智(zhi)能(neng)交(jiao)通(tong)是(shi)上(shang)世(shi)紀(ji)末(mo)提(ti)出(chu)的(de)新(xin)概(gai)念(nian)，現(xian)在(zai)正(zheng)以(yi)極(ji)快(kuai)的(de)速(su)度(du)形(xing)成(cheng)新(xin)的(de)產(chan)業(ye)，展(zhan)示(shi)了(le)極(ji)大(da)的(de)市(shi)場(chang)。它(ta)涉(she)及(ji)多(duo)種(zhong)學(xue)科(ke)，其(qi)關(guan)鍵(jian)技(ji)術(shu)是(shi)如(ru)何(he)獲(huo)取(qu)高(gao)速(su)行(xing)駛(shi)車(che)輛(liang)的(de)清(qing)晰(xi)圖(tu)像(xiang)
，包(bao)括(kuo)車(che)型(xing)、顏色、車牌、行駛速度，特別是夜間如何獲取這些圖像和參數。
一
、問題的提出

      從原理上講，一切運動物體特別是高速運動物體的成像，都必須用高速攝影或高速攝像
，前者用膠片記錄，後者用錄像帶、硬盤等光電磁介質記錄。通過所記錄的動態圖像判讀運動物體的運動參量
，如速度
、加速度(或減速度)，旋轉角速度，攻角等。火箭、導彈的飛行姿態和參數是這樣測量，行駛車輛的速度、車型和車牌成像也同樣需要這樣測量，即首先將行駛車輛“凍結”成清晰的圖像

，然後再藉此判讀車輛速度。我國交通電視監控方麵的資深專家有一段精辟的論述[1.gif>：、識shi別bie車che輛liang顏yan色se，尤you其qi是shi在zai夜ye間jian複fu雜za照zhao明ming環huan境jing中zhong，各ge種zhong路lu燈deng光guang源yuan在zai車che輛liang表biao麵mian產chan生sheng的de不bu同tong反fan射she，相xiang似si顏yan色se在zai高gao速su移yi動dong中zhong的de抓zhua拍pai等deng等deng因yin素su使shi得de技ji術shu實shi現xian困kun難nan重zhong重zhong

，到dao目mu前qian為wei止zhi，尚shang未wei見jian到dao國guo際ji上shang出chu現xian商shang品pin化hua的de產chan品pin.

      可以用一句總結性的話來說，普通攝像要完全應對智能交通所麵臨的諸多技術需求是困難的。主要的技術限製是：一是解決不了精確同步問題(在高速攝像研究中大約要花1／3到1／2的時間和精力來解決同步問題)

；二是解決不了高速問題，也就是說車速高到一定程度，圖像(主要是車牌圖像)就拍不清晰，特別是夜間拍不清晰。對於100km／h以(yi)上(shang)的(de)車(che)速(su)，白(bai)天(tian)光(guang)照(zhao)條(tiao)件(jian)好(hao)時(shi)
，或(huo)許(xu)可(ke)以(yi)獲(huo)得(de)車(che)輛(liang)圖(tu)像(xiang)
，可(ke)天(tian)微(wei)亮(liang)，傍(bang)晚(wan)，夜(ye)間(jian)
，普(pu)通(tong)攝(she)像(xiang)是(shi)難(nan)以(yi)獲(huo)得(de)清(qing)晰(xi)圖(tu)像(xiang)的(de)，更(geng)不(bu)用(yong)說(shuo)是(shi)彩(cai)色(se)圖(tu)像(xiang)了(le)。三(san)是(shi)高(gao)速(su)條(tiao)件(jian)下(xia)的(de)彩(cai)色(se)複(fu)現(xian)，識(shi)別(bie)。四(si)是(shi)視(shi)頻(pin)智(zhi)能(neng)觸(chu)發(fa)作(zuo)為(wei)智(zhi)能(neng)交(jiao)通(tong)領(ling)域(yu)將(jiang)來(lai)的(de)一(yi)個(ge)發(fa)展(zhan)方(fang)向(xiang)
，用(yong)普(pu)通(tong)攝(she)像(xiang)技(ji)術(shu)實(shi)現(xian)起(qi)來(lai)困(kun)難(nan)重(zhong)重(zhong)，誤(wu)觸(chu)發(fa)率(lv)高(gao).

      總的說來，普通攝像技術應用於智能交通領域具有攝像頻率低，“凍結”能neng力li不bu夠gou的de技ji術shu困kun難nan
，而er且qie是shi無wu法fa用yong其qi它ta技ji術shu措cuo施shi來lai補bu救jiu的de，因yin為wei被bei測ce對dui象xiang是shi有you一yi定ding速su度du的de行xing駛shi車che輛liang
，速su度du越yue高gao，這zhe種zhong技ji術shu不bu足zu越yue明ming顯xian。為wei了le克ke服fu以yi上shang瓶ping頸jing技ji術shu，又you為wei了le用yong視shi頻pin檢jian測ce技ji術shu來lai解jie決jue交jiao通tong信xin息xi采cai集ji問wen題ti(專家認為[1.gif>：現代應用的各類交通信息檢測方式中，與環形線圈
、壓力、趨聲波

、微波、紅外
、激光等手段相比，能夠取得最豐富內容信息的莫過於視頻檢測)。智能交通領域應引進高速攝像技術。當然目前國外的高速攝像係統由於價格昂貴(美國生產的1000幀／秒高速攝像係統售價10萬美元)
，還不能為我國交通部門所接受。那麼出路有沒有呢?

二

、高速攝影與高速攝像

      gaosusheyingzaixinxilunzhongshizheyangdingyideduiyuyigerenyanwufagensuidegaosuliushiguocheng，gaosusheyingtigongleyizhongouhedeshikongxinxixilie，qizhongkongjianxinxiyongtuxianglaibiaoda，shijianxinxiyongpaishepinlvlaibiaoda。shangshijibashiniandaizhongqiyiqian
，shijieshangyigezhongsuduyundongdemubiao， 如果人們想“看清”目mu標biao的de圖tu像xiang
，獲huo得de運yun動dong的de參can數shu，最zui有you效xiao的de技ji術shu手shou段duan是shi用yong高gao速su攝she影ying機ji來lai加jia以yi記ji錄lu。世shi界jie各ge國guo發fa展zhan的de各ge種zhong各ge類lei高gao速su攝she影ying機ji解jie決jue了le當dang時shi急ji需xu的de測ce試shi所suo需xu，子zi彈dan、氫彈的爆炸

，火箭、導彈等飛行丸的測量，各種軍工目標以及工業，農業、生(sheng)物(wu)醫(yi)藥(yao)工(gong)程(cheng)，體(ti)育(yu)等(deng)各(ge)領(ling)域(yu)的(de)目(mu)標(biao)測(ce)量(liang)

，推(tui)動(dong)了(le)生(sheng)產(chan)力(li)的(de)發(fa)展(zhan)。隨(sui)著(zhe)技(ji)術(shu)的(de)進(jin)步(bu)，軍(jun)工(gong)研(yan)究(jiu)對(dui)測(ce)量(liang)實(shi)時(shi)性(xing)要(yao)求(qiu)越(yue)來(lai)越(yue)高(gao)速(su)攝(she)影(ying)實(shi)時(shi)性(xing)差(cha)的(de)缺(que)點(dian)越(yue)來(lai)越(yue)顯(xian)現(xian)出(chu)來(lai)。美(mei)國(guo)海(hai)軍(jun)在(zai)做(zuo)艦(jian)艇(ting)發(fa)射(she)火(huo)箭(jian)的(de)試(shi)驗(yan)時(shi)，急(ji)於(yu)想(xiang)立(li)即(ji)看(kan)到(dao)飛(fei)行(xing)火(huo)箭(jian)的(de)姿(zi)態(tai)，高(gao)速(su)攝(she)影(ying)難(nan)以(yi)滿(man)足(zu)這(zhe)一(yi)要(yao)求(qiu)，因(yin)為(wei)膠(jiao)件(jian)要(yao)衝(chong)洗(xi)
，要(yao)判(pan)讀(du)，至(zhi)少(shao)要(yao)幾(ji)個(ge)小(xiao)時(shi)。這(zhe)就(jiu)是(shi)為(wei)什(shen)麼(me)第(di)十(shi)三(san)屆(jie)高(gao)速(su)攝(she)影(ying)與(yu)光(guang)子(zi)學(xue)國(guo)際(ji)會(hui)議(yi)在(zai)東(dong)京(jing)召(zhao)開(kai)的(de)時(shi)候(hou)，各(ge)國(guo)科(ke)學(xue)家(jia)共(gong)同(tong)發(fa)展(zhan)“高速攝像”作為學科發展的新方向之一的原因。

“高速攝像”與“高速攝影”，一字之差，但硬件和性能上有很多差異，首先是記錄的介質不問。高速攝像，由於采用錄像帶
、硬(ying)盤(pan)和(he)其(qi)他(ta)光(guang)磁(ci)裝(zhuang)置(zhi)作(zuo)為(wei)記(ji)錄(lu)介(jie)質(zhi)，提(ti)高(gao)了(le)實(shi)時(shi)性(xing)
，可(ke)做(zuo)到(dao)即(ji)拍(pai)即(ji)回(hui)放(fang)。浙(zhe)江(jiang)大(da)學(xue)高(gao)速(su)攝(she)像(xiang)研(yan)究(jiu)室(shi)在(zai)做(zuo)槍(qiang)彈(dan)發(fa)射(she)試(shi)驗(yan)時(shi)，在(zai)槍(qiang)彈(dan)出(chu)槍(qiang)口(kou)的(de)同(tong)時(shi)，屏(ping)幕(mu)上(shang)即(ji)顯(xian)示(shi)槍(qiang)彈(dan)的(de)飛(fei)行(xing)姿(zi)態(tai)(三個像)
，飛行速度、加速度也同時顯示在畫麵的適當位置。高速攝像與高速攝影的異同點詳見表一.

目前
，能生產高速攝像機的大都是發達閩家
，如美國
，日本、英國

、德國

，法國。典型產品如美國柯達公司生產的SP-2000，拍攝頻率每秒2000幀，每幀的曝光時間為拍攝頻率的倒數
，即最短為500μs。SP-2000的售價為30萬美元，簡易型為10萬美元。其價格和性能決定了它難以在智能交通中被采用.
智能交通中采用高速攝像的必要性

1
、圖像凍結的需要
 監控高速球技術及原理？
  交通監控中的圖像清晰度與下列因素有關：鏡頭成像清晰度，CCDxiangsu，tuxiangcaijikadexingneng
，jisuanjixingnengyuxiangguanruanjian，yijipuguangshijianneimubiaohetuxiangdeyidongjuli，zaigaosucheliangdejiankongzhong，houzhejiangduituxiangqingxiduqidaojuedingxingdezuoyong。xia—組zu數shu據ju可ke幫bang助zhu理li解jie動dong態tai目mu標biao圖tu像xiang清qing晰xi度du的de問wen題ti。在zai曝pu光guang時shi間jian內nei，目mu標biao在zai移yi動dong，圖tu像xiang也ye相xiang應ying在zai移yi動dong。要yao使shi動dong態tai圖tu像xiang清qing晰xi。必bi須xu保bao證zheng在zai曝pu光guang時shi間jian內nei圖tu像xiang移yi動dong距ju離li盡jin量liang小xiao
，或huo控kong製zhi在zai允yun許xu範fan圍wei內nei。對dui於yu速su度du為wei100km／的車輛來講

，每秒鍾差不多行駛28米
，如果快門時間為1／1000秒
，則在曝光時間內，車輛移動28mm，圖像移動2.1m(設光學縮小，比例為13倍)。如果快門時間為1／2000秒
，則圖像移動了1mm左右，清晰度才有所保證。這時帶來的問題是晴天條件下，一天中也有相當長時間曝光不足。更不要說陰天或雨天了.

當然
，夜間更會成為問題，如果用連續光來照明


，一年的電費會是一個驚人的數字，無論從能源節省和用戶角度看
，都是不可接受的.

如果車輛速度提高到200km/h，即使用1／2000秒的快門速度，圖像移動距離即達到2mm，qingxidujiunanyibaozhengle。congzhexieshujukeyidechujielunweilededaogaosucheliangdeqingxituxiang，bixucaiyonggaosushexiangdejishu，tigaopaishepinlv
，paisheyizhentuxiangdeshijian，jikuaimenshijianyueduanyuehao，bixuzuodaoweimiaoliangji.

2、高速同步的需要

gaosushexiangzhong，tongbushiyigejizhongyaodegongzuo。chufachuanganqijiancedaoyouche
，shenmeshikequpai，zhejiuxuyaotongbu
，xuyaojingquedeshijiantongbu
，fouze
，tuxiangzhuapaibudaohuozhebuqingxi。yi200km／h的車速為例，用不同的攝像頻率的高速攝像機，其一幀時間內車輛移動的距離見表二.

CCD攝像機的同步時間少則—幀的時間，多則幾幀的時間

，對於普通攝像技術，一幀時間車輛已移動2.24m，2幀時間就移動4mduo，daidaoyaopaishi
，cheliangyichuleqingxiqu
，yinweirenhejingtoudejingshendoushiyouxiande。yejianweilebiaodacheliangdechexing
，yanseyijiqingxidechepaituxiangheyanse，wangwangxuyaopaisheerzhenyishangdetuxiang
，chulexuyaogaodeshexiangpinmiaoxiaohaixuyaogaodetongbujingdu，fouzepaiwan—幀，拍另外幾幀時，車輛已經出了視場.

3
、智能視頻觸發的需要

智zhi能neng視shi頻pin觸chu發fa被bei很hen多duo專zhuan家jia評ping為wei今jin後hou的de發fa展zhan方fang向xiang，比bi起qi線xian圈quan觸chu發fa，有you許xu多duo獨du特te的de優you點dian
，如ru觸chu發fa精jing度du高gao，施shi工gong簡jian單dan
，工gong程cheng量liang少shao
，使shi用yong壽shou命ming長chang
，不bu破po壞huai路lu麵mian，不bu會hui引yin起qi日ri後hou的de路lu麵mian開kai裂lie。但dan有you個ge條tiao件jian就jiu是shi要yao用yong高gao速su攝she像xiang來lai實shi現xian
，如ru果guo用yong普pu通tong(25幀每秒)，就會出現同步精度低
，誤觸發率高，或正待要拍時
，目標已跑出視場這樣一些情況.

目前，國內不少廠家用普通攝像技術來實現智能視頻觸發，給用戶的感覺是“誤觸發率高
，不可靠”。其真正的內在原因像頻率不夠高
，同步精度低造成的.

在國內外的許多文獻中，凡論述動態目標的攝像
，就會有“捕獲”的字眼。與“捕獲”直接相關的是“同步”，隻有同步精度高了，才會有高的“捕獲率”。這就是為什麼要用高速攝像技術來實現“智能視頻觸發”的原因.

4、圖像壓縮。處理。存儲和傳輸的需要

智能交通中，除了獲取行駛車輛的動態圖像外，還需要將圖像進行壓縮
、處理
、存儲和實時傳輸
，都需要以盡可能快的速度完成上述步驟，攝像頻率高，“凍結”能neng力li強qiang，有you利li於yu整zheng個ge抓zhua拍pai過guo程cheng時shi間jian的de縮suo短duan，也ye有you利li於yu係xi統tong對dui車che隊dui的de拍pai攝she，對dui高gao速su公gong路lu中zhong同tong一yi車che道dao上shang相xiang距ju一yi定ding距ju離li的de數shu輛liang高gao速su車che輛liang的de抓zhua拍pai
，否fou則ze，這zhe都dou將jiang成cheng為wei一yi句ju空kong話hua.