再也不堵車？智能交通攝像機(jī)“集大成”
進(jìn)入21世紀(jì)以來，世界經(jīng)濟(jì)進(jìn)入快速發(fā)展時(shí)期，各個城市內(nèi)的車輛也是日益增多。無論是發(fā)達(dá)國家還是發(fā)展中國家，都毫無例外不同程度地受交通問題的困擾，交通擁擠、交通事故、環(huán)境污染已成為現(xiàn)代社會亟待解決的幾大問題，由此帶來了巨大的能源消耗，浪費(fèi)大量寶貴時(shí)間。
與此同時(shí)國內(nèi)智能交通系統(tǒng)的發(fā)展也迎來了黃金時(shí)代，據(jù)前瞻產(chǎn)業(yè)研究院發(fā)布的《2015-2020年中國智能交通行業(yè)市場前瞻與投資戰(zhàn)略規(guī)劃分析報(bào)告》數(shù)據(jù)顯示，過去三年中，2011年依靠“十二五”智能交通行業(yè)政策紛紛出臺的利好影響，中國城市智能交通市場爆發(fā)式增長，市場規(guī)模增長增大由接近20%猛增到30%以上；2012年受國家宏觀經(jīng)濟(jì)環(huán)境不佳和各地方政府換屆的影響，市場規(guī)模增速回落到20%以內(nèi)；2013年在國家債務(wù)審計(jì)，地方債務(wù)問題備受關(guān)注的情況下，雖有國家各級政府換屆后領(lǐng)導(dǎo)層漸入佳境的利好，但市場增速并未達(dá)到市場預(yù)期，保持了20%的增長水平，全年市場規(guī)模達(dá)到192億元。市場的強(qiáng)烈需求推進(jìn)著智能交通技術(shù)的不斷創(chuàng)新，體現(xiàn)最為明顯的就是智能交通攝像機(jī)。
電子警察與高清卡口屬于智能交通系統(tǒng)最重要的組成部分，可以實(shí)現(xiàn)對城市違章車輛取證處罰功能，更好的維護(hù)了交通秩序，確保市民的出行安全。而作為其核心設(shè)備的智能交通攝像機(jī)，不斷的發(fā)展創(chuàng)新，引領(lǐng)者智能交通技術(shù)的前行。其發(fā)展主要?dú)v經(jīng)了以下幾個階段：
第一階段：標(biāo)清時(shí)代(90年代~05年)
此時(shí)的交通像機(jī)處于起步階段，像機(jī)的設(shè)計(jì)、圖像的分辨率、系統(tǒng)的穩(wěn)定性都存在一些問題。首先，攝像機(jī)采用膠片或數(shù)碼像機(jī)，雖然能抓拍違法車輛，但無法實(shí)現(xiàn)車輛的連續(xù)抓拍，不能對違法車輛的違法過程形成有效的處罰依據(jù)。其次此時(shí)的像機(jī)為模擬像機(jī)，清晰度非常低，圖片包含的信息比較少，尤其在順光、逆光等條件下，圖片質(zhì)量差，適應(yīng)能力較弱。同時(shí)此時(shí)的像機(jī)是非工業(yè)設(shè)計(jì)，穩(wěn)定性較差，對于長期使用在室外風(fēng)吹雨淋的環(huán)境下，很容易損壞，但廠家一般不負(fù)責(zé)維修。
另外，此時(shí)電子警察多采用“像機(jī)+線圈”的檢測方式。此種方式采用地感線圈(感應(yīng)棒)進(jìn)行觸發(fā)，需要在前端鋪設(shè)地感線圈(感應(yīng)棒)，而地感線圈是需要在車道上切割環(huán)行線槽，然后埋設(shè)感應(yīng)線圈(或感應(yīng)棒)。車輛通過時(shí)感應(yīng)線圈產(chǎn)生電磁，會發(fā)射信號給相應(yīng)設(shè)備，檢測算是比較準(zhǔn)確。但是由于需要在地下埋設(shè)感應(yīng)線圈，這樣在加大了施工難度的同時(shí)，也提高了工程的成本。而且麻煩的是當(dāng)路面變更渠化時(shí)還需要重埋線圈。另外路面質(zhì)量不好的地方對線圈的維護(hù)工作都是巨大的，并且一段時(shí)間以后還需要重新更換線圈，施工維護(hù)成本相當(dāng)高。
第二階段：高清時(shí)代(05~10)
隨著像機(jī)技術(shù)的不斷發(fā)展，高清像機(jī)開始普及，智能交通像機(jī)也進(jìn)入高清時(shí)代。此時(shí)的交通像機(jī)在電子警察中可以連續(xù)抓拍三張圖片，實(shí)現(xiàn)對車輛違法過程的記錄。并且抓拍圖片分辨率達(dá)到1080p，紅燈、車牌、停車線清晰可見，可以滿足交警的實(shí)際需求。同時(shí)檢測方式也脫離了線圈，實(shí)現(xiàn)視頻檢測。
技術(shù)的發(fā)展離不開市場需求的激勵，同樣當(dāng)像機(jī)技術(shù)滿足了基本需求，更高的要求隨之而來。此時(shí)的交通像機(jī)同樣存在一些問題，首先總體架構(gòu)采用“監(jiān)控像機(jī)+抓拍像機(jī)+處理主機(jī)”的方式，其中監(jiān)控像機(jī)的作用是監(jiān)控整個道路場景，然后傳送視頻流給處理主機(jī)用于分析車輛；抓拍像機(jī)作用是接收處理主機(jī)抓拍指令，對圖片進(jìn)行抓拍，最后把圖片傳回處理主機(jī)；而作為系統(tǒng)最重要的處理主機(jī)，肩負(fù)著分析監(jiān)控像機(jī)的視頻，發(fā)出抓拍指令，接受圖片并進(jìn)行車牌識別等工作。顯而易見，主機(jī)的工作量很大，在整個系統(tǒng)中處于主要地位。而處理主機(jī)的加入，使整個系統(tǒng)的造價(jià)大大提高。同時(shí)在室外惡劣的條件下使用，主機(jī)的故障率很高，雖然大多采用無風(fēng)扇結(jié)構(gòu)、嵌入式系統(tǒng)，但仍存在穩(wěn)定性問題。價(jià)格和穩(wěn)定性因素一直限制著整套系統(tǒng)的發(fā)展。
其次，此時(shí)的識別算法采用虛擬線圈，存在著準(zhǔn)確率的問題。虛擬線圈技術(shù)屬于視頻分析識別技術(shù)的一種，通過對目標(biāo)場景進(jìn)行背景建模，劃定虛擬線圈，車輛特征信息的提取等技術(shù)實(shí)現(xiàn)對通過車輛的檢測。由于技術(shù)限制，其算法存在著一定的缺陷，首先誤抓拍比較高，虛擬線圈會實(shí)時(shí)分析線圈區(qū)域內(nèi)場景變化，當(dāng)有樹蔭、下雨等條件干擾時(shí)，無抓拍很高，從而對后續(xù)有效圖片的篩選帶來很多工作。其次，算法可實(shí)現(xiàn)功能少，智能實(shí)現(xiàn)簡單的闖紅燈、卡口車輛抓拍，對于車輛變道、壓線等行為卻無能為力，使用局限性比較強(qiáng)。
第三階段：智能時(shí)代(10年以來)
此時(shí)我們迎來了智能時(shí)代，像機(jī)真正變成了“有大腦的智者”。主要體現(xiàn)在以下幾方面：
首先，前端只需一臺像機(jī)。像機(jī)采用H.264+JPEG雙碼流技術(shù)，其中H.264視頻流用于車輛檢測，而JPEG則用于抓拍車輛，這樣集成了之前的兩臺像機(jī)的工作。同時(shí)像機(jī)內(nèi)置DSP處理芯片，集成了車輛檢測、抓拍、圖片識別一體化，兼容了處理主機(jī)的工作。真正實(shí)現(xiàn)了一體化，降低了系統(tǒng)成本的同時(shí)，對于現(xiàn)場施工以及整體系統(tǒng)的穩(wěn)定性帶來了革命性的變革。
其次，采用車輛軌跡跟蹤算法，相比于虛擬線圈，跟蹤算法實(shí)時(shí)跟蹤車輛可以實(shí)現(xiàn)更多規(guī)則檢測，同時(shí)檢測也更準(zhǔn)確；一般采用背景建模和前景建模技術(shù)。其中背景建模是基于背景檢測的技術(shù)實(shí)現(xiàn)：當(dāng)沒有車輛在視頻檢測窗口中通過時(shí)，視頻中呈現(xiàn)的是路面、路側(cè)建筑物、樹木等物體成像特性，這些特性變化在相鄰幀視頻流中差異很小，變化緩慢，因此可以檢測相鄰視頻序列中某設(shè)定區(qū)域的圖像特性變化，來判定車輛的進(jìn)入、滯留、運(yùn)動、變化、離開等事件特性，從而實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)抓拍。優(yōu)勢是計(jì)算量?。粚?shí)現(xiàn)簡單；對系統(tǒng)處理單元要求不高，適合嵌入式化，對提高抓拍系統(tǒng)整體穩(wěn)定性有顯著意義。劣勢是檢測指標(biāo)不穩(wěn)定，很容易受天氣、光照、陰影、非機(jī)動車要素、成像設(shè)備抖動、傳輸鏈路噪聲、車輛行駛特性的干擾，造成漏抓，多抓，誤抓問題。
而前景建模分為兩種，包括車輛檢測和車牌檢測。車輛檢測基于前景檢測的技術(shù)實(shí)現(xiàn)，源于如下設(shè)定：當(dāng)車輛在視頻檢測窗口中通過時(shí)，會在某時(shí)段內(nèi)的視頻序列中，在特定區(qū)域連續(xù)出現(xiàn)車輛特性，進(jìn)而判定車輛的進(jìn)入、滯留、運(yùn)動、變化和消失等事件特性，從而實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)抓拍。優(yōu)勢是對有牌照的車輛，檢測精度高、檢測性能穩(wěn)定，可以很好適應(yīng)各種天氣、光照、陰影、非機(jī)動車要素、成像設(shè)備抖動、傳輸鏈路噪聲、車輛行駛特性的干擾。劣勢是不能對無牌車輛檢測；同時(shí)受制于車牌特性在圖像整體大視野中穩(wěn)定性的變化，如牌照變得不可辨識時(shí)，不能給出更為細(xì)致的車輛運(yùn)行特性，從而喪失深層行為判定能力。
