【安防知識網(wǎng)】道路交通專用攝像機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，要求全天候不間斷運行，并要能實時、清晰地捕獲到目標對象的特征信息。隨著道路監(jiān)控需求的不斷提高和攝像機技術(shù)的更新發(fā)展，道路交通專用攝像機的功能也越來越強大，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的性能要求稍有些差異，如卡口、電子警察攝像機更專注于清晰度、低照度、強光抑制等;而道路治安監(jiān)控和交通狀況監(jiān)察的重點要求是清晰度、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，其攝像機的關(guān)鍵性能應(yīng)包括有清晰度、低照度、強光抑制、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

　　攝像機清晰度是指畫面再現(xiàn)物體細部的能力，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。不妨再從模擬攝像機水平清晰度來看，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，就清晰度而言，模擬攝像機已接近極限，人們從道路監(jiān)控中看到很多錄像畫面清晰度不高，對細節(jié)尤其是車牌車型人臉看得不夠清楚;同時攝像機的安裝數(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”都說明模擬攝像機局限性越來越大，而百萬像素高清攝像機在清晰度上可以說沒有上限，不管是CCD還是CMOS技術(shù)，百萬像素攝像機已被廣泛應(yīng)用。

　　百萬像素攝像機的顯著特點是分辨率高(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節(jié)依然清晰。一般一臺模擬攝像機僅只能監(jiān)看一個車道，而高清百萬像素攝像機能監(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“大行其道”，但低照度攝像機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和鏡頭，而攝像機又由感光器件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，進而達到更低照度的要求。

　　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行處理，轉(zhuǎn)換為視頻圖像輸出，DSP芯片將在后端進行數(shù)字降噪、寬動態(tài)、暗區(qū)補償?shù)冗M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)

　　實現(xiàn)低照度監(jiān)控，高端攝像機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，也會因不停的機械運動影響濾光片的壽命，所以廠家在攝像機內(nèi)增加延遲電路，即當達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，則不進行切換。

　　黑白攝像機的靈敏度比彩色攝像機的靈敏度要高很多，因為黑白攝像機中，DSP運算只對兩種色彩進行處理，即黑色和白色，所以現(xiàn)在相當部分的低照度攝像機都有彩色轉(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)換的電荷強弱來控制，當電荷強度達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攝像機內(nèi)，是用光學電控電荷積累時間來操縱快門，控制攝像機CCD的累積時間。當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)生攝像機圖像拖尾現(xiàn)象，該類攝像機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的靈敏度，0LUX攝像機是沒有的?？傊?，低照度攝像機雖然在某些領(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。

　　強光抑制——保障車牌識別

　　道路監(jiān)控攝像機與傳統(tǒng)監(jiān)控攝像機有許多差異，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，否則會因為環(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光燈就因為需要針對由強光燈形成的光暈現(xiàn)象而選擇專業(yè)的強光抑制攝像機。

　　由強光形成的光暈俗稱“漏光”，光暈問題是CCD圖像采集系統(tǒng)中的一大難題。強光抑制是采用DSP技術(shù)，即把強光部分弱化，把暗光部分亮化，達到光線平衡的目的。其原理是在圖像中把強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。

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

　　確實，強光抑制技術(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)攝像機是用在強光區(qū)域和弱光區(qū)域同時需要看清楚的應(yīng)用;而看車牌照用強光抑制攝像機，即要抑制掉車燈的強光，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背光的情況，從而造成攝像機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)控攝像機經(jīng)常會用到寬動態(tài)技術(shù)。

　　背光補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到看清位于中央位置物體的目的。但是這種情況下攝像機無法同時看清前景與后景內(nèi)的目標，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，在強背光下，背光補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)、可視性增強技術(shù)(VE)，這樣就有效解決了一些寬動態(tài)攝像機打開寬動態(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)攝像機將會有突出的表現(xiàn)，可以說未來的監(jiān)控攝像機都會有寬動態(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，面臨著強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。普通攝像機較難滿足，而寬動態(tài)攝像機能基本滿足道路監(jiān)控的要求。

　　數(shù)字降噪——助力低照度性能

　　道路監(jiān)控攝像機不可避免會在低照度環(huán)境下工作，隨之，圖像噪點也將會極大地增多，針對驟增的圖像噪點目前各家有實力的攝像機廠商都已采用數(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，在信號進入后重新對噪點進行計算，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性能的提高有促進作用，但不可否認光學上的改進還是比電子技術(shù)的改進更加有效果。

　　不少國內(nèi)外著名品牌在攝像機研發(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。

　　索尼XDNR超級動態(tài)降噪技術(shù)：在高清監(jiān)控攝像機噪點控制方面，索尼有獨特的技術(shù)，即超級動態(tài)降噪技術(shù)(XDNR)。傳統(tǒng)的降噪技術(shù)往往在噪點控制和移動物體拖尾兩方面難以兼顧，噪點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就會增加。索尼高清攝像機的超級動態(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，因為道路監(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)亮度來獲取暗部細節(jié)。

　　神州數(shù)碼AMPON攝像機降噪技術(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，神州數(shù)碼的AMPON攝像機清晰度將提升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)鍵點就是對紅綠燈進行辨別。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，攝像機是否能實現(xiàn)色彩真實的還原呢?尤其當周圍環(huán)境或光照較差的情況下，如果攝像機紅綠黃燈分不清，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確或辨識不出的問題，這也是目前交通監(jiān)控的難點之一。

　　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率先采用細微動態(tài)偵測技術(shù)，針對圖像高亮度區(qū)域執(zhí)行細微檢知，透過自動動態(tài)選取計算，實時地調(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，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，但也認為該技術(shù)仍需不斷完善和進一步提高。