因地制宜 交通监控摄像头要求解析

    城市交通流量监测与车辆超速捕获及牌照识别所需求的摄像头功能是不一样的，而城市内车辆监控和高速公路车辆监控又是不一样的需求。随着交通管制制度的越发严格，有不少车主走起了“不常路”，这种现象给交通监控管理带来了很大不便。为什么会出现这种现象？因为监控用的摄像头出了问题，安防部门没有选择到合适的摄像系统。
　　赛普拉斯亚太区影像感应器部业务拓展经理陈子良指出，比如高速公路监控需要摄像头具有很高的帧频速度，假如车辆以200公里的时速行驶，帧频为25fps的摄像头只能获取一幅图像，但帧频为250fps的摄像头可以捕捉到10幅连续图像。前者仅凭一幅图像是很难判断的，出错率高，而后者通过10幅连续图像则可以容易判断且不会出错。这里，如果采用消费电子中使用的普通摄像头就不行了，需要专门针对工业级应用的高速摄像头。而在城市内监控时，则需要摄像头有很大的动态范围，以应对强光或弱光条件下的捕获。
　　一般来看，交通监控包括以下内容：超速车辆捕获；车牌识别(用于收费路段或限制行驶/专属路段的监控)；交通拥堵状况监测和车辆控制系统；闯红灯/违章并线和走进专用道等；穿越铁轨；收费路段和桥梁如智能交通系(ITS)。不同的应用，对摄像头要求不同，基本上可以分为以下两类：
　　一、车辆超速捕获及车牌识别
　　首先要求每一帧都具有良好的图像质量，这包括无模糊、无畸变、合适的对比度和较大的动态范围；二是要求摄像头能逐行扫描；三是分辨率必须足以识别车辆及其牌照上的字符；四是一般采用单色图像，通常具有较高对比度，而彩色图像只是备选方案；五是需要很高的低照度响应和灵敏度；六是耐极端气象条件的操控；七是具有镜头视场(FOV)，依分辨率而不同；最后，对于车辆及牌照识别，不建议使用非图像无损压缩。
　　在捕获超速车辆和车牌识别应用时，城市内监控和高速公路监控又不同。前者不需要太高帧速的摄像头，普通的20~30fps帧速即可；而后者却需要大于200fps的帧速。但是，两种情况下都要求图像清晰，无拖尾现象。“赛普拉斯独有的同步全局曝光可实现无拖尾，高质量的图像。特别适合于此类应用。比如我们的IBIS5系列CMOS图像传感器。”陈子良说道。
　　二、交通流量、拥堵状况监测
　　与上面建议采用的单色图像不同，这里倾向于使用彩色图像；分辨率应足以看清路面状况；比上面情况需要更高的FOV；与上面要求高速帧频不同，这里帧频不是主要的考虑因素；要求比上面更大的动态范围；同上面一样需要耐极端气象条件；需要极高可靠性以及平均无故障时间，这对城市流量控制非常重要。
　　从目前交通监控市场来看，仍以基于传统CCTV系统和CCD摄像头的应用居多。CCD摄像头与CMOS摄像头比最大的差距就是集成度差、成本和功耗双高，并且，采用CMOS摄像头与IP网络结合，可以实现全数字化管理，而CCD做不到这点。因此基于IP网络的摄像系统取代CCTV模拟系统和CCD摄像头是大势所趋。“近两年，全球基于IP网络的监控系统已起步，中国也一样。赛普拉斯从去年开始正式在中国市场推广工业应用的CMOS图像传感器，受到市场的欢迎。”陈子良表示。此外，近年来，CMOS图像传感器在动态范围上的技术改良，使其图像质量已能与CCD媲美。
　　另一家CMOS图像传感器厂商Pixim也是专注于安防监控系统的领导厂商，它与赛普拉斯不同的是，不仅提供数字图像传感器，还提供后端的数字视频处理器、嵌入固件和完整参考设计，其产品以超宽动态范围而扬名。“我们公司获奖的DigitalPixelSystem(DPS)技术支持逐行扫描图像捕捉，具有球形电子快门、超宽动态范围(UWDR)，在极端照明条件下也能实现自然的色彩重现。”Pixim公司销售市场副总裁兼创始人之一JohnMonti表示。据他所述，该公司的产品已为中国许多安防监控厂商所采用，其中包括Sunell和CoShip。“网络连接将是未来五年推动视频监控市场增长的主要动力之一。”JohnMonti说道。
　　随着中国的“平安城市”计划受到越来越多的关注，安防系统将由CCTV转向网络监控，或者一些地方会直接布置网络视频监控系统，而CMOS摄像头将取代CCD在新一代的网络监控中扮演主角。那么，如何选择合适的摄像头才能避免文章开头所谈到的问题呢？
　　从上面的分析可以看出，针对交通监控系统来说，选择CMOS摄像头最重要的因素有三个：一是要有大的动态范围，对于不论城市内监控还是高速公路监控来说都是非常重要的指标，也是CMOS传感器厂商比拼的主要指标之一；另一个就是帧频速度，这对于高速公路监控非常重要，也是为什么普通的消费电子摄像头不能用于高速公路的原因。此外，要考察的因素还包括摄像头中图像传感器的集成特性，凭借CMOS工艺固有的集成特性，CMOS图像传感器片内已集成了越来越多的外围，这可进一步减小摄像头的成本。
　　“SD相机是监控中用得最普遍的，因为百万像素及更高的像素水平会产生过多的数据并阻塞TCP/IP网络。在SD分辨率水平，改善图像质量至关重要的因素就是超宽动态范围。”JohnMonti分析道。Pixim公司凭借其获奖的DPS技术革新实现了业界几乎最大的CMOS图像传感器动态范围，其D1110和D2010两款CMOS传感器的最大动态范围可达120dB，典型值时也有102dB。“DPS技术的关键是传感器中的每一个像素都配有一个ADC，在捕获图像的瞬间即将光信号转换成数字信号，这样最大程度地减小了信号衰减，从而获得最佳的图像质量。”JohnMonti说道。
　　而CMOS传感器能获取最大动态范围的原因：超宽动态范围的关键是像素独立电子快门。这意味着在每个视频帧、图像传感器中的每个像素都能对曝光时间作出自己的决定。例如，非常明亮的像素使用一个非常快的快门速度、非常暗的像素则使用非常慢的快门速度。结果是在同一个视频帧中，同时更精确地再现明暗条件下的情形。“这样提供的信息将比老式的模拟CCD图像传感器更加精确。”他称。
　　因此，D1110和D2010的超动态范围可提供17位的红、绿和蓝色信息，实现任何视频捕捉技术中最精确的彩色还原。除上述对高亮度光的控制外，在低光条件下，通过对高增益诱发的各种噪声源进行校正，DPS技术较大地提升了信噪比(SNR)，改善低光下的图像质量。“因此，DPS技术在高光(超宽动态范围)和低光(SNR)条件下都极大地增强了性能，可以为终端用户提供更好的信息，从而增强安全性。”JohnMonti说。