0 引 言
與傳統(tǒng)的基于面陣CCD的視頻檢測(cè)方法相比，基于線陣CCD的檢測(cè)方法具有如下優(yōu)點(diǎn)：
(1)線陣CCD成像中背景圖像相對(duì)簡(jiǎn)單,，因此易于后續(xù)的目標(biāo)分割,、特征提取和描述，這使得系統(tǒng)在全天候條件下的工作穩(wěn)定性更易于保證,；
(2)線陣CCD成像的分辨率,、像素灰度級(jí)和采樣速度較高，從而可以實(shí)現(xiàn)高精度的檢測(cè),，特別是車輛存在和車輛速度的檢測(cè),；
(3)線陣圖像數(shù)據(jù)量相對(duì)較小，便于實(shí)現(xiàn)復(fù)雜的圖像處理和分析算法,；
(4)線陣CCD成像的輔助照明可以采用紅外線激光源,，能夠較好地解決夜問補(bǔ)光問題,，而面陣CCD成像需要較大功率大范圍的補(bǔ)光照明；
(5)線陣CCD器件具有靈敏度高,，動(dòng)態(tài)范圍大和沒有圖像拖尾的現(xiàn)象,。
本文提出的基于線陣CCD的交通信息采集和檢測(cè)系統(tǒng)具有成像清晰，牌照識(shí)別率高,，圖像捕獲率高,，易于安裝和維護(hù)，測(cè)速精確度高等優(yōu)點(diǎn),，能夠?qū)崿F(xiàn)全天候的,、準(zhǔn)確的檢測(cè)車輛及其速度。
1 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)與工作原理
1．1 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)
本文提出了一種基于線陣CCD的交通信息采集和檢測(cè)系統(tǒng),，該系統(tǒng)主要由圖像采集與控制,、圖像處理與分析、車輛數(shù)據(jù)庫管理及系統(tǒng)自動(dòng)維護(hù)等主要功能模塊組成,，如圖1所示,。該系統(tǒng)利用線陣CCD連續(xù)快速記錄通過檢測(cè)斷面的車輛的線陣圖像，并從該序列線陣圖像中獲取各種車輛參數(shù)和交通事件,。
該系統(tǒng)由硬件和軟件兩部分組成,，主要的設(shè)備包括：線陣CCD相機(jī)、線激光源,、閃光燈,、專用高分辨率攝像機(jī)和64位工控機(jī)。軟件主要實(shí)現(xiàn)相機(jī)及輔助光源控制,，圖像數(shù)據(jù)采集,，視頻錄制及回放，圖像分割,，車輛匹配,，車牌識(shí)別，車輛數(shù)據(jù)庫管理,，車輛數(shù)據(jù)分析,，系統(tǒng)設(shè)置和系統(tǒng)容錯(cuò)等功能。
1．2 系統(tǒng)總體框架
基于線陣CCD的交通信息采集和檢測(cè)系統(tǒng)的主要設(shè)備包括：線陣CCD相機(jī),、線激光源、閃光燈,、專用高分辨率攝像機(jī)和64位工控機(jī),，以上設(shè)備均安裝在路段上。為了達(dá)到交通信息實(shí)時(shí)采集的要求,，用戶可以根據(jù)需要,，設(shè)立多個(gè)檢測(cè)斷面,。圖2為本系統(tǒng)的一個(gè)檢測(cè)斷面。
圖3為一個(gè)雙向四車道高速公路實(shí)驗(yàn)現(xiàn)場(chǎng)某一檢測(cè)斷面的側(cè)視圖,。
在該檢測(cè)斷面上主要完成車輛線陣圖像采集,，以及車輛近景和遠(yuǎn)景圖像的抓拍，然后在道路旁的機(jī)柜中進(jìn)行圖像處理和分析,，獲取車牌號(hào)碼,、車輛存在、車輛速度,、車輛平面輪廓,、車輛類型、交通占有率和流量等各種交通參數(shù),，并由此得到各種其他交通描述參數(shù),，進(jìn)一步實(shí)現(xiàn)對(duì)道路交通狀況的監(jiān)測(cè)評(píng)判和對(duì)交通事件的實(shí)時(shí)檢測(cè)。系統(tǒng)通過TCP／IP協(xié)議向監(jiān)控中心實(shí)時(shí)傳遞其所需要的數(shù)據(jù)信息,。
1．3 工作原理
線陣CCD攝像機(jī)1和攝像機(jī)2一直處于工作狀態(tài),，監(jiān)視路面狀況。機(jī)柜里的目標(biāo)識(shí)別程序根據(jù)攝像機(jī)1所采集到的線陣圖像,，判斷是否有車輛經(jīng)過,，當(dāng)有車輛進(jìn)入線陣CCD攝像機(jī)1的視野范圍時(shí)，啟動(dòng)計(jì)時(shí)程序和全景攝像機(jī)及目標(biāo)所在車道的攝像機(jī)(如果車輛在兩個(gè)車道的中間,，則啟動(dòng)輔助攝像機(jī)),，并對(duì)車輛進(jìn)行自動(dòng)抓拍，得到一幅近景圖片和遠(yuǎn)景圖片,；同時(shí),，調(diào)用牌照識(shí)別程序進(jìn)行牌照識(shí)別并將識(shí)別結(jié)果保存。同理,，當(dāng)車輛進(jìn)入線陣CCD攝像機(jī)2的視野范圍時(shí),，目標(biāo)識(shí)別程序檢測(cè)到車輛經(jīng)過攝像機(jī)2，直到車尾離開線陣CCD攝像機(jī)2的視野范圍時(shí),，停止計(jì)時(shí),。根據(jù)線陣CCD攝像機(jī)1和2抓拍的圖片以及車輛通過檢測(cè)斷面的時(shí)間，計(jì)算車輛瞬時(shí)速度,，提取車輛輪廓,、類型、交通占有率等交通參數(shù),，并將結(jié)果存入數(shù)據(jù)庫,。對(duì)于超速車輛，機(jī)柜將自動(dòng)把其車牌號(hào)碼,、車速等相關(guān)信息傳到監(jiān)控中心,，便于中心人員進(jìn)行相應(yīng)的處理,。監(jiān)控中心也可向路邊機(jī)柜發(fā)出查詢請(qǐng)求，路邊機(jī)柜將把相應(yīng)的查詢結(jié)果傳送到監(jiān)控中心,。路邊機(jī)柜中的數(shù)據(jù)庫和圖像庫將按照用戶設(shè)定的時(shí)間自動(dòng)清空,，防止磁盤空間不足導(dǎo)致現(xiàn)有的數(shù)據(jù)無法保存。
2 系統(tǒng)功能
基于線陣CCD的交通信息采集和檢測(cè)系統(tǒng)具有以下功能：
(1)視頻觸發(fā)功能
當(dāng)車輛進(jìn)入第一個(gè)線陣CCD相機(jī)視場(chǎng)范圍時(shí),，系統(tǒng)能夠自動(dòng)檢測(cè)到車輛存在,，并產(chǎn)生抓拍信號(hào)，抓拍車輛牌照的近景圖像,，并啟動(dòng)牌照識(shí)別模塊,，獲得該車輛的車牌號(hào)。當(dāng)車輛離開第一個(gè)線陣CCD相機(jī)視場(chǎng)范圍后,，系統(tǒng)能夠自動(dòng)檢測(cè)到車輛消失,，并產(chǎn)生車輛結(jié)束信號(hào)，啟動(dòng)測(cè)速模塊,，計(jì)算該車輛的速度,。
(2)瞬時(shí)速度檢測(cè)功能
本系統(tǒng)通過檢測(cè)車輛的斷面，計(jì)算車輛的瞬時(shí)速度,。利用車輛前端通過第一個(gè)線陣CCD相機(jī)和通過第二個(gè)線陣CCD相機(jī)的時(shí)間差計(jì)算該車輛的瞬間速度,，因?yàn)閮蓚€(gè)線陣CCD之間的距離是固定不變的。這個(gè)速度即可作為車輛通過該檢測(cè)斷面的瞬時(shí)速度,。
(3)超速實(shí)時(shí)處罰功能
本系統(tǒng)的實(shí)時(shí)處罰功能主要利用安裝在收費(fèi)出口處的牌照識(shí)別子系統(tǒng)對(duì)通過車輛進(jìn)行牌照自動(dòng)識(shí)別,，當(dāng)超速車輛通過收費(fèi)站時(shí)，管理子系統(tǒng)根據(jù)從測(cè)速子系統(tǒng)得到的超速車輛信息和收費(fèi)出口處的牌照信息進(jìn)行比對(duì),，如果是超速車輛,，本系統(tǒng)會(huì)自動(dòng)報(bào)警，提醒執(zhí)法人員對(duì)違章車輛進(jìn)行就地處罰,。
(4)車型識(shí)別和交通量統(tǒng)計(jì)功能
本系統(tǒng)可以由線陣CCD相機(jī)的成像結(jié)果和車速計(jì)算出車長(zhǎng),，以確定車型(對(duì)于本系統(tǒng)，車長(zhǎng)=速度×成像線數(shù)／1 000),。此外,，可以利用數(shù)據(jù)庫對(duì)交通量進(jìn)行分時(shí)段或分車型統(tǒng)計(jì)。
(5)車輛通行記錄功能
本系統(tǒng)可實(shí)現(xiàn)對(duì)過往車輛的記錄功能,，每條記錄包括車輛的牌照號(hào),、狀態(tài)(例如是否超速)、行車道,、通過時(shí)間等信息,，并可通過通行記錄界面觀看到車輛的遠(yuǎn)景和近景圖片，可以為處罰提供有力的證據(jù)。
3 主要關(guān)鍵技術(shù)
3．1 基于圖像紋理的車輛存在檢測(cè)算法
線陣CCD每次成像為道路段面的一條線,，為了保證檢測(cè)結(jié)果的實(shí)時(shí)性，要求對(duì)采集數(shù)據(jù)逐線處理,，而常規(guī)的視頻檢測(cè)算法都是基于一幀面陣圖像的,，因此，需要設(shè)計(jì)出適用于線陣CCD圖像的車輛檢測(cè)算法,。
本系統(tǒng)采用基于圖像紋理的車輛存在檢測(cè)算法,，包括基于圖像紋理特征的二值化算法和車輛分割算法兩部分。其基本思想如下：
利用小波變換提取路面的紋理特征,，然后對(duì)采集的每線數(shù)據(jù)進(jìn)行二值化,，并在此基礎(chǔ)上，逐線進(jìn)行車輛分割,。圖4(a)所示為白天采集的線陣CCD圖像,，由于太陽照射的影響，圖像中存在車輛陰影,。采用基于圖像紋理特征的二值化算法處理效果如圖4(b)所示,，去除了陰影的干擾，圖4(c)為車輛分割效果,，可見本算法能夠有效抑制陰影對(duì)車輛分割的影響,，具有較好的分割效果。
3．2 測(cè)速算法
在相距2 m的兩個(gè)道路斷面上安裝兩個(gè)線陣CCD攝像機(jī),，如圖3所示,。選用的線陣CCD攝像機(jī)線速率為1 000線／s，分辨率為1 024：像素,。
對(duì)兩個(gè)CCD像機(jī)的圖像序列進(jìn)行相關(guān)匹配分析,，從而獲得同一個(gè)目標(biāo)在兩個(gè)圖像序列中的時(shí)間差，利用該時(shí)間差和兩個(gè)攝像機(jī)的距離,，根據(jù)速度公式v=s／t即可得到目標(biāo)車輛的行駛速度,。
4 工程應(yīng)用
為了驗(yàn)證基于線陣CCD的交通信息采集和檢測(cè)系統(tǒng)的可靠性和實(shí)時(shí)性，對(duì)某省級(jí)公路進(jìn)行檢測(cè)實(shí)驗(yàn),。線陣CCD成像系統(tǒng)放置在道路上方,，如圖5所示，檢測(cè)范圍為同方向3個(gè)車道共11．25 m,，對(duì)過往車輛能實(shí)時(shí)正確觸發(fā),，車牌識(shí)別效果較好，測(cè)速較為準(zhǔn)確,，如圖6所示,。系統(tǒng)在運(yùn)行過程中穩(wěn)定可靠，實(shí)時(shí)性高，軟件使用方便,。
5 結(jié) 語
設(shè)計(jì)并實(shí)現(xiàn)了一種基于線陣CCD的交通信息采集和檢測(cè)系統(tǒng),。該系統(tǒng)利用線陣CCD連續(xù)快速記錄通過檢測(cè)斷面的車輛的線陣圖像，并從該序列線陣圖像中獲取車牌號(hào)碼,、車輛存在,、車輛速度、車輛類型,、交通占有率和流量等各種交通參數(shù),，并向監(jiān)控中心實(shí)時(shí)傳遞其所需要的數(shù)據(jù)信息。該系統(tǒng)在實(shí)際工程中使用效果良好,。