Контакты
Подписка
МЕНЮ
Контакты
Подписка

Идентификация транспортных средств. КМОП нового поколения, оптимизация изображения, встраиваемые решения

В рубрику "Видеонаблюдение (CCTV)" | К списку рубрик  |  К списку авторов  |  К списку публикаций

Идентификация транспортных средствКМОП нового поколения, оптимизация изображения, встраиваемые решения

Телекамеры выступают в роли зоркого ока интеллектуальных транспортных систем (ИТС), обеспечивая необходимое качество изображения даже в самых сложных условиях съемки. Характерная для дорожно-транспортной сферы высокая скорость движения объектов требует применения высокочувствительных сенсоров с глобальным затвором, как правило, с пикселями большого размера для получения четкого изображения с короткой выдержкой. Ввиду роста потребности в автоматическом распознавании номерных знаков как технологической основы современных транспортных систем исходное качество получаемого изображения становится определяющим фактором
Энцио Шнайдер
Управляющий по рынку ИТС компании Basler AG

Современная КМОП-технология, положенная в основу, например, недавно появившихся на рынке сенсоров Sony IMX174 и IMX249 из серии Pregius и сенсоров PYTHON производства ON Semiconductor, открывает широкие возможности с точки зрения качества изображения, которые до недавнего времени могли гарантировать только ПЗС-матрицы. На рынке уже доступны сетевые (IP) и промышленные камеры, оснащенные новыми производительными сенсорами. А бескорпусные камеры позволяют решать множество новых задач в составе встраиваемых систем, что дает возможность разрабатывать компактные, но высокоэффективные и недорогие интеллектуальные транспортные системы, например бортовые системы для полицейских автомобилей.

Преимущества КМОП нового поколения

С точки зрения ИТС наиболее весомыми преимуществами современных КМОП-сенсоров являются технология глобального затвора, высокое разрешение, более широкий динамический диапазон, повышенная чувствительность с квантовой эффективностью до 70% и крайне низкий уровень шума даже в условиях слабой освещенности. Кроме того, современная технология КМОП не допускает появления таких дефектов изображения, как вуаль и размытие, характерных для ПЗC-матриц.


Динамический диапазон
Принимая во внимание широкий динамический диапазон, высокую чувствительность и технологию глобального затвора, сенсор Sony IMX174 можно смело рекомендовать для распознавания номерных знаков автомобилей и лиц водителей. Широкий динамический диапазон обеспечивает передачу мельчайших деталей и отличную контрастность даже в случае больших перепадов яркости на изображении. В результате сенсор позволяет качественно воспроизводить на одном кадре как темные (например, водитель внутри транспортного средства), так и очень светлые участки (номерной знак с высокой степенью отражения). И темные, и светлые части изображения передаются с высокой контрастностью и резкостью – это существенный прорыв для ИТС, которые нередко ведут съемку в сложных условиях освещения. Сравним изображения, полученные ПЗC-матрицей и КМОП-сенсором новейшего поколения. Разница очевидна.


Технология глобального затвора
До недавнего времени КМОП-сенсоры оснащались скользящим затвором, когда экспозиция отдельных строк пикселей выполняется последовательно, друг за другом. В ряде случаев это приводит к искажению изображения движущегося объекта. Такой эффект (так называемый эффект скользящего затвора) неприемлем в ИТС. Технология глобального затвора, напротив, идеально подходит для съемки быстродвижущихся объектов, поскольку предполагает одновременную экспозицию всех строк пикселей.

Функции оптимизации изображения

В ИТС особенную практическую пользу принесут современные функции оптимизации изображения, встроенные в систему наблюдения: шумоподавление, настройка резкости, увеличение контраста, дебайеризация 5x5 в сочетании со сглаживанием цветов.

Шумоподавление
Шумоподавление играет важную роль, когда необходимо различить детали на полученном изображении. Даже в условиях недостаточной освещенности камера, осуществляющая контроль дорожного движения, должна предоставлять изображения высокого качества, которые однозначно подтверждают факты нарушения ПДД и могут быть использованы в качестве доказательства.


Настройка резкости
Функция настройки резкости является ключевой в задаче распознавания номерных знаков. Она позволяет настраивать резкость получаемого изображения. Даже если осуществляется съемка номерных знаков с мелкими буквами, символами или цифрами с большого расстояния, а транспортное средство, возможно, движется с высокой скоростью, изображения и видео, получаемые камерой, должны быть резкими и четкими. Благодаря алгоритму настройки резкости изображения, передаваемые камерой на компьютер, оптимизируются, что исключает необходимость дополнительной обработки картинки для последующего анализа.


Дебайеризация и сглаживание цветов
Функции дебайеризации и сглаживания цветов эффективно дополняют друг друга с точки зрения оптимизации воспроизведения линий, краев объектов и информации о цвете на изображении. В отличие от традиционной дебайеризации, согласно которой для получения информации о цвете по каждому пикселю используются прилегающие пиксели на поверхности сенсора по шаблону 2x2, дебайеризация 5x5 предполагает использование пяти прилегающих пикселей. В результате линии и контуры воспроизводятся более четко и со значительно меньшим ступенчатым эффектом.

Функция сглаживания цветов устраняет искажения цветопередачи на изображении. Линии на изображении воспроизводятся четко, контрастно, с точной цветопередачей. Эти две функции – дебайеризация 5x5 в сочетании со сглаживанием цветов – высоко востребованы в системах распознавания номеров (в частности, там, где присутствуют цвета и большое количество символов и букв), а также в логистике, включая контейнерные перевозки или считывание штрих-кодов и QR-кодов.

Встраиваемые бортовые решения

Для реализации всех преимуществ технологий машинного зрения в интеллектуальных транспортных системах камеры должны отвечать набору жестких требований. Среди обязательных: исчерпывающий набор функций, мощное встроенное программное обеспечение и учет региональных особенностей при развертывании глобальных систем.

В большинстве проектов тип камеры определяется существующей инфраструктурой. Например, для контроля доступа, как правило, требуются IP-камеры, которые можно интегрировать в имеющуюся систему безопасности. В специализированных системах, таких как системы оплаты дорожных сборов с транспортного потока в движении, где платежный терминал и камера должны быть тесно интегрированы в систему реального времени, наиболее часто используются промышленные камеры. Под прессом ценового давления у заказчиков все чаще возникает интерес к встраиваемым, мобильным решениям, таким как бортовые системы мониторинга дорожного движения, в том числе автомобили полиции.


"Компьютерное", или "машинное", зрение означает способность компьютеров (машин) визуально распознавать окружающую их среду. Если это не компьютеры "общего назначения" (стандартные ПК), то речь идет о встраиваемых системах с "интегрированным" зрением (Embedded Vision). С развитием и широким внедрением технологий однокристальных систем (System-on-a-Chip, SoC) на базе архитектуры ARM со стандартными интерфейсами, например Gigabit Ethernet или USB 3.0, и соответствующими протоколами передачи данных GigE Vision и USB3 Vision, встраиваемые системы постепенно завоевывают свое место в сфере машинного зрения.

Интеграция технологий машинного зрения во встраиваемые системы посредством объединения камеры и модуля обработки изображений в одном устройстве взята на вооружение многими комплексами мониторинга дорожного движения, включая системы контроля соблюдения ПДД (контроля скорости и пересечения регулируемых перекрестков), системы оплаты дорожных сборов для мостов, туннелей или магистралей, обнаружения аварийных ситуаций, а также системы видеонаблюдения за транспортным потоком для динамического контроля дорожного движения. В основе таких комплексов лежат интегрированные устройства, которые совмещают получение изображений с помощью обычной или бескорпусной камеры с их обработкой по различным алгоритмам на месте, например для распознавания номерных знаков.

Пример применения. Патрулирование улиц и шоссе

В Европе встраиваемые бортовые решения находят применение для патрулирования городских улиц и шоссе. Они устанавливаются на полицейские автомобили, чтобы выявлять и фиксировать нарушения правил дорожного движения: скоростного режима или соблюдения дистанции. Одновременно с этим при движении патрульной машины со скоростью выше или ниже средней скорости других автомобилей выполняется анализ транспортного потока в режиме реального времени, включая определение плотности потока и выявление заторов. В данном случае используется метод, основанный на анализе видеопотока и движущихся объектов в реальном времени, что позволяет дополнительно повысить точность и достоверность фиксации фактов нарушения ПДД.

Система способна автоматически определить скорость и распознать номерной знак любого транспортного средства – движущегося или припаркованного. Регистрация факта нарушения ПДД производится мгновенно. Слежение за транспортным средством осуществляется не только от пункта до пункта (P2P), но и от пункта до любого пункта (P2-any-P).


Встраиваемые бортовые решения интегрируются с другими интеллектуальными системами, предназначенными для обеспечения безопасности и управления движением на городских улицах, в том числе системой распознавания лиц (задача выявления подозреваемых и нахождения разыскиваемых полицией преступников) и автоматической интерактивной системой оповещения (задача обнаружения похищенных, незаконных или находящихся в розыске транспортных средств).

Чтобы все сотрудники полиции имели полное представление о текущем положении на дороге, во встраиваемых бортовых решениях предусматривается мгновенная передача данных и обмен сообщениями между двумя отдельными полицейскими автомобилями, а также между полицейским автомобилем и центральной системой управления.

Система устанавливается на крышу транспортного средства. При использовании IP-камер с разрешением 5 Мпкс удается обеспечивать высокое качество изображения и необходимую гибкость для параллельной записи видеопотока, совместимого с другими специальными камерами для распознавания номерных знаков в составе системы.

Опубликовано: Журнал "Системы безопасности" #5, 2015
Посещений: 4063


  Автор
Энцио Шнайдер

Энцио Шнайдер

Продакт-менеджер по системам для
транспортного сектора компании Basler AG

Всего статей:  2

В рубрику "Видеонаблюдение (CCTV)" | К списку рубрик  |  К списку авторов  |  К списку публикаций