摘要:隨著我國高速公路網(wǎng)的形成，車流量快速增長。視頻監(jiān)控系統(tǒng)在提升高速公路通行效率、降低人為因素影響、改善道路服務(wù)質(zhì)量、提高收費(fèi)站通行能力和路網(wǎng)營運(yùn)管理水平等方面，發(fā)揮著越來越重要的作用。本文介紹了采用新型CMOS圖像傳感器的高清攝像機(jī)在收費(fèi)車道視頻監(jiān)控的應(yīng)用。
文/孫偉 王建
隨著我國高速公路網(wǎng)的形成，車流量快速增長。視頻監(jiān)控系統(tǒng)在提升高速公路通行效率、降低人為因素影響、改善道路服務(wù)質(zhì)量、提高收費(fèi)站通行能力和路網(wǎng)營運(yùn)管理水平等方面，發(fā)揮著越來越重要的作用。本文介紹了采用新型CMOS圖像傳感器的高清攝像機(jī)在收費(fèi)車道視頻監(jiān)控的應(yīng)用。
收費(fèi)車道視頻監(jiān)控系統(tǒng)用于交通監(jiān)控和收費(fèi)狀況監(jiān)控。收費(fèi)車道視頻監(jiān)控系統(tǒng)主要對公路、橋梁、隧道等收費(fèi)車道運(yùn)行狀況，以及收費(fèi)車道通過的車輛類型、通行時(shí)間、收費(fèi)員的操作過程和收費(fèi)過程中的突發(fā)事件及特殊事件進(jìn)行觀察和記錄，并實(shí)施有效監(jiān)督，同時(shí)對收費(fèi)車道區(qū)域的視頻圖像進(jìn)行不間斷監(jiān)控和錄像。建立收費(fèi)車道視頻監(jiān)控系統(tǒng)的主要目的是：對工作人員徇私舞弊、車輛沖卡逃費(fèi)等惡性事件進(jìn)行取證，保障收費(fèi)系統(tǒng)的正常運(yùn)行，提高收費(fèi)系統(tǒng)整體運(yùn)營水平。
一、收費(fèi)車道高清視頻監(jiān)控的發(fā)展與現(xiàn)狀
我國收費(fèi)車道視頻監(jiān)控的發(fā)展經(jīng)歷了四個(gè)階段。早期由安防產(chǎn)品演化而來的閉路視頻監(jiān)控系統(tǒng)是收費(fèi)車道第一代模擬視頻監(jiān)控系統(tǒng)。到了九十年代中期，基于PC機(jī)插卡式的視頻監(jiān)控系統(tǒng)，初步實(shí)現(xiàn)了視頻監(jiān)控的數(shù)字化，但由于圖像質(zhì)量、穩(wěn)定性以及遠(yuǎn)程傳輸監(jiān)控等技術(shù)方面的不足，這種第二代視頻監(jiān)控系統(tǒng)僅能作為收費(fèi)車道的日常監(jiān)控。九十年代末，隨著計(jì)算機(jī)、網(wǎng)絡(luò)、通信技術(shù)的日趨成熟，各種實(shí)用型視頻技術(shù)不斷完善，以嵌入式技術(shù)為依托，以網(wǎng)絡(luò)、通信技術(shù)為平臺，網(wǎng)絡(luò)視頻監(jiān)控系統(tǒng)才從根本上使視頻監(jiān)控從幕后走向了幕前，成為了第三代收費(fèi)車道視頻監(jiān)控系統(tǒng)。與傳統(tǒng)的視頻監(jiān)控相比，網(wǎng)絡(luò)視頻監(jiān)控更便于計(jì)算機(jī)對視頻信息進(jìn)行壓縮、儲存、分析、顯示以及報(bào)警等自動化處理，實(shí)現(xiàn)無人值守；通過網(wǎng)絡(luò)平臺實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)距離監(jiān)控，即使是數(shù)千公里以外也能達(dá)到親臨現(xiàn)場的效果；利用先進(jìn)的軟件系統(tǒng)不僅可以在幾分鐘之內(nèi)就能完成傳統(tǒng)視頻監(jiān)控中大量的數(shù)據(jù)分析，提高監(jiān)控效率，而且能獲得更為逼真、清晰的數(shù)字化圖像，使監(jiān)控的管理和維護(hù)更便捷、更實(shí)用。目前，隨著圖像傳感器和圖像處理技術(shù)的快速發(fā)展，出現(xiàn)了高清（1080P）、寬動態(tài)范圍、多碼流輸出的新型高清攝像機(jī)，收費(fèi)車道視頻監(jiān)控系統(tǒng)進(jìn)入第四代。該系統(tǒng)具有結(jié)構(gòu)簡單、圖像高清化、網(wǎng)絡(luò)化、智能化的特點(diǎn)。本文介紹了采用新型CMOS圖像傳感器的高清網(wǎng)絡(luò)攝像機(jī)在高速公路收費(fèi)車道視頻監(jiān)控系統(tǒng)中的應(yīng)用。
二、新型高清攝像機(jī)結(jié)構(gòu)及特點(diǎn)
新型高清攝像機(jī)采用C M O S 圖像傳感器、FPGA+多核DSP處理器、高性能ISP,可實(shí)現(xiàn)低照度、寬動態(tài)范圍、低噪聲、多碼流輸出等功能，如圖1、圖2所示。
1、CMOS圖像傳感器
使用的SONY IMX185圖像傳感器，為新型彩色CMOS傳感器（前照式+紅外提升），靶面為1/2英寸，分辨率為1920×1080,60幀/秒；前照式CMOS（英文簡稱FSI）在感光元件中，A/D轉(zhuǎn)換器和放大電路位于光電二極管的上層，感光二極管位于電路晶體管后方。如圖3所示。
該CMOS圖像傳感器具備1080/60p的記錄能力、3.75μm的超大像素、高動態(tài)范圍WDR、低照度。
2、高性能處理器ISP
該新型高清攝像機(jī)采用高性能FPGA和多核DSP;多核DSP采用TI公司推出的一款多功能、高性能的TI-DM8127芯片，由多核組成（A8、兩顆M3、DSP共四個(gè)核心），如圖4所示。
DM8127的優(yōu)勢在于除了有專用于操作系統(tǒng)的基于A8的ARM核和分別負(fù)責(zé)視頻采集和視頻編解碼的兩顆M3外，還有一個(gè)750MHZ的DSP,單獨(dú)用于用戶的視頻算法處理。因此，DM8127最主要的優(yōu)勢在于它擁有專用于智能算法的DSP核。
3、新型高清攝像機(jī)特點(diǎn)
（1）低照度環(huán)境時(shí)圖像優(yōu)秀
由于使用了新型前照式CMOS圖像傳感器，在低照度環(huán)境下，圖像清晰、噪點(diǎn)抑制強(qiáng)，不需補(bǔ)光燈即可清晰地表現(xiàn)細(xì)節(jié)；可實(shí)現(xiàn)的最低照度：0.05 luxF 1.4（彩色），0.001lux F1.4（黑白）效果。如圖5、圖6所示。
（2）寬動態(tài)范圍WDR
采用新型CMOS圖像傳感器及先進(jìn)的圖像處理引擎ISP,具有優(yōu)秀的寬動態(tài)范圍，強(qiáng)光抑制效果良好，明暗細(xì)節(jié)表現(xiàn)豐富，夜間對車大燈抑制明顯，晝間對逆光等處理良好，車輛特征清晰可辨。
（3）多碼流輸出
具有多種視頻流輸出功能：高清H . 2 6 4（1080P、720P）/ 25FPS、CVBS（D1）實(shí)時(shí)輸出；滿足多種需求。
（4）使用及維護(hù)簡便
采用TCP/ IP協(xié)議接入網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)，設(shè)備的升級、維護(hù)、參數(shù)調(diào)整，均可在網(wǎng)絡(luò)中的任何一臺計(jì)算機(jī)終端上在線完成，從而大大提高了維護(hù)效率，減少了維護(hù)成本。
三、小結(jié)
1、信息容量
新型高清攝像機(jī)可輸出200萬像素的高清圖片和數(shù)字視頻流，圖片和視頻中所包含的信息更加豐富、齊備，用戶可從圖片和視頻中獲得更多的車輛相關(guān)信息（車輛號牌、車身外觀特征等）。
2、技術(shù)先進(jìn)性
新型高清攝像機(jī)，使用新型CMOS圖像傳感器、FPGA、先進(jìn)的圖像引擎（ISP），分辨率高、寬動態(tài)范圍、低照度下圖像清晰。可輸出模擬CVBS以及高清H.264（1080P）流媒體，具有自動曝光控制功能，支持NTP自動校時(shí)、工作狀態(tài)實(shí)時(shí)上傳等功能。視角和場景更廣，監(jiān)控范圍更廣，圖像清晰，可辨別車輛特征細(xì)節(jié)。
3、產(chǎn)品適應(yīng)性
高清智能攝像機(jī)高清視頻采用網(wǎng)絡(luò)輸出方式，視頻流和圖片可直接進(jìn)行數(shù)字錄像和存儲，后期處理簡便。
（作者單位：北京信路威科技股份有限公司）
