【安防知識網(wǎng)】道路交通專用攝像機(jī)作為視頻圖象信號采集設(shè)備，專門用于監(jiān)視交通道路的車輛、駕駛員、行人等目標(biāo)，要求全天候不間斷運(yùn)行，并要能實(shí)時、清晰地捕獲到目標(biāo)對象的特征信息。隨著道路監(jiān)控需求的不斷提高和攝像機(jī)技術(shù)的更新發(fā)展，道路交通專用攝像機(jī)的功能也越來越強(qiáng)大，性能也更趨完善，并已在道路交通監(jiān)控領(lǐng)域發(fā)揮著重大作用。

　　盡管道路監(jiān)控四大功能對專用攝像機(jī)的性能要求稍有些差異，如卡口、電子警察攝像機(jī)更專注于清晰度、低照度、強(qiáng)光抑制等;而道路治安監(jiān)控和交通狀況監(jiān)察的重點(diǎn)要求是清晰度、低照度、寬動態(tài)功能等，但二者主要功能和要求還是一致的?？偨Y(jié)道路交通監(jiān)控的特殊要求，其攝像機(jī)的關(guān)鍵性能應(yīng)包括有清晰度、低照度、強(qiáng)光抑制、寬動態(tài)、數(shù)子降噪、紅綠燈辨別等技術(shù)。

　　清晰度——沒有最高，只有更高

　　攝像機(jī)清晰度是指畫面再現(xiàn)物體細(xì)部的能力，決定著圖像質(zhì)量，對道路交通監(jiān)控尤其重要。業(yè)內(nèi)人士一定還記得10多年前的攝像機(jī)只能產(chǎn)生大約320×240像素的圖像，畫面充滿顆粒感，即便把圖像放大，因像素數(shù)沒隨畫面放大而增加，圖質(zhì)甚至更差。

　　而攝像機(jī)的發(fā)展得益于CCD技術(shù)的不斷更新。CCD的發(fā)展歷經(jīng)從HAD CCD、Super HAD CCD，再到Exwave HAD CCD，后來又推出超高感度的Super Exwave CCD，近年又有專為安防監(jiān)控量身打造的Super HAD CCD Ⅱ，圖像越來越清晰、靈敏度不斷提升、色彩還原更真實(shí)。不妨再從模擬攝像機(jī)水平清晰度來看，480TVL基本退出市場，540TVL已成主角，有廠商已推出650TVL產(chǎn)品。

　　但也不可否認(rèn)，就清晰度而言，模擬攝像機(jī)已接近極限，人們從道路監(jiān)控中看到很多錄像畫面清晰度不高，對細(xì)節(jié)尤其是車牌車型人臉看得不夠清楚;同時攝像機(jī)的安裝數(shù)量成倍增加，如何有效監(jiān)視、管理、調(diào)用攝像資源已成問題，諸如此類的“煩惱”都說明模擬攝像機(jī)局限性越來越大，而百萬像素高清攝像機(jī)在清晰度上可以說沒有上限，不管是CCD還是CMOS技術(shù)，百萬像素攝像機(jī)已被廣泛應(yīng)用。

　　百萬像素攝像機(jī)的顯著特點(diǎn)是分辨率高(1280×720或1920×1080)、16∶9寬廣的水平視場角、畫面包容的景物更多，影像能被放大很多倍而細(xì)節(jié)依然清晰。一般一臺模擬攝像機(jī)僅只能監(jiān)看一個車道，而高清百萬像素攝像機(jī)能監(jiān)看二至三個車道，這就使得道路交通監(jiān)控系統(tǒng)對車輛、車牌和行人監(jiān)控，或需要獲取影像細(xì)節(jié)的智能視頻分析系統(tǒng)，甚至依靠人工播放錄像來獲得監(jiān)控細(xì)節(jié)以作證據(jù)的系統(tǒng)都能顯著獲益。

　　更高清晰度除帶來更好的監(jiān)視效果外，也更為高效、更可靠的智能分析帶來了可能，這將徹底改變完全依靠人工來監(jiān)視的被動監(jiān)控，而實(shí)現(xiàn)“按需”監(jiān)控、“主動”監(jiān)控。這一切也正是現(xiàn)代道路交通監(jiān)控系統(tǒng)所熱切期待的。

　　低照度——軟硬兼升

　　道路監(jiān)控需要24小時工作，而且在晚上極暗的光照條件下也要求得到可視的畫面。常規(guī)攝像機(jī)則難以滿足該條件，因而對道路監(jiān)控就有了低照度要求。

　　所謂低照度，即借助周邊道路燈，甚至月光、星光等可見光，在光線較暗的情況下也能獲得較理想的可視圖像，以滿足夜間監(jiān)控的需求。低照度攝像機(jī)的關(guān)鍵技術(shù)有二方面，一是CCD及配套器件，二是DSP技術(shù)。即使現(xiàn)在紅外攝像機(jī)“大行其道”，但低照度攝像機(jī)仍以其特有性能不能被取代。

　　CCD技術(shù)

　　CCD及配套器件即攝像機(jī)和鏡頭，而攝像機(jī)又由感光器件CCD 、信號處理電路、濾光片等組成。以SONY為例，其低照度技術(shù)為Super HAD CCD，后來又研發(fā)出超感光度Ex-view HAD CCD。這兩技術(shù)中，在CCD的每個像素上都定位有OCL鏡頭，該鏡頭是使光線集中到感光區(qū)域，令感光度提高。而Ex-view HAD更進(jìn)一大步，使OCL擁有接近零間隙結(jié)構(gòu)，有著更低的Smear Levels，其將CCD每一像素的開口率提高，令小孔累積層收到最大量的光線，進(jìn)而達(dá)到更低照度的要求。

　　鏡頭作為攝像部件重要組成部分，其為CCD聚焦被攝物體的光線，其可攝取光線的多少直接決定了CCD成像的清晰度。衡量鏡頭攝取光線的多少 ，稱之為進(jìn)光量，用F值(光圈)表示，F(xiàn)值與口徑成反比，與焦距成正比，在焦距相同條件下，鏡頭口徑越大，F(xiàn)值越小，鏡頭進(jìn)光量就越大。常見鏡頭的F值多為1.2、1.4，目前也有F1.0 的，因此為了使得攝像機(jī)獲得理想的低照度效果，需要配置相適合的或配置 F 值較小的鏡頭。

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　　DSP后端處理

　　攝像機(jī)中好的CCD固然重要，但后端的DSP芯片也起著不可或缺的作用，其將前端CCD采集到的視頻信號進(jìn)行處理，轉(zhuǎn)換為視頻圖像輸出，DSP芯片將在后端進(jìn)行數(shù)字降噪、寬動態(tài)、暗區(qū)補(bǔ)償?shù)冗M(jìn)行軟性處理。如松下推出的SD5的DSP芯片，與前幾代相比色彩還原性和亮度等方面都有很大的提升，并采用自適應(yīng)數(shù)字降噪技術(shù)(DNR)，將2D-DNR與3D-DNR結(jié)合，在多種條件下，都可很好地降噪。

　　圖像DSP處理低照度攝像機(jī)發(fā)展至今，不僅有硬件技術(shù)方面的發(fā)展，在軟件處理方面也有突出的表現(xiàn)，比如彩轉(zhuǎn)黑技術(shù)和低速快門，即幀累積技術(shù)的出現(xiàn)。

　　彩轉(zhuǎn)黑技術(shù)

　　實(shí)現(xiàn)低照度監(jiān)控，高端攝像機(jī)在切換濾光片的同時會轉(zhuǎn)換成黑白圖像，以此得到更好的圖像效果。但在轉(zhuǎn)換過程中會遇到一個臨界值問題，若光線恰好在設(shè)定的臨界值時會發(fā)生來回切換，不但對成像效果會有影響，也會因不停的機(jī)械運(yùn)動影響濾光片的壽命，所以廠家在攝像機(jī)內(nèi)增加延遲電路，即當(dāng)達(dá)到臨界值時延遲一段時間再切換，若照度繼續(xù)降低，則切換;反之，則不進(jìn)行切換。

　　黑白攝像機(jī)的靈敏度比彩色攝像機(jī)的靈敏度要高很多，因?yàn)楹诎讛z像機(jī)中，DSP運(yùn)算只對兩種色彩進(jìn)行處理，即黑色和白色，所以現(xiàn)在相當(dāng)部分的低照度攝像機(jī)都有彩色轉(zhuǎn)黑白的功能，即白天為彩色圖像，夜間通過軟件處理將圖像轉(zhuǎn)換為黑白圖像，通過犧牲彩色效果來得到更低的照度。一般彩色轉(zhuǎn)黑白過程是通過CCD采集光線后轉(zhuǎn)換的電荷強(qiáng)弱來控制，當(dāng)電荷強(qiáng)度達(dá)到一定臨界值時會自動轉(zhuǎn)換為黑白圖像, 同樣為保證在臨界值時不會造成反復(fù)切換會做一個延遲。一般說，鑒于城市卡口和電子警察要求車牌車型等的細(xì)節(jié)識別及車輛大光燈對彩轉(zhuǎn)黑的影響，所以卡口和電子警察應(yīng)用往往不采用彩色轉(zhuǎn)黑白技術(shù)。

　　低速電子快門技術(shù)

　　低速電子快門利用電腦記憶體的技術(shù),連續(xù)將幾個因光線不足而較顯模糊的畫面累積疊加，成為一個影像相對較清晰的畫面。在CCD攝像機(jī)內(nèi)，是用光學(xué)電控電荷積累時間來操縱快門，控制攝像機(jī)CCD的累積時間。當(dāng)電子快門速度增加時，在每個視頻場允許的時間內(nèi)，聚焦在CCD上的光減少，將降低攝像機(jī)的靈敏度。低速電子快門可放慢快門的曝光速度，使得CCD可更長時間累積電荷從而在低照度環(huán)境下得到相對清晰的畫面。然而，隨著電子快門速度的放慢，會產(chǎn)生攝像機(jī)圖像拖尾現(xiàn)象，該類攝像機(jī)比較適用于對靜止畫面的監(jiān)視，活動劇烈的畫面監(jiān)視不宜用，所以說該項(xiàng)技術(shù)也不適用于道路交通監(jiān)控系統(tǒng)。

　　任何低照度攝像機(jī)都需要有一定的光線才可使用，至于光照度的大小涉及到低照度攝像機(jī)的靈敏度，0LUX攝像機(jī)是沒有的?？傊?，低照度攝像機(jī)雖然在某些領(lǐng)域有其不可替代的地位,但是由于其硬件研發(fā)難度較大,致使價格比較昂貴,所以,未來的低照度攝像機(jī)發(fā)展,應(yīng)該在DSP軟件上再不斷突破來降低原始成本，使其被廣泛應(yīng)用。

　　強(qiáng)光抑制——保障車牌識別

　　道路監(jiān)控攝像機(jī)與傳統(tǒng)監(jiān)控攝像機(jī)有許多差異，例如應(yīng)用在卡口或電子警察的車牌辨識就是需要選用非常專業(yè)的攝像機(jī)，否則會因?yàn)榄h(huán)境的影響而造成無法辨識。譬如，夜晚卡口或電子警察針對汽車的強(qiáng)光燈就因?yàn)樾枰槍τ蓮?qiáng)光燈形成的光暈現(xiàn)象而選擇專業(yè)的強(qiáng)光抑制攝像機(jī)。

　　由強(qiáng)光形成的光暈俗稱“漏光”，光暈問題是CCD圖像采集系統(tǒng)中的一大難題。強(qiáng)光抑制是采用DSP技術(shù)，即把強(qiáng)光部分弱化，把暗光部分亮化，達(dá)到光線平衡的目的。其原理是在圖像中把強(qiáng)光部分的視頻信息通過DSP處理，將視頻信號亮度調(diào)整為正常范圍，避免同一圖像中前后反差太大。

　　強(qiáng)光抑制技術(shù)能有效抑制強(qiáng)光點(diǎn)直接照射造成的光暈偏大，使視頻圖像模糊，能自動分辨強(qiáng)光點(diǎn)，并對強(qiáng)光點(diǎn)附近區(qū)域進(jìn)行補(bǔ)償以獲得清晰的圖像。

　　確實(shí)，強(qiáng)光抑制技術(shù)和寬動態(tài)技術(shù)有些相似，但二者還是有區(qū)別的。寬動態(tài)攝像機(jī)是用在強(qiáng)光區(qū)域和弱光區(qū)域同時需要看清楚的應(yīng)用;而看車牌照用強(qiáng)光抑制攝像機(jī)，即要抑制掉車燈的強(qiáng)光，弱化車燈光暈的影響，使車牌能看清楚。

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　　寬動態(tài)——背光補(bǔ)償升級版

　　在監(jiān)控應(yīng)用中，經(jīng)常會出現(xiàn)明暗反差較大或逆光的場景。在同一位置往往會面臨多種照明條件，并在不同時段出現(xiàn)明暗反差非常大或者說強(qiáng)背光的情況，從而造成攝像機(jī)不能同時將反差很大的場景清晰地拍攝下來。城市道路監(jiān)控就經(jīng)常會處在這類比較復(fù)雜的環(huán)境，故而，道路監(jiān)控攝像機(jī)經(jīng)常會用到寬動態(tài)技術(shù)。

　　背光補(bǔ)償主要是靠提升視場中央部分的亮度、降低視場四周部分的亮度來達(dá)到看清位于中央位置物體的目的。但是這種情況下攝像機(jī)無法同時看清前景與后景內(nèi)的目標(biāo)，而使用寬動態(tài)(WDR)技術(shù)則能在很大程度上解決這一矛盾。它首先對明亮區(qū)域被攝物用最合適的快門速度進(jìn)行曝光，然后再對陰暗區(qū)的被攝物也用最適合的快門速度進(jìn)行曝光，最后DSP處理器將兩幅圖像重新組合在一張圖像上，使明亮和陰暗區(qū)域的物體都可以看得清楚。由此可見，在強(qiáng)背光下，背光補(bǔ)償是以犧牲畫面的對比度為代價的，而寬動態(tài)技術(shù)是對背光補(bǔ)償技術(shù)的升級。

　　除了清晰度和還原能力外，動態(tài)范圍和靈敏度也是一對矛盾。通常動態(tài)范圍大則其靈敏度較低，而高靈敏度其動態(tài)范圍也相對較低。也就是說目前寬動態(tài)攝像機(jī)在光線足時能呈現(xiàn)出高質(zhì)量圖像，但在低照度時，應(yīng)用技術(shù)還有待提高。

　　索尼中國專業(yè)系統(tǒng)集團(tuán)B2B銷售及市場開發(fā)部產(chǎn)品市場科產(chǎn)品經(jīng)理文軍表示：“近些年來，索尼依托其在感光器件(CCD及Exmor CMOS)和圖像處理(DSP)技術(shù)方面的領(lǐng)先優(yōu)勢，推出了業(yè)界最新的View-DR寬動態(tài)功能”。View-DR包含了索尼三項(xiàng)核心技術(shù)，即Exmor CMOS感光器件、多次曝光寬動態(tài)技術(shù)、可視性增強(qiáng)技術(shù)(VE)，這樣就有效解決了一些寬動態(tài)攝像機(jī)打開寬動態(tài)功能后靈敏度降低的問題，使寬動態(tài)范圍超過120dB，相比傳統(tǒng)寬動態(tài)的靈敏度提升三倍，對比度增加四倍，能有效滿足各類交通場所低照度環(huán)境下攝像的需要。

　　最后要說，寬動態(tài)技術(shù)不是CCD獨(dú)有，由于CCD的感光特性限制，在技術(shù)上很難再有大的突破，而CMOS寬動態(tài)攝像機(jī)將會有突出的表現(xiàn)，可以說未來的監(jiān)控攝像機(jī)都會有寬動態(tài)功能，而寬動態(tài)技術(shù)將屬于CMOS。

　　應(yīng)用在城市道路的監(jiān)控攝像機(jī)，面臨著強(qiáng)烈的場景光照的變化，要求能在光照反差很大的場景下辨識道路車輛和行人，識別交通信號燈。普通攝像機(jī)較難滿足，而寬動態(tài)攝像機(jī)能基本滿足道路監(jiān)控的要求。

　　數(shù)字降噪——助力低照度性能

　　道路監(jiān)控攝像機(jī)不可避免會在低照度環(huán)境下工作，隨之，圖像噪點(diǎn)也將會極大地增多，針對驟增的圖像噪點(diǎn)目前各家有實(shí)力的攝像機(jī)廠商都已采用數(shù)字降噪技術(shù)來改善低照度環(huán)境下的圖像的質(zhì)量。

　　數(shù)字降噪技術(shù)就是采用專業(yè)的視頻信號處理DSP芯片，通過檢測和分析幀存儲器中的圖像信息，在信號進(jìn)入后重新對噪點(diǎn)進(jìn)行計算，再做信號的輸出，以自動降低相對靜止畫面的增益幅度，消除信號中的干擾噪聲，從而有效提高畫面清晰度和潔凈度，使顯示效果更舒服，主體更清晰。

　　此技術(shù)已有越來越多的廠家開始研究，并對CCD周邊電路的設(shè)計和降噪的算法都已做了很多的探索，這將助力攝像機(jī)低照度技術(shù)的發(fā)展。但業(yè)內(nèi)專家也表示，雖然性能優(yōu)良的DSP芯片可對CCD性能的提高有促進(jìn)作用，但不可否認(rèn)光學(xué)上的改進(jìn)還是比電子技術(shù)的改進(jìn)更加有效果。

　　不少國內(nèi)外著名品牌在攝像機(jī)研發(fā)上除采用高性能的CCD外，也都通過研發(fā)數(shù)字降噪技術(shù)來降低噪點(diǎn)。

　　索尼XDNR超級動態(tài)降噪技術(shù)：在高清監(jiān)控攝像機(jī)噪點(diǎn)控制方面，索尼有獨(dú)特的技術(shù)，即超級動態(tài)降噪技術(shù)(XDNR)。傳統(tǒng)的降噪技術(shù)往往在噪點(diǎn)控制和移動物體拖尾兩方面難以兼顧，噪點(diǎn)降低了但移動物體就會有拖尾，而移動物體邊緣清晰了則噪點(diǎn)就會增加。索尼高清攝像機(jī)的超級動態(tài)降噪技術(shù)正是平衡這兩者的關(guān)系，在降低噪點(diǎn)的同時也能保證移動物體的邊緣清晰不拖尾。這對于道路監(jiān)控來說是非常關(guān)鍵的，因?yàn)榈缆繁O(jiān)控主要就是關(guān)注移動物體車和人等。

　　此外，索尼還在其攝像機(jī)內(nèi)部添加一些特殊技術(shù)來與超級動態(tài)降噪技術(shù)相配合，如圖像增強(qiáng)技術(shù)，此種技術(shù)既不會損失分辨率，但將畫面中的過曝區(qū)域亮度調(diào)低，同時提高暗區(qū)亮度來獲取暗部細(xì)節(jié)。

　　神州數(shù)碼AMPON攝像機(jī)降噪技術(shù)：CCD輸出的原始視頻信號中都包含有靜態(tài)噪聲，而靜態(tài)噪聲是影響整個圖像系統(tǒng)清晰度的主因。神州數(shù)碼的AMPON攝像機(jī)利用二次取樣電路(CDS)提取脈沖，能去除靜態(tài)噪聲，經(jīng)過低噪放大器將其完全消除，從而取得高清晰的影像信號。經(jīng)測試,采用相同CCD和DSP的攝像機(jī)，神州數(shù)碼的AMPON攝像機(jī)清晰度將提升15至30線。所以無論是彩色，抑或是黑白模式，神州數(shù)碼AMPON產(chǎn)品都能夠使畫面更高清、色彩更自然、辨別更容易。

　　紅綠燈辨別——日夜護(hù)航

　　在闖紅燈抓拍中，除了要求看清車牌號碼外，另一關(guān)鍵點(diǎn)就是對紅綠燈進(jìn)行辨別。例如路口有車違章闖紅燈時，現(xiàn)場到底是紅燈、綠燈還是黃燈呢?再假如有車輛或行人違章時，車體與行人衣服的顏色，攝像機(jī)是否能實(shí)現(xiàn)色彩真實(shí)的還原呢?尤其當(dāng)周圍環(huán)境或光照較差的情況下，如果攝像機(jī)紅綠黃燈分不清，或者汽車的外觀、行人的衣著顏色無法正確分辨時，則識別會出現(xiàn)偏差。除此之外，夜間照度低，監(jiān)控攝像機(jī)時常會將紅綠燈識別為亮度信號對其處理，因此也會存在辨識不準(zhǔn)確或辨識不出的問題，這也是目前交通監(jiān)控的難點(diǎn)之一。

　　針對這些問題，國內(nèi)許多廠商一直在探索解決辦法。比如神州數(shù)碼AMPON率先采用細(xì)微動態(tài)偵測技術(shù)，針對圖像高亮度區(qū)域執(zhí)行細(xì)微檢知，透過自動動態(tài)選取計算，實(shí)時地調(diào)整所選取圖像的對比度及色濃度，同時啟動智能全域圖像偵測技術(shù)，藉由全域加總平均亮度的數(shù)據(jù)，判斷對比度與啟動時機(jī)，用以提高夜間紅綠燈辨識能力，解決了夜間信號交通燈反白問題。目前該技術(shù)已經(jīng)被廣泛應(yīng)用，用戶應(yīng)用后，反饋良好，但也認(rèn)為該技術(shù)仍需不斷完善和進(jìn)一步提高。