高清视频检测闯红灯一体机系统技术白皮书

1、 高清视频检测闯红灯一体机系统技术白皮书目 录一、系统架构及组成31.1系统架构31.2系统组成3二、系统工作原理42.1系统工作原理42.2视频检测原理52.2.1车辆检测原理52.2.2红绿灯检测原理72.3车牌识别原理82.4中心平台原理9三、系统功能103.1车辆捕获功能103.2视频检测功能103.3闯红灯记录功能103.4卡口记录功能113.5闯禁令、违反禁止标线等违法行为抓拍113.6信号灯状态视频检测功能113.7信号灯相位同步功能113.8智能补光功能113.9号牌自动识别功能123.10车身颜色识别功能133.11高清录像功能133.12数据存储功能133.13图片合成与防篡改功能133.14断点续传功能143.15远程系统管理维护功能14四、系统性能15五、抓拍效果图16六、主要设备性能指标186.1高清摄像机186.2高清摄像机镜头206.3智能交通终端管理设备206.4LED补光灯216.5机箱22七、设备配置清单（单向三车道）23一、 系统架构及组成1.1 系统架构高清视频检测闯红灯一体机系统采用采取纯视频检测方式，自动对视频流中运动物体进行实时逐帧检测、锁

2、定、跟踪，根据车辆运动轨迹判断车辆是否违章并进行记录，无需破坏路面，不埋设线圈。采用500万CCD高清一体化摄像机为采集主体，单台摄像机可覆盖单向3车道；采用LED频闪灯进行夜间补光。设备稳定，结构简单，便于安装维护。系统主要由前端数据采集子系统、网络传输子系统和中心管理平台构成。系统整体结构如下：1.2 系统组成本系统主要由图像采集设备（高清摄像机）、辅助光源（补光灯）、智能交通终端管理设备、网络传输设备（光端机或光纤收发器）等组成，完成红绿灯状态检测、机动车违章行为检测、违章图片抓拍、补光灯控制、违章记录本地储存、相关信息网络上传等任务。1）高清抓拍摄像主机本系统可采用500万像素高清抓拍摄像机或200万像素高清摄像机，500万像素相机图片分辨率达24482048，200万像素相机图片分辨率为16001200。单台500万高清摄像机可覆盖3个车道，单台200万高清摄像机可覆盖1个车道，提供红绿灯检测、车辆检测及高清录像的视频流。2）LED补光灯辅助光源采用LED灯，光敏控制模块设计可自动启动，当环境光低于预设亮度，光源自动打开，为摄像机补光，保证夜间的摄像效果。发光器件为大功率LE

3、D，寿命在额定功率下达到30000小时。3）智能交通终端管理设备作为前端数据存储，采用嵌入式高性能处理平台，内置大容量硬盘，可接收来至高清摄像机的JPEG流、H.264视频流，并进行图片、录像的前端存储。支持200万、500万高清监控摄像机的接入，具有图片断点续传、图片录像检索等功能。4）网络传输设备包括交换机、光纤收发器等，承担将前端设备记录的车辆违法信息传输到后端管理中心的任务。二、 系统工作原理2.1 系统工作原理系统中主要设备由嵌入式一体化高清摄像机、补光单元、车辆检测单元、网络传输和中心管理等部分组成，系统核心设备为嵌入式一体化高清摄像机，该摄像机为我公司自主研发，具有完全自主知识产权，集抓拍、录像、压缩、传输于一体。具有先进的视频检测功能，可以对视频图像进行逐帧识别，同时自动匹配对应车道，对过往车辆进行轨迹跟踪并做行为判断，如有违章车辆进行抓拍、车牌识别、录像、存储，处理结果上传到后台。同时系统兼顾卡口功能，即绿灯正常行驶的车辆，系统也可以进行记录。系统原理图2.2 视频检测原理2.2.1 车辆检测原理采用基于运动检测的车辆检测方法，其核心原理是通过学习建立道路背景模型，将

4、当前帧图像与背景模型进行背景差分得到运动前景像素点，然后对这些运动前景像素进行处理得到车辆信息。该方法效果的优劣依赖于背景建模算法的性能。其流程图如下所示：车辆检测流程图整个检测过程分为以下几个步骤：1、由高清摄像抓拍主机获取实时的视频流。2、利用背景差分算法检测运动前景。首先通过初始多帧视频图像的自学习建立一个背景模型，然后对当前帧图像与背景模型进行差分运算，消除背景的影响，从而获取运动目标的前景区域。3、根据背景差分运算中运动目标检测的结果，有选择性地更新背景模型，并保存背景模型。4、过滤噪声，并获取准确的车辆位置。5、运用时空信息、匹配和预测等算法，对车辆进行准确的跟踪，得到车辆对象的运动轨迹，并保存车辆对象的轨迹信息。6、判断车辆是否到达触发线位置，如是没有到达，则进行下一帧的检测，如果到达则发出触发信号。车辆的抓拍触发综合运用了车牌检测算法和车辆检测算法，如下图：车辆抓拍触发原理示意图系统首先采用车牌检测算法，在车辆到达触发线的时刻，若系统检测到图像中存在车牌，则触发抓拍，并进行车牌识别；对于无后车牌或后车牌遮挡的车辆，系统无法检测到车牌，此时将启用车辆检测算法，若运动对象与

5、系统内建的车辆模型相匹配，则触发抓拍，并记录为无牌车辆。2.2.2 红绿灯检测原理视频分析算法对于红绿灯的检测综合运用了亮度比较算法与灰度比较算法，在场景中红绿灯所在位置划定检测区域，并对该区域的亮度与灰度的变化进行实时地检测与判断，从而获知当前的红绿灯状态。2.3 车牌识别原理车牌识别是基于图像分割和图像识别理论，对含有车辆号牌的图像进行分析处理，从而确定牌照在图像中的位置，并进一步提取和识别出文本字符。车牌识别过程包括图像采集、预处理、车牌定位、字符分割、字符识别、结果输出等一系列算法运算，其运行流程如下图所示：车牌识别原理示意图图像采集：通过高清摄像抓拍主机对卡口过车或车辆违章行为进行实时、不间断记录、采集。预处理：图片质量是影响车辆识别率高低的关键因素，因此，需要对高清摄像抓拍主机采集到的原始图像进行噪声过滤、自动白平衡、自动曝光以及伽马校正、边缘增强、对比度调整等处理。车牌定位：车牌定位的准确与否直接决定后面的字符分割和识别效果，是影响整个车牌识别率的重要因素。其核心是纹理特征分析定位算法，在经过图像预处理之后的灰度图像上进行行列扫描，通过行扫描确定在列方向上含有车牌线段的候

6、选区域，确定该区域的起始行坐标和高度，然后对该区域进行列扫描确定其列坐标和宽度，由此确定一个车牌区域。通过这样的算法可以对图像中的所有车牌实现定位。字符分割：在图像中定位出车牌区域后，通过灰度化、灰度拉伸、二值化、边缘化等处理，进一步精确定位字符区域，然后根据字符尺寸特征提出动态模板法进行字符分割，并将字符大小进行归一化处理。字符识别：对分割后的字符进行缩放、特征提取，获得特定字符的表达形式，然后通过分类判别函数和分类规则，与字符数据库模板中的标准字符表达形式进行匹配判别，就可以识别出输入的字符图像。结果输出：将车牌识别的结果以文本格式输出。2.4 中心平台原理中心平台是建立在公安视频信息专网系统协议层之上，可以作为各级公安交通指挥系统的统一信息服务平台，在公安派出所、区公安局、市公安局和省公安厅之间实现了实现信息授权交换与共享。其业务应用主要是面对用户的系统客户端功能呈现，在这里，既有视频监控行业的基本型功能业务，如：实时监视、录像回放、日志管理等；也有为交通行业用户针对设计的行业应用功能业务，如：卡口管理、电子警察管理、车牌识别、布撤控等；还有为系统整体性、用户使用便捷考虑而增加的

7、对系统一些监控外围扩展应用设备接入而设计的系统功能扩展业务，如：大屏接入、数字矩阵等。整个平台的建设根据各警种各业务部门的职能要求并结合信息共享要求进行设计，首先考虑了满足业务部门的需求，包括系统结构、功能、对信息的内容要求和信息处理、发布等方面内容；其次考虑了信息共享的需求，平台预留了大量与公安交通已有应用系统的数据接口。三、 系统功能3.1 车辆捕获功能系统除了能够捕获违法闯红灯的车辆外，还能捕获在车道上正常行驶的车辆（卡口功能），能捕获记录车辆闯红灯过程中三个不同位置的信息以反映机动车闯红灯违法全过程。3.2 视频检测功能系统采用视频检测技术，可以检测23个车道，车辆捕获率全天95%以上。能自动检测抓拍到机动车违反交通安全法行为的连续照片，违章照片能清晰地反映“红灯、停车线、车型、车牌、时间、地点”等违法车辆的基本情况，同时具有卡口功能对所有过往车辆进行图像记录。视频检测可实现如下功能：1) 视频检测红绿灯状态，无需接红绿灯控制信号。2) 视频检测车辆，无需埋设线圈。3) 精确跟踪车辆轨迹，判断车辆行驶方向功能3.3 闯红灯记录功能单台500万像素高清摄像机可以完整监控3个车道，

8、图片分辨率达到24482048，在红灯信号状态下，有车辆经过时，系统会快速地检测到车辆变化，并通过对这一变化进行分析处理来判断是否有车辆闯红灯，当检测到车辆有闯红灯违章行为时，会立即抓拍反映该车辆违法信息的三张高清图片并对图片进行关联保存。三幅全景图片，清晰记录车辆未越过停止线、已经越过停止线并且在相应红灯相位继续行驶的情况，清楚反映整个闯红灯过程。系统采用国际领先的计算机智能跟踪算法技术，对全景中每一辆车都能进行实时跟踪并记录其运动轨迹，并智能判断车辆运行是否违章。由于采用了车辆跟踪技术，本系统可以准确地抓拍左侧或者右侧混行车道的直行闯红灯行为，而对正常行驶时左拐或者右拐的车辆则不会误抓。3.4 卡口记录功能系统兼顾卡口功能，当车辆在其对应的绿灯或黄灯相位时越过停车线，系统会根据运动状态轨迹跟踪的情况，拍摄一张图片对过往车辆进行记录。图片能清晰的清晰辨别红绿灯信号、车辆类型、车牌号码、车身颜色等信息。3.5 闯禁令、违反禁止标线等违法行为抓拍系统可以通过对视频的智能分析判断车辆右/左转、逆向行驶、压线、跨线、违反禁止线等违法行为，在禁止右/左转的路口可以对右转或者左转车辆进行跟踪判断

9、并且对违法车辆进行抓拍，同时，对逆向行驶等违法行为进行抓拍记录，系统抓拍三张违法图片，以记录违法的整个过程。3.6 信号灯状态视频检测功能 系统同时支持外接判定红绿灯和视频识别红绿灯功能，更加广泛的适用在各种现场情况下。 其中外接红绿灯通过信号检测器来识别，可适用在红绿灯部分被遮挡或者红绿灯特别昏暗的路口，同时支持视频检测识别红绿灯信号，可区分直行、左转、右转、掉头等不同类型的红灯、黄灯、绿灯信号，这种方式无须接入红绿灯信号，消除施工困难，红绿灯信号判断时间：0.5秒。3.7 信号灯相位同步功能摄像机能够与路口红绿灯信号进行同步，确保抓拍到的图片中红绿灯颜色显示准确，避免红灯泛黄或无颜色，进而避免引起处罚争议。3.8 智能补光功能 为了更好的提高夜间模式的检测率，在夜间情况，LED补光灯路口进行补光，依据车牌反光原理加大了视频检测的准确性，解决了行人、自行车、大型车辆干扰问题。同时LED补光灯与相机同步，在相机捕获图像时，LED灯补光强度增强，而且对人眼不造成影响。针对有客户需求更佳的图像质量效果，系统支持闪光灯补光，在对违章数据进行取证时，通过闪光灯进行补光，更好的反映了违章的过程。3.9 号牌自动识别功能 系统具备对民用、警用、军用、武警等汽车号牌计算机自动识别能力，白天车辆号牌识别率大于90%，夜间车辆号牌识别率大于80%。在实时记录通行车辆图像的同时，还具备对民用车牌、警用车牌、军用

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