1.ITS視覺監控技術的發展現況

隨著經濟發展，人民生活水平的提高，私家車保有量大幅度上升，雖然城市道路建設取得了前所未有的發展，但是各大城市的交通壓力依然很大，擁堵依然越來越突出；中國是公路交通事故發生率最高的國家；政府加大邊遠地區公路運輸基礎設施的建設。為了提高道路交通能力，保障道路交通安全，加強道路管理，智能交通監控系統應運而生。如果我們將寬廣的道路比作是計算機的“硬件”的話，那么架設在這些道路上的各種智能交通系統就是運行在計算機硬件上的“軟件”，對于保障行車安全，提高道路的運行效率，加強監管等發揮著越來越重要的作用。并且隨著交通網絡的不斷延伸擴展，智能交通技術的不斷突破，對于這種“軟件”功能的升級和完善是永無止境的。而視覺監控是智能交通系統中必不可少的環節。
 

1.1 視頻監控

ITS視覺監控技術屬于視頻監控技術的一個重要應用，所以先介紹一下視頻監控技術的發展過程：

第一階段，全模擬時代，即閉路電視監控系統，采集、傳輸、存儲，都是采取模擬的方式。全模擬視頻監控的核心技術是模擬視頻矩陣，以及磁帶式錄像設備。

第二階段，數字化階段。由于數字傳輸比模擬傳輸距離更遠，能夠非常方便進行硬盤存儲，模擬視頻矩陣被數字視頻矩陣取代，磁帶錄像機被數字硬盤錄像機（DVR）取代。這一階段，主要是解決了數字圖像傳輸和硬盤錄像中要用到的核心技術：視頻編碼（即視頻A/D也稱為為Video Decoder）、視頻壓縮（MJPEG、MPEG4、H264）。這個階段，前端成像系統更多的還是模擬相機。

第三階段，網絡監控階段。21世紀初，寬帶網絡的普及，能夠滿足人們對遠程視頻監控需求，所以出現了以網絡視頻服務器為核心技術的遠程監控，也就是將視頻編碼、視頻壓縮、IP應用結合在一起，解決了遠程傳輸的問題。這個階段，前段成像系統逐漸從模擬相機轉換為低成本的CMOS數字相機，但是模擬相機還是占有非常大的比重。

第四階段，全數字高清智能時代。隨著CMOS技術的成熟，以及CCD技術被一些監控相機廠商所掌握，而一些傳統的機器視覺廠家也開始涉足視頻監控領域，視頻監控技術漸漸進入了全數字時代，隨著廣電行業的高清概念越來越火爆，人們對視頻圖像分辨率的要求也越來越高；數字化的監控技術也讓人們開始暢想并開始逐步實現智能監控，通過數字技術協助人采集分析視頻監控數據，達到智能視覺監控的目的。
從第二階段到第四階段發展非常迅速，目前整個視頻監控行業正急速的朝著第四階段發展。

1.2 ITS視覺監控

對ITS監控相機的需求大約出現在2004年，其同樣經歷了視頻監控技術的幾個發展階段。最早采用的也是模擬監控的形式，后來甚至出現過用數碼相機來進行監控的形式，后來漸漸采用穩定、可靠、分辨率較高的工業數字相機來進行ITS監控。在2008年前后增長非常迅猛，目前開始大步邁進全數字化、高清智能化的階段。

圖1是一個典型的數字視頻監控系統結構圖，ITS視覺監控系統的拓撲結構大致也是如此，只是將監控攝像機安裝在了道路上。

從圖中可以看到，整個數字視頻監控系統由下面幾個部分組成：
1. 現場監控設備：

• 攝像機
• 視頻編解碼設備（IP攝像機內部集成一體化的編解碼器）
• 存儲設備（DVR）

2. 傳輸網絡

• 目前最廣泛使用的就是Internet

3. 管理控制中心

• 控制中心：視頻解碼、視頻瀏覽、攝像機控制。圖中的分控中心其實也是一個控制中心，相當于市公安局下面有各個派出所，各個派出所就是分控中心，市公安局就是主控制中心。
• 數據中心：數據存儲、數據管理

 
圖1 典型的數字視頻監控系統結構圖

2 ITS視覺監控的核心技術

2.1  成像技術

視覺監控最關鍵的當然是視覺技術，視覺技術中，最關鍵的就是CCD/CMOS成像技術；同時與一般工業視覺需求不同，視覺監控技術對于圖像的預處理技術有非常高的要求，以滿足視覺監控的全天候能力。

2.1.1  CCD/CMOS成像技術

a) ITS監控相機大部分是全天候室外應用，不管白天黑夜、風吹日曬、雷雨交加，ITS監控相機都必須輸出穩定的圖像質量，保證道路交通的安全管理。因此ITS監控相機的成像必須具備高可靠性、高穩定性、高信噪比、高靈敏度、高動態范圍。
b) 其次，對于CCD/CMOS分辨率的要求，不同的應用要求是不一樣的：

•  收費站：140w、200w即可，只需要實現對單輛汽車的車牌、車型、司乘人員臉部信息的捕獲。
• 治安卡口：200w、500w，單車道、多車道（一般單方向至少三車道）車輛信息的監控，實現對車牌、車型、司乘人員臉部信息捕獲。
• 闖紅燈抓拍：200w、500w、800w：多車道十字路口車輛闖紅燈的監控，實現對車牌、車型、闖燈過程、紅綠燈狀態等信息的撲火。

c) 高幀頻的需求：
ITS監控相機專門針對高速運行的交通工具進行抓拍，因此需要其有較高的幀頻。目前最基本的幀頻要求為25fps，當然越高的幀頻越能提供更高的抓拍效率。某些應用已經提出了60fps的要求，由于CCD本身的缺陷，要輸出較高的幀頻相對來說是比較困難的，目前在ITS監控中使用的200w CCD相機最高25fps左右，500w CCD相機15fps左右，但是，CMOS在這方面就有著天生的優勢。
(中國集群通信網 | 責任編輯：陳曉亮)