摘要:近几年，LED灯继白炽灯、荧光灯、高亮度气体灯之后的第四代灯具在照明领域已经被广泛应用，小到台灯、手电筒、各种电器上的指示灯等，大到室内外照明、路灯、装饰灯，以及许多大的显示屏灯。其中，LED补光灯被广泛应用在四川等省市的治安卡口和电子警察等设备上，极大提升了车牌号码、颜色，以及人脸识别的识别率。
文/ 何李
近几年，LED灯继白炽灯、荧光灯、高亮度气体灯之后的第四代灯具在照明领域已经被广泛应用，小到台灯、手电筒、各种电器上的指示灯等，大到室内外照明、路灯、装饰灯，以及许多大的显示屏灯。其中，LED补光灯被广泛应用在四川等省市的治安卡口和电子警察等设备上，极大提升了车牌号码、颜色，以及人脸识别的识别率。
一、LED补光灯的补光原理
与普通摄像机的补光灯不同，LED补光灯照度低、发光强度固定不可调、范围小，并可连续发光，适宜连续图像拍摄，是治安卡口、电子警察最合适的补光光源之一。目前，捷威思的LED补光灯已广泛应用在上海、四川、安徽、江西、陕西、黑龙江等省市的智能交通项目中。
众所周知，不管是电子警察还是治安卡口，在实际应用中都存在一个问题：夜晚的环境光往往不够理想，图片拍摄效果较差，甚至看不清车牌，很难成功识别车牌号码、颜色以及相应的违法判断分析。补光灯的应用完美地解决了这一问题，极大地提升了车牌识别率。
同时，在道路监控尤其是红外摄像技术上，LED红外灯也有着广泛的应用。红外摄像技术分为被动红外技术和主动红外技术。被动红外技术是利用任何物质在绝对零度以上都有红外光发射，人体和热机发出的红外光较强，其它物体发出的红外光却很微弱，利用特殊的红外摄像机可以实现夜间监控。但是，这种特殊的红外摄像机造价昂贵，而且不能反映周围环境状况，因此在夜视系统中不被采用。在夜视系统中通常采用主动红外摄像技术，即采用红外辐射照明，产生人眼看不见而普通摄像机能捕捉的红外光，辐射照明景物和环境，应用普通低照度黑白摄像机、彩转黑摄像机或红外低照度彩色摄像机，感受周围环境反射回来的红外光实现夜视。这样，既增加了监控的清晰度，又注重了监控的隐蔽性。
二、LED补光技术在智能交通中的应用现状
现如今，在交通领域补光灯方面，LED补光灯从光色上主要有LED白光灯、LED红外灯；从发光方式上又可分为常亮灯和频闪灯。LED补光灯有着其它发光器件无法比拟的优势，列举如下：
·体积小：LED基本上是一块很小的晶片被封装在环氧树脂里面，所以它非常的小，非常的轻。
·耗电量低：LED耗电量非常低，一般来说LED的工作电压在2~3.6V，供电电流是0.02~0.03A。这就说它消耗的电不到0.1W。
·使用寿命长：在恰当的电流和电压下，LED的使用寿命可达10万小时。
·高亮度、低热量。
·环保：LED是无毒的材料制成的，不像荧光灯含水银造成污染，同时LED也可以回收再利用。
·坚固耐用：LED是被完全的封装在环氧树脂里面，它比灯泡和荧光灯管都坚固。灯体内也没有松动的部分以下主要从道路监控红外补光技术、卡口闪光补光技术、电子警察抓拍频闪补光技术三个方面进行研究分析。
1、道路监控红外补光技术
在夜视环境光不理想的时候，要对环境进行补光。实现夜视的方法，可以采用常规的可见光照明，但此法不仅不能隐蔽，反而更加暴露监控目标，同时也存在着扰民问题。隐蔽的夜视监控，目前都是采用红外摄像技术。
由红外发光二极管矩阵组成发光体。红外发射二极管有红外辐射效率高的材料（常用砷化镓GaAs）制成PN结，外加正向偏压向PN结注入电流激发红外光。光谱功率分布为中心波长为830nm~950nm，半峰带宽为40nm左右，它是窄带分布，为普通CCD黑白摄像机可感受的范围。其最大优点是可以完全无红暴（采用940nm~950nm波长红外管），或仅有微弱红暴。（红暴为有可见红光）
2、卡口闪光补光技术
卡口因其所处的特殊位置和发挥的特殊作用，决定了其所独有的特点：室外光环境复杂，温度变化大，雨雪风沙、车速由低到高，车流密度大（每辆车都要抓拍记录）、安装地点偏僻等，对系统技术含量要求和可靠性要求很高，同时要求设备的现场安装调试和维护要方便，必须满足全天候抓拍图像的质量要求，尤其是夜间的效果和长时间的无故障工作时间；由于CCD技术和高清相机的快速发展和成熟，现在的治安卡口对车牌、车身颜色和驾驶员（前排人员）脸部图像提出新的要求，我国道路卡口监控系统建设和应用依然处在一个相对较低的水平上，存在一些问题和不足，大多数卡口系统抓拍有效率不到75%，其主要原因就是光源使用的不恰当。重点和难点是清楚辨别车身颜色、驾驶员（前排人员）脸部图像。基于这样的要求必须使用特殊的闪光灯（频闪灯），且闪光灯要具备很高的性能，如回电时间短、寿命长、智能控制闪光时间和亮度等（图1是LED补光灯在卡口中的应用效果）。
图1LED补光灯在卡口中的应用效果
根据以上因素，在卡口系统中光源的选择应满足下列条件：
（1）专业性强：用于治安卡口的闪光灯不同于影楼、机场跑道等场合的闪光灯，生产厂商需要有足够的电子警察行业背景，需要对该行业系统集成有深刻的理解，并且专门针对治安卡口的工作环境和功能要求研制开发的闪光灯，这样才能更好的配合高清像机，提供比较全面的技术支持。
（2）高寿命：由于治安卡口一般位于城市主要出入口，车流量大，而且每辆车都要抓拍记录，因此高寿命已成为闪光灯的一项最重要的指标。以日平均车流量2万辆为例，白天晚上都使用闪光灯，一年每只灯最少闪光720万次。由此要求闪光灯寿命至少800万次以上，否则将造成闪光灯光强在车流密度大的情况下很快衰减至漏闪，甚至不能发光。
（3）瞬间高光强度：要想达到以上的要求和在各种情况下自动长时间拍出高清晰画质，闪光灯白天使用时必须在500us内发出60J左右的光能量配合摄像机才能实现拍摄清晰驾驶员脸的要求。在拍摄高速运动车辆时曝光时间应设置得尽可能短，使主动光源占曝光量的大部分。这样会减少环境光（如汽车前大灯、车辆反光斑点、太阳光下的各种杂散光等）对拍照的干扰，提高图像的质量（较慢的快门带来拖影，环境光干扰会降低图像质量）。这样就要求作为主动光源的闪光灯在极短时间内提供足够的光能量。
（4）支持长时间连闪和短时间内高频连闪：满足车流密度大的要求。即要求闪光灯的电容和电路承受能力要很强，能满足支持大功率连闪的需要，否则车流密度大时，就会出现漏闪。而且有可能击穿电容，造成安全事故。
（5）发光时间可以精确调整：满足不同现场不同摄像机调整的要求，达到与摄像机最佳的曝光配合，在保证图片效果的前提下，最大限度的减少闪光灯对驾驶员和道路周边住宅居民的影响。
（6）具有数字接口：在道路安装调试，操作难度高，危险系数高。如果闪光灯支持现场和远程对光源进行调整，可以节省调试时间，减少现场工程师的劳动强度，避免不必要的人身安全危险。
3、电子警察抓拍补光技术
目前电子警察系统用补光灯主要有三种：常亮灯、频闪灯、红外灯。
（1）常亮灯
LED常亮灯的工作原理相对来说比较简单，灯的开关通过光敏电阻控制。只需要做好对灯板的电源控制以及散热问题。其主要的优点是：稳定性好，不容易受到外界的干扰；接线方式简单，减少施工量；补光效果稳定。但是，常亮灯有一个很大
的缺点，便是使用寿命不长，长时间的使用后光衰特别明显，达不到智能交通领域对补光灯寿命3年左右的要求。究其原因主要是灯珠工作时间长，产热量大，室外安装所需要的密闭环境造成散热效果的不理想。目前，常亮灯在此领域的应用整在逐渐被淘汰。
（2）频闪灯
LED频闪灯是现如今市场上所主要采用的补光系列产品，其工作原理相对于长亮灯来说复杂了很多，内部构造增加了信号控制板。其工作模式从大的方面来说主要是抓拍机信号OUT控制频闪灯的触发，其信号控制上多采用了自动插帧技术，一般插帧到50Hz左右，这样既能保证抓拍机抓拍图像的同时灯刚好处在亮的状态，又能避免频闪灯的明显闪烁现象对司机开车造成不利影响。并且，由于频闪技术的应用，单位时间灯的产热量有了很大的降低，灯的寿命也有了大大的提高。
（3）红外灯
虽然红外灯补光有着隐蔽性好、不存在光污染等优势。但是目前在电子警察领域，国内很少有使用红外灯来进行补光。其最主要的原因就是国内车牌是多颜色的车牌，车牌识别同时也要求车牌颜色的识别，这就要求夜间抓拍机不能使用黑白模式，但是彩色模式的应用又使得所抓拍的图片有着明显的偏色。甚至是明显的红暴。这一弊端基本上扼杀了红外补光灯的应用。在韩国等国家，由于颜色的统一性，抓拍图片只是注重车牌号码的识别，从而多采用780nm的红外补光。
近来，成都捷威思等公司正在研究730nm、780nm、810nm等更近波段的红外补光，虽然红暴现象明显，但是在彩色模式下的图片整体质量相对于其它波段有了很大的改善，但其偏色现象仍不容乐观。当然，科技在不断的进步，芯片内部RGB色调的能力也在不断的改进，相信红外补光仍是以后的发展趋势。
三、智能交通领域LED补光灯的未来发展趋势
LED补光灯的未来发展趋势主要包括以下几个方面：
·智能化：亮度可以通过感应环境光亮度进行自动控制和远程控制；光斑的角度和大小可以远程控制等。
·人性化：光线柔和，对人眼刺激感进一步减小；红外补光偏色问题进一步得到解决，甚至可以彻底解决，从而减少光污染。
·稳定性更高，低功耗：可以与市场上任意一款像机搭配；散热处理将更加成熟有效；可靠性高，完全不受外界干扰。
·补光效果更好：光斑均匀；更加清晰得看清车牌、车身颜色轮廓。
随着智能交通技术的快速发展，必将推动着补光灯的智能化、人性化进程。当然大的方向依然不会改变：在不影响补光效果的前提下，降低功耗、增加散热能力、提高控制板稳定性、兼容市场上各种模拟像机和数字高清CCD/CMOS相机、提高使用寿命等。在此基础上，LED补光灯的智能化、人性化才得以延伸。
（作者单位：成都市捷威思系统集成有限公司）
