ITS视觉监控技术和发展趋势

1.ITS视觉监控技术的发展现况

随着经济发展，人民生活水平的提高，私家车保有量大幅度上升，虽然城市道路建设取得了前所未有的发展，但是各大城市的交通压力依然很大，拥堵依然越来越突出；中国是公路交通事故发生率最高的国家；政府加大边远地区公路运输基础设施的建设。为了提高道路交通能力，保障道路交通安全，加强道路管理，智能交通监控系统应运而生。如果我们将宽广的道路比作是计算机的“硬件”的话，那么架设在这些道路上的各种智能交通系统就是运行在计算机硬件上的“软件”，对于保障行车安全，提高道路的运行效率，加强监管等发挥着越来越重要的作用。并且随着交通网络的不断延伸扩展，智能交通技术的不断突破，对于这种“软件”功能的升级和完善是永无止境的。而视觉监控是智能交通系统中必不可少的环节。
 

1.1 视频监控

ITS视觉监控技术属于视频监控技术的一个重要应用，所以先介绍一下视频监控技术的发展过程：

第一阶段，全模拟时代，即闭路电视监控系统，采集、传输、存储，都是采取模拟的方式。全模拟视频监控的核心技术是模拟视频矩阵，以及磁带式录像设备。

第二阶段，数字化阶段。由于数字传输比模拟传输距离更远，能够非常方便进行硬盘存储，模拟视频矩阵被数字视频矩阵取代，磁带录像机被数字硬盘录像机（DVR）取代。这一阶段，主要是解决了数字图像传输和硬盘录像中要用到的核心技术：视频编码（即视频A/D也称为为Video Decoder）、视频压缩（MJPEG、MPEG4、H264）。这个阶段，前端成像系统更多的还是模拟相机。

第三阶段，网络监控阶段。21世纪初，宽带网络的普及，能够满足人们对远程视频监控需求，所以出现了以网络视频服务器为核心技术的远程监控，也就是将视频编码、视频压缩、IP应用结合在一起，解决了远程传输的问题。这个阶段，前段成像系统逐渐从模拟相机转换为低成本的CMOS数字相机，但是模拟相机还是占有非常大的比重。

第四阶段，全数字高清智能时代。随着CMOS技术的成熟，以及CCD技术被一些监控相机厂商所掌握，而一些传统的机器视觉厂家也开始涉足视频监控领域，视频监控技术渐渐进入了全数字时代，随着广电行业的高清概念越来越火爆，人们对视频图像分辨率的要求也越来越高；数字化的监控技术也让人们开始畅想并开始逐步实现智能监控，通过数字技术协助人采集分析视频监控数据，达到智能视觉监控的目的。
从第二阶段到第四阶段发展非常迅速，目前整个视频监控行业正急速的朝着第四阶段发展。

1.2 ITS视觉监控

对ITS监控相机的需求大约出现在2004年，其同样经历了视频监控技术的几个发展阶段。最早采用的也是模拟监控的形式，后来甚至出现过用数码相机来进行监控的形式，后来渐渐采用稳定、可靠、分辨率较高的工业数字相机来进行ITS监控。在2008年前后增长非常迅猛，目前开始大步迈进全数字化、高清智能化的阶段。

图1是一个典型的数字视频监控系统结构图，ITS视觉监控系统的拓扑结构大致也是如此，只是将监控摄像机安装在了道路上。

从图中可以看到，整个数字视频监控系统由下面几个部分组成：
1. 现场监控设备：

• 摄像机
• 视频编解码设备（IP摄像机内部集成一体化的编解码器）
• 存储设备（DVR）

2. 传输网络

• 目前最广泛使用的就是Internet

3. 管理控制中心

• 控制中心：视频解码、视频浏览、摄像机控制。图中的分控中心其实也是一个控制中心，相当于市公安局下面有各个派出所，各个派出所就是分控中心，市公安局就是主控制中心。
• 数据中心：数据存储、数据管理

 
图1 典型的数字视频监控系统结构图

2 ITS视觉监控的核心技术

2.1  成像技术

视觉监控最关键的当然是视觉技术，视觉技术中，最关键的就是CCD/CMOS成像技术；同时与一般工业视觉需求不同，视觉监控技术对于图像的预处理技术有非常高的要求，以满足视觉监控的全天候能力。

2.1.1  CCD/CMOS成像技术

a) ITS监控相机大部分是全天候室外应用，不管白天黑夜、风吹日晒、雷雨交加，ITS监控相机都必须输出稳定的图像质量，保证道路交通的安全管理。因此ITS监控相机的成像必须具备高可靠性、高稳定性、高信噪比、高灵敏度、高动态范围。
b) 其次，对于CCD/CMOS分辨率的要求，不同的应用要求是不一样的：

•  收费站：140w、200w即可，只需要实现对单辆汽车的车牌、车型、司乘人员脸部信息的捕获。
• 治安卡口：200w、500w，单车道、多车道（一般单方向至少三车道）车辆信息的监控，实现对车牌、车型、司乘人员脸部信息捕获。
• 闯红灯抓拍：200w、500w、800w：多车道十字路口车辆闯红灯的监控，实现对车牌、车型、闯灯过程、红绿灯状态等信息的扑火。

c) 高帧频的需求：
ITS监控相机专门针对高速运行的交通工具进行抓拍，因此需要其有较高的帧频。目前最基本的帧频要求为25fps，当然越高的帧频越能提供更高的抓拍效率。某些应用已经提出了60fps的要求，由于CCD本身的缺陷，要输出较高的帧频相对来说是比较困难的，目前在ITS监控中使用的200w CCD相机最高25fps左右，500w CCD相机15fps左右，但是，CMOS在这方面就有着天生的优势。
(中国集群通信网 | 责任编辑：陈晓亮)