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车辆自动抓拍系统

技
术
设
计
方
案
介
绍

项目建设目标
在出入口, 建设以车辆检测和牌号自动识别为核心, 定点测速功能为辅助的, 固定式机动车超速自动检测和记录取证系统。
该系统的建成将实现对道路交通相关区域的实时监控, 对驾驶行为进行自动记录取证, 满足值班人员对出入口交通管理和监控的需求。
系统建成后可取得以下目的:
Ø 有效检测和记录出入的车辆;
Ø 极大提高道路经过和利用能力以及值班工作效益效率;
Ø 努力强化智能交通、 科技管理意识;
Ø 协助相关单位查究违法违章车辆和人员, 并为侦破刑事案件提供相关证据;
系统描述
系统, 综合了计算机技术、 视频图像处理技术、 模式识别技术、 大型数据库管理及网络通信等先进技术, 对机动车辆行驶情况进行自动监测, 自动抓拍行驶车辆图片, 是当前实用性极强的科技交通管理手段。网络版的产品构架, 使得系统能够集超速抓拍、 现场识别、 远程传输和网络化调度管理为一体, 实现科技强警, 成为与世界最新技术同步的智能交通系统工程。
系统构成

视频图像采集

全景摄像机
车牌特写摄像机
超速抓拍、 牌照识别和记录、 图像处理系统
实时报警单元
数据发送
图像远程传输
指挥中心服务器
交警大队工作站
雷达测速
车牌特写摄像机
视频定位
辅助照明
本系统主要由车辆视频采集系统、 指挥中心管理系统、 传输和供电系统等几部分组成。如下图所示:

前端检测系统完成车速检测、 超速判断、 牌照号码识别、 定位拍摄车辆图像等工作, 将车辆的数据传到后端。
指挥中心管理系统是整套系统的枢纽和核心。指挥中心接收车辆数据, 对车辆图片进行二次识别和确认。
图3 固定式测速系统示意图
*主控机由嵌入式主机、 视频卡、 嵌入式检测软件等设备组成, 实现车辆速度与限速值的比较、 超速判别、 超速抓拍、 ( 时间、 地点、 违法类型、 识别的车牌号等) 信息叠加、 远程传输等功能;
*车牌识别软件自动识别抓拍图片中的车牌号, 并叠加在图片上;
*补光灯用于白天强反光和夜晚光线较暗时, 使摄像机能清楚拍摄车辆牌照;
*其它设备包括主机箱、 龙门架、 安全和电源保护装置、 供电系统、 有线/无线传输、 供电系统等。
前端视频记录系统
视频记录系统要求能全天候不间断工作, 能适应昼夜光照度变化大, 相同时刻画面明暗对比强烈( 如夜间车辆前大灯与背景的反差) 等恶劣环境条件的影响。系统主要包括监视和记录车辆的摄像机、 变焦镜头及配套的防护罩、 安装支架等装置, 为系统提供原始图像素材。
用于道路违法检测的摄像机, 在选型时主要应考虑四个方面的因素, 分别是水平分辨率、 快门调节和最低照度、 宽动态范围与逆光补偿、 色彩适应能力。
1.水平分辨率
由于工业摄像机的总像数较低, 只能达到40万左右, 远小于数码相机和数码摄像机的总像数。
因此, 分辨率的高低将直接反应其摄取画面的质量好坏, 一般要求水平分辨率达到480电视线以上。
2.最低照度和电子快门
当前, 彩色摄像机标称的最低照度大多在1.0LUX以下, 有的甚至能够达到0.001LUX, 但厂家虚报参数的较多。在道路监控和道路违法检测的应用中, 为了全天候的工作并摄取快速移动的车辆, 摄像机的快门均设置为1/120S以下, 增益也必须打在正常的状态而不是高增益状态下, 其照度往往达不到标称值, 在夜间光照较弱的情况下, 摄像机就无法摄取到清晰的图像。
因此, 需要选择参数标称值较为实际的摄像机, 而且在照度不足时利用补光灯照明, 以保证系统能在低照度下正常工作。
3.宽动态和逆光补偿能力
室外光照度在一天24小时内变化非常大, 在白天强烈阳光照射下, 光照度可达104LUX以上, 车辆外壳和车牌均有可能产生强烈反光, 红色信号灯光线暗淡, 无法分辨; 反之, 在夜晚, 光照度却在1.0LUX以下, 不但可能看不清车辆信息, 迎向行驶车辆的灯光还有可能造成强烈的眩光。
一天24小时照度变化如下表所示:
晴天中午日光照射时 8～10×104LUX
阴天或斜照较弱时 1～10×103LUX
日出或日落时 1～5LUX
月光及其以下 10- 4～0.1LUX
从上表可知, 为保证电子警察能昼夜24小时正常工作, 要求彩色摄像机不但有较低的光照灵敏度, 还要有极强的光圈自动调节( 超宽动态) 和逆光补偿能力。在快门合适的情况下, 既能在强烈的日光照射下看清被摄物体, 也能在路灯照射光线较弱时看清被摄的物体, 保证系统的正常运行。
4.色彩适应能力
由于远景摄像机需要摄取各个不同情况路段的全景信息, 为了使图片的效果能直观反映该路段情况, 摄像机的色彩适应功能一定要强。
超速监测点的前端视频记录在每个方向配置1台全景摄像机抓拍全景图像, 每条车道1台特写摄像机抓拍车头前部图像。
主控抓拍系统
主控抓拍子系统由主控检测主机、 图像采集卡、 网络通信设备和相关抓拍软件组成。主要功能是:
Ø 车辆速度运算和判别;
Ø 车辆抓拍定位;
Ø 控制成像系统抓拍图片;
Ø 运行号牌识别软件并识别;
Ø 图片压缩和存储, 字符叠加;
Ø 数据传输。
主控系统采用工业用计算机, WinXP以上操作系统, 以适应恶劣的工作环境。
为保证系统稳定性和长时间运行的高可靠性, 需要配置高质量的、 具有良好信誉的品牌工控机和主控电路。
主机安装有四路图像采集卡, 负责图像捕获。
一般情况下, 在确认车辆超速的同时, 经过摄像机对场景信息进行抓拍。
系统对抓拍的图片进行压缩, 并叠加有关的车辆信息( 时间、 地点、 车速、 车辆类型等) 。
辅助照明子系统
照明: 每个检测车道用一只LED频闪灯提供摄像机对车牌的识别能力;
智能闪光灯由摄像机的同步输出信号控制, 并可根据现场光线强弱自动控制灯的开启, 白天关闭, 晚上或光线不足时自动打开。
根据实际情况, 在环境光照不足以拍摄清楚车辆图片时, 增加一只150-250W集照型工业照明灯( 金属卤素灯) 提供环境照明。
因为抓拍系统必须24小时运行, 对于室外图像抓拍, 环境照度无疑是个无法避免的问题, 夜晚、 阴雨天环境照度低, 为了抓拍到清晰的图像, 一方面在选用CCD摄像机时, 充分考虑低照度性能, 另一方面就是增加照明。在充分考虑多种因素下, 在超速检测与取证系统的应用中, 我们选用了LED智能频闪灯作为牌照摄像辅助照明设备。
LED频闪灯主要用于光线较暗或有强烈反光时, 提高车牌字符的识别能力。频闪灯由主控系统中的图像采集卡进行控制, 确保了闪光时刻与图像采集时刻的精确配合, 即使在夜间也能获得理想的拍摄效果。
频闪灯安装的高度和角度必须与摄像机同步, 闪光灯光束与垂直方向夹角大
在采用了智能频闪灯后, 系统对环境光线的要求就比较低, 对车行方向25米以内光照度足够的地方, 无须安装辅助照明, 在光照不足的情况下, 为了改进夜间动态视频图像的亮度以及减少闪光灯对司机视力的影响, 每方向可根据现场实际情况增加150-250W金卤灯照明。
指挥中心控制系统
系统的指挥中心管理各前端监控点综合控制系统的一部分, 包括指挥中心专用服务器、 和网络交换机、 等设备。该部分主要完成车辆的图片和数据信息的汇集、 存储、 查询、 统计、 数据备份、 违法行为的认定、 报表生成和打印, 以及对前端设备的管理等工作。

图4 网络数据库应用示意图

服务器是整个指挥中心系统的核心部分, 一般选用高性能( 的专业级产品, 经过传输设备和网络与前端路段监控点的设备相连, 利用相关传输软件向客户端发出信息, 以提取客户端的各种相关数据及视频图片。
指挥中心系统主要由数据库服务器操作管理计算机、 网络通信设备等组成。
*数据库服务器接收并存储前端固定式测速系统抓拍的车辆图片和信息;
*Web服务器实现整个指挥中心网络的资源共享;
*管理计算机对抓拍的车辆进行超速二次识别和处理, 包括区间运行速度计算; ( 此项工作也可设计由各执勤点完成)

号牌识别系统
本系统采用车牌识别技术作为核心技术, 同时具备黑名单车辆自动比对功能。系统能正确识别时速不超过50km/h的汽车的号牌, 号牌的识别率为90-99.8%;
系统采用了大量的计算机图像处理和模式识别技术。其中有基于多分辨率纹理分析和模糊算法的快速车牌定位分割技术; 多帧图像实时融合去模糊技术; 连续多帧图像识别结果的置信度判决技术等关键技术, 独特创新, 领先于国内其它公司。号牌识别过程介绍如下:

在号牌识别过程中, 较好的图片质量和正确定位是正确识别号牌的关键。
本系统采用自适应综合光强控制算法, 经过与系统最终性能――车牌识别率和识别正确率直接相关的车牌图像区域的图象质量作为设计的根据, 建立物理控制模型和数学特征控制函数, 实现对摄像头+视频采集卡的自适应综合控制, 从而获取质量较好的车辆图片。
号牌定位的任务是确定图片中有无车辆号牌以及车辆号牌的数量位置。但号牌定位比较复杂, 车辆在图像中的位置具有不确定性, 可能出现的情况大致有这几种:
车头位置不确定;
号牌在车辆上的悬挂位置不确定;
车辆上可能悬挂其它号牌或多个号牌。
在本系统中利用号牌的特定纹理信息并采用多尺度分析进行号牌的定位。定位后的号牌经过号牌分割、 倾斜矫正、 字符定位和分割, 然后采用多帧识别技术再进行字符和汉字的识别。
号牌分割

第一次分割, 确定号牌上下边界 第二次分割, 确定号牌左右边界
*倾斜矫正

字符定位和分割

字符和汉字的识别首先根据字符的序号, 将汉字、 字母和数字区分开来, 然后对不同类别字符采用不同的子系统识别。这些子系统又都融合了若干简单识别器, 对待识字符进行联合识别。
多帧识别
为进一步提高识别率和识别正确率, 系统采用了多帧( 5～7帧) 识别技术, 即对同一辆车进行连续的5～7次识别, 对识别出的多个结果进行联合判别, 找出最佳结果。
系统特性
1.系统成熟、 稳定、 开放、 实用
基于技术路线选择、 经过三项核心指标( 识别速度、 识别率、 图像压缩管理) 的支持, 采用大型数据库管理, 整个系统完全胜任高标准的网络化运行、 图像与数据结合、 前端识别与后台管理并重、 分布式系统、 大规模应用的要求。
所有软件自设计开始就遵循严格的质量标准, 版本在提供给客户之前都经过严格测试, 软硬件体系已经过长时间的实际运行, 成熟、 稳定、 满足实用要求。
2. 全牌识别率高
这一指标是经过多次用户组织、 面向全国的技术比试中获得验证的实用指标。识别率越高, 管理越完善, 对图像信息的频繁调用需求越小, 主机、 网络和数据库负荷越轻, 系统扩容能力也越强。
3. 识别速度快
150ms以内的识别速度, 是国内外所有公布指标中比较快的, 可靠保障不停车、 车队识别的设计要求。
4. 高效的压缩技术
高效的图像压缩技术, 压缩率可达30:1, 解码后图像的峰值信噪比为32~34dB, 支持标准的jpeg图像压缩。能够使10G硬盘存储60万辆车的前部特征图像、 全景图像及其车牌信息, 这使得本系统在信息存储查询、 后台管理、 数据图像传送比对、 网络运行管理方面具有巨大的优势, 也使得大规模网络化应用切实可行。
5. 灵活的使用方式和全面的通信接口
车牌识别系统能够作为一个整体使用, 也能够只使用前端甚至只是识别模块。无论那种方式我们都提供开放标准的接口, 比如RS232和使用TCP/IP协议的网络通信, 也包括动态库和COM接口, 能够把车辆识别结果传送给别的系统或是应用, 方便用户进行二次开发, 能够很好地和已有系统集成, 最大限度地节约用户投资。
6. 系统功能全面, 管理完善, 可扩展性强
采用大型分布式数据库, 经过整体设计, 在高识别率、 高识别速度、 图像压缩管理的支持之下, 本系统功能全面, 能够有效地经过与其它技术手段和管理方式的配合, 为用户提供完善的管理手段, 同时, 系统功能和软硬件的可扩展性都很强。
7. 权限管理和安全措施
系统设置有多级别和权限管理功能, 并设置相应的密码, 只有相应级别的管理员才能进入系统。而普通操作人员只能对车辆信息进行复核、 校正、 录入等操作, 不能删除相关信息。
所有的操作均会有详细的日志记录, 以防止值班人员的徇私舞弊行为。
8. 系统自诊断功能完善
具备视频信号缺失报警、 站点通讯中断报警、 看门狗功能、 识别率低限报警等多项系统自诊断和维护管理功能。
9. 车辆监测与记录
全天候24小时监视与检测过往的每一辆机动车的车型、 颜色、 牌照; 现场能直观显示, 便于掌握过往车辆情况及运行情况。
10. 拍照清晰
5-100公里／小时车速情况下的清晰拍摄。
11. 存储管理
能存储60万辆车以上的记录图片, 存完自动覆盖。
12. 操作简便
系统可全自动操作, 即使是毫无计算机经验人员, 只需打开电源, 即可实现无人值守, 自动监控。
4.3系统性能指标
本超速系统的技术及性能指标如下:
Ø 视频定位抓拍;
Ø 可检测车速为5～60 km/h;
Ø 系统识别率高达90～99.9%;
Ø 专有的视频处理技术和车辆定位抓拍技术, 确保有效抓拍;
Ø 系统对单条通行车辆记录抓拍牌照一张和全景彩色图像三张; 压缩比85%时单记录( 两幅图像和相关信息) 文件小于50K( 平均每条记录40K左右) , 单套系统能存储80万条以上的车辆记录;
Ø 图像分辨率: 720*576, 色彩24位真彩;
Ø 牌照平均识别时间<150ms, 可靠保障不停车, 保证车队通行;
Ø 在环境无雾和牌照清晰条件下, 系统白天识别车辆牌照的平均概率大于 90%, 相应夜间车牌识别率大于85%;
Ø 系统设计防护等级: IP55, 可防水、 防尘、 防盗, 并散热良好;
Ø 系统电器装置具有过载、 接地、 漏电、 短路保护装置及避雷装置并符合国家相关电器安全标准;
Ø 系统220V带电部分和壳体之间的绝缘电阻≥10MΩ, 泄漏电流≤5mA;
Ø 设备平均无故障时间大于10000小时;
Ø 系统适应工作环境温度－40℃~＋70℃, 相对湿度≤95%;
Ø 系统适应电源电压AC154V~264V, 50±2Hz;
Ø 数字彩色摄像机: 分辨率480线以上, 快门速度1/50-1/10000可调, 最低照度0.3Lux以下;
Ø 系统支持太阳能及其它供电方式;
Ø 嵌入式系统, 模块化设计。产品体积小, 可根据需要进行模块组合、 升级或扩展;
Ø 多任务并行处理, 实时识别、 查询、 传输并行操作而互不影响。
设备参数指标
VCU-7023卡口抓拍单元

Ø 采用1/1.8 英寸300 万像素逐行扫描CCD 智能高清摄像机;
Ø 抓拍单元防护罩面板具有防尘防水滴功能, 且内置LED 补光灯;
Ø 输出图片格式: JPEG;
Ø 支持闪光灯和LED 频闪灯同步补光;
Ø 使用闪光灯补光时, 抓拍图片可看清司乘人员人脸;
Ø 支持车牌识别、 视频触发、 车身颜色识别和通行车辆信息捕获;
Ø 捕获率高, 采用线圈触发时, 车辆捕获率≥99%; 采用视频触发时, 车辆捕获率≥95%;
Ø 车牌识别准确率高, ≥95%;
Ø 识别车牌种类多: 民用车牌( 除5 小车辆) , 警用车牌, 04 式新军用车牌, 07 式武警车牌及 式 新 车牌;
Ø 车身颜色识别准确率: 深浅分类准确率≥80%; 10 种常见颜色( 白、 灰、 黄、 粉、 红、 紫、 绿、 蓝、 棕、 黑) 车辆的
Ø 识别率≥70%。当采用LED 灯补光时, 夜间无车身颜色识别功能;
Ø 支持车辆检测处理器、 雷达、 补光灯的接入;
Ø 支持远程数据上传, 可将抓拍的图片上传给终端服务器、 FTP 服务器或者后端平台等;
Ø 具有网络防雷、 防浪涌等功能。

指挥中心管理系统

处理器 Intel I3 3320
其它接口 2个10/100Mbps网口; 2个RS485; 4个USB2.0接口; 1个VGA接口; 1个DVI接口; 1个音频接口; 1个PS/2键盘/鼠标接口; 1个CF卡接口
操作系统 Windows XP Pro SP3
数据上传 支持上传至iVMS-8640智能停车场管理系统
支持上传至其它中心管理系统(需定制)
车辆信息存储容量 可存储≥100万辆的通行车辆信息或者50万位行人的信息
工作电压 220VC
功耗 ＜27W
工作环境温度 -10℃～+60℃
工作环境湿度 5%~95%@40℃, 无凝结
外形尺寸 77mm(H)×285mm(W)×178mm(D)
重量 10kg