在智能交通(ITS)中，目前最新型的電子警察系統(tǒng)是一種比其他檢測系統(tǒng)性價(jià)比高的視頻檢測系統(tǒng)。這種視頻檢測系統(tǒng)，能克服天氣、行人與環(huán)境的背景變化等干擾，從而能較好地實(shí)現(xiàn)交通警察所具有的功能。本文介紹視頻檢測的電子警察系統(tǒng)中的機(jī)動車沖紅燈、超速、逆行、壓黃線等違章視頻檢測系統(tǒng)，道路治安卡口視頻檢測系統(tǒng)，車牌號自動識別、車輛異常行為以及交通擁堵與自動疏導(dǎo)等8種視頻檢測系統(tǒng)的組成、原理與功能，并展望其發(fā)展前景。

    在智能交通(ITS)中，目前有各種各樣的檢測車輛行駛行為與交通信息的電子警察系統(tǒng)，如有利用磁感應(yīng)線圈、微波雷達(dá)、超聲波、紅外線、激光、視頻等檢測技術(shù)的系統(tǒng)等。但最新型的電子警察系統(tǒng)是一種視頻檢測系統(tǒng)，它是通過高清晰度攝像機(jī)對動態(tài)的交通視頻圖像實(shí)時(shí)采集，并輸入到計(jì)算機(jī)進(jìn)行視頻圖像的實(shí)時(shí)檢測與處理。這種視頻檢測技術(shù)能克服天氣、行人與環(huán)境的背景變化等干擾，從而能較好地實(shí)現(xiàn)道路交通信息采集、車輛行駛行為檢測、路況圖像實(shí)時(shí)監(jiān)控等功能。

    經(jīng)實(shí)際使用證實(shí)，這種視頻檢測的電子警察系統(tǒng)，所檢測的交通參數(shù)最為齊全，且所采集視頻圖像的攝像機(jī)，又能與道路監(jiān)控的攝像機(jī)兼容，因而比其他檢測系統(tǒng)的性價(jià)比高。下面就具體介紹這種利用視頻檢測技術(shù)的電子警察系統(tǒng)中的機(jī)動車沖紅燈、超速、逆行、壓黃線等違章視頻檢測系統(tǒng)，道路治安卡口視頻檢測系統(tǒng)，車牌號自動識別、車輛異常行為以及交通擁堵與自動疏導(dǎo)等8種視頻檢測系統(tǒng)的組成、原理與功能，并展望其發(fā)展前景。

機(jī)動車沖紅燈違章視頻檢測系統(tǒng)
    機(jī)動車沖紅燈違章視頻檢測系統(tǒng)的組成與原理框圖如圖1所示。

    由圖1看出，機(jī)動車沖紅燈違章視頻檢測系統(tǒng)由前端A向與B向的視頻組件、檢測工控主機(jī)、與機(jī)動車沖紅燈違章管理軟件等組成。

    系統(tǒng)的工作原理是，由交通信號控制系統(tǒng)輸出路口紅綠燈信號，確定放行車道和禁行車道。當(dāng)禁行車道的視頻信號送到工控主機(jī)(同時(shí)紅燈信號送入檢測控制單元)，由視頻車輛檢測單元檢測到有車輛通過禁行車道時(shí)，視頻檢測工控主機(jī)即控制沖紅燈違章檢測控制單元控制閃光燈驅(qū)動單元，使閃光燈閃光，由近景攝像機(jī)拍攝違章車輛的車牌號相片，該方向的遠(yuǎn)景攝像機(jī)拍攝該方向的全景相片。

    為確保所攝的相片能作為交管部門的執(zhí)法依據(jù)，一般系統(tǒng)抓拍二幅連續(xù)全景相片和一幅能看清車牌號的特寫相片，以反映該車輛的運(yùn)行軌跡。并且，將該結(jié)果存貯起來，也可通過人工控制下載到相關(guān)存貯媒介，同時(shí)通過光纖網(wǎng)絡(luò)自動傳輸?shù)浇煌ü芾聿块T作為執(zhí)法依據(jù)。[nextpage]

機(jī)動車超速、逆行、壓黃線違章視頻檢測系統(tǒng)
    機(jī)動車超速、逆行、壓黃線違章視頻檢測系統(tǒng)的組成與原理框圖如圖2所示。

    由圖2看出，機(jī)動車超速、逆行、壓黃線違章視頻檢測系統(tǒng)由前端視頻組件、檢測工控主機(jī)、與機(jī)動車超速違章管理軟件等組成。

機(jī)動車超速違章視頻檢測系統(tǒng)
    機(jī)動車超速違章視頻檢測系統(tǒng)的工作原理是，系統(tǒng)對特定的地點(diǎn)路面(即劃定的檢測區(qū)域)的車輛的速度與圖像進(jìn)行視頻監(jiān)控與檢測(有的可采用微波雷達(dá)測速)，當(dāng)系統(tǒng)檢測到機(jī)動車超過限速值(高速行駛車速大于120km/h)時(shí)，即通過視頻檢測工控主機(jī)控制違章檢測控制單元，控制閃光燈驅(qū)動單元，使閃光燈閃光，由近景攝像機(jī)拍攝違章車輛的車牌號相片，遠(yuǎn)景攝像機(jī)拍攝該方向的全景相片。

    為確保所攝的相片能作為交管部門的執(zhí)法依據(jù)，一般系統(tǒng)也抓拍二幅連續(xù)全景相片和一幅能看清車牌號的特寫相片，并在超速車輛的圖像上，記錄車輛違章的時(shí)間、地點(diǎn)以及車速。同時(shí)，將該結(jié)果存貯起來，生成違法圖像和速度信息數(shù)據(jù)庫，并根據(jù)實(shí)際要求生成違法處罰通知單，通過光纖網(wǎng)絡(luò)自動傳輸?shù)浇煌ü芾聿块T作為執(zhí)法依據(jù)。

機(jī)動車逆行違章視頻檢測系統(tǒng)
    機(jī)動車逆行違章視頻檢測系統(tǒng)的工作原理是，系統(tǒng)對特定的地點(diǎn)路面(即劃定的檢測區(qū)域)的車輛的圖像進(jìn)行視頻監(jiān)控與檢測，當(dāng)系統(tǒng)檢測到機(jī)動車的行駛方向違反工控機(jī)設(shè)定的行駛方向時(shí)，即通過視頻檢測工控主機(jī)控制違章檢測控制單元控制閃光燈驅(qū)動單元，使閃光燈閃光，由近景攝像機(jī)拍攝違章車輛的車牌號相片，該方向的遠(yuǎn)景攝像機(jī)拍攝該方向的全景相片。

    為確保所攝的相片能作為交管部門的執(zhí)法依據(jù)，一般系統(tǒng)也抓拍二幅連續(xù)全景相片和一幅能看清車牌號的特寫相片，并在逆行車輛的圖像上，記錄車輛違章的時(shí)間、地點(diǎn)、行駛方向與車速。同時(shí)，將該結(jié)果存貯起來，生成違法圖像信息數(shù)據(jù)庫，并根據(jù)實(shí)際要求生成違法處罰通知單，通過光纖網(wǎng)絡(luò)自動傳輸?shù)浇煌ü芾聿块T作為執(zhí)法依據(jù)，以規(guī)范司機(jī)遵章駕駛，提高道路的通暢能力，保障人民生命財(cái)產(chǎn)安全。

機(jī)動車壓黃線違章視頻檢測系統(tǒng)
    機(jī)動車超速壓黃線違章視頻檢測系統(tǒng)的工作原理是，系統(tǒng)對特定的地點(diǎn)路面(即劃定的檢測區(qū)域)的黃線區(qū)域的圖像進(jìn)行視頻監(jiān)控與檢測，當(dāng)系統(tǒng)檢測到機(jī)動車輛壓黃線時(shí)，即通過視頻檢測工控主機(jī)控制違章檢測控制單元控制閃光燈驅(qū)動單元，使閃光燈閃光，由近景攝像機(jī)拍攝違章車輛的車牌號相片，遠(yuǎn)景攝像機(jī)拍攝其全景相片。

    為確保所攝的相片能作為交管部門的執(zhí)法依據(jù)，一般系統(tǒng)也抓拍二幅連續(xù)全景相片和一幅能看清車牌號的特寫相片，并在壓黃線車輛的圖像上，記錄車輛違章的時(shí)間、地點(diǎn)、行駛方向、車型與顏色。同時(shí)，將該結(jié)果存貯起來，生成違法圖像信息數(shù)據(jù)庫，并根據(jù)實(shí)際要求生成違法處罰通知單，通過光纖網(wǎng)絡(luò)自動傳輸?shù)浇煌ü芾聿块T作為執(zhí)法依據(jù)，以規(guī)范司機(jī)遵章駕駛，減少交通事故，保障人民生命財(cái)產(chǎn)安全。[nextpage]

道路治安卡口機(jī)動車視頻檢測系統(tǒng)
    道路治安卡口機(jī)動車視頻檢測系統(tǒng)一般用于城市道路或高速公路出入口、收費(fèi)站及重點(diǎn)治安地段的治安卡口，其組成與工作原理框圖如圖3所示。

    該系統(tǒng)可自動識別過往卡口的車輛牌號與車輛特征，自動核對黑名單庫，驗(yàn)證出車輛的合法身份。此外，還可對路口情況進(jìn)行監(jiān)控和管理，包含出入口車輛的采集、統(tǒng)計(jì)、存貯數(shù)據(jù)和系統(tǒng)工作狀態(tài)，以便交通管理人員對道路交通安全進(jìn)行監(jiān)控、統(tǒng)計(jì)、查詢和打印報(bào)表等工作。

    道路治安卡口機(jī)動車視頻檢測系統(tǒng)的工作原理是，根據(jù)每一車輛對應(yīng)唯一的車牌號，通過近景與遠(yuǎn)景攝像機(jī)對路口過往的每一車輛車牌號圖像和車輛全景圖像進(jìn)行連續(xù)全天候?qū)崟r(shí)記錄，并進(jìn)行車牌號自動識別。通常，系統(tǒng)是通過高清晰攝像機(jī)及高倍率自動光圈鏡頭，對路口交通狀況實(shí)施監(jiān)視的。在監(jiān)控室，還可通過系統(tǒng)遙控前端的攝像機(jī)轉(zhuǎn)動、控制鏡頭的調(diào)焦、變倍；在晚上，為保證系統(tǒng)得到高清晰度的圖像，由光控開關(guān)自動開啟道路上所配置的路燈設(shè)施。

    在與對應(yīng)地區(qū)的車管庫相連接的情況下，可對比分析當(dāng)前過往車輛是否為合法車輛，若為違法車輛即自動報(bào)警。并且，還要及時(shí)準(zhǔn)確地為系統(tǒng)提供相應(yīng)車輛的車型、顏色、車牌號、行駛方向、車速、經(jīng)過時(shí)間等各種參數(shù)，以保存到數(shù)據(jù)庫，且數(shù)據(jù)具備聯(lián)網(wǎng)查詢功能。

車牌號自動識別系統(tǒng)
    由上面介紹的電子警察中的幾個(gè)分系統(tǒng)可以看出，它們都需要近景攝像機(jī)拍攝機(jī)動車輛的車牌號。因此，能自動檢測識別車牌號，在電子警察系統(tǒng)中是非常重要的。它不僅能作為機(jī)動車違章的依據(jù)，而且如識別是數(shù)據(jù)庫中的被盜或逃犯的車牌號，還可立即報(bào)警抓捕。

    車牌號自動識別系統(tǒng)，能將所采集的汽車及車牌號圖像進(jìn)行處理與識別，并輸出為幾個(gè)字節(jié)大小的車牌字符串，它無論在存儲空間的占用上還是與管理數(shù)據(jù)庫相連方面，都有無可比擬的優(yōu)越性。該識別系統(tǒng)，廣泛地應(yīng)用在大型停車場，交通部門的違章監(jiān)測、高速公路及橋梁的收費(fèi)站管理等方面。

    車牌號自動識別系統(tǒng)的工作原理框圖，如圖4所示。

    在CCD攝像機(jī)對好汽車牌照的最佳視頻位置處，虛擬設(shè)置有汽車位置傳感器。因此，當(dāng)汽車駛?cè)胨O(shè)計(jì)的視頻位置時(shí)，視頻車輛檢測部分就可檢測到汽車在該位置的信號，并同時(shí)發(fā)送一個(gè)觸發(fā)信號給圖像采集部分；圖像采集部分將采集的汽車車牌圖像信號送入圖像處理與識別部分，以對圖像進(jìn)行予處理，二值化、字符切分、特征提取，然后再經(jīng)字符識別程序，將識別結(jié)果最后寫入數(shù)據(jù)庫，供查詢部分使用。[nextpage]

    為盡量減少成像模糊度，使汽車車牌能較好地識別，需要合理地選擇CCD攝像機(jī)的快門速度；為使車牌圖像保持矩形，必須使CCD攝像機(jī)安裝的角度要適中。若CCD攝像機(jī)與車輛的行駛方向成θ角，則車速υ（選取40km/h）可矢量分解為相對于CCD攝像機(jī)的方向υy及與υy垂直方向的υx兩個(gè)分量。由此引起的模糊度M分解為橫向模糊度Mx和縱向模糊度My。而My的影響較小，主要考慮Mx，于是可得


    式中，Δt為CCD攝像機(jī)的快門時(shí)間；H為所照實(shí)際場景的寬度（取4m）；h為圖像的寬度（取640個(gè)像素點(diǎn)）。

    為使得橫向模糊度小于2個(gè)像素，可計(jì)算出Δt·sinθ＜1/1000，若θ=30°，則CCD攝像機(jī)的快門時(shí)間Δt要取1/500s。顯然，此時(shí)圖像采集部分的圖像采集卡也要在1/500s采集完成一幅圖像。

    通常，采用計(jì)算機(jī)視覺技術(shù)進(jìn)行視頻檢測識別車牌的流程，一般都包括車輛圖像采集，車牌定位，字符分割，光學(xué)字符識別，輸出識別結(jié)果等5個(gè)步驟。

交通擁堵視頻檢測及自動疏導(dǎo)系統(tǒng)
    在電子警察系統(tǒng)中，還應(yīng)有交通擁堵檢測及自動疏導(dǎo)系統(tǒng)。該項(xiàng)智能化功能，能統(tǒng)計(jì)通過的車輛數(shù)、檢測交通擁堵，并能在十字路口根據(jù)視頻擁堵檢測情況，自適應(yīng)地控制紅綠燈的轉(zhuǎn)換時(shí)間，同時(shí)還可通過交通信息牌和無線臺對交通進(jìn)行自動疏導(dǎo)。

    一般，為了及時(shí)有效地發(fā)現(xiàn)交通擁擠，在視頻檢測系統(tǒng)上端軟件中加入了“常發(fā)性擁擠自動檢測及警告”模塊。當(dāng)交通擁擠發(fā)生時(shí)，由于行程速度參數(shù)反映交通流變化上最敏感，交通量次之，因而利用視頻檢測技術(shù)和擁擠檢測算法，就可以準(zhǔn)確及時(shí)地得到交通流量、行程速度及車道占有率和交通延誤等交通參數(shù)(這后3個(gè)參數(shù)是傳統(tǒng)檢測方法無法準(zhǔn)確得到的)。因此，可實(shí)現(xiàn)對道路擁擠程度的直接測量。如果測得擁擠，就發(fā)出警告信息，并且還可根據(jù)具體的擁堵情況自適應(yīng)地控制紅綠燈的轉(zhuǎn)換時(shí)間，使交通暢通。

    此外，交通管理中心還可以利用這些數(shù)據(jù)，在發(fā)生交通堵塞或交通事故時(shí)迅速采取措施。并且，交通管理中心還可把采集的交通數(shù)據(jù)處理后，通過道路上的電子顯示屏或交通電臺等途徑傳給司機(jī)。這樣，有助于疏通車流、減緩交通擁擠，并可使司機(jī)提高警惕，防止事故發(fā)生，以優(yōu)化行車路線。

車輛異常行為的視頻檢測系統(tǒng)
    車輛異常行為視頻檢測系統(tǒng)，能檢測識別車輛的異常行為。如車輛駛?cè)刖G化草地、人行道，車輛左右亂竄，車輛快速行駛突然停下，并從車上沖出人實(shí)施掄劫與綁架等時(shí)，均可被視頻檢測系統(tǒng)的攝像頭捕捉到，經(jīng)系統(tǒng)快速處理與識別為車輛異常行為時(shí)，立即進(jìn)行跟蹤與預(yù)/報(bào)警。

    該視頻檢測系統(tǒng)，主要用來檢測車輛的行駛行為是否異常。通常，系統(tǒng)首先通過攝像頭采集視頻圖像，然后系統(tǒng)進(jìn)行背景減除提取運(yùn)動圖像，并進(jìn)行目標(biāo)類型的處理、識別與跟蹤。如有一輛汽車駛?cè)肴诵械罆r(shí)，系統(tǒng)會自動在該車周圍打出兩個(gè)紅色問號，表示其行駛異常，并同時(shí)發(fā)出警報(bào)聲，以引起監(jiān)控室工作人員的注意。當(dāng)車輛退出人行道后，紅色問號消失，警報(bào)解除。又如有一輛小汽車快速在停車場或高速公路收費(fèi)廣場逆行等，這時(shí)系統(tǒng)會在其周圍打出兩個(gè)紅色驚嘆號，并發(fā)出警報(bào)聲，表示其行駛行為已經(jīng)發(fā)生異常。再如，當(dāng)有左右亂竄頻繁超越在車道上正常行駛車輛的被劫或逃竄的超速行駛車輛，或快速行駛突然停下從車上沖出人實(shí)施掄劫與綁架等的車輛時(shí)，也屬行駛行為異常車輛，這時(shí)系統(tǒng)會發(fā)出急促的警報(bào)聲并自動通知后面的道路治安卡口進(jìn)行阻攔等。因此，這種車輛異常行為的視頻檢測系統(tǒng)，在城市道路監(jiān)控中有著非常大的作用。

    顯然，這種車輛異常行為的視頻檢測系統(tǒng)，可以在無人巡視的條件下，自動檢測車輛的異常行駛，自動跟蹤與預(yù)/報(bào)警，從而可實(shí)現(xiàn)高效智能化的交通管理。

結(jié)語
    由上面的介紹可以看出，這8種視頻檢測系統(tǒng)均是目前最先進(jìn)的電子警察系統(tǒng)，有的在國內(nèi)己被采用，有的即將采用。由于這種系統(tǒng)可通過監(jiān)控?cái)z像頭采集視頻圖像，然后經(jīng)計(jì)算機(jī)通過視頻檢測軟件進(jìn)行處理、識別，當(dāng)屬車輛異常行駛或違章等時(shí)，可立即錄像保存與方便自動生成違章等報(bào)告，并同時(shí)自動進(jìn)行跟蹤與預(yù)/報(bào)警。因此，這種視頻檢測的電子警察系統(tǒng)，優(yōu)越于其他方法的車輛檢測系統(tǒng)，它真正能代替交通警察，實(shí)現(xiàn)高效智能化的交通管理，從而有著美好而廣闊的應(yīng)用前景。