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安防知識：電子警察系統(tǒng)的構(gòu)成

        在計(jì)算機(jī)技術(shù)飛速發(fā)展的今天，安防這個有歷史悠久的行業(yè)已經(jīng)成為熱門行業(yè)。盡管安防行業(yè)的產(chǎn)值還遠(yuǎn)不能與冶金、電力、電信、石油、化工、機(jī)械等幾大行業(yè)相比，但它與IT、ITS智能交通等其它學(xué)科技術(shù)越來越多地融合，并以每年25%左右的發(fā)展速度顯示了美好的未來。
        隨著城市道路監(jiān)控技術(shù)和ITS智能交通技術(shù)的發(fā)展和融合，“電子警察”已經(jīng)成為緩解交通緊張、降低交通事故和隱患體現(xiàn)科技強(qiáng)警的一項(xiàng)重要舉措。電子警察執(zhí)法處罰系統(tǒng)具有高技術(shù)含量，可以對“超速、逆行、闖紅燈、禁停、壓黃線、搶占公交車道等一系列違章現(xiàn)象進(jìn)行準(zhǔn)確、穩(wěn)定、自動、全天候的監(jiān)控、執(zhí)法和處罰。電子警察的出現(xiàn)可以大大緩解因違章行為導(dǎo)致交通事故增加與警力少和警務(wù)人員勞動強(qiáng)度大的矛盾，有效抑制的由于人為違章引起的交通事故。電子警察在國內(nèi)一些大中城市經(jīng)過近幾年的廣泛應(yīng)用，技術(shù)已經(jīng)很成熟，由早期單一的闖紅燈抓拍演變?yōu)槎囗?xiàng)違章內(nèi)容及車流量、 排隊(duì)長度、等待時(shí)間、 車道占有率、平均速度等交通信息統(tǒng)計(jì)分析的監(jiān)控系統(tǒng)。時(shí)下城市交通電子警察主要包括：機(jī)動車闖紅燈違章視頻監(jiān)測系統(tǒng)、機(jī)動車超速監(jiān)測系統(tǒng)、逆行禁行車輛監(jiān)測系統(tǒng)、公交車道監(jiān)測系統(tǒng)、非機(jī)動車道行車監(jiān)測系統(tǒng)、壓雙黃線監(jiān)測系統(tǒng)、緊急停車帶行車監(jiān)測系統(tǒng)、移動式車輛稽查系統(tǒng)、智能化多媒體網(wǎng)絡(luò)車牌識別系統(tǒng)、車流量監(jiān)測系統(tǒng)等等。
        電子警察主要的核心部分是車輛檢測技術(shù)、機(jī)動車車牌識別技術(shù)和視頻攝像部分。
        車輛視頻檢測技術(shù)
        目前在各城市電子警察中主要使用的車輛檢測器是線圈感應(yīng)器和視頻檢測器。地埋感應(yīng)線圈檢測器因其可靠性高，準(zhǔn)確率較高，而且價(jià)格低，在前幾年一直在被廣泛使用，但隨著電子技術(shù)的發(fā)展，大規(guī)模、超大規(guī)模集成電路的發(fā)展，功能強(qiáng)大的數(shù)字處理芯片的出現(xiàn)，車輛視頻檢測技術(shù)取得突破并發(fā)展的相當(dāng)成熟。與線圈檢測技術(shù)相比所具有的優(yōu)越性和高性價(jià)比已漸漸得到業(yè)內(nèi)人士的公認(rèn)，代表了未來車輛檢測領(lǐng)域的發(fā)展和應(yīng)用方向。
        視頻車輛檢測器是一種基于視頻圖像分析和計(jì)算機(jī)視覺技術(shù)對路面車輛運(yùn)行情況進(jìn)行檢測分析的集成系統(tǒng)。它能實(shí)時(shí)分析輸入的交通圖像，跟蹤圖像中的車輛，獲得各種交通數(shù)據(jù)。
        視頻車輛檢測器的主要優(yōu)勢：
        1、采用全景攝像機(jī)作為視頻傳感器，它無需切割破壞路面，乃至鋪設(shè)很長的線圈饋線電纜，最大程度的縮短了封閉道路的時(shí)間。另外，視頻虛擬線圈的位置可以根據(jù)需要任意放置，而感應(yīng)線圈安裝在一個位置后就不能根據(jù)路況的變化而任意移動，否則重復(fù)切割路面會嚴(yán)重影響道路的使用壽命。
        2、視頻虛擬線圈的位置擺放可以根據(jù)路況任意調(diào)整，其線圈功能屬性也可以根據(jù)需要進(jìn)行設(shè)置，如：存在、延時(shí)、延遲、脈沖和計(jì)數(shù)。選用不同屬性的線圈可以實(shí)現(xiàn)不同的控制需求，每路視頻圖像可以設(shè)置多個這樣的虛擬線圈。
        3、感應(yīng)線圈的壽命大約在2－5年（根據(jù)交通量及路面溫度而定）,而視頻檢測器的使用壽命要超過10年。
        4、采用了數(shù)字信號處理技術(shù)（DSP）和先進(jìn)算法，視頻檢測能夠面對路面反光、車輛陰影、惡劣氣候及各種光照條件的挑戰(zhàn)，它都能夠精確、可靠檢測數(shù)據(jù)，真正實(shí)現(xiàn)全天候的檢測控制。
        車輛視頻檢測技術(shù)在交通信息采集、統(tǒng)計(jì)、分析方面應(yīng)用最為復(fù)雜，這種視頻交通檢測器采用視頻處理與識別技術(shù)而構(gòu)造的觀測站，能 夠自動提取若干交通流參數(shù)，自動分類車型，并能檢測一般交通事故和其他特殊交通事故。該檢測器可安裝于公路交通干道或重要交通觀測點(diǎn)，用于替代傳統(tǒng)的交通觀測站。此外，在闖紅燈、超速、禁行移動電子警察系統(tǒng)中，都采用視頻車輛檢測技術(shù)，而傳統(tǒng)的地埋感應(yīng)線圈正在被取代。
        車牌識別技術(shù)
        車牌識別作為交通監(jiān)控的核心技術(shù)，應(yīng)用在多項(xiàng)子系統(tǒng)中，如闖紅燈監(jiān)測系統(tǒng)、超速監(jiān)測系統(tǒng)、逆行監(jiān)測系統(tǒng)、禁行監(jiān)測系統(tǒng)、公交車道監(jiān)測系統(tǒng)、非機(jī)動車道行車監(jiān)測系統(tǒng)、壓雙黃線監(jiān)測系統(tǒng)、緊急停車帶行車監(jiān)測系統(tǒng)、移動式車輛稽查系統(tǒng)等等。智能化多媒體網(wǎng)絡(luò)車牌識別系統(tǒng)廣泛應(yīng)用在過往車輛自動登記、驗(yàn)證，公路收費(fèi)，車輛安全核查，小區(qū)、停車場管理等方面。
        系統(tǒng)采用視頻實(shí)時(shí)觸發(fā)方式進(jìn)行檢測抓拍，能夠自動偵測、準(zhǔn)確識別及驗(yàn)證行駛或停泊中車輛的整車車牌號碼。可對已抓拍圖像與數(shù)據(jù)庫資料及時(shí)進(jìn)行比對，當(dāng)發(fā)現(xiàn)應(yīng)攔截車輛時(shí)，系統(tǒng)能在本地機(jī)和中心機(jī)上及時(shí)報(bào)警。系統(tǒng)采用先進(jìn)的模糊圖像處理技術(shù)，通過程序能很好的實(shí)現(xiàn)對于車牌的整體傾斜、車牌的文字傾斜、車牌的污損和模糊等的處理，將人眼都很難辨別的車牌號識別出來。
        車牌識別的流程可分為車牌定位、車牌預(yù)處理、字符分割和字符識別四個步驟。
        車牌識別流程
        系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)功能和技術(shù)特點(diǎn)
        準(zhǔn)確識別不同地區(qū)及各種類型的車牌號碼。
        采用圖像自動觸發(fā)方式，不需要其他外在觸發(fā)機(jī)制。
        自動完成車輛記數(shù)，車流量統(tǒng)計(jì)。
        對已抓拍圖像能與數(shù)據(jù)庫資料及時(shí)進(jìn)行比對，當(dāng)發(fā)現(xiàn)應(yīng)攔截車輛時(shí)，在本地機(jī)和中心機(jī)上及時(shí)。
        內(nèi)置的數(shù)據(jù)庫管理軟件能存儲、搜索及整理車輛資料，能自動備份數(shù)據(jù)并完成統(tǒng)計(jì)報(bào)告。
        在網(wǎng)絡(luò)的環(huán)境下實(shí)現(xiàn)各地的數(shù)據(jù)同步，可實(shí)時(shí)監(jiān)控前端系統(tǒng)的運(yùn)行狀況。
        對運(yùn)動速度在 180公里/小時(shí)以下的汽車車牌進(jìn)行自動識別。
        在良好光照條件下，車牌識別率不低于96%，在陰雨天、夜間人工光照條件下，車牌識別率不低于90%。
        系統(tǒng)能夠識別的車牌類型包括：普通民用汽車車牌、軍用汽車車牌（含武警車牌）、警用汽車車牌
        系統(tǒng)能夠識別車輛類型，繪制出車輛的三維圖像。
        抓拍圖像的時(shí)間小于 0.03秒，識別圖像的時(shí)間小于0.2秒。
        系統(tǒng)適應(yīng)全天候條件下工作。 
        攝像系統(tǒng)
        作為電子警察的眼睛，攝像機(jī)是視頻電子警察最常用的拍攝工具，其性能穩(wěn)定，圖像傳輸方便。電子警察所用攝像機(jī)主要是全景攝像機(jī)和特寫攝像機(jī)，攝像機(jī)的選用需要根據(jù)實(shí)際應(yīng)用環(huán)境來決定。首先要考慮兩點(diǎn)：一是攝像機(jī)性能，攝像機(jī)性能的好壞直接關(guān)系到在各種條件下能否拍攝出清晰畫面，在夜間能否看清車牌，所拍圖像色彩是否真實(shí)，滿足使用要求；二是攝像機(jī)的可靠性，攝像機(jī)要在可能發(fā)生的各種惡略環(huán)境下長期穩(wěn)定工作，保證圖像質(zhì)量不惡化，故障率低。
        道路監(jiān)控?cái)z像機(jī)都安裝在很高的桿子上，安裝、調(diào)試、維修都需要高架車，還要影響正常的交通，如果攝像機(jī)故障率高，其售后維修服務(wù)費(fèi)高，還要影響工程商的信譽(yù)。
        全景攝像機(jī)可以選用1/3CCD彩色攝像機(jī)、1/2CCD彩色攝像機(jī)，通常使用較多的是1/2CCD道路監(jiān)控彩色攝像機(jī)，這種攝像機(jī)有照度低、視角廣、色彩好、信噪比高、背光補(bǔ)償好等特點(diǎn)。在攝像機(jī)的選擇上是性能和價(jià)格是成正比的，如果對圖像色彩、清晰度、信噪比、照度等指標(biāo)要求較高或當(dāng)?shù)氐缆翻h(huán)境光線較暗一般攝像機(jī)無法拍攝出滿足要求的圖像，就需要選用高檔攝像機(jī)。
        特寫攝像機(jī)主要在車牌識別中看清車輛牌照，這類攝像機(jī)可選種類較多，如：1/2CCD攝像機(jī)，1/3CCD 攝像機(jī)加補(bǔ)光系統(tǒng)，1/4CCD一體化攝像機(jī)加補(bǔ)光系統(tǒng)。根據(jù)對圖像質(zhì)量要求和應(yīng)用環(huán)境的差異，設(shè)計(jì)上選用不同的攝像機(jī)。
        1、夜間道路照明很好，可以選擇攝像機(jī)種類較多，如低照度1/3CCD攝像機(jī)加少量LED燈補(bǔ)光或選用1/2CCD低照度色彩攝像機(jī)或一體化攝像機(jī)加補(bǔ)光燈。如果你要拍清車牌還要看清車體顏色，還要低信噪高清晰圖像，只能選用高檔攝像機(jī)。
        2、道路光線較暗，一般攝像機(jī)需要功率較大的補(bǔ)光源，除能拍清牌照外，圖像中車體輪廓和色彩較差，噪波點(diǎn)多。若采用1/2CCD低照度攝像機(jī)加補(bǔ)光燈，可以得到較好效果。
        3、道路光線很暗并需要識別前車牌照，如城市出入口、社區(qū)出入口、大廈出入口等地。由于車前燈較亮，環(huán)境光線很暗，光照反差較大，很強(qiáng)的垂直光斑，拍清車牌需要輔助光源，攝像機(jī)的選擇也很苛刻。如果需要遠(yuǎn)距離補(bǔ)光拍攝既要拍清車牌還要看清車輛輪廓顏色，這不僅需要1/2CCD高清晰、低照度、高信噪比、很好背光補(bǔ)償?shù)臄z像機(jī)，還需要經(jīng)驗(yàn)豐富的工程技術(shù)人員的反復(fù)調(diào)試。
        4、在道路監(jiān)控工程中，經(jīng)常還會發(fā)生攝像機(jī)夜間參數(shù)調(diào)整好圖像滿足要求，白天效果很差，或按照公路朝向會發(fā)生強(qiáng)逆光現(xiàn)象，這時(shí)攝像機(jī)在某一固定參數(shù)下，無法保證每個時(shí)間段拍攝出滿意的圖片。根據(jù)工程中實(shí)際需求，一種智能車牌識別攝像機(jī)已經(jīng)問世，它可以根據(jù)監(jiān)控現(xiàn)場光線變化情況自動調(diào)整攝像機(jī)參數(shù)、補(bǔ)光燈開啟、補(bǔ)光燈強(qiáng)度等實(shí)現(xiàn)全智能控制，從而達(dá)到最佳效果。
        無論是全景還是特寫攝像機(jī)的選擇，都需滿足最低的技術(shù)指標(biāo)。如果要追求更好的視頻效果或滿足特殊的需求，就需要選擇高性能攝像機(jī)。
        日本池上公司ICD-828P 1/2 CCD 彩色道路監(jiān)控?cái)z像機(jī)，在1/2CCD攝像機(jī)中是較優(yōu)秀的，這款應(yīng)用了專業(yè)廣播級技術(shù)的攝像機(jī)具有水平分辨率530線，垂直光斑指標(biāo)為-126dB ( 池上廣播級攝像機(jī)為-135dB)。在監(jiān)控?cái)z像機(jī)中很少看到垂直光斑這項(xiàng)指標(biāo)，其實(shí)光斑是CCD傳感器的一個特性，在傳感器中沒有任何東西阻止強(qiáng)光穿射的曝光和在CCD上產(chǎn)生更多的電子，結(jié)果是在圖像中強(qiáng)烈的光出現(xiàn)時(shí)通常垂直斑紋也出現(xiàn)，在圖像中遮蓋了相關(guān)的細(xì)節(jié)。該款攝像機(jī)的最低照度是0.15Lux/F1.4/50IRE/AGC ON，信噪比大于52 dB。在公安部安全與警用產(chǎn)品質(zhì)量檢測中心檢測的2臺產(chǎn)品最低照度為0.11Lux/F1.4/50IRE/AGC ON 和0.09Lux ,信噪比為57dB和59dB，而專業(yè)廣播電視攝像機(jī)信噪比在60~65dB。為便于工程商安裝調(diào)試攝像機(jī)，池上特有的遠(yuǎn)程遙控器RCU-701可使調(diào)試人員無需高空作業(yè),在施工現(xiàn)場很方便地調(diào)試攝像機(jī)參數(shù)。無論從技術(shù)指標(biāo)還是實(shí)際應(yīng)用的效果看，池上這款道路監(jiān)控像機(jī)得到廣泛好評。
        針對于復(fù)雜應(yīng)用環(huán)境設(shè)計(jì)的智能車牌識別攝像機(jī)，它主要由帶有RS-485或RS-232接口的一體化攝像機(jī)、1/2CCD攝像機(jī)，低功耗LED補(bǔ)光燈，智能控制板組成。
        攝像機(jī)是針對監(jiān)控需求設(shè)計(jì)的，如果讓攝像機(jī)自行調(diào)節(jié)曝光強(qiáng)度，只能是依據(jù)圖像中某一固定區(qū)域的平均亮度進(jìn)行調(diào)節(jié)，調(diào)節(jié)方式一般是固定的、非智能化的方式。在陰天時(shí)，陽光透過云層散射后光照很均勻，上午和下午、東西向和南北向沒有多少差別，攝像機(jī)拍到的車輛、路面、景物都會非常清晰。晴天時(shí)，陽光直射到路面上、車身上就產(chǎn)生了逆光、直射光的問題。逆光情況下，拍攝方向與陽光照射方向相反，拍攝到的路面、背景較清晰，而車牌區(qū)域的對比度很差不利于識別。直射光情況下，拍攝方向與陽光照射方向相同，拍攝到的車牌區(qū)域很亮導(dǎo)致字符筆劃較粗、相互粘連，而且我國的車牌都采用反光漆，有些時(shí)候會出現(xiàn)鏡面反射，無法看清車牌號碼。另外，車體表面的反光產(chǎn)生的亮線、光暈也會對識別造成影響。車牌識別多數(shù)用于識別運(yùn)動中的車輛，車牌區(qū)域在整個圖像中是不固定的，普通攝像機(jī)無法根據(jù)車牌區(qū)域進(jìn)行調(diào)節(jié)。
　　夜間環(huán)境下車輛開啟車燈，普通攝像機(jī)受大燈的影響減弱曝光強(qiáng)度造成圖像車牌區(qū)域很暗、無法看清號碼，車大燈的光線還可能形成大面積光暈遮擋車牌區(qū)域。夜晚也不能使用燈光太強(qiáng)的補(bǔ)光設(shè)備，那樣會影響司機(jī)視覺，存在安全隱患。
　    智能車牌識別攝像機(jī)能分析的圖像整體亮度和車牌區(qū)域亮度智能地調(diào)整攝像機(jī)的光圈、快門、增益等曝光參數(shù)。它可以動態(tài)跟蹤光線的變化，無論何時(shí)、何種光線條件下都能采集到盡量清晰的有利于識別的圖像。環(huán)境光較弱時(shí)攝像補(bǔ)光單元可自動開啟補(bǔ)光燈進(jìn)行主動補(bǔ)光。
        這種可以選擇規(guī)格的攝像機(jī)、不同形式的補(bǔ)光燈利用控制板組合成滿足多種需求的智能車牌識別攝像機(jī)。SB-01是一款由SONY一體化機(jī)芯， 5W的LED點(diǎn)陣補(bǔ)光燈，控制板組成的智能車牌識別攝像機(jī)。它已經(jīng)應(yīng)用于多項(xiàng)道路監(jiān)控工程，解決了很多疑難問題。
        電子警察的應(yīng)用
        電子警察在很多城市近幾年的應(yīng)用中取得了非常好的成效，它的發(fā)展已經(jīng)從大中城市到中小城市，發(fā)展速度非?？觳⒁呀?jīng)成為安防行業(yè)的主要增長點(diǎn)?，F(xiàn)在電子警察技術(shù)已經(jīng)很成熟，高清電子警察系統(tǒng)已經(jīng)開始在一些城市應(yīng)用，不同的城市可以根據(jù)實(shí)際情況選用適合自己的方案。
        一些中小城市主要路口少，監(jiān)控點(diǎn)少，這些監(jiān)控點(diǎn)距離控制中心近，這樣可以從監(jiān)控點(diǎn)到監(jiān)控中心直接敷設(shè)光纜線，將監(jiān)控點(diǎn)的視頻信號直接傳輸?shù)奖O(jiān)控室。電子警察系統(tǒng)由于有視頻虛擬線圈檢測功能，可以將控制主機(jī)直接安放在控制中心，這種方式使前端攝像機(jī)即可用于道路監(jiān)控又可用于電子警察檢測取證。將電子警察系統(tǒng)安放在監(jiān)控中心，對控制主機(jī)的要求降低，系統(tǒng)維護(hù)、維修成本降低，同時(shí)對于資金緊張的項(xiàng)目，可以用一套電子警察系統(tǒng)通過人工切換對多個路口進(jìn)行輪流使用，這樣即可對經(jīng)常違章的駕駛員有震懾作用，又緩解了資金緊張的矛盾，使監(jiān)控系統(tǒng)分步完善。這種模式已經(jīng)在一些地區(qū)使用，并取得很好的效果。
        由于各地區(qū)氣候環(huán)境不同、車輛牌照所用材質(zhì)不同及其它特殊情況，造成視頻圖像的差異。這就意味著某個電子警察系統(tǒng)在甲地使用效果很好，在乙地使用效果不好，另外每個地區(qū)交警部門可能根據(jù)實(shí)際需求提出一些新要求。對于一個較為成熟的電子警察系統(tǒng)，應(yīng)該能滿足大多數(shù)需求，同時(shí)能很方便地修改調(diào)整軟件系統(tǒng)，滿足用戶的需求。