1.ITS視覺(jué)監(jiān)控技術(shù)的發(fā)展現(xiàn)況

隨著經(jīng)濟(jì)發(fā)展，人民生活水平的提高，私家車保有量大幅度上升，雖然城市道路建設(shè)取得了前所未有的發(fā)展，但是各大城市的交通壓力依然很大，擁堵依然越來(lái)越突出；中國(guó)是公路交通事故發(fā)生率最高的國(guó)家；政府加大邊遠(yuǎn)地區(qū)公路運(yùn)輸基礎(chǔ)設(shè)施的建設(shè)。為了提高道路交通能力，保障道路交通安全，加強(qiáng)道路管理，智能交通監(jiān)控系統(tǒng)應(yīng)運(yùn)而生。如果我們將寬廣的道路比作是計(jì)算機(jī)的“硬件”的話，那么架設(shè)在這些道路上的各種智能交通系統(tǒng)就是運(yùn)行在計(jì)算機(jī)硬件上的“軟件”，對(duì)于保障行車安全，提高道路的運(yùn)行效率，加強(qiáng)監(jiān)管等發(fā)揮著越來(lái)越重要的作用。并且隨著交通網(wǎng)絡(luò)的不斷延伸擴(kuò)展，智能交通技術(shù)的不斷突破，對(duì)于這種“軟件”功能的升級(jí)和完善是永無(wú)止境的。而視覺(jué)監(jiān)控是智能交通系統(tǒng)中必不可少的環(huán)節(jié)。
 

1.1 視頻監(jiān)控

ITS視覺(jué)監(jiān)控技術(shù)屬于視頻監(jiān)控技術(shù)的一個(gè)重要應(yīng)用，所以先介紹一下視頻監(jiān)控技術(shù)的發(fā)展過(guò)程：

第一階段，全模擬時(shí)代，即閉路電視監(jiān)控系統(tǒng)，采集、傳輸、存儲(chǔ)，都是采取模擬的方式。全模擬視頻監(jiān)控的核心技術(shù)是模擬視頻矩陣，以及磁帶式錄像設(shè)備。

第二階段，數(shù)字化階段。由于數(shù)字傳輸比模擬傳輸距離更遠(yuǎn)，能夠非常方便進(jìn)行硬盤存儲(chǔ)，模擬視頻矩陣被數(shù)字視頻矩陣取代，磁帶錄像機(jī)被數(shù)字硬盤錄像機(jī)（DVR）取代。這一階段，主要是解決了數(shù)字圖像傳輸和硬盤錄像中要用到的核心技術(shù)：視頻編碼（即視頻A/D也稱為為Video Decoder）、視頻壓縮（MJPEG、MPEG4、H264）。這個(gè)階段，前端成像系統(tǒng)更多的還是模擬相機(jī)。

第三階段，網(wǎng)絡(luò)監(jiān)控階段。21世紀(jì)初，寬帶網(wǎng)絡(luò)的普及，能夠滿足人們對(duì)遠(yuǎn)程視頻監(jiān)控需求，所以出現(xiàn)了以網(wǎng)絡(luò)視頻服務(wù)器為核心技術(shù)的遠(yuǎn)程監(jiān)控，也就是將視頻編碼、視頻壓縮、IP應(yīng)用結(jié)合在一起，解決了遠(yuǎn)程傳輸?shù)膯?wèn)題。這個(gè)階段，前段成像系統(tǒng)逐漸從模擬相機(jī)轉(zhuǎn)換為低成本的CMOS數(shù)字相機(jī)，但是模擬相機(jī)還是占有非常大的比重。

第四階段，全數(shù)字高清智能時(shí)代。隨著CMOS技術(shù)的成熟，以及CCD技術(shù)被一些監(jiān)控相機(jī)廠商所掌握，而一些傳統(tǒng)的機(jī)器視覺(jué)廠家也開(kāi)始涉足視頻監(jiān)控領(lǐng)域，視頻監(jiān)控技術(shù)漸漸進(jìn)入了全數(shù)字時(shí)代，隨著廣電行業(yè)的高清概念越來(lái)越火爆，人們對(duì)視頻圖像分辨率的要求也越來(lái)越高；數(shù)字化的監(jiān)控技術(shù)也讓人們開(kāi)始暢想并開(kāi)始逐步實(shí)現(xiàn)智能監(jiān)控，通過(guò)數(shù)字技術(shù)協(xié)助人采集分析視頻監(jiān)控?cái)?shù)據(jù)，達(dá)到智能視覺(jué)監(jiān)控的目的。
從第二階段到第四階段發(fā)展非常迅速，目前整個(gè)視頻監(jiān)控行業(yè)正急速的朝著第四階段發(fā)展。

1.2 ITS視覺(jué)監(jiān)控

對(duì)ITS監(jiān)控相機(jī)的需求大約出現(xiàn)在2004年，其同樣經(jīng)歷了視頻監(jiān)控技術(shù)的幾個(gè)發(fā)展階段。最早采用的也是模擬監(jiān)控的形式，后來(lái)甚至出現(xiàn)過(guò)用數(shù)碼相機(jī)來(lái)進(jìn)行監(jiān)控的形式，后來(lái)漸漸采用穩(wěn)定、可靠、分辨率較高的工業(yè)數(shù)字相機(jī)來(lái)進(jìn)行ITS監(jiān)控。在2008年前后增長(zhǎng)非常迅猛，目前開(kāi)始大步邁進(jìn)全數(shù)字化、高清智能化的階段。

圖1是一個(gè)典型的數(shù)字視頻監(jiān)控系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖，ITS視覺(jué)監(jiān)控系統(tǒng)的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)大致也是如此，只是將監(jiān)控?cái)z像機(jī)安裝在了道路上。

從圖中可以看到，整個(gè)數(shù)字視頻監(jiān)控系統(tǒng)由下面幾個(gè)部分組成：
1. 現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)控設(shè)備：

• 攝像機(jī)
• 視頻編解碼設(shè)備（IP攝像機(jī)內(nèi)部集成一體化的編解碼器）
• 存儲(chǔ)設(shè)備（DVR）

2. 傳輸網(wǎng)絡(luò)

• 目前最廣泛使用的就是Internet

3. 管理控制中心

• 控制中心：視頻解碼、視頻瀏覽、攝像機(jī)控制。圖中的分控中心其實(shí)也是一個(gè)控制中心，相當(dāng)于市公安局下面有各個(gè)派出所，各個(gè)派出所就是分控中心，市公安局就是主控制中心。
• 數(shù)據(jù)中心：數(shù)據(jù)存儲(chǔ)、數(shù)據(jù)管理

 
圖1 典型的數(shù)字視頻監(jiān)控系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖

2 ITS視覺(jué)監(jiān)控的核心技術(shù)

2.1  成像技術(shù)

視覺(jué)監(jiān)控最關(guān)鍵的當(dāng)然是視覺(jué)技術(shù)，視覺(jué)技術(shù)中，最關(guān)鍵的就是CCD/CMOS成像技術(shù)；同時(shí)與一般工業(yè)視覺(jué)需求不同，視覺(jué)監(jiān)控技術(shù)對(duì)于圖像的預(yù)處理技術(shù)有非常高的要求，以滿足視覺(jué)監(jiān)控的全天候能力。

2.1.1  CCD/CMOS成像技術(shù)

a) ITS監(jiān)控相機(jī)大部分是全天候室外應(yīng)用，不管白天黑夜、風(fēng)吹日曬、雷雨交加，ITS監(jiān)控相機(jī)都必須輸出穩(wěn)定的圖像質(zhì)量，保證道路交通的安全管理。因此ITS監(jiān)控相機(jī)的成像必須具備高可靠性、高穩(wěn)定性、高信噪比、高靈敏度、高動(dòng)態(tài)范圍。
b) 其次，對(duì)于CCD/CMOS分辨率的要求，不同的應(yīng)用要求是不一樣的：

•  收費(fèi)站：140w、200w即可，只需要實(shí)現(xiàn)對(duì)單輛汽車的車牌、車型、司乘人員臉部信息的捕獲。
• 治安卡口：200w、500w，單車道、多車道（一般單方向至少三車道）車輛信息的監(jiān)控，實(shí)現(xiàn)對(duì)車牌、車型、司乘人員臉部信息捕獲。
• 闖紅燈抓拍：200w、500w、800w：多車道十字路口車輛闖紅燈的監(jiān)控，實(shí)現(xiàn)對(duì)車牌、車型、闖燈過(guò)程、紅綠燈狀態(tài)等信息的撲火。

c) 高幀頻的需求：
ITS監(jiān)控相機(jī)專門針對(duì)高速運(yùn)行的交通工具進(jìn)行抓拍，因此需要其有較高的幀頻。目前最基本的幀頻要求為25fps，當(dāng)然越高的幀頻越能提供更高的抓拍效率。某些應(yīng)用已經(jīng)提出了60fps的要求，由于CCD本身的缺陷，要輸出較高的幀頻相對(duì)來(lái)說(shuō)是比較困難的，目前在ITS監(jiān)控中使用的200w CCD相機(jī)最高25fps左右，500w CCD相機(jī)15fps左右，但是，CMOS在這方面就有著天生的優(yōu)勢(shì)。
(中國(guó)集群通信網(wǎng) | 責(zé)任編輯：陳曉亮)