浅谈高清CCD摄像机在闯红灯自动记录系统中的技术应用与发展

     闯红灯自动记录系统基于先进的图像识别技术、运动检测技术，能够对闯红灯车辆进行自动抓拍，执法部门可以根据抓拍记录图像所提供的闯红灯车辆的外形、牌照号码，为处罚此类违法行为提供了依据，有效的遏制闯红灯违法现象，消除事故隐患。

    由于闯红灯自动记录系统监视的结果将作为交通执法依据，因此闯红灯自动记录系统对车辆违法判定的准确性极为重要，既不能让违法者漏网，也不能误判违法，同时，还要求整套闯红灯自动记录系统具有非常高的可靠性和稳定性。

   机动车闯红灯自动记录系统发展至今，主要围绕着成像技术、夜间补光技术、车辆检测技术以及系统控制技术的发展而不断推陈出新。系统核心车辆检测单元、系统控制管理单元以及成像单元及其核心技术也由原来的单片机处理设备、工业控制计算机设备以及民用数码相机或模拟摄像机设备发展为集高清晰智能摄相机内嵌32位嵌入式DSP系统的高性能设备，闯红灯自动记录系统系统已发展为技术上更优化、完善，应用上更全面、到位的系统。

　由公安部交通管理科学研究所制定的最新闯红灯自动记录系统通用技术条件GA/T496-2009，代替原有的GA/T496-2004，已经于2009-02-25发布，2009-05-01正式实施。该标准的修订使闯红灯自动记录系统得到进一步的规范。

　一、目前市场上各种模式系统比较

    闯红灯自动记录系统的发展为：普通相机→普通摄像机→数码相机→数码+

　视频→高清摄像机（包括CCD和CMOS两种），目前除了普通相机，其它的方式都在使用，而新建的大部分都是数码相机或高清摄像机（CMOS或CCD）的方式，本次在株洲市区的新华路-华南路口一个方向分别测试了数码相机、高清CMOS摄像机、高清CCD摄像机三种模式，以下分别对这三种类型作了比较：
　　 

    以上三种类型均采用线圈检测的方式，抓拍同一方向，经过几个月的现场测试，采用高清CCD摄像机能够最大限度的满足需求，以下主要针对高清CCD摄像机作重点介绍:

　二、系统功能

　1、系统采用500万像素(3744*1408)高清CCD智能DSP摄像机，配合高速闪光灯，单个摄像机最多能够覆盖5个车道（总车道宽度不超过15米），能够实现对闯红灯车辆的自动抓拍和记录。
    2、图像抓拍功能：能够抓拍经过系统的闯红灯车辆进行自动抓拍，并能够时将地点方向、抓拍时间、红灯时间等数据显示在照片上，图像清晰可辨车辆特征、车牌号码。

　3、采用专用红灯检测器全自动检测红灯状态。 

　4、双通道车辆检测器能够自动区分方向，过滤逆行车辆。

　5、数据传输：对于有网络到位的地点，在中心安装数据接收客户端即可自动上传数据。如没有联网可以在路口本地配设一台工控机用于接收数据。

　6、数据缓存功能：相机内配置了8G的SD存储卡，可以存储4千组闯红灯图像。

    三、系统拓扑结构

　系统前端包括一体化摄像机、车辆检测器、红灯信号检测器等硬件设备，通过网络传输至指挥中心，指挥中心包括服务器、交换机、存储等硬件设备；每套前端需要抓拍、识别和传输软件，中心需要一套管理软件。

　系统拓扑图如下所示： 

　四、系统技术指标

　系统主要技术指标:

　帧率： 7.8帧/秒（3744*1408），30帧/秒（808*616） 

　图像分辨率： ≥500万像素

　闪光灯管使用寿命： ≥200万次

　捕获率： ≥99%

　记录有效率： ≥95%

　平均无故障工作时间：≥20000h

　五、系统特点

　1、图像分辨率大，解决传统普通摄像机系统需要特写和全景两个摄像机的模式。在所拍摄的图像中能够清楚地分辨信号灯状态、车牌号码及其它车辆特征信息。

　2、普通摄像机拍摄信号灯全景图象中信号灯颜色发虚、泛白灯现象（会造成执法争议）。CMOS摄像机由于照度低会造成车辆图像拖影现象（虽然车牌能够看清楚但车辆轮廓不清楚，造成执法争议），并且红灯往往显成黄色，造成执法争议。

　3、无需采用视频或图象采集卡。一般均采用网络传输视频图像数据，摄像机拍摄信号就是数字信号；而模拟摄像机需要采用视频采集卡将模拟视频转换成数字信号。

　4、减少路口摄像机数量，每个方向一台摄像机即可。降低系统安装和日后维护的工作量。纯硬件化设计，路口仅需电源和网络到位即可，无需增加工控机，运行稳定可靠。路口设备简单，稳定性高。完全摆脱了传统工控机模式的病毒、操作系统不稳定等状况。施工简单，每个方向一个相机＋车辆检测器＋红灯信号检测器，所有设备可以用小机箱安装在立杆上。(详见附图1)

　5、采用频闪灯或闪光灯同步闪光补光。由于采用帧同步闪光补光模式，有效地降低了对环境的照度要求，同时拍摄图像效果好。夜间效果和白天效果没有太大差异。均能够清楚看分辨率图像内信号灯状态颜色，车道停车线、路口状况、闯红灯车辆轮廓、车身颜色、车尾牌照号码等。(详见附图2)

　6、系统采用国内先进的嵌入式硬件设计技术，将前图像采集单元和系统控制单元两个部分有机结合起来，采用智能摄相机内置高性能DSP的方式，实现路口违法车辆信息的采集和数据上传。系统的控制由相机内集成的高性能DSP完成。工业级智能高清摄像机内部集成了工业高分辨率数字摄像机和DSP控制系统及存储卡。这种模式设备和施工均相对简单，同时各个方向独立工作，单个方向出现故障其它方向均能正常工作。系统采用实时RTOS操作系统稳定可靠，完全解决了传统计算机模式下操作系统稳定性和计算机病毒传染等问题，同时系统功耗小节能效果好。 

    作者单位：
    公安部交通管理科学研究所 陆振益 城市：无锡 邮编：214151
    株洲市公安局交通警察支队 言志红 城市：株洲 邮编：412000