机器视觉——欧洲道路交通安全卫士

    智能交通系统工业涵盖了很多技术，包括无线和有线（铜和光学）通信、内置感应线圈、各种传感器、算法功能和软件等。

    近年来，机器视觉在智能交通系统工业中逐渐兴起。尽管它最早开始于简单的交通监控，先是感应线圈后来为安防监控系统。但现在建立在传感器网络上的机器视觉已实现了开拓市场最重要的一步。

    根据最新的统计数据表明，欧洲的交通监控市场大约为两亿欧元，并且预计每年将以45%的平均速度增长！从整体数字上来看，欧洲与北美地区的智能交通系统花费相比还有一段差距，但这些年北美地区公路的私有化趋势必然会使欧洲的市场保持快速的增长态势。日本市场的差距也不是很大，它虽然地理区域狭小却拥有更为复杂的智能交通系统基础设施。

    机器视觉的交通应用

    根据德国Vitronic公司市场销售经理Klaus-Michael Bueche的观点，尽管欧洲的交通监控市场在所有的欧盟会员国内并未采用同一类别的系统，但采用这类系统的因素确是相同的。Buecher提到了三种推动因素。

    • 通过自动监控和交通法的执行来提高交通安全。如：红绿灯和速度监控。
    • 最大限度的实现公路自动化收费管理执行办法。
    • 通过采用自动车牌识别系统进行被偷车辆定位和防止犯罪及恐怖因素，以增强国家安全。

    从整体来看，机器视觉系统通过两个方面来支持这些因素，一是对车辆进行自动定位、识别和物理测量，另一个是通过光学字符识别法（OCR）自动读取车辆牌照来对车辆进行自动识别。

    现在，视觉系统提供以下几种交通监控应用，包括：
    • 红绿灯监控
    • 速度控制
    • 视频收费
    • 行使时间信息系统
    • 交通监控
    • 交通拥堵收费
    • 停车系统

    根据应用的差别，尽管对智能交通系统有不同的设计，但这些系统都有一些相同的配件，如：相机，处理器，数据传输（欧洲与日本倾向于选择DSRC通信）。有一些系统还配备了动态照明，在可视和近红外（NIR）两种环境下都提高了低光环境中的对比度，并利用了传感器在可视光谱边缘近红外灵敏度的提高。

    “自动优化”视觉

    欧洲交通监控市场的首要供应商JAI和Vitronic已经为各种交通监控设备建了如同OTS系统一样的习惯规则。JAI总部位于丹麦，在美国，日本，欧洲等地都设有分公司。

    JAI的资深副总经理Villads Sondergaard先生刚刚完成了JAI同Raytheon HTMS的合作，为美国德克萨斯和弗罗里达州内的几百个收费站点进行自动收费执行系统的设计。他解释说，这套系统采用了高速千兆像素相机和动态光学传感器。当光线情况发生变化时，这套系统可以自动调整相机设置以确保采集到的图像能够用来识别收费机破坏者，包括通过‘binning’来增加对比度。虽然‘binning’降低了图像分辨率，但却提高了对比度。这是因为它从根本上增加了图像大小，也正因如此，光线能够应对采集每个像素。

    除在低光环境下高空间分辨率能够使车牌照经OCR进行读取，交通监控相机还需要具备高读取速度。另一个方法是采用价钱较高的'snapshot'传感器来消除在传感器读取时由于物体移动引起的图像倾斜或扭曲现象。这些传感器在CCD中的每个像素下都安装了一个记忆单元，或是在CMOS传感器中使像素与记忆单元相邻。这种方式能够在不改变时间的情况下短暂存储电流来确保在一定的时间内所有的像素都能有效存储和读取。Dutch BWOM 已为JAI公司开出了其传感器能够在物体移动速度高达每小时300 千米时捕获图像的证明。

    Vitronic已经包装了一整套收费执行系统，包括一个探测单元（传感器和电子元件），系统单元（处理器和机动车数据），识别单元（车牌照OCR读取等）以及使用了DSRC无线通信标准的通信单元。日本和欧洲都已经采用了DSRC标准，其频率为5.8-5.9 GHz，能够在WiFi环境下使用，而美国则采用了蓝牙和RFID系统。

    通过移动车辆定位能力的增强和车辆速度、方向等的相关测量，Vitronic的PoliScan产品能够加强在速度控制，闯红灯等违规操作上的法律执行力度。PoliScanspeed采用了一种更为有效的方法来对穿过车道的车辆速度和方向进行精密测量，即便天气糟糕到视觉测量几乎不可能的情况下也能正常进行。PoliScan监控系统适用于移动和静止两种安装。通过与因特网的连接以及良好的安全措施，它能够对车流中的所有车牌号码进行自动读取监测，并能对所获得的数据进行针对性比较。

    在大多数的案例中，用于自动交通监控系统的机器视觉和通信技术正在逐步扩大。在有经验和专业学识的人看来，这只是一个简单的合理的集成，一些集成会对视觉产品产生影响。然而，将以太网或吉比特以太网通信与相机的外置辅助装置进行连接，同与相机连接或专有模拟标准相比，能够达到远距离传输的目的。CMOS传感器将在动态范围，大小和相机传感器成本上有所改进，所有用于室外视觉网络的关键部件在自动交通监控中也会有所改进。与CCD相机相比，CMOS传感器将会更加便宜，图像的读取也将更加容易。

    最后，由于更多的智能相机具有更好的处理能力，计算处理单元将安置到相机防护罩内，同时也具备了一些新的特性，如对驾驶者进行脸部识别。

    保证安全驾车行驶全世界

    尽管机器视觉在自动车辆监测上还有很长的路要走，但正如文章所示，它已经开始帮助人们维护道路安全。

    视觉公司可以预测在未来几年中，虽然欧洲的一些国家由于法律程序问题不能在国内道路上实行视频监控，但欧洲的交通监控市场每年将以45%的平均速度增长。其应用主要侧重于：红绿灯监控，速度控制，堵塞状况，和收费系统。

    Vitronic公司的Buecher解释到，对所有发达国家而言，法律、收费和边境管理都很重要。然而，若将欧洲的情况与北美或亚洲这样重要的市场进行比较的话，就会发现它们有着不同的侧重点，在北美更看重于国家安全，而在亚洲交通监控则常用于电子收费设备。

(中国图像网报道)