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                                LED頻閃燈在智能交通監控系統中的應用

                                2019-12-20 10:59:29??????點擊:
                                1. 什么是高清攝像機LED頻閃燈?

                                高清攝像機LED頻閃燈一般是指給高清網絡攝像機補光的照明設備,因其能與攝像機每幀圖像的電子快門同步,授控于攝像機的幀同步信號,并適應攝像機的幀率做出相應的倍頻,按照一定的頻率閃亮給攝像機補光,應而叫做高清攝像機LED頻閃燈;由于這類補光燈設備通常應用于智能交通監控領域,所以也被稱做智能交通LED頻閃燈或ITS(智能交通)頻閃燈。安防領域的從業人員也簡稱其為“LED頻閃燈”。(以下提及該設備均簡稱LED頻閃燈)

                                2. 智能交通監控系統為什么要用LED頻閃燈?

                                給高清攝像機加裝補光燈,可以改善攝像機的夜間性能;尤其是高清攝像機應用于智能交通監控系統,在抓拍或錄攝違章且高速行駛的車輛,為了拍清車牌或駕駛室的人員,避免圖像產生拖影,就必須把攝像機的電子快門設置的比較快。當電子快門較快時,攝像機的CCD曝光時間縮短,就會使得在夜間原本很暗的攝像機的圖像變的更暗,補光也變的更加困難。

                                以往用于智能交通監控系統的補光燈,通常是用幾臺幾千瓦的金鹵燈補光。但金鹵燈的功耗大,壽命短,對駕駛人員會產生嚴重的眩目感,后來就采用氙氣爆閃燈(也叫氣體閃光燈)。

                                氙氣爆閃燈的工作原理是先給電容充電,然后再通過電容瞬間放電驅動氙氣燈管閃光。氙氣爆閃燈雖然滿足了相機夜間補光,也減緩了對駕駛人員的眩目感。但氙氣爆閃燈也有以下缺點:

                                1.       由于電容的充電時間慢,放電快(1秒鐘只能閃3-5次),當車流量大的情況下(比如上、下班車量流高峰期),單臺氙氣爆閃燈不能滿足補光,相機會有抓拍到部分漆黑的圖像,不能辨認車輛信息,因而產生漏拍現象。需要加裝多臺氙氣爆閃燈輪流閃光才能滿足補光(簡稱輪閃補光)。輪閃補光會增加器材的成本,降低方案的競爭力。

                                2.       壽命短,質量好的氙氣爆閃燈的閃光壽命一般只有300萬次,質量較差的不到30萬次。如果是當地電網不穩定,壽命更短。所以車流量大的監控點一年內要更換幾次氙氣爆閃燈。

                                3.       由于現在的電子警察項目和卡口項目很多采用視頻檢測方案,視頻檢測需要提取視頻流(錄像)做視頻分析。而氙氣爆閃燈因為自身回電時間慢的工作原理和壽命短等特性,不能用于錄像,只能用于抓拍閃光補光,所以氙氣爆閃燈不能用于在基于視頻檢測方式的電子警察或卡口項目。

                                補充:

                                1.       氙氣爆閃燈的觸發是通過路面的地感線圈或雷達給相機觸發信號,再由相機同步輸出觸發信號給氙氣爆閃燈。

                                2.       采用地感線圈檢測車輛通過信息方案需要把地感線圈埋在路面下方,會破壞路面,一般的橋梁上不允許采用該方案施工。北方的冰凍天氣和厚雪也容易使地感線圈產生誤差,增加誤拍率和漏拍率。

                                3.       地感線圈檢測車輛必需配套車輛檢測器、切割路面和深埋電纜線,器材和施工成本高。

                                4.       地感線圈只能檢測通過的車輛,不能檢測非金屬類物體,比如奔跑中的犯罪分子。

                                5.       如果采用視頻檢測手段做電子警察或卡口方案,則不需要在路面安裝器材和施工??梢宰龅阶R別車牌,記錄駕駛室人員和車輛信息,同時還可以記錄通過的路人。但視頻檢測方案不能用于抓超速車輛,因為視頻檢測手段不如雷達區間測速方式準確,不能作為相關執法單位執法的依據??傮w上,視頻檢測分析在智能交通監控領域是一個主流的趨勢。視頻檢測方案就必須用LED頻閃燈或LED常亮燈。

                                講到LED頻閃補光燈,先從LED常亮補光燈說起,這兩種補光燈都可以用于基于視頻檢測方案的電子警察或卡口系統,給高清攝像機夜間補光。所謂LED常亮補光燈就是不用連接其它觸發信號,只要一通電就一直亮或夜間一直亮(加光控電路)的LED補光燈。LED常亮補光燈壽命比氙氣爆閃燈長,但亮度不及氙氣爆閃燈和LED頻閃燈。工作時的發熱量比LED頻閃燈大,所以市面上的LED常亮燈功率一般只有幾十瓦,攝像機感應到的光照度也不如LED頻閃燈,特別是為了拍清高速移動的車輛,電子快門調快后,CCD的曝光時間縮短,很難達到補光的要求。同時也會對司機產生剌眼的干擾。通俗的講,就是人眼感覺很亮,但是相機出來的圖像并不亮。

                                采用LED頻閃燈就可以很好的解決氙氣爆閃燈和LED常亮補光燈的缺點。LED頻閃燈既能夠用于錄像補光又能用于抓拍補光。用時序圖來說明LED頻閃燈亮燈的工作原理。

                                下圖是浙江大華ITC213兩百萬智能交通高清網絡相機為例的時序示意圖。每秒幀率25fps時,每一幀的周期為40ms1=1000毫秒,1000毫秒/25=每幀40毫秒)。其中“CCD曝光時段”指是相機開啟快門對CCD進行曝光的時間段,爆閃燈或頻閃燈需要在這個時段進行補光。假定“CCD曝光時段”為4毫秒。

                                從以上時序圖可以看出,LED頻閃燈的原理就是和相機的每幀圖像的電子快門同步,當相機電子快門打開時,CCD同步曝光,這時LED頻閃燈也同步亮燈,給CCD補光;當相機電子快門關閉時,CCD曝光結束,這時LED頻閃燈也同步滅燈。當不給LED頻閃燈做倍頻亮燈時,由于ITC213相機的幀率是每秒25fps,無倍頻亮燈時,即LED頻閃燈每秒只亮25次,每次只亮4ms,即1秒種內,LED頻閃燈亮燈時間為100毫秒,滅燈時間為900毫秒。

                                假定一臺LED頻閃燈的峰值功率是150W,實際應用上,LED頻閃燈的功耗是25次×4毫秒=100毫秒=0.1秒×150W=15W,即占空比為10%,即LED頻閃燈的平均功耗為15W。因為每秒亮25次的頻率很容易被人眼分辨出來,所以LED頻閃燈通常設計為多倍于相機幀率的倍頻方式亮燈,如果是倍兩倍頻亮燈,那么LED頻閃燈每秒亮燈50次,這樣一來,人眼就比較難分辨LED是頻閃亮燈,看上就和常亮燈差不多了。2倍頻亮燈,通過計算,LED頻閃燈的占空比為20%,即實際功耗為150W×20%=30W。LED頻閃燈峰值功率大,實際功耗小,發熱量也小,在滿足補光要求的同時,也延長了LED的發光壽命。簡單的說,LED頻閃燈就是人眼看上去不那么亮,相機的圖像卻可以得到合適亮度的圖像。所以基于視頻檢測手段的電子警察和卡口項目一般都采用LED頻閃燈給相機補光。

                                3LED頻閃燈在基于視頻檢測方式的電子警察和基于視頻檢測方式治安卡口項目中的應用

                                1. LED頻閃燈在基于視頻檢測方式的電子警察項目中的應用

                                電子警察項目就是抓管車輛是否闖紅燈,主要是當前方紅燈亮起時,對闖紅燈的車輛要拍清車尾的牌號、車身車貌、是否越過或壓到路面的停止線等執法依據。通過后端軟件平臺和數據庫,驗證出車輛的合法身份,自動核對黑名單庫,自動報警。以便于警務人員及交管人員對城市道路交通的管理。電子警察項目一般有兩種解決方案,1.基于視頻檢測方式的電子警察方案;2.傳統地感線圈檢測方式的電子警察方案。

                                傳統的地感線圈檢測方式的電子警察方案前端的硬件設備包括相機、氣體閃光燈、地感線圈、車輛檢測器等,加上后端的軟件平臺和數據庫構成。前端圖像采集的工作原理就是當前方紅燈亮起的時段里,由紅綠燈信號檢測設備輸出相應的信號,使抓拍系統進入工作狀態。當車輛闖紅燈經過埋在路面下方的地感線圈時,地感線圈會產生感應電流,再由車輛檢測器放大分析判斷,再傳給相機抓拍信號,再由相機觸發氣體閃光燈補光,檢測、觸發、補光、抓拍瞬間同步進行,完全圖像的采集。當前方綠燈亮起時,抓拍系統停止抓拍工作。

                                傳統的地感線圈檢測方式的電子警察方案采集到的監控信息一般只有圖片(JPEC格式),沒有視頻流(錄像)。所采用的相機也多為單碼流相機,補光設備一般采用氣體閃光燈。補充:單碼流相機指的是只能抓拍圖片(一般為JPEC格式)不能錄像的相機,雙碼流相機可以抓拍圖片(一般為JPEC格式)也可錄像(H.264格式)。

                                基于視頻檢測方式的電子警察方案是計算機視覺和人工智能領域在智能交通監控系統的深入應用,視頻檢測方式是跟據視頻中的車輛運動軌跡來分析和判斷是否違章駕駛。視頻檢測方式的電子警察方案是由前端硬件,包括相機、LED頻閃燈和后端軟件,包括視頻檢測分析,車牌識別、記錄、篩選、存儲構成。下圖是基于視頻檢測方式的電子警察方案圖像采集的前端硬質設備圖:

                                視頻檢測是跟據視頻流中的車輛運動軌跡來分析判斷,因為要提取錄像,所以補光至關重要,補光效果好,車牌的識別率就高,防眩目可以減少對駕駛人員的干擾。補光不好,不但會降低車牌識別率,還會有誤拍漏拍現象。

                                由于不同的用戶有不同的要求,如果只要求看清車牌,補光就比較容易,因為國內的車牌一般都涂有反光層,用峰值功率小一些的LED頻閃燈一般都可以滿足補光要求。如果要求比較嚴格,不但要拍清車牌,還要拍清車身車貌、是否越過或壓到路面的停止線(停止線如果含有反光材料很容易拍清,停止線如果沒有反光材料很難拍到)和紅綠燈的亮滅狀態等執法依據,加上如果通過該路口的車速比較快的話,相機快門須調快,那么補光就比較困難,必須采用峰值功率大的LED頻閃燈給相機補光。

                                2. LED頻閃燈在基于視頻檢測方式的治安卡口項目

                                治安卡口系統全稱是道路交通治安卡口監控系統,是指依托道路上特定場所,如收費站、干道出入口、交通或治安檢查站等卡口點,對所有通過該卡口點的機動車輛甚至路人進行拍攝、記錄與處理的一種道路交通現場監測系統。該系統用于城市道路、鄉村公路、高速公路出入口、收費站等重點治安地段的全天候實時檢測與記錄。功能完善的高端治安卡口方案,可自動識別過往該卡口點的車輛牌號、車身車貌、駕駛室人員容貌和是否系安全帶等特征,通過后端軟件平臺和數據庫,驗證出車輛的合法身份,自動核對黑名單庫,自動報警??蓪β房谇闆r進行監控與管理,包括出入口車輛管理、采集、存儲數據和系統工作狀態,以便于警務人員及相關部門對道路的安全進行監控。整個系統具有管理維護、統計、查詢及報表打印等功能,實現對交通違法、肇事逃逸等嫌疑車輛及不法分子的監控與處置。全天候記錄,識別率要求95%以上,圖片顯示漢字、字母、數字,清晰可辨。治安卡口項目一般有兩種解決方案,1. 傳統的地感線圈檢測方式治安卡口方案;2.基于視頻檢測方式的治安卡口方案。

                                傳統的地感線圈檢測方式治安卡口方案前端的硬件設備包括相機、氣體閃光燈、地感線圈、車輛檢測器等,加上后端的軟件平臺和數據庫構成。前端圖像采集的工作原理就是電磁感應,當車輛經過埋在路面下方的地感線圈時,地感線圈會產生感應電流,再由車輛檢測器放大分析判斷,再傳給相機抓拍信號,再由相機觸發氣體閃光燈補光,檢測、觸發、補光、抓拍瞬間同步進行,完全圖像的采集。傳統的的治安卡口方案采集到的監控信息一般只有圖片(JPEC格式),沒有視頻流(錄像)。所采用的相機也多為單碼流相機,補光設備一般為氣體閃光燈。

                                補充:單碼流相機指的是只能抓拍圖片(一般為JPEC格式)不能錄像的相機,雙碼流相機可以抓拍圖片(一般為JPEC格式)也可錄像(H.264格式)。

                                基于視頻檢測方式的治安卡口方案目前在國內存在比較多的做法,主要區別體現在視頻分析的算法和后臺管理軟件。前端的硬件設備大致相同,這里只著重講述采集圖像的前端的設備,目前國內在視頻檢測方式的治安卡口方案中,幾個有代表性的公司,如北京信路威、浙江大華、??低暤?,這些公司的前端設備基本都一樣。包括相機、LED頻閃燈、氙氣爆閃燈等。

                                卡口項目中,車速比闖紅外燈電子警察項目中的車速快的多,相機的電子快門一般為設置為2ms,如果車速大于90公里,電子快門一般為設置為1ms,而且要求拍清車牌、車身車貌、駕駛室內的人員,這樣一來,卡口夜間補光就非常困難。因為市面上大多數LED頻閃燈應用在卡口項目中,只能拍清拍清車牌、車身車貌,不能拍清駕駛室內的人員,但LED頻閃燈卻可以為相機錄像補光,保證相機在夜間可以輸出供于視頻檢測用的車輛運動軌跡的視頻流。所以再加裝氙氣爆閃燈就可以抓拍到光照符合要求的圖像。

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