在城市交通監(jiān)控中，無論是電子眼、天網(wǎng)監(jiān)控、違停抓拍、流量監(jiān)測等，都離不開高質(zhì)量的安防攝像頭。監(jiān)控?cái)z像頭作為整個(gè)交通視頻監(jiān)控系統(tǒng)的前端產(chǎn)品，一直被認(rèn)為是交通監(jiān)控系統(tǒng)中的核心部分之一。從某種角度來說，是攝像頭的智能化推動(dòng)了城市智能交通監(jiān)控系統(tǒng)的發(fā)展。而在這一過程中，物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)扮演著催化劑的角色。
本文將從監(jiān)控?cái)z像頭的自身特點(diǎn)及其歷史進(jìn)程來分析這一“瓶頸”是如何突破的。
一、智能化攝像機(jī)才能滿足當(dāng)前交通監(jiān)控需求
首先需要厘清交通監(jiān)控的具體特點(diǎn)，交通監(jiān)控主要是由交通信息統(tǒng)計(jì)系統(tǒng)和電子警察處罰系統(tǒng)兩部分組成。主要有以下兩個(gè)特點(diǎn)：
1、路況實(shí)時(shí)監(jiān)視：交通路口的攝像機(jī)將所監(jiān)控區(qū)域的實(shí)時(shí)圖像傳回交通指揮中心，使交通指揮人員實(shí)時(shí)掌握各路段人車流量、信號(hào)燈是否正常工作、是否有違章行為和交通事故發(fā)生等情況。
2、實(shí)時(shí)錄像：視頻監(jiān)控的圖像會(huì)保存到交通指揮中心的錄像服務(wù)器上，作為處理交通事故、違規(guī)行為，甚至是治安犯罪等各種突發(fā)狀況的取證依據(jù)。
為了達(dá)到拍攝的畫面清晰，夜間也能看清車牌等硬性需求，就需要攝像頭具備多種功能和良好的性能。
首先，攝像機(jī)要具備在各種惡劣環(huán)境下長期地穩(wěn)定工作，保證圖像質(zhì)量不惡化，故障率低的性能。如果一個(gè)交通監(jiān)控系統(tǒng)的“眼睛”不好或經(jīng)常出毛病，即使系統(tǒng)其它部分再完美，整個(gè)系統(tǒng)的缺陷也是一目了然的。
其次，攝像機(jī)要高度適應(yīng)光線的變化。白天與晚上的光度差相當(dāng)大，以及烈日天與陰雨天的差別;
第三，攝像機(jī)要能敏感的抓拍、連拍到高速前進(jìn)的車輛。
為了滿足當(dāng)前高質(zhì)量的交通監(jiān)控需求，交通監(jiān)控?cái)z像機(jī)已經(jīng)由傳統(tǒng)向網(wǎng)絡(luò)化、高清化、智能化及物聯(lián)網(wǎng)化推進(jìn)。
二、攝像機(jī)的進(jìn)步推動(dòng)交通監(jiān)控的智能化進(jìn)程
1868年末，世界上第一個(gè)交通信號(hào)燈在英國倫敦出現(xiàn)，這是一種燒煤氣的玻璃信號(hào)燈。然而好景不長，僅僅運(yùn)行23天的第一盞交通信號(hào)燈便突然爆炸損毀，并將一名警員炸死。使得英國政府立即停止了這種信號(hào)燈的使用。
但這個(gè)僅有23天生命的信號(hào)燈卻點(diǎn)燃了整個(gè)歐洲乃至整個(gè)世界開發(fā)交通信號(hào)燈的激情，隨后的一百多年，出現(xiàn)了各式各樣的交通信號(hào)燈。
早期，車輛及行人通過各種有交通信號(hào)燈的路口時(shí)，主要由交通警察指揮調(diào)度。但是隨著車輛的增多以及城市道路的發(fā)展，有限的交通警察已經(jīng)不能滿足交通信號(hào)燈路口的指揮及違章監(jiān)控需求，交通監(jiān)控?cái)z像頭應(yīng)運(yùn)而生。
1991年世界上第一支監(jiān)控?cái)z像頭“CoffeeCam”出現(xiàn)在英國劍橋大學(xué)的泰賈屋咖啡店。從此之后，監(jiān)控?cái)z像頭逐漸被應(yīng)用在電子眼、天網(wǎng)監(jiān)控、違停抓拍、流量監(jiān)測等交通監(jiān)控領(lǐng)域。
我國的交通監(jiān)控主要經(jīng)歷了六個(gè)階段，而這六個(gè)階段可以說是由攝像頭的性能變革引起的。
我國交通監(jiān)控的智能化變革
第一個(gè)階段(21世紀(jì)之前)：數(shù)碼相機(jī)+地感線圈
由于早期攝像頭非常落后，交通監(jiān)控最開始是以“數(shù)碼相機(jī)+地感線圈”為實(shí)現(xiàn)方式，雖然能抓拍違法車輛，但是此種方式主要采用民用數(shù)碼相機(jī)進(jìn)行抓拍，穩(wěn)定性較差。
其次，由于數(shù)碼相機(jī)更新?lián)Q代快，同型號(hào)的數(shù)碼相機(jī)在一兩年后難以找到，給后續(xù)維修更換造成麻煩;且數(shù)碼相機(jī)無法實(shí)現(xiàn)連續(xù)抓拍，系統(tǒng)無法實(shí)現(xiàn)卡口功能。
另外，此種方式采用地感線圈進(jìn)行觸發(fā)，需要在前端鋪設(shè)地感線圈，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。車輛通過時(shí)感應(yīng)線圈會(huì)發(fā)射信號(hào)給相應(yīng)設(shè)備，檢測算是比較準(zhǔn)確。但是需要在地下埋設(shè)感應(yīng)線圈，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。
此外，高緯度開凍期和低緯度夏季路面，以及路面質(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。
第二個(gè)階段(2001年——2005年)：標(biāo)清攝像機(jī)+數(shù)碼相機(jī)
這個(gè)階段以“標(biāo)清攝像機(jī)+數(shù)碼相機(jī)”為實(shí)現(xiàn)方式。2000年以后，市面上出現(xiàn)了標(biāo)清攝像機(jī)，使得直接通過分析視頻的方式來檢測闖紅燈、違停等違法行為成為了可能。此種實(shí)現(xiàn)方式避免了地感線圈存在的缺點(diǎn)，但依然采用民用數(shù)碼相機(jī)進(jìn)行抓拍，存在穩(wěn)定性差、更新?lián)Q代快、維修困難等問題。此外，受技術(shù)所限，早期數(shù)碼相機(jī)無法實(shí)現(xiàn)連續(xù)抓拍，對闖紅燈等違法行為的單一抓拍模式會(huì)有一定的疏漏。
第三個(gè)階段(2006年——2007年)：標(biāo)清攝像機(jī)+標(biāo)清攝像機(jī)
此階段，交通監(jiān)控的方式由“標(biāo)清攝像機(jī)+數(shù)碼相機(jī)”過渡為“標(biāo)清攝像機(jī)+標(biāo)清攝像機(jī)”模式。由于工業(yè)級(jí)標(biāo)清攝像機(jī)直接取代了民用數(shù)碼相機(jī)，從而避免了采用民用數(shù)碼相機(jī)時(shí)的缺點(diǎn)，性能相對穩(wěn)定。
但由于標(biāo)清攝像機(jī)的像素低，圖片分辨率最大為768×576，盡管可以滿足車輛檢測的基本管理需求，但也還是無法同時(shí)看到車牌和紅燈信號(hào)，對于公安部門稽查肇事逃逸車輛、套牌車輛、黑名單車輛等的司機(jī)面部特征來講就更顯得捉襟見肘了。并且施工量也較大，一個(gè)車道需要一臺(tái)攝像機(jī)來做特寫。
第四個(gè)階段(2008年——2009年)：高清CMOS攝像機(jī)+地感線圈
這一階段的電子警察系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)方式主要有兩種：高清CMOS攝像機(jī)+地感線圈、標(biāo)清攝像機(jī)+高清CMOS攝像機(jī)。由于采用工業(yè)級(jí)高清CMOS攝像機(jī)，所以攝像機(jī)的性能比較穩(wěn)定。同時(shí)攝像機(jī)可連續(xù)抓拍，以實(shí)現(xiàn)卡口監(jiān)測等功能。但由于高清CMOS攝像機(jī)存在成像效果粗糙(對光線變化不敏感，抓拍圖片有時(shí)看不清紅綠燈，影響事后處罰)、幀率低(普遍為2~3幀/秒，無法實(shí)現(xiàn)視頻分析車輛行為和錄像的功能)等缺點(diǎn)，也還是達(dá)不到最理想的效果。
第五個(gè)階段(2010年——2015年)：高清CCD攝像機(jī)
隨著大幀率高清CCD攝像機(jī)的普及、視頻分析算法的不斷優(yōu)化，此階段的交通監(jiān)控主要以“高清工業(yè)級(jí)CCD攝像機(jī)”為實(shí)現(xiàn)方式。只能抓拍單一車道車牌部分圖像，而無法兼顧壓線車輛和駕駛員面部特征的標(biāo)清設(shè)備將逐漸淡出歷史舞臺(tái)，取而代之的是高清設(shè)備。
第六個(gè)階段(2016年——至今):智能攝像機(jī)監(jiān)控
此階段，主要得益于近幾年物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)、計(jì)算機(jī)視覺技術(shù)、智能分析技術(shù)以及數(shù)字圖像處理技術(shù)的發(fā)展。
物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)指當(dāng)前城市道路監(jiān)控已不再僅僅局限于視頻監(jiān)控，結(jié)合物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)，能夠快速將路況信息和道路擁堵狀況發(fā)布到情報(bào)板上，便于司機(jī)選擇有利路線。
不僅如此，物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的應(yīng)用使城市道路監(jiān)控系統(tǒng)還能同路測的各種物聯(lián)網(wǎng)傳感器相連，或者車輛本身的傳感器相連，例如氣象站、停車場、公交站臺(tái)信息顯示屏、車輛的GPS模塊等，可以將雨雪濕滑等各種道路狀態(tài)立體的顯示在城市道路監(jiān)控系統(tǒng)，從而便于交管部門進(jìn)行快速響應(yīng)，降低各種極端天氣條件造成的損失。
計(jì)算機(jī)視覺技術(shù)對視頻信號(hào)進(jìn)行處理、分析和理解，在不需要人為干預(yù)的情況下，通過對序列圖像自動(dòng)分析，對監(jiān)控場景中的變化進(jìn)行定位、識(shí)別和跟蹤，并在此基礎(chǔ)上分析和判斷目標(biāo)的行為。
據(jù)了解，當(dāng)前我國智能攝像機(jī)監(jiān)控可以有效完成車輛減超速、車輛逆行、交通堵塞、道路煙霧和火災(zāi)等事件的自動(dòng)監(jiān)控，并且就車流量、車速、車型、突發(fā)事件緊急程度進(jìn)行預(yù)測分析，為道路安全運(yùn)行與危險(xiǎn)情況營救提供必要的數(shù)據(jù)支持。
智能視頻分析與行為識(shí)別技術(shù)是基于視頻圖像的特征學(xué)習(xí)、目標(biāo)對象檢測與行為識(shí)別、長距離軌跡跟蹤等算法和技術(shù)，對被監(jiān)測車輛的視頻流進(jìn)行分析，以提取及識(shí)別出目標(biāo)對象的違章行為;同時(shí)智能化的視頻分析技術(shù)可提高監(jiān)測的準(zhǔn)確率。
4G移動(dòng)通信技術(shù)視頻監(jiān)控終端將抓拍的視頻圖像通過4G網(wǎng)絡(luò)傳輸至后臺(tái)服務(wù)器進(jìn)行查看和存儲(chǔ)，4G技術(shù)的應(yīng)用降低了有線通信網(wǎng)絡(luò)部署的成本和復(fù)雜度，系統(tǒng)建設(shè)周期不再受場地和施工布線的限制，從而節(jié)省了大量的人工和資金投入。
總結(jié)：
攝像頭的智能化進(jìn)程不僅解決了交通監(jiān)控的氣候、光線、時(shí)長、準(zhǔn)確度等苛刻需求，也催生出了包括天眼系統(tǒng)、家庭安防在內(nèi)的千億級(jí)智能安防市場，除了傳統(tǒng)安防領(lǐng)域的玩家，互聯(lián)網(wǎng)巨頭也已競相入局。
