一、引言

隨著中國經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展，我國的高速公路、高速鐵路、地面/地下軌道交通、物流等都得到了高速發(fā)展。隨之而來的則是城市交通擁堵日益加重，越來越多的城市開始進(jìn)入擁堵狀態(tài)；除此之外人們生活水平的提高，人民生活的安全、質(zhì)量要求也在大幅度上升，小區(qū)安防、平安城市等需求已經(jīng)成為人們生活關(guān)注的焦點(diǎn)。以上種種，無不促進(jìn)了智能交通系統(tǒng)的迅速發(fā)展，ITS也成為交通運(yùn)輸領(lǐng)域競相研究和開發(fā)的熱點(diǎn)，而交通監(jiān)控系統(tǒng)則是ITS的重要組成部分。

二、行業(yè)現(xiàn)狀

在之前很長一段時(shí)期，標(biāo)清模擬監(jiān)控CCD高清監(jiān)控都是交通行業(yè)的主流應(yīng)用，占據(jù)了主要的交通監(jiān)控市場。但眾所周知，傳統(tǒng)標(biāo)清模擬攝像機(jī)所能提供圖像的最高分辯率大約為40萬像素，已遠(yuǎn)遠(yuǎn)不能滿足當(dāng)前交通監(jiān)控后期應(yīng)用對(duì)前端圖像質(zhì)量的要求，無法滿足更為復(fù)雜的圖像處理應(yīng)用需求。

此時(shí)CCD高清監(jiān)控相機(jī)和CMOS高清相機(jī)逐漸吸引了人們的目光。CCD高清數(shù)字?jǐn)z像機(jī)因其技術(shù)成熟，成像質(zhì)量好的優(yōu)點(diǎn)，得以在交通監(jiān)控行業(yè)得到了迅速的推廣，但其存在一些固有的缺餡：

1、首先smear現(xiàn)象是其硬傷，圖像上明顯的光柱現(xiàn)象會(huì)影響畫面信息，對(duì)車牌識(shí)別和車輛檢測等應(yīng)用有很大影響；

2、其次，其信息讀取速度慢，集成度低，導(dǎo)致CCD攝像機(jī)在200萬以上像素的高清攝像機(jī)中很難實(shí)現(xiàn)全幀率，現(xiàn)在雖然引入了"多通道"的技術(shù)，使得攝像機(jī)能夠達(dá)到更高的幀率，但同時(shí)也引入了多通道不平衡的問題，導(dǎo)致一幅圖像的區(qū)域顯示效果明顯不一致；

3、同時(shí)還存在功耗大，制造工藝復(fù)雜，造價(jià)高等問題。

而傳統(tǒng)的CMOS高清相機(jī)雖然制造工藝相對(duì)簡單，成本優(yōu)勢明顯，但其成像使用的是rollingshutter（滾動(dòng)快門），導(dǎo)致拍攝高速運(yùn)動(dòng)物體時(shí)會(huì)有明顯的拖影現(xiàn)象，對(duì)于高速道路的監(jiān)控顯然并不適用。

時(shí)至今日，對(duì)成像前端設(shè)備的要求越來越高，未來高圖像清晰度、高圖像質(zhì)量、高成像速度的ITS相機(jī)將成為ITS發(fā)展的主題。就是在此行業(yè)大背景下，凌云公司適時(shí)推出了SQ系列相機(jī)，一款由凌云自主研發(fā)，基于CMOS平臺(tái)的智能交通相機(jī)，能夠滿足道路監(jiān)控、闖紅燈抓拍、超速抓拍、智能卡口和電子警察等各種全天候智能交通應(yīng)用需要的相機(jī)。

三、產(chǎn)品簡介

SQ系列相機(jī)是凌云公司針對(duì)交通、安防監(jiān)控領(lǐng)域而專門開發(fā)的相機(jī)。它采用高速、高清、高靈敏度的CMOS技術(shù)實(shí)現(xiàn)對(duì)高速運(yùn)動(dòng)物體的圖像獲取，具有全天候應(yīng)用特征。產(chǎn)品具有以下特性：

具有自動(dòng)光圈、自動(dòng)增益、自動(dòng)曝光、自動(dòng)白平衡調(diào)整等圖像預(yù)處理功能；

支持觸發(fā)測速、閃光燈同步控制、抗閃爍功能等交通應(yīng)用功能；

支持工作參數(shù)組保存和自動(dòng)加載；

掉線及掉電保護(hù)；

具備雙碼流輸出功能，同時(shí)輸出H.264視頻流及JPEG視頻流；

支持通過網(wǎng)絡(luò)遠(yuǎn)程對(duì)相機(jī)進(jìn)行設(shè)置。

四、產(chǎn)品優(yōu)勢

作為一款專門為ITS應(yīng)用開發(fā)的攝像機(jī)，SQ相機(jī)具有滿足行業(yè)應(yīng)用需求的獨(dú)特優(yōu)越性。

1、提供全天候無SMEAR圖像

眾所周知，Blooming&Smear是CCD器件的固有缺陷，SQ攝像機(jī)通過內(nèi)部處理，可以很好地實(shí)現(xiàn)Anti-Blooming和Anti-Smear，能為客戶提供全天候的無SMEAR圖像，更適用于ITS行業(yè)應(yīng)用。

Blooming：CCD像元受到強(qiáng)光照射時(shí)，亮點(diǎn)區(qū)域曝光過度，光電子數(shù)會(huì)向相鄰像元區(qū)域溢出，"污染"相鄰像素區(qū)域。即光暈效應(yīng)。導(dǎo)致圖像質(zhì)量大幅度下降。

Smear：由于Blooming效應(yīng)的加大，在CCD圖像采樣時(shí)，在縱向方向溢出的光電子進(jìn)入相鄰垂直傳遞寄存器中，造成縱向圖像污染，形成"拖光"效應(yīng)，導(dǎo)致圖像質(zhì)量劣化。

從圖片可以看出其顯著的差異。

國內(nèi)某主流ITS品牌CCD相機(jī)

SQ拍攝

2、全局快門（PipelineGlobalShutte）技術(shù)

對(duì)于ITS來說，抓拍高速車輛是必不可少的應(yīng)用，SQ攝像機(jī)區(qū)別于傳統(tǒng)CMOS相機(jī)的rollingshutter成像方式，采用的是GlobalShutter成像技術(shù)。最快可以達(dá)到100fps以上的拍照速度，使抓拍高速汽車（如200km/h）成為可能。

3、高靈敏度

SQ相機(jī)能獲取高靈敏度的圖像，它大幅度降低了圖像噪聲，同時(shí)提高了圖像增益調(diào)整水平，動(dòng)態(tài)范圍和信噪比大幅度提升。較低的噪聲和較寬的動(dòng)態(tài)范圍使得夜晚低照度成像和白天/夜晚圖像適應(yīng)度很高。

高靈敏度所帶來的最直接的效果就是圖像在光線不好的情況以及夜間時(shí)，也能拍出清晰的圖片。

圖7夜間圖像采集

4、高效的圖像編解碼處理技術(shù)和高幀率

SQ相機(jī)將原始圖像通過編解碼，能輸出高幀頻的雙碼流視頻圖像。

為了滿足每秒30幀的高清視頻數(shù)據(jù)傳輸，我們需要對(duì)視頻數(shù)據(jù)進(jìn)行編碼，對(duì)數(shù)據(jù)量進(jìn)行一定的壓縮，保證其能通過千兆網(wǎng)口進(jìn)行實(shí)時(shí)傳輸，但同時(shí)又要保證傳輸圖像的品質(zhì)，鑒于H.264碼流有著低碼率，高圖像質(zhì)量等特點(diǎn)，我們最終在SQ攝像機(jī)的視頻圖像數(shù)據(jù)的編碼上采用了H.264標(biāo)準(zhǔn)。同時(shí)提供壓縮率不高，但壓縮過程中的失真程度很小的M-JPEG格式的視頻流。

SQ的200萬相機(jī)可以同時(shí)輸出H.264和MPEG視頻流，最高分辨率可達(dá)2048*1088，也可以輸出標(biāo)準(zhǔn)1080P的圖像，且?guī)俣几哌_(dá)30fps。采用更高幀率的編解碼技術(shù)，實(shí)現(xiàn)真正的雙碼流。

圖8雙碼流視頻輸出

5、彩色圖像智能預(yù)處理功能

為了給客戶提供更優(yōu)質(zhì)的圖像，我們根據(jù)實(shí)際應(yīng)用環(huán)境，對(duì)圖像進(jìn)行自動(dòng)曝光、自動(dòng)白平衡、自動(dòng)色彩校正等智能處理。

①自動(dòng)曝光功能

面向智能交通的相機(jī)，必須適應(yīng)全天候的工作環(huán)境，其中外界光強(qiáng)的自適應(yīng)能力尤為重要，即自動(dòng)曝光功能。通過自動(dòng)曝光功能，成像前端能夠在不同光照條件下，如夜間、白天、晴天、陰天得到曝光正常的圖像，保證圖像的識(shí)別率。

自動(dòng)曝光功能主要根據(jù)采集圖像灰度信息，通過增益自動(dòng)控制、積分時(shí)間自動(dòng)調(diào)整、DC自動(dòng)光圈調(diào)整以自動(dòng)Gamma來實(shí)現(xiàn)成像前端采集圖像亮度的調(diào)整。

并且我們的自動(dòng)曝光功能還支持曝光參考區(qū)域可選的功能，即自動(dòng)曝光算法只對(duì)用戶選取的區(qū)域進(jìn)行灰度信息的統(tǒng)計(jì)，只根據(jù)這個(gè)區(qū)域的亮度情況，進(jìn)行自動(dòng)曝光的參考值。如下圖所示。

圖9分區(qū)域曝光

②自動(dòng)白平衡

如同自動(dòng)曝光功能里面提到的，CMOS成像前端必須保證能夠適應(yīng)全天候的工作環(huán)境，除了要自動(dòng)適應(yīng)光強(qiáng)，還要自動(dòng)適應(yīng)色溫，前面的白平衡功能里描述了，CMOS本身對(duì)于不同色溫的顏色響應(yīng)是不一致的，因此需要白平衡算法來校正，而針對(duì)智能交通的CMOS成像前端還需要自動(dòng)進(jìn)行不同色溫條件下的白平衡校正。通過各種實(shí)驗(yàn)室及外景實(shí)驗(yàn)，我們采用的是基于迭代的白平衡算法。

③色彩校正算法

為了仿效人類視覺系統(tǒng)，除了在CMOS傳感器中進(jìn)行白平衡，還必須進(jìn)行色彩校正，以增強(qiáng)色彩還原的準(zhǔn)確性。需要進(jìn)行色彩校正則是因?yàn)镃MOS傳感器的光譜靈敏度與人類視覺系統(tǒng)的色彩匹配函數(shù)不同。通過CMOS傳感器產(chǎn)生的RGB值還與CMOS本身相關(guān)，也就是不同裝置對(duì)于相同場景產(chǎn)生不同的RGB響應(yīng)。

從與CMOS本身相關(guān)的RGB值到與CMOS本身無關(guān)的值的轉(zhuǎn)換，通常是通過具有N*M色彩校正矩陣的線性轉(zhuǎn)換來達(dá)到的，其中，對(duì)應(yīng)于與設(shè)備相關(guān)的色彩空間的維度，M對(duì)應(yīng)于與設(shè)備無關(guān)的色彩空間的維度。色彩校正矩陣包括用于將與CMOS本身相關(guān)的值轉(zhuǎn)換為與CMOS本身設(shè)備無關(guān)的值的系數(shù)。對(duì)于特定色溫下的色彩還原矩陣的計(jì)算，我們采用最小二乘法進(jìn)行。

6、豐富的接口

針對(duì)智能交通應(yīng)用，需要提供可編程的外觸發(fā)接口和RS485、RS232等接口，可通過雷達(dá)或車檢器等設(shè)備對(duì)成像進(jìn)行靈活的觸發(fā)控制；同時(shí)控制外接的頻閃燈和爆閃燈。豐富的接口完全滿足智能交通的應(yīng)用。

圖10豐富的接口應(yīng)用

7、完整的解決方案

為了讓SQ相機(jī)更適用于ITS行業(yè)應(yīng)用的需要，我們同時(shí)提供卡口、電警、事件監(jiān)測、測速、車載及停車場等各類解決方案建議，我們對(duì)于全系統(tǒng)的解決方案有著豐富的經(jīng)驗(yàn)，能為客戶更完善的服務(wù)。

圖11電警模式和卡口模式

五、結(jié)束語

未來的智能交通監(jiān)控行業(yè)，CMOSSensor必將成為推動(dòng)行業(yè)高圖像清晰度、高圖像質(zhì)量、高成像速度應(yīng)用的先鋒，而視頻流技術(shù)/圖像處理技術(shù)和視覺成像的融合技術(shù)已經(jīng)成為推動(dòng)行業(yè)應(yīng)用的主旋律。相信我們自主研發(fā)的，擁有獨(dú)特優(yōu)勢、優(yōu)良性能的SQ相機(jī)順應(yīng)潮流，必將闖出自己的一片天地，擁有更為廣闊的市場。

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