为什么说摄像头是制约交通监控智能化的“瓶颈”？

    【CPS中安网 cps.com.cn】从某种角度来说，是摄像头的智能化推动了城市智能交通监控系统的发展。而在这一过程中，物联网技术扮演着催化剂的角色。

　　在城市交通监控中，无论是电子眼、天网监控、违停抓拍、流量监测等，都离不开高质量的安防摄像头。

　　监控摄像头作为整个交通视频监控系统的前端产品，一直被认为是交通监控系统中的核心部分之一。从某种角度来说，是摄像头的智能化推动了城市智能交通监控系统的发展。而在这一过程中，物联网技术扮演着催化剂的角色。

　　本文将从监控摄像头的自身特点及其历史进程来分析这一“瓶颈”是如何突破的。

　　一、智能化摄像机才能满足当前交通监控需求

　　首先需要厘清交通监控的具体特点，交通监控主要是由交通信息统计系统和电子警察处罚系统两部分组成。主要有以下两个特点：

　　1、路况实时监视：交通路口的摄像机将所监控区域的实时图像传回交通指挥中心，使交通指挥人员实时掌握各路段人车流量、信号灯是否正常工作、是否有违章行为和交通事故发生等情况。

　　2、实时录像：视频监控的图像会保存到交通指挥中心的录像服务器上，作为处理交通事故、违规行为，甚至是治安犯罪等各种突发状况的取证依据。

　　为了达到拍摄的画面清晰，夜间也能看清车牌等硬性需求，就需要摄像头具备多种功能和良好的性能。

　　首先，摄像机要具备在各种恶劣环境下长期地稳定工作，保证图像质量不恶化，故障率低的性能。如果一个交通监控系统的“眼睛”不好或经常出毛病，即使系统其它部分再完美，整个系统的缺陷也是一目了然的。

　　其次，摄像机要高度适应光线的变化。白天与晚上的光度差相当大，以及烈日天与阴雨天的差别;

　　第三，摄像机要能敏感的抓拍、连拍到高速前进的车辆。

　　为了满足当前高质量的交通监控需求，交通监控摄像机已经由传统向网络化、高清化、智能化及物联网化推进。

　　二、摄像机的进步推动交通监控的智能化进程

　　1868年末，世界上第一个交通信号灯在英国伦敦出现，这是一种烧煤气的玻璃信号灯。然而好景不长，仅仅运行23天的第一盏交通信号灯便突然爆炸损毁，并将一名警员炸死。使得英国政府立即停止了这种信号灯的使用。

　　但这个仅有23天生命的信号灯却点燃了整个欧洲乃至整个世界开发交通信号灯的激情，随后的一百多年，出现了各式各样的交通信号灯。

　　早期，车辆及行人通过各种有交通信号灯的路口时，主要由交通警察指挥调度。但是随着车辆的增多以及城市道路的发展，有限的交通警察已经不能满足交通信号灯路口的指挥及违章监控需求，交通监控摄像头应运而生。

　　1991年世界上第一支监控摄像头“CoffeeCam”出现在英国剑桥大学的泰贾屋咖啡店。从此之后，监控摄像头逐渐被应用在电子眼、天网监控、违停抓拍、流量监测等交通监控领域。

　　我国的交通监控主要经历了六个阶段，而这六个阶段可以说是由摄像头的性能变革引起的。

　　我国交通监控的智能化变革

　　第一个阶段(21世纪之前)：数码相机+地感线圈

　　由于早期摄像头非常落后，交通监控最开始是以“数码相机+地感线圈”为实现方式，虽然能抓拍违法车辆，但是此种方式主要采用民用数码相机进行抓拍，稳定性较差。

　　其次，由于数码相机更新换代快，同型号的数码相机在一两年后难以找到，给后续维修更换造成麻烦;且数码相机无法实现连续抓拍，系统无法实现卡口功能。

　　另外，此种方式采用地感线圈进行触发，需要在前端铺设地感线圈，而地感线圈是需要在车道上切割环行线槽，然后埋设感应线圈。车辆通过时感应线圈会发射信号给相应设备，检测算是比较准确。但是需要在地下埋设感应线圈，加大了施工难度的同时，也提高了工程的成本。而且麻烦的是当路面变更渠化时还需要重埋线圈。

　　此外，高纬度开冻期和低纬度夏季路面，以及路面质量不好的地方对线圈的维护工作都是巨大的，并且一段时间以后还需要重新更换线圈，施工维护成本相当高。

　　第二个阶段(2001年——2005年)：标清摄像机+数码相机

　　这个阶段以“标清摄像机+数码相机”为实现方式。2000年以后，市面上出现了标清摄像机，使得直接通过分析视频的方式来检测闯红灯、违停等违法行为成为了可能。此种实现方式避免了地感线圈存在的缺点，但依然采用民用数码相机进行抓拍，存在稳定性差、更新换代快、维修困难等问题。此外，受技术所限，早期数码相机无法实现连续抓拍，对闯红灯等违法行为的单一抓拍模式会有一定的疏漏。

　　第三个阶段(2006年——2007年)：标清摄像机+标清摄像机

　　此阶段，交通监控的方式由“标清摄像机+数码相机”过渡为“标清摄像机+标清摄像机”模式。由于工业级标清摄像机直接取代了民用数码相机，从而避免了采用民用数码相机时的缺点，性能相对稳定。

　　但由于标清摄像机的像素低，图片分辨率最大为768×576，尽管可以满足车辆检测的基本管理需求，但也还是无法同时看到车牌和红灯信号，对于公安部门稽查肇事逃逸车辆、套牌车辆、黑名单车辆等的司机面部特征来讲就更显得捉襟见肘了。并且施工量也较大，一个车道需要一台摄像机来做特写。

　　第四个阶段(2008年——2009年)：高清CMOS摄像机+地感线圈

　　这一阶段的电子警察系统实现方式主要有两种：高清CMOS摄像机+地感线圈、标清摄像机+高清CMOS摄像机。由于采用工业级高清CMOS摄像机，所以摄像机的性能比较稳定。同时摄像机可连续抓拍，以实现卡口监测等功能。但由于高清CMOS摄像机存在成像效果粗糙(对光线变化不敏感，抓拍图片有时看不清红绿灯，影响事后处罚)、帧率低(普遍为2~3帧/秒，无法实现视频分析车辆行为和录像的功能)等缺点，也还是达不到最理想的效果。

　　第五个阶段(2010年——2015年)：高清CCD摄像机

　　随着大帧率高清CCD摄像机的普及、视频分析算法的不断优化，此阶段的交通监控主要以“高清工业级CCD摄像机”为实现方式。只能抓拍单一车道车牌部分图像，而无法兼顾压线车辆和驾驶员面部特征的标清设备将逐渐淡出历史舞台，取而代之的是高清设备。

　　第六个阶段(2016年——至今):智能摄像机监控

　　此阶段，主要得益于近几年物联网技术、计算机视觉技术、智能分析技术以及数字图像处理技术的发展。

　　物联网技术指当前城市道路监控已不再仅仅局限于视频监控，结合物联网技术，能够快速将路况信息和道路拥堵状况发布到情报板上，便于司机选择有利路线。

　　不仅如此，物联网技术的应用使城市道路监控系统还能同路测的各种物联网传感器相连，或者车辆本身的传感器相连，例如气象站、停车场、公交站台信息显示屏、车辆的GPS模块等，可以将雨雪湿滑等各种道路状态立体的显示在城市道路监控系统，从而便于交管部门进行快速响应，降低各种极端天气条件造成的损失。

　　计算机视觉技术对视频信号进行处理、分析和理解，在不需要人为干预的情况下，通过对序列图像自动分析，对监控场景中的变化进行定位、识别和跟踪，并在此基础上分析和判断目标的行为。

　　据了解，当前我国智能摄像机监控可以有效完成车辆减超速、车辆逆行、交通堵塞、道路烟雾和火灾等事件的自动监控，并且就车流量、车速、车型、突发事件紧急程度进行预测分析，为道路安全运行与危险情况营救提供必要的数据支持。

　　智能视频分析与行为识别技术是基于视频图像的特征学习、目标对象检测与行为识别、长距离轨迹跟踪等算法和技术，对被监测车辆的视频流进行分析，以提取及识别出目标对象的违章行为;同时智能化的视频分析技术可提高监测的准确率。

　　4G移动通信技术视频监控终端将抓拍的视频图像通过4G网络传输至后台服务器进行查看和存储，4G技术的应用降低了有线通信网络部署的成本和复杂度，系统建设周期不再受场地和施工布线的限制，从而节省了大量的人工和资金投入。

　　总结：摄像头的智能化进程不仅解决了交通监控的气候、光线、时长、准确度等苛刻需求，也催生出了包括天眼系统、家庭安防在内的千亿级智能安防市场，除了传统安防领域的玩家，互联网巨头也已竞相入局。

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