不同应用不同需求 交通监控摄像头有何要求
- 来源：中国安防展览网整理 作者：孙昌旭
- 2014/3/31 11:51:158570
赛普拉斯亚太区影像感应器部业务拓展经理陈子良指出，比如高速公路监控需要摄像头具有很高的帧频速度，假如车辆以200公里的时速行驶，帧频为25fps的摄像头只能获取一幅图像，但帧频为250fps的摄像头可以捕捉到10幅连续图像。前者仅凭一幅图像是很难判断的，出错率高，而后者通过10幅连续图像则可以容易判断且不会出错。这里，如果采用消费电子中使用的普通摄像头就不行了，需要专门针对工业级应用的高速摄像头。而在城市内监控时，则需要摄像头有很大的动态范围，以应对强光或弱光条件下的捕获。
一般来看，交通监控包括以下内容：超速车辆捕获；车牌识别(用于收费路段或限制行驶/专属路段的监控)；交通拥堵状况监测和车辆控制系统；闯红灯/违章并线和走进专用道等；穿越铁轨；收费路段和桥梁如智能交通系(ITS)。不同的应用，对摄像头要求不同，基本上可以分为以下两类：
一、车辆超速捕获及车牌识别
首先要求每一帧都具有良好的图像质量，这包括无模糊、无畸变、合适的对比度和较大的动态范围；二是要求摄像头能逐行扫描；三是分辨率必须足以识别车辆及其牌照上的字符；四是一般采用单色图像，通常具有较高对比度，而彩色图像只是备选方案；五是需要很高的低照度响应和灵敏度；六是耐气象条件的操控；七是具有镜头视场(FOV)，依分辨率而不同；后，对于车辆及牌照识别，不建议使用非图像无损压缩。
在捕获超速车辆和车牌识别应用时，城市内监控和高速公路监控又不同。前者不需要太高帧速的摄像头，普通的20~30fps帧速即可；而后者却需要大于200fps的帧速。但是，两种情况下都要求图像清晰，无拖尾现象。“赛普拉斯*的同步全局曝光可实现无拖尾，高质量的图像。特别适合于此类应用。比如我们的IBIS5系列CMOS图像传感器。”陈子良说道。
二、交通流量、拥堵状况监测
与上面建议采用的单色图像不同，这里倾向于使用彩色图像；分辨率应足以看清路面状况；比上面情况需要更高的FOV；与上面要求高速帧频不同，这里帧频不是主要的考虑因素；要求比上面更大的动态范围；同上面一样需要耐气象条件；需要极高可靠性以及平均无故障时间，这对城市流量控制非常重要。
从目前交通监控市场来看，仍以基于传统CCTV系统和CCD摄像头的应用居多。CCD摄像头与CMOS摄像头比大的差距就是集成度差、成本和功耗双高，并且，采用CMOS摄像头与IP网络结合，可以实现全数字化管理，而CCD做不到这点。因此基于IP网络的摄像系统取代CCTV模拟系统和CCD摄像头是大势所趋。“近两年，基于IP网络的监控系统已起步，中国也一样。赛普拉斯从去年开始正式在中国市场推广工业应用的CMOS图像传感器，受到市场的欢迎。”陈子良表示。此外，近年来，CMOS图像传感器在动态范围上的技术改良，使其图像质量已能与CCD媲美。
另一家CMOS图像传感器厂商Pixim也是专注于安防监控系统的，它与赛普拉斯不同的是，不仅提供数字图像传感器，还提供后端的数字视频处理器、嵌入固件和完整参考设计，其产品以超宽动态范围而扬名。“我们公司获奖的Digital Pixel System(DPS)技术支持逐行扫描图像捕捉，具有球形电子快门、超宽动态范围(UWDR)，在照明条件下也能实现自然的色彩重现。”Pixim公司销售市场副总裁兼创始人之一John Monti表示。据他所述，该公司的产品已为中国许多安防监控厂商所采用，其中包括Sunell和CoShip。“网络连接将是未来五年推动视频监控市场增长的主要动力之一。”John Monti说道。
随着中国的“平安城市”计划受到越来越多的关注，安防系统将由CCTV转向网络监控，或者一些地方会直接布置网络视频监控系统，而CMOS摄像头将取代CCD在新一代的网络监控中扮演主角。那么，如何选择合适的摄像头才能避免文章开头所谈到的问题呢？
从上面的分析可以看出，针对交通监控系统来说，选择CMOS摄像头重要的因素有三个：一是要有大的动态范围，对于不论城市内监控还是高速公路监控来说都是非常重要的指标，也是CMOS传感器厂商比拼的主要指标之一；另一个就是帧频速度，这对于高速公路监控非常重要，也是为什么普通的消费电子摄像头不能用于高速公路的原因。此外，要考察的因素还包括摄像头中图像传感器的集成特性，凭借CMOS工艺固有的集成特性，CMOS图像传感器片内已集成了越来越多的外围，这可进一步减小摄像头的成本。
“SD相机是监控中用得普遍的，因为百万像素及更高的像素水平会产生过多的数据并阻塞TCP/IP网络。在SD分辨率水平，改善图像质量至关重要的因素就是超宽动态范围。”John Monti分析道。Pixim公司凭借其获奖的DPS技术革新实现了业界几乎大的CMOS图像传感器动态范围，其D1110和D2010两款CMOS传感器的大动态范围可达120dB，典型值时也有102dB。“DPS技术的关键是传感器中的每一个像素都配有一个ADC，在捕获图像的瞬间即将光信号转换成数字信号，这样大程度地减小了信号衰减，从而获得佳的图像质量。”John Monti说道。
而CMOS传感器能获取大动态范围的原因：超宽动态范围的关键是像素独立电子快门。这意味着在每个视频帧、图像传感器中的每个像素都能对曝光时间作出自己的决定。例如，非常明亮的像素使用一个非常快的快门速度、非常暗的像素则使用非常慢的快门速度。结果是在同一个视频帧中，同时更地再现明暗条件下的情形。“这样提供的信息将比老式的模拟CCD图像传感器更加。”他称。
因此，D1110和D2010的超动态范围可提供17位的红、绿和蓝色信息，实现任何视频捕捉技术中的彩色还原。除上述对高亮度光的控制外，在低光条件下，通过对高增益诱发的各种噪声源进行校正，DPS技术较大地提升了信噪比(SNR)，改善低光下的图像质量。“因此，DPS技术在高光(超宽动态范围)和低光(SNR)条件下都极大地增强了性能，可以为终端用户提供更好的信息，从而增强安全性。”John Monti说。