城市交通流量監(jiān)測與車輛超速捕獲及牌照識別所需求的攝像頭功能是不一樣的，而城市內(nèi)車輛監(jiān)控和高速公路車輛監(jiān)控又是不一樣的需求。隨著交通管制制度的越發(fā)嚴(yán)格，有不少車主走起了“不常路”，這種現(xiàn)象給交通監(jiān)控管理帶來了很大不便。為什么會出現(xiàn)這種現(xiàn)象？因為監(jiān)控用的攝像頭出了問題，安防部門沒有選擇到合適的攝像系統(tǒng)。
賽普拉斯亞太區(qū)影像感應(yīng)器部業(yè)務(wù)拓展經(jīng)理陳子良指出，比如高速公路監(jiān)控需要攝像頭具有很高的幀頻速度，假如車輛以200公里的時速行駛，幀頻為25fps的攝像頭只能獲取一幅圖像，但幀頻為250fps的攝像頭可以捕捉到10幅連續(xù)圖像。前者僅憑一幅圖像是很難判斷的，出錯率高，而后者通過10幅連續(xù)圖像則可以容易判斷且不會出錯。這里，如果采用消費電子中使用的普通攝像頭就不行了，需要專門針對工業(yè)級應(yīng)用的高速攝像頭。而在城市內(nèi)監(jiān)控時，則需要攝像頭有很大的動態(tài)范圍，以應(yīng)對強光或弱光條件下的捕獲。
一般來看，交通監(jiān)控包括以下內(nèi)容：超速車輛捕獲；車牌識別(用于收費路段或限制行駛/專屬路段的監(jiān)控)；交通擁堵狀況監(jiān)測和車輛控制系統(tǒng)；闖紅燈/違章并線和走進(jìn)專用道等；穿越鐵軌；收費路段和橋梁如智能交通系(ITS)。不同的應(yīng)用，對攝像頭要求不同，基本上可以分為以下兩類：
一、車輛超速捕獲及車牌識別
首先要求每一幀都具有良好的圖像質(zhì)量，這包括無模糊、無畸變、合適的對比度和較大的動態(tài)范圍；二是要求攝像頭能逐行掃描；三是分辨率必須足以識別車輛及其牌照上的字符；四是一般采用單色圖像，通常具有較高對比度，而彩色圖像只是備選方案；五是需要很高的低照度響應(yīng)和靈敏度；六是耐極端氣象條件的操控；七是具有鏡頭視場(FOV)，依分辨率而不同；最后，對于車輛及牌照識別，不建議使用非圖像無損壓縮。
在捕獲超速車輛和車牌識別應(yīng)用時，城市內(nèi)監(jiān)控和高速公路監(jiān)控又不同。前者不需要太高幀速的攝像頭，普通的20~30fps幀速即可；而后者卻需要大于200fps的幀速。但是，兩種情況下都要求圖像清晰，無拖尾現(xiàn)象。“賽普拉斯獨有的同步全局曝光可實現(xiàn)無拖尾，高質(zhì)量的圖像。特別適合于此類應(yīng)用。比如我們的IBIS5系列CMOS圖像傳感器。”陳子良說道。
二、交通流量、擁堵狀況監(jiān)測
與上面建議采用的單色圖像不同，這里傾向于使用彩色圖像；分辨率應(yīng)足以看清路面狀況；比上面情況需要更高的FOV；與上面要求高速幀頻不同，這里幀頻不是主要的考慮因素；要求比上面更大的動態(tài)范圍；同上面一樣需要耐極端氣象條件；需要極高可靠性以及平均無故障時間，這對城市流量控制非常重要。
從目前交通監(jiān)控市場來看，仍以基于傳統(tǒng)CCTV系統(tǒng)和CCD攝像頭的應(yīng)用居多。CCD攝像頭與CMOS攝像頭比最大的差距就是集成度差、成本和功耗雙高，并且，采用CMOS攝像頭與IP網(wǎng)絡(luò)結(jié)合，可以實現(xiàn)全數(shù)字化管理，而CCD做不到這點。因此基于IP網(wǎng)絡(luò)的攝像系統(tǒng)取代CCTV模擬系統(tǒng)和CCD攝像頭是大勢所趨。“近兩年，全球基于IP網(wǎng)絡(luò)的監(jiān)控系統(tǒng)已起步，中國也一樣。賽普拉斯從去年開始正式在中國市場推廣工業(yè)應(yīng)用的CMOS圖像傳感器，受到市場的歡迎。”陳子良表示。此外，近年來，CMOS圖像傳感器在動態(tài)范圍上的技術(shù)改良，使其圖像質(zhì)量已能與CCD媲美。
另一家CMOS圖像傳感器廠商Pixim也是專注于安防監(jiān)控系統(tǒng)的領(lǐng)導(dǎo)廠商，它與賽普拉斯不同的是，不僅提供數(shù)字圖像傳感器，還提供后端的數(shù)字視頻處理器、嵌入固件和完整參考設(shè)計，其產(chǎn)品以超寬動態(tài)范圍而揚名。“我們公司獲獎的Digital Pixel System(DPS)技術(shù)支持逐行掃描圖像捕捉，具有球形電子快門、超寬動態(tài)范圍(UWDR)，在極端照明條件下也能實現(xiàn)自然的色彩重現(xiàn)。”Pixim公司銷售市場副總裁兼創(chuàng)始人之一John Monti表示。據(jù)他所述，該公司的產(chǎn)品已為中國許多安防監(jiān)控廠商所采用，其中包括Sunell和CoShip。“網(wǎng)絡(luò)連接將是未來五年推動視頻監(jiān)控市場增長的主要動力之一。”John Monti說道。
隨著中國的“平安城市”計劃受到越來越多的關(guān)注，安防系統(tǒng)將由CCTV轉(zhuǎn)向網(wǎng)絡(luò)監(jiān)控，或者一些地方會直接布置網(wǎng)絡(luò)視頻監(jiān)控系統(tǒng)，而CMOS攝像頭將取代CCD在新一代的網(wǎng)絡(luò)監(jiān)控中扮演主角。那么，如何選擇合適的攝像頭才能避免文章開頭所談到的問題呢？
從上面的分析可以看出，針對交通監(jiān)控系統(tǒng)來說，選擇CMOS攝像頭最重要的因素有三個：一是要有大的動態(tài)范圍，對于不論城市內(nèi)監(jiān)控還是高速公路監(jiān)控來說都是非常重要的指標(biāo)，也是CMOS傳感器廠商比拼的主要指標(biāo)之一；另一個就是幀頻速度，這對于高速公路監(jiān)控非常重要，也是為什么普通的消費電子攝像頭不能用于高速公路的原因。此外，要考察的因素還包括攝像頭中圖像傳感器的集成特性，憑借CMOS工藝固有的集成特性，CMOS圖像傳感器片內(nèi)已集成了越來越多的外圍，這可進(jìn)一步減小攝像頭的成本。
“SD相機是監(jiān)控中用得最普遍的，因為百萬像素及更高的像素水平會產(chǎn)生過多的數(shù)據(jù)并阻塞TCP/IP網(wǎng)絡(luò)。在SD分辨率水平，改善圖像質(zhì)量至關(guān)重要的因素就是超寬動態(tài)范圍。”John Monti分析道。Pixim公司憑借其獲獎的DPS技術(shù)革新實現(xiàn)了業(yè)界幾乎最大的CMOS圖像傳感器動態(tài)范圍，其D1110和D2010兩款CMOS傳感器的最大動態(tài)范圍可達(dá)120dB，典型值時也有102dB。“DPS技術(shù)的關(guān)鍵是傳感器中的每一個像素都配有一個ADC，在捕獲圖像的瞬間即將光信號轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號，這樣最大程度地減小了信號衰減，從而獲得最佳的圖像質(zhì)量。”John Monti說道。
而CMOS傳感器能獲取最大動態(tài)范圍的原因：超寬動態(tài)范圍的關(guān)鍵是像素獨立電子快門。這意味著在每個視頻幀、圖像傳感器中的每個像素都能對曝光時間作出自己的決定。例如，非常明亮的像素使用一個非常快的快門速度、非常暗的像素則使用非常慢的快門速度。結(jié)果是在同一個視頻幀中，同時更精確地再現(xiàn)明暗條件下的情形。“這樣提供的信息將比老式的模擬CCD圖像傳感器更加精確。”他稱。
因此，D1110和D2010的超動態(tài)范圍可提供17位的紅、綠和藍(lán)色信息，實現(xiàn)任何視頻捕捉技術(shù)中最精確的彩色還原。除上述對高亮度光的控制外，在低光條件下，通過對高增益誘發(fā)的各種噪聲源進(jìn)行校正，DPS技術(shù)較大地提升了信噪比(SNR)，改善低光下的圖像質(zhì)量。“因此，DPS技術(shù)在高光(超寬動態(tài)范圍)和低光(SNR)條件下都極大地增強了性能，可以為終端用戶提供更好的信息，從而增強安全性。”John Monti說。
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