摘要:随着我国高速公路网的形成，车流量快速增长。视频监控系统在提升高速公路通行效率、降低人为因素影响、改善道路服务质量、提高收费站通行能力和路网营运管理水平等方面，发挥着越来越重要的作用。本文介绍了采用新型CMOS图像传感器的高清摄像机在收费车道视频监控的应用。
文/孙伟 王建
随着我国高速公路网的形成，车流量快速增长。视频监控系统在提升高速公路通行效率、降低人为因素影响、改善道路服务质量、提高收费站通行能力和路网营运管理水平等方面，发挥着越来越重要的作用。本文介绍了采用新型CMOS图像传感器的高清摄像机在收费车道视频监控的应用。
收费车道视频监控系统用于交通监控和收费状况监控。收费车道视频监控系统主要对公路、桥梁、隧道等收费车道运行状况，以及收费车道通过的车辆类型、通行时间、收费员的操作过程和收费过程中的突发事件及特殊事件进行观察和记录，并实施有效监督，同时对收费车道区域的视频图像进行不间断监控和录像。建立收费车道视频监控系统的主要目的是：对工作人员徇私舞弊、车辆冲卡逃费等恶性事件进行取证，保障收费系统的正常运行，提高收费系统整体运营水平。
一、收费车道高清视频监控的发展与现状
我国收费车道视频监控的发展经历了四个阶段。早期由安防产品演化而来的闭路视频监控系统是收费车道第一代模拟视频监控系统。到了九十年代中期，基于PC机插卡式的视频监控系统，初步实现了视频监控的数字化，但由于图像质量、稳定性以及远程传输监控等技术方面的不足，这种第二代视频监控系统仅能作为收费车道的日常监控。九十年代末，随着计算机、网络、通信技术的日趋成熟，各种实用型视频技术不断完善，以嵌入式技术为依托，以网络、通信技术为平台，网络视频监控系统才从根本上使视频监控从幕后走向了幕前，成为了第三代收费车道视频监控系统。与传统的视频监控相比，网络视频监控更便于计算机对视频信息进行压缩、储存、分析、显示以及报警等自动化处理，实现无人值守；通过网络平台实现远距离监控，即使是数千公里以外也能达到亲临现场的效果；利用先进的软件系统不仅可以在几分钟之内就能完成传统视频监控中大量的数据分析，提高监控效率，而且能获得更为逼真、清晰的数字化图像，使监控的管理和维护更便捷、更实用。目前，随着图像传感器和图像处理技术的快速发展，出现了高清（1080P）、宽动态范围、多码流输出的新型高清摄像机，收费车道视频监控系统进入第四代。该系统具有结构简单、图像高清化、网络化、智能化的特点。本文介绍了采用新型CMOS图像传感器的高清网络摄像机在高速公路收费车道视频监控系统中的应用。
二、新型高清摄像机结构及特点
新型高清摄像机采用C M O S 图像传感器、FPGA+多核DSP处理器、高性能ISP,可实现低照度、宽动态范围、低噪声、多码流输出等功能，如图1、图2所示。
1、CMOS图像传感器
使用的SONY IMX185图像传感器，为新型彩色CMOS传感器（前照式+红外提升），靶面为1/2英寸，分辨率为1920×1080,60帧/秒；前照式CMOS（英文简称FSI）在感光元件中，A/D转换器和放大电路位于光电二极管的上层，感光二极管位于电路晶体管后方。如图3所示。
该CMOS图像传感器具备1080/60p的记录能力、3.75μm的超大像素、高动态范围WDR、低照度。
2、高性能处理器ISP
该新型高清摄像机采用高性能FPGA和多核DSP;多核DSP采用TI公司推出的一款多功能、高性能的TI-DM8127芯片，由多核组成（A8、两颗M3、DSP共四个核心），如图4所示。
DM8127的优势在于除了有专用于操作系统的基于A8的ARM核和分别负责视频采集和视频编解码的两颗M3外，还有一个750MHZ的DSP,单独用于用户的视频算法处理。因此，DM8127最主要的优势在于它拥有专用于智能算法的DSP核。
3、新型高清摄像机特点
（1）低照度环境时图像优秀
由于使用了新型前照式CMOS图像传感器，在低照度环境下，图像清晰、噪点抑制强，不需补光灯即可清晰地表现细节；可实现的最低照度：0.05 luxF 1.4（彩色），0.001lux F1.4（黑白）效果。如图5、图6所示。
（2）宽动态范围WDR
采用新型CMOS图像传感器及先进的图像处理引擎ISP,具有优秀的宽动态范围，强光抑制效果良好，明暗细节表现丰富，夜间对车大灯抑制明显，昼间对逆光等处理良好，车辆特征清晰可辨。
（3）多码流输出
具有多种视频流输出功能：高清H . 2 6 4（1080P、720P）/ 25FPS、CVBS（D1）实时输出；满足多种需求。
（4）使用及维护简便
采用TCP/ IP协议接入网络系统，设备的升级、维护、参数调整，均可在网络中的任何一台计算机终端上在线完成，从而大大提高了维护效率，减少了维护成本。
三、小结
1、信息容量
新型高清摄像机可输出200万像素的高清图片和数字视频流，图片和视频中所包含的信息更加丰富、齐备，用户可从图片和视频中获得更多的车辆相关信息（车辆号牌、车身外观特征等）。
2、技术先进性
新型高清摄像机，使用新型CMOS图像传感器、FPGA、先进的图像引擎（ISP），分辨率高、宽动态范围、低照度下图像清晰。可输出模拟CVBS以及高清H.264（1080P）流媒体，具有自动曝光控制功能，支持NTP自动校时、工作状态实时上传等功能。视角和场景更广，监控范围更广，图像清晰，可辨别车辆特征细节。
3、产品适应性
高清智能摄像机高清视频采用网络输出方式，视频流和图片可直接进行数字录像和存储，后期处理简便。
（作者单位：北京信路威科技股份有限公司）
