摘要:隨著我國高速公路網的形成，車流量快速增長。視頻監控系統在提升高速公路通行效率、降低人為因素影響、改善道路服務質量、提高收費站通行能力和路網營運管理水平等方面，發揮著越來越重要的作用。本文介紹了采用新型CMOS圖像傳感器的高清攝像機在收費車道視頻監控的應用。
文/孫偉 王建
隨著我國高速公路網的形成，車流量快速增長。視頻監控系統在提升高速公路通行效率、降低人為因素影響、改善道路服務質量、提高收費站通行能力和路網營運管理水平等方面，發揮著越來越重要的作用。本文介紹了采用新型CMOS圖像傳感器的高清攝像機在收費車道視頻監控的應用。
收費車道視頻監控系統用于交通監控和收費狀況監控。收費車道視頻監控系統主要對公路、橋梁、隧道等收費車道運行狀況，以及收費車道通過的車輛類型、通行時間、收費員的操作過程和收費過程中的突發事件及特殊事件進行觀察和記錄，并實施有效監督，同時對收費車道區域的視頻圖像進行不間斷監控和錄像。建立收費車道視頻監控系統的主要目的是：對工作人員徇私舞弊、車輛沖卡逃費等惡性事件進行取證，保障收費系統的正常運行，提高收費系統整體運營水平。
一、收費車道高清視頻監控的發展與現狀
我國收費車道視頻監控的發展經歷了四個階段。早期由安防產品演化而來的閉路視頻監控系統是收費車道第一代模擬視頻監控系統。到了九十年代中期，基于PC機插卡式的視頻監控系統，初步實現了視頻監控的數字化，但由于圖像質量、穩定性以及遠程傳輸監控等技術方面的不足，這種第二代視頻監控系統僅能作為收費車道的日常監控。九十年代末，隨著計算機、網絡、通信技術的日趨成熟，各種實用型視頻技術不斷完善，以嵌入式技術為依托，以網絡、通信技術為平臺，網絡視頻監控系統才從根本上使視頻監控從幕后走向了幕前，成為了第三代收費車道視頻監控系統。與傳統的視頻監控相比，網絡視頻監控更便于計算機對視頻信息進行壓縮、儲存、分析、顯示以及報警等自動化處理，實現無人值守；通過網絡平臺實現遠距離監控，即使是數千公里以外也能達到親臨現場的效果；利用先進的軟件系統不僅可以在幾分鐘之內就能完成傳統視頻監控中大量的數據分析，提高監控效率，而且能獲得更為逼真、清晰的數字化圖像，使監控的管理和維護更便捷、更實用。目前，隨著圖像傳感器和圖像處理技術的快速發展，出現了高清（1080P）、寬動態范圍、多碼流輸出的新型高清攝像機，收費車道視頻監控系統進入第四代。該系統具有結構簡單、圖像高清化、網絡化、智能化的特點。本文介紹了采用新型CMOS圖像傳感器的高清網絡攝像機在高速公路收費車道視頻監控系統中的應用。
二、新型高清攝像機結構及特點
新型高清攝像機采用C M O S 圖像傳感器、FPGA+多核DSP處理器、高性能ISP,可實現低照度、寬動態范圍、低噪聲、多碼流輸出等功能，如圖1、圖2所示。
1、CMOS圖像傳感器
使用的SONY IMX185圖像傳感器，為新型彩色CMOS傳感器（前照式+紅外提升），靶面為1/2英寸，分辨率為1920×1080,60幀/秒；前照式CMOS（英文簡稱FSI）在感光元件中，A/D轉換器和放大電路位于光電二極管的上層，感光二極管位于電路晶體管后方。如圖3所示。
該CMOS圖像傳感器具備1080/60p的記錄能力、3.75μm的超大像素、高動態范圍WDR、低照度。
2、高性能處理器ISP
該新型高清攝像機采用高性能FPGA和多核DSP;多核DSP采用TI公司推出的一款多功能、高性能的TI-DM8127芯片，由多核組成（A8、兩顆M3、DSP共四個核心），如圖4所示。
DM8127的優勢在于除了有專用于操作系統的基于A8的ARM核和分別負責視頻采集和視頻編解碼的兩顆M3外，還有一個750MHZ的DSP,單獨用于用戶的視頻算法處理。因此，DM8127最主要的優勢在于它擁有專用于智能算法的DSP核。
3、新型高清攝像機特點
（1）低照度環境時圖像優秀
由于使用了新型前照式CMOS圖像傳感器，在低照度環境下，圖像清晰、噪點抑制強，不需補光燈即可清晰地表現細節；可實現的最低照度：0.05 luxF 1.4（彩色），0.001lux F1.4（黑白）效果。如圖5、圖6所示。
（2）寬動態范圍WDR
采用新型CMOS圖像傳感器及先進的圖像處理引擎ISP,具有優秀的寬動態范圍，強光抑制效果良好，明暗細節表現豐富，夜間對車大燈抑制明顯，晝間對逆光等處理良好，車輛特征清晰可辨。
（3）多碼流輸出
具有多種視頻流輸出功能：高清H . 2 6 4（1080P、720P）/ 25FPS、CVBS（D1）實時輸出；滿足多種需求。
（4）使用及維護簡便
采用TCP/ IP協議接入網絡系統，設備的升級、維護、參數調整，均可在網絡中的任何一臺計算機終端上在線完成，從而大大提高了維護效率，減少了維護成本。
三、小結
1、信息容量
新型高清攝像機可輸出200萬像素的高清圖片和數字視頻流，圖片和視頻中所包含的信息更加豐富、齊備，用戶可從圖片和視頻中獲得更多的車輛相關信息（車輛號牌、車身外觀特征等）。
2、技術先進性
新型高清攝像機，使用新型CMOS圖像傳感器、FPGA、先進的圖像引擎（ISP），分辨率高、寬動態范圍、低照度下圖像清晰。可輸出模擬CVBS以及高清H.264（1080P）流媒體，具有自動曝光控制功能，支持NTP自動校時、工作狀態實時上傳等功能。視角和場景更廣，監控范圍更廣，圖像清晰，可辨別車輛特征細節。
3、產品適應性
高清智能攝像機高清視頻采用網絡輸出方式，視頻流和圖片可直接進行數字錄像和存儲，后期處理簡便。
（作者單位：北京信路威科技股份有限公司）
