高清卡口系统

VDR－H高清卡口系统

浙江中控电子技术有限公司VDR-H高清卡口系统

一、概述

近几年来，随着我国经济建设的迅猛发展，国力的增强，国民收入迅速提高，交通事业迅猛发展，机动车数量以每年15%速度快速增长，城市道路建设不断加快。日益发达的公路网络虽然给人们带来了越来越多的快捷与便利。但在交通现代化的同时也带来了日益繁重的管理负担。传统的交通管理手段已无法适应现代化交通的需要。交通管理现状和需求矛盾进步加剧与交通相关的刑事和治安案件也遂年上升。特别是肇事或作案后逃逸、盗窃、违章行驶等现像频频发生。为此公安系统有关部门为了提高交通管理水平向抖技要警力，迫切需要一种具有高科技水平的智能化车辆监测管理系统。

目前为止，已有不少单位已经或正在开发基于视频摄像机技术的车辆自动记录系统，特别是相关专业的高等院校及研究机构都在该系统上有很大的投入，但由于该系统受到视频摄像机的现有技术条件和信号标准的限制，存在图像分辨率低、清晰度差（PAL制定视频摄像机，场图像的最高分辨率只能达到768×288象素，实际图像由于受到模拟传输、采样、彩色调制等影响，清晰度要远远低于分辨率指标）的固有问题，为使拍摄图像能达到自动牌照识别的要求，拍摄图片无法完整显示整个车辆，无法看清车辆细节和车内驾乘人员，因此，始终无法满足道路交通安全管理和治安管理的使用要求。结合多年来在智能交通领域产品开发方面积累的丰富经验，针对我国道路特点，采用了先进的计算机自动控制技术、高分辨率数码摄像技术、图像处理与智能牌照识别技术，为交通管理部门成功开发了一套高清晰度的智能卡口系统——高清晰度道路车辆自动记录系统（高清卡口）。该系统能够实时自动捕获记录经过监控路面的高分辨率（1360×1024＝140万像素）机动车图像并自动识别车辆号牌，记录车辆行驶的相关信息，对可疑布控车辆和超速行驶、逆向车辆实时报警，并经过计算机网络系统，将车辆信息及图象信息实时传输至交通指挥管理中心，建立道路车辆数据库，供交通管理部门用于交通管理、事故处理、车辆布控追查以及车辆违章处理等。该系统可二十四小时全天候工作，长期运行，性能稳定可靠，对于交通管理现代化，可起到十分重要的作用。

高清卡口系统集高分辨率数字图像采集、传输、存储和压缩，车辆号牌实时自动识别、网络传输、自动报警和联网布控等诸多功能于一身，并具有强大的查询、统计与报表打印等后台数据处理功能及强大的通信、联网功能，可广泛应用于公路要道通行车辆监控与报警、超速车

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辆监控与报警、省际或市际出入口车辆监控与报警、重要治安卡口通行车辆监控与报警等车辆监控记录与报警系统，构筑功能强大的道路车辆智能监控系统。

同时，建立道路车辆自动记录系统，能有效遏制车辆的超速行驶、逆向行驶等违章行为，并能为盗抢机动车、事故逃逸、利用机动车流窜作案等治安案件的侦破提供有力的线索证据，成为现代交通管理的高效助手。

二、系统特点

高清晰度道路车辆自动记录系统（高清智能卡口）是研发人员多次考察、总结了全国各地的经验，针对国家“畅通工程”实施标准，在多年智能交通产品开发的基础上，跟踪、结合国内外最先进的技术发展，自行开发研制成功的新一代智能卡口产品。它不仅包含了一般系统的车辆记录、车速检测、车辆抓拍功能，更采用了140万象素的高分辨率数字图像采集技术，在保证图像清晰度在提高牌照自动识别能力、图象清晰度、夜间强光抑制及逆光补偿上，取得了重大的突破，在国内同类产品中具有超前领先的地位。2．1高分辨率图像采集高清智能卡口系统采用高分辨率数字摄像机（工业数字摄像机），实现高清晰度的图像采集。系统采集的车辆图像，分辨率高达140万象素，为1360×1024×24位色的彩色数码图片，在画面覆盖达到4.6（宽）×3.5（高）时，所拍摄的车辆号牌达到130×40～45象素，单个字符达到16×32象素，驶乘人员脸部达到60×75象素，可清晰反映车辆的号牌、汉字、驶乘人员的脸部特征及整个车辆的全貌和细节，可为事故追查、刑事侦破等公安业务，提供全面、准确定依据。在画面覆盖达到5.5m（宽）×4.2m（高）时，仍可清晰分辨牌照汉字、车辆细节和驶乘人员脸部细节。VDR-H高清卡口系统

高清卡口抓拍图象2．2抓拍率高系统采用地感线圈作车辆检测，并采用独立于工控机系统的专用抓拍控制器用作车辆判定、方向判别、速度测量和抓拍触发，可大大提高系统的抓拍率和测速精度。2．3牌照识别率高高清智能卡口采用了最先进的图像处理、图像识别和文字识别技术，配合高清晰度的牌照图像，可以准确地从抓拍的车辆图象中识别车牌。夜间配合同步脉冲氙灯补光，图像质量得到了可靠保证，从而保证了系统的牌照识别率和识别准确率（7位字符全部准确识别）。特别，系统采用了新开发的模糊牌照识别技术，对部分污损、遮挡的牌照，仍可保证全部或部分正确识别，大大提高了系统的牌照识别率。下例为对一些污损牌照识别的实际测试示例：

识别结果：浙B7460X

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识别结果：浙B7355X

识别结果：湘BJ313X

系统的牌照识别率可全天候（除有雾、大雨遮挡和牌照不清以外）达到98%以上，识别准确率达到95%以上。

2．4系统运行稳定

借助我公司在智能交通行业多年的产品研发经验，本系统在提高系统稳定性上，采取了特殊措施，以确保系统能长期、稳定、连续运行。系统选用进口著名品牌的嵌入式工业控制计算机作为监控主机，并配套采用嵌入式操作系统，以保证系统的硬、软件环境运行稳定；配套设备和器材经过严格检验和老化测试，以保证产品质量可靠；软件经严格测试，并长期运行验证，性能稳定。为避免计算机和采用单片机的其他配套部件在无人值守的环境里，由于偶而死机而造成系统无法正常工作，工控机及智能部件均采用硬件“看门狗”监视软件运行，在系统部件由于偶然原因造成软件死机的情况下，能立即自动启动相应设备在短时间自动投入运行，特别是工控主机，采用我公司具有自主知识产权的2级看门狗技术，防止系统死机，可确保在系统出现任何可恢复故障时，都能保证系统自动重启，避免系统瘫痪，以保证系统长期稳定运行。2．5强光抑制功能晚间车辆行驶时，前置大灯的强光正面照射摄像机，在画面上会产生强烈的眩光，从而在拍摄的图像上产生很大的光晕，使画面上看见一片白光，严重影响了图像质量。本系统采用了特殊的技术，使摄像机拍摄的图片具有独特的、效果极佳的强光抑制能力，完全克服了大灯眩光造成的光晕影响，车辆大灯周围完全看不到光晕，并且画面异常清晰，大大地改善了夜间车辆图像的质量，从而保证了夜间车辆的牌照识别率。夜间拍摄的画面效果见下图。

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夜间拍摄图像效果2．6高测速精度、防超速误报目前，在运行的绝大部分智能卡口系统中，都采用地感线圈作为车辆检测装置，用于触发抓拍和测速。但是，由于地感线圈固有的缺陷，利用2个地感线圈的测速方法，造成超速误报道现象非常普遍，严重影响了作为行政执法取证依据的严肃性。为了提高测速精度，防止超速误报，本系统采用由我公司自行研发的高速车辆检测器，并采用3线圈测速技术，并采用独立的抓拍测速控制器独立测速，既加长了测速检测的车辆通过距离，增加测速精度，同时根据两组线圈间车辆的通过时间作测速比对，又完全防止了超速误报的产生。2．7采取专用虑镜消除前挡反光在拍摄车头图象时，前挡风波玻璃的反光将使得无法从外面看清车辆内部的细节和车内驶乘人员的脸部，大大降低了作为治安防控系统的实际功效。

作为一般的克服玻璃反光的方法，在摄像机镜头前增加偏振镜可起到一定的作用，但是，在拍摄车辆前挡风玻璃的反光时，由于前挡风玻璃为曲面反光，仅仅采用偏振镜片，仍然无法达到理想的效果，为克服这一问题，经与有关镜片生产厂家，通过反复试验，研制了专用的用于克服汽车前挡风反光的多层镀膜虑镜，较好地克服了汽车前挡的反光，达到了较为理想的消反光效果。

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2．8自动强逆光补偿

在室外逆光条件下，由于路面的一次反射光的影响，总会有部分时段，在阳光的强力反射作用下，整个画面背景很亮，而整个车量由于背光，在强力的逆光下，造成牌照曝光不足，特别是对东西方向的车道，逆光问题尤为突出，从而造成某些时段拍摄的图像，画面车头正面部分严重曝光不足，画面清晰度下降，牌照识别困难，识别率大大下降。因此，逆光条件下的抓拍图象质量和牌照识别率，是卡口系统中的瓶颈问题。本系统经过无数次的试验，采用了特殊的曝光补偿算法，严格控制高清摄像机曝光条件，较好地解决了在强逆光下的图象拍摄质量和牌照识别的问题，保证了在逆光条件下的图象质量与牌照识别率。强逆光下的抓拍图像效果

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2.9整车道覆盖抓拍

常规采用视频摄像机的卡口系统中，跨中线行驶车辆是造成系统漏拍的主要原因。由于受视频信号的分辨率限制，单个摄像机无法覆盖一个标准车道的宽度（3.75m）。因此，当车辆跨中线行驶时，车辆在摄像机覆盖的盲区，两个车道摄像机均无法抓拍到具有完整牌照的车辆图像（如下图）。视频摄像机卡口拍摄区域示意图在改进的系统中，采用增加跨中线辅助摄像机抓拍跨中线，增加跨中线特写摄像机，在跨中线行驶车辆通过时，依靠跨中线特写摄像机，通过牌照识别系统，根据画面中是否有牌照，识别跨中线行驶车辆，使跨中线行驶车辆的漏拍大大降低。但是，无法设别牌照或未挂牌照的车辆，由于无法定位牌照位置，因而无法判断车辆所在位置，造成仍有部分车辆被漏拍。而且，有很多不在车道正中行驶的车辆，其拍摄的图像，只有部分车辆局部，无法反映通过车辆的全貌。

高清卡口系统由于采用高分辨率数码摄像机，其拍摄画面覆盖范围可达4.5m—5m，因此，其画面已经覆盖中线，可保证跨中线行驶的车辆能在1个或2个摄像机拍摄的图片中被完整地记录，确保了记录信息的完整性。

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高清摄像机卡口拍摄区域示意图2.10微功耗无眩目长寿命脉冲氙灯补光照明补光是晚间抓拍的必备条件，为了达到摄像机在夜间对高速行驶车辆拍摄的光照要求，一般均须采用大功率强光源补光，常规补光采用大功率卤素泛光灯或射灯补光，一个标准的双向四车道路面监控点，需配置2－4支250W的泛光灯或聚光灯。这种补光方法，不仅大量消耗电力，而且正面的强光照射，对司机行驶产生很强的眩光干扰，使司机无法看清对面车辆行驶情况，对夜间行驶留下很大的安全隐患。同时由于灯炮使用寿命较短，使得维修成本增加。在系统中，配用专门开发的一种微功耗、高速、长寿命同步脉冲氙灯。此光源具有微功耗（每千瓦时电能可拍摄30万幅图片）、长寿命（>500万次拍摄）的特点，并且对司机和后续车辆的司机均不会产生眩光干扰。系统不需再配备卤素泛光灯作照明，不仅大大节约了电力，而且由于使用寿命长，更换周期长，大大降低了维护成本。

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2.11高速车辆检测器

在道路交通车辆检测中，比较各种检测方法，环形线圈车辆检测器，是应用最广泛，技术最成熟，可靠性最高的一种方法。但是，常规的环形线圈车辆检测器，其响应速度一般在30-50mS，对于高速行驶的车辆，无法满足其测速精度的要求。因此，系统配置了高速车辆检测器。采用高性能单片机实现智能车辆检测，具有灵敏度高，响应速度快（3－5mS），功耗低，可靠性高，防漂移，防死锁的功能，可满足高速行驶车辆抓拍和测速的要求。三、系统组成道路车辆自动记录系统由路口记录单元(RRU)、光纤传输网络和中心用户系统三部分组成，路口记录单元通过光纤LAN和公安内部网连接，完成数据传递，网络结构如图5所示。各部分的组成及功能如下：公安网光收发器中心用户系统中心服务器CDS报警计算机客户机客户机···光纤网络光收发器光收发器路口记录单元路口记录单元RRU1路口记录单元RRU2路口记录单元RRU3路口记录单元RRU4···系统网络结构示意图3.1路口记录单元

路口记录单元安装监控路面附近，在无人值守环境下24小时全天候自动工作。路口记录单元(按四车道计)主要由两台路口监控主机RRC（每台路口监控主机最多可监控3个车道）、每车道1台高清摄像机、每方向1台测速抓拍控制器、4组高速车辆检测器（每车道3只1组）、每车道1只同步脉冲氙灯等相关设备组成，图5为路口记录单元的组成框图。同时可选配加装视频摄像机、照明控制器（每方向各一只），每车道1只高效金属化卤素灯、硬盘录象机一台，

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用于24小时实时录像和网络监控。

脉冲氙灯高清摄像机高清摄像机脉冲氙灯车辆检测器车辆检测器车辆检测器抓拍控制器抓拍控制器车辆检测器车辆检测器车辆检测器监控主机监控主机路口记录单元框图路口记录单元完成车辆检测、测速，车辆图象抓拍（每辆通过车辆1张高分辨率数码图象），自动识别牌照，在监控主机上产生车辆记录文件，通过网络传输到中心数据库服务器。3.1.1监控主机�采用P4工控机，嵌入式操作系统，完成车辆通过检测、图像抓拍控制、牌照识别、信息储存、信息上传等功能。������

车辆捕获率：≥99％车牌识别率（5位以上，除牌照无法识别）：≥98％车牌识别准确率（全部准确识别，除牌照无法识别）：≥95％工作方式：7×24小时连续工作逆向车辆：自动检测

图像覆盖范围：≥4.5m×3.6m，能看清整个车辆和车辆内驶乘人员。

3.1.2高清数码成像单元

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采用140万像素高分辨率数字摄像机，IEEE1394a高速传输接口。

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CCD数码图像传感器：分辨率1360×1024像素，光学尺寸1/2英寸配套镜头：1/2”百万像素镜头，焦距25mm，F1.4最低照度：1LuxA/D转换精度：12位图像数据输出格式：8bitBayer

帧率：SXGA（1360×1024）：15帧/秒，采样时间小于50mS快门时间：1/50000s-1s

外触发抓拍功能：边缘曝光和电平曝光光源控制接口：外触发输出接口清晰度：960线工作温度：0～60℃

功耗：额定功率4.2W，最大功率5.0W3.1.3车辆检测器��������

采用地感式高速车辆检测器，2线圈测速，能确保不会误报超速。响应速度：≤2mS线圈电感：20～1000uH灵敏度：7级可调线圈输入：隔离输入

信号输出：光电隔离晶体管开关电源电压：DC8－16V防水：全固化防水

3.1.4测速抓拍控制器

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为系统专门设计的独立式测速及抓拍控制单元，采用独立于系统的单片机系统测速和车辆判别，确保测速精度及抓拍响应速度。

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输入：3车道，每车道3线圈

输出：抓拍触发信号；车速测量信号；支持逆向行驶抓拍通讯方式：RS232接口电源：220V±20％，2W

3.1.5同步脉冲氙灯

采用同步脉冲氙灯补光，可保证数字摄像机夜间补光照明，确保图像清晰度。白天抓拍时，由于驾驶室内光线较暗和档风玻璃的反光，无法看清车内驶乘人员时，亦可通过脉冲补光，使车内驶乘人员的细节得到充分.

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脉冲光能量：30WS光脉冲宽度：≤0.1mS回电时间：≤100mS使用寿命：≥500万次外壳：铸造合金铝，喷塑，密封防水。安装支架：可调电源电压：AC220V±20％

3.2管理中心计算机网络设在交通监管部门，主要由连接在公安网上的中心服务器、报警计算机、客户端作业计算机及相应的彩色打印机和网络设备和中心管理软件组成。中心服务器通过网络与数据收集服务器联网，并通过公安网与中心客户机及相应的输出设备连接。数据收集服务器收集所有路口记录主机所采集的车辆数据与图片后，将根据管理部门设定的条件筛选后将需要长期存档保存的数据保存在中心服务器。不同的授权用户通过客户端计算机，可分别完成对通过车辆信息的访问、统计、分类、检索、查询、提取、核对、处罚等业务作业，产生并打印相应报表。系统软

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件采用C/S结构或B/S结构，实现网络数据共享，大大方便了各部门对路口信息的掌握，并可根据用户要求，定制系统，最大限度的满足用户的需求。网络上的授权用户亦可通过网络对路口记录主机和数据收集服务器的工作参数、报警布控进行设置，实现系统的远程维护。

四、系统功能

4.1车辆监测与记录

监控主机启动后自动进入实时自动记录状态，自动记录通过监控点的每一辆机动车的高分辨率车辆图像，检测并记录通过车辆的时间、地点、方向及通过速度等相关数据。图像的存储格式为JPEG格式，每辆通过车辆的图像存储文件（1280×1024分辨率图象）约200K。250G的硬盘空间可存120万辆车辆的图像。

4.1.1监控主机主界面

监控主机界面可实时显示监控点路面全景的动态视频图像和通过的车辆特写图像，以及牌照识别结果和相关行驶数据。选择近景监视，可同时动态显示各车道的特性图象。1.2即时车辆信息查看4.4.1.1.2

用鼠标双击界面数据表项，可以弹出即时通过车辆查看窗口显示该项记录，用于直接查询最近一段时间内通过车辆的图象信息和记录的号牌号码及行驶数据。系统也可以通过中心服务器和网络，查看通过车辆的行驶记录。4.2牌照识别系统对所拍摄的车辆图像进行实时牌照识别，并将识别结果（号牌号码和号牌颜色）存入数据记录。系统运用了人工智能和模式技术，对被识别的车辆图像进行车牌定位、字符切分，并运用独创的基于二值特征的识别算法和基于灰度特征的识别算法相结合的方法，对定位切分后的号牌字符进行识别，具有识别率高，识别时间短的特点，并对挂放倾斜、不平整的牌照，有较好的识别效果。系统具有自学习的功能，可以通过对特定字符训练，以提高整体识别率。

4.2.1识别软件参数设置

通过软件设置，可设定牌照尺寸、容许倾斜角度、照在识别中的权重，及不同类型牌照的

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字符切分方法和字符集。在不同的安装环境下，通过合理设置，可以适应不同类型牌照的识别，提高牌照的识别率。不同类型牌

4.2.2识别系统字符训练

系统运行初期如果由于环境变化，使牌照识别率较低不能满足使用要求时，可在安装环境下，进行实地训练，以使牌照识别系统能适应环境。经过训练学习后，计算机能自动掌握安装环境，使识别率得到提高。右图为识别系统字符训练的窗口。4.3车速检测

前端的车速检测部分，我们采用公司自主开发的VDi系列环形线圈车辆检测器产品，它独立于其他系统，专门用于测量车辆行驶速度。该产品已经通过交通部交通工程监理检测中心的检测，该产品符合交通行业标准JT/T455-2001《环形线圈车辆检测器》有关规定，测速精度达到99％。

单片机接收车辆检测器输出的信号，计算车辆经过两个线圈之间路程的时间，然后再根据两线圈之间的距离，计算出车辆行驶速度和车辆长度。最后，通过光端机数据接口或串口将计算结果传送到工控机。采用独立的硬件测量有利用提高测量精度，简化工控机的工作流程。4.4实时报警系统可在监控主机上设置两种报警条件：车速条件和号牌号码条件。当符合报警条件的车辆通过时，立即发出声音报警或语音报警，并在数据记录中记录报警类别。当监控主机安装在无人值守状态，自动将报警信息发至中心网络的报警服务器。4.4.1布控车辆报警

布控车辆报警的设置界面如右图。当满足布控条件的车辆通过时，自动发出声音报警或语音报警。也可通过通讯口发出报警命令，连接其他报警指示设备。同时，系统通过网络，实时将报警信息传送到中心服务器和设定的网络报警工作站。

4.4.2超速车辆报警

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当检测到通过车辆超过系统设定的最高限速时，系统发出报警信号，指示现场执法人员实施处罚，并记录在通过车辆记录中，供处罚系统作为事后处罚的查询条件。

4.5远程访问

管理中心网络计算机上的授权用户，可通过网络对各监控主机进行远程访问，查看和下载车辆记录的数据及图像，设置报警条件，修改系统参数，实行远程维护和远程操作。路口主机支持B/S方式访问，通过联网电脑的WEB浏览器，就可直接访问、查询监控主机上的车辆通行记录。

4.6用户管理

为了保证系统安全，本系统采用分级口令管理设置，有系统管理员、系统操作员和一般查询用户三种登录身份，分别授予不同的操作权限，以确保系统的安全。4.7数据检索

车辆行驶记录可根据车辆的重要特征信息如：号牌号码、号牌颜色、通过日期和时间、车辆类型、车速等条件，等用户输入条件快速检索所记录的车辆信息。车辆检索支持模糊检索。检索窗口如右图所示。4.8人工核对系统具人工核对、修改车牌号功能，必要时，可对系统错误识别的牌照进行人工纠错修改，以保证数据库中的数据准确性。由于每天通过的车辆记录太大，难以用人工对全部车辆进行核对，系统支持对选择条件的查询结果（如超速车辆）进行人工核对，以保证特定车辆信息的准确性。

4.9车流量统计

可按所给定的时间段为单位进行车流量的数据统计。可按要求设定各种分类条件的流量统计，并生成报表及书面文档。右图给出日车流量和月车流量的分时棒图。

4.10基于B/S结构的中心数据处理系统

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管理中心采用B/S结构，使得任何一台连接在公安网上计算机，均可通过网络，用浏览器完成对各路口记录数据的访问，进行预设报警，完成网络布控，完成数据查询、统计、分析和打印，满足超速处罚，车辆查证，流量统计等工作的需要。

4.10.1系统查询功能

可根据不同的查询条件，通过公安网，实现对车辆信息、各种报警信息、违章信息，按时间、牌照号码、车型、车速等条件，实现精确或模糊查询、多重查询，以最方便地实现查找功能。并可将相关的查询结果记录于指定的位置，以作进一步分析使用。4.10.2统计及报表功能

可根据用户需求，实现对道路车辆流量的各种统计。可按车型、车速及牌照号码等条件进行分类统计，实现完善的统计功能，并产生日、周、月的流量图、流量表、流量曲线的屏幕显示和打印输出。

4.10.3处罚功能:

能自动对违章车辆进行处理，生成违章车辆数据库、违章车辆统计表、违章车辆交通违章通知书等相关文档和报表。4.11不联网路口的数据传递对于安装在比较偏远的一些无法联网的监控主机，可采用用笔记本电脑，用网络线热插拔联机后实现用户所需的查询功能和必要的数据下载，或采用热插拔硬盘，从现场调换硬盘后，再连接到中心处理系统的方法，实现数据的传递，以解决长距离光纤连接成本过高的问题。