成影响。车牌识别多数用于识别运动中的车辆,车牌区域在整个图像中是不固定的,普通摄像机无法根据车牌区域进行调节。
  夜间环境下车辆开启车灯,普通摄像机受大灯的影响减弱曝光强度造成图像车牌区域很暗、无法看清号码,车大灯的光线还可能形成大面积光晕遮挡车牌区域。夜晚也不能使用灯光太强的补光设备,那样会影响司机视觉,存在安全隐患。
     智能车牌识别摄像机能分析的图像整体亮度和车牌区域亮度智能地调整摄像机的光圈、快门、增益等曝光参数。它可以动态跟踪光线的变化,无论何时、何种光线条件下都能采集到尽量清晰的有利于识别的图像。环境光较弱时摄像补光单元可自动开启补光灯进行主动补光。
        这种可以选择规格的摄像机、不同形式的补光灯利用控制板组合成满足多种需求的智能车牌识别摄像机。SB-01是一款由SONY一体化机芯, 5W的LED点阵补光灯,控制板组成的智能车牌识别摄像机。它已经应用于多项道路监控工程,解决了很多疑难问题。
        电子警察的应用
        电子警察在很多城市近几年的应用中取得了非常好的成效,它的发展已经从大中城市到中小城市,发展速度非常快并已经成为安防行业的主要增长点。现在电子警察技术已经很成熟,高清电子警察系统已经开始在一些城市应用,不同的城市可以根据实际情况选用适合自己的方案。
        一些中小城市主要路口少,监控点少,这些监控点距离控制中心近,这样可以从监控点到监控中心直接敷设光缆线,将监控点的视频信号直接传输到监控室。电子警察系统由于有视频虚拟线圈检测功能,可以将控制主机直接安放在控制中心,这种方式使前端摄像机即可用于道路监控又可用于电子警察检测取证。将电子警察系统安放在监控中心,对控制主机的要求降低,系统维护、维修成本降低,同时对于资金紧张的项目,可以用一套电子警察系统通过人工切换对多个路口进行轮流使用,这样即可对经常违章的驾驶员有震慑作用,又缓解了资金紧张的矛盾,使监控系统分步完善。这种模式已经在一些地区使用,并取得很好的效果。
        由于各地区气候环境不同、车辆牌照所用材质不同及其它特殊情况,造成视频图像的差异。这就意味着某个电子警察系统在甲地使用效果很好,在乙地使用效果不好,另外每个地区交警部门可能根据实际需求提出一些新要求。对于一个较为成熟的电子警察系统,应该能满足大多数需求,同时能很方便地修改调整软件系统,满足用户的需求。
 

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