专利名称：具有交通监控专用功能的智能摄像机的制作方法
技术领域：
所属领域本实用新型属于智能交通监控和模式识别领域，尤其涉及具有交通监控专用功能的智能摄像机。
背景技术：
为解决交通拥堵和交通安全问题，交通管理部门在公路沿线或者城市各主要路段设置了交通检测点进行实时监控，这些监控大多是通过人工的方式进行。随着科技的普及和高新技术的日益推出，智能化的视频监控信息作为所有信息来源中最丰富的一种，已引起了业界广泛的重视，并且已在各地陆续建立了大量的智能交通监控系统，但其中如何实现交通信息系统的智能化采集、处理和发布仍然是一个亟需解决的关键问题。例如，目前交通监控采用的摄像机只有简单的成像功能，并且成像的控制是按照摄像机厂家设定的方法进行，用户只能在几种模式中选择，而无法根据自己的要求实时性地灵活控制，尤其对于车牌识别、交通参数的提取和交通事件的检测，需通过路边机柜的数字信号处理单元完成，这种结构走线复杂、设备繁多，具有故障率高和不宜维护等难题。从实际应用出发，有人设计一种主要针对银行、保密机关和医院等室内环境使用的集成式一体化摄像机，该集成式一体化摄像机只能在室内环境使用，而没有考虑如交通室外现场环境下的复杂光线变化、工作场景恶劣和多种通信方式共存等实际情况，尤其是智能监控系统需要从视频图像中自动识别车辆牌照和交通参数、交通事件等对图像质量要求较高的情况下无法使用，因此无法在交通监控中得到有效应用。
而为了充分利用视频信息资源，通过模式识别算法从视频图像中提取出有价值的交通信息，如车辆牌照、车型、车速、车流量、车辆违章判断信息以及交通事件等是用户普遍关心和急需的功能。
目前国内外已经推出了一系列的视频处理产品，如牌照识别器、视频交通流检测器等，但在实际应用中普遍存在着功能单一、硬件平台复杂、不能灵活通用和实际应用效果差等很多问题。
再有，目前的交通事件监控系统有两种图像传输和存储方式，一是所有的监控图像全部传送到监控中心存储，实际上由于每路图像的传输和存储要消耗大量的网络资源和存储资源，造成成本昂贵和实际上的浪费；另一种是采用图像切换传输、显示和存储的方式，但这样又会造成很多图像有可能被人为忽略造成有价值的图像没有得到存储的现象，并且网络故障时非常重要的视频图像(例如事故发生过程录像)丢失会造成无法弥补的损失。
发明内容
本实用新型是为了解决以上问题而设计的一种具有交通监控专用功能的智能摄像机，该智能摄像机能够将摄像、图像识别和信息储存等功能集为一体。
本实用新型采取的技术措施是一种具有交通监控专用功能的智能摄像机，包括机壳、设在机壳内适当部位的摄像镜头、设在机壳面板的各功能接口和各功能按钮、以及设在机壳内与各功能接口和各功能按钮电连接的成像控制电路；所述的成像控制电路包括成像电路、图像处理控制电路、补光装置、存储单元以及通讯控制单元；所述的成像电路包括传感器和驱动电路，所述的传感器用于接收摄像镜头摄入的图像并产生模拟信号输出到图像处理控制电路；其特点是，所述的图像处理控制电路包括一模数转换/图像预处理电路、一成像/补光控制电路、一缓冲存储器、以及一数字信号处理单元，其中所述的模数转换/图像预处理电路的输入端与传感器的输出端连接，该模数转换/图像预处理电路的输出端与缓冲存储器的输入端连接；所述的成像/补光控制电路的输入端与驱动电路的输出端连接，其输出端分别与补光装置和传感器连接；所述的缓冲存储器与存储单元双向连接，该缓冲存储器的输入端分别与模数转换/图像预处理电路的输出端和控制单元的输出端连接；所述的数字信号处理单元分别与成像/补光控制电路及缓冲存储器双向连接，该数字信号处理单元的输出端并与通讯控制单元的输入端连接。
上述具有交通监控专用功能的智能摄像机，其中，所述的成像/补光控制电路主要由一个单片机构成。
上述具有交通监控专用功能的智能摄像机，其中，所述的补光装置由闪光灯或LED或者二者的组合构成。
上述具有交通监控专用功能的智能摄像机，其中，所述的摄像机机壳面板上所设的功能接口包括或者包括通过扩展设备而具有的标准无线通讯接口、支持国际标准的通讯协议的接口、支持显示设备和通用输出设备的接口、以及支持键盘、鼠标标准输入设备接口和相关协议的接口。
上述具有交通监控专用功能的智能摄像机，其中，所述的摄像机机壳面板上所设的功能按钮包括电源按钮、快门按钮以及手动抓拍图像按钮。
由于本实用新型采用了以上的技术方案，将摄像、图像识别和信息储存等功能集为一体，使该智能摄像机脱机独立完成交通监控所需的识别算法功能，能够根据不同要求刷新程序，能够统一在摄像机平台上完成所有的智能监控系统的牌照识别或视频检测功能，并且可以方便的对智能摄像机的程序进行修改和升级，具备标准的开发程序接口平台，补光装置由闪光灯或LED或者二者的组合构成，其补光效果可以由系统根据需要通过标准串口通讯控制；能够适应复杂多变的交通现场环境，通过数字信号处理单元自适应地寻找动态变化的图像兴趣区域，通过自适应算法生成相应的成像和补光控制命令，由智能补光和控制成像单元控制相应的CCD/CMOS芯片的曝光时间长度和补光装置的补光效果，这样就构成一个对于图像质量的闭环控制，使得视频图像一直保持在最适合于牌照识别和视频检测对于图像质量的要求。
本实用新型的具体结构、性能、特征由以下的实施例及其附图进一步描述。
图1是本实用新型具有交通监控专用功能的智能摄像机的外形结构示意图。
图2是本实用新型具有交通监控专用功能的智能摄像机的电路原理图。
图3是本实用新型具有交通监控专用功能的智能摄像机机壳面板接口示意图。
图4是采用本实用新型具有交通监控专用功能的智能摄像机构成牌照识别系统的连接示意图。
图5是本实用新型成像和补光控制模块电路图。
图6是本实用新型成像和补光控制原理流程图。
图7是本实用新型图像存储、输出原理流程图。
具体实施方式
请参阅图1，这是本实用新型所述的具有交通监控专用功能的智能摄像机的外形结构示意图。本实用新型为一种具有交通监控专用功能的智能摄像机100，包括摄像镜头1、机壳2、设在机壳面板21的各功能接口3和各功能按钮4(请配合参见图3)、以及设置在机壳内与各功能接口和各功能按钮电连接的成像控制电路5(请配合参见图2)。
请参见图2。本实用新型所述的成像控制电路5包括成像电路51、图像处理控制电路52、补光装置53、存储单元54以及通讯控制单元55；成像电路51包括传感器511和驱动电路512，传感器511由CCD/CMOS芯片构成，其与摄像镜头1连接；补光装置由闪光灯或LED或者二者的组合构成。
所述的图像处理控制电路52包括一模数转换/图像预处理电路521、一成像/补光控制电路522、一缓冲存储器523、以及一数字信号处理单元524，其中模数转换/图像预处理电路的输入端与传感器的输出端连接，该模数转换/图像预处理电路的输出端与缓冲存储器的输入端连接；成像/补光控制电路的输入端与驱动电路的输出端连接，其输出端分别与补光装置和传感器连接；缓冲存储器与存储单元双向连接，该缓冲存储器的输入端分别与模数转换/图像预处理电路的输出端和控制单元的输出端连接；数字信号处理单元分别与成像/补光控制电路及缓冲存储器双向连接，该数字信号处理单元的输出端并与通讯控制单元的输入端连接。
请参见图3。本实用新型所述的摄像机机壳面板上所设的功能接口包括或者包括通过扩展设备而具有的标准无线通讯接口、支持国际标准的通讯协议的接口、支持显示设备和通用输出设备的接口、以及支持键盘、鼠标标准输入设备接口和相关协议的接口。摄像机机壳面板上所设的功能按钮包括电源按钮、快门按钮以及手动抓拍图像按钮。
在交通现场工作的智能摄像机通过有线或者无线通讯方式连接到管理中心的服务器中，根据交通用网络的多样性，设置LAN、RS-232/485、USB、IEEE1394、标准无线通讯接口，手动抓拍图像按钮(原理同普通数码相机)，支持国际标准的通讯协议，TCP/IP、PPP、FTP、HTTP，支持显示设备、通用输出设备接口，支持键盘、鼠标标准输入设备接口和相关协议，每台摄像机可以设置IP地址，便于对于分布在交通现场环境下的多台摄像机进行集中网络管理，提供程序下载、参数设置、故障和工作状态查询以及管理检测数据和图像功能，并且可以将各种交通信息发送给外部的交通用户使用。
本实施例在面板21上设置有视频输出接口31、S端子32、补光设备接口33、RJ45网口34、串/并行口35、无线网卡扩展插槽36、USB接口37、电源接口38、电源按钮41、快门按钮42、手抓拍按钮43；以及各指示灯R。
为了合理使用网络带宽，系统根据用户需求调整图像质量和网络传输的视频流率，数字信号处理单元根据用户设置的参数，从缓冲存储器中读取每帧图像进行分析处理的同时，执行图像压缩编码算法，将压缩后的图像以标准的格式存储到本机存储单元或者通过通讯单元进行网络传输，这样就可以分别适应在正常交通环境条件下不关心细节对于交通监控图像低流率低质量的要求和发生交通事件时转为人工查看高质量图像的要求。
同时本实用新型所述的摄像机将交通违章管理用的车辆黑名单、道路交通规则相关信息下载到本机存储单元如硬盘中，其数据通过网络与管理服务器同步或下载更新的方式，当网络访问速度慢或网络故障时可以在脱机的情况下继续有效工作。
请参阅图4，这是使用本实用新型具有交通监控专用功能的智能摄像机所构成的牌照识别的系统图。包括设在道路检测口的多个智能摄像机100、检测监控终端200、管理服务器300，该多个智能摄像机100、检测监控终端200、管理服务器300通过网络400链接。
本实用新型智能摄像的方法是现场图像通过智能摄像机的摄像镜头和传感器，经过模数转换和图像预处理电路，转换为符合要求的数字图像，存储到缓冲存储器中，数字信号处理单元从缓冲存储器中得到每幅数字图像，一方面经过对于感兴趣区域的寻找和计算分析处理，生成成像和补光控制策略，通过发送指令给成像/补光控制电路，完成摄像机成像参数(如快门、增益、模式选择等)的确定和补光装置的补光策略(如亮度、时间等)，直至得到满足条件的图像为止；另一方面，数字信号处理单元运行图像处理和模式识别算法，从视频图像序列中得到车辆牌照、车型、车速、车流量、车辆违章判断信息以及交通事件等有意义的信息，同时可以生成一定压缩比的视频流图像或者单幅图像，通过通讯控制单元实时发送出去或存储到存储单元中。
请参阅图5，本实用新型具有交通监控专用功能的智能摄像机中的成像/补光控制电路主要由一个单片机CI构成。该单片机可以完成整个模块的控制和对成像传感器(以下称CCD/CMOS传感器)成像效果的控制，并且完成对补光装置工作状态的控制。图中U1、U2、U3、U4是隔离光耦，用来进行信号隔离，以保护单片机内部电路，所有通讯和控制打光信号都通过光耦隔离后转为电流环信号输出。
CCD控制电路工作原理和流程为，主控单片机截取CCD控制电路的控制CCD成像效果的时钟信号(Xin，X1，X2，X3和CLK)，通过RXD脚获取从数字信号处理单元发来的控制电子快门的信号命令，主控单片机由此控制命令，按照设定的成像控制的算法，生成一个控制CCD/CMOS传感器传感器成像效果的时钟信号CLK，由(Xout，X1，X2，X3和CLK)5个脚输出给CCD/CMOS传感器，达到由数字信号处理单元通过串口命令控制摄像设备电子快门曝光时间的效果，控制流程完成后由TXD脚将控制信号和控制状态以串口数据的反馈给数字信号处理单元，以确认控制状态。
例如，数字信号处理单元由自适应算法，发给主控单片机一个图像变暗命令，这样主控单片机就将Xout信号延时一个时间段后输出，使得CCD图像曝光时间变短，成像效果变暗。数字信号处理单元由自适应算法，发给主控单片机一个图像变亮命令，这样主控单片机就将Xout信号提前一个时间段输出，便得CCD图像曝光时间变长，成像效果变亮。
同时由主控单片机接收控制单元发来的控制打光效果的命令，通过控制电子快门开启和打光时刻的时间相位关系来控制补光模块的补光效果，由单片机管脚Flash1、Flash2控制外部的补光装置的工作状态。这样就构成一个对于特写图像质量的闭环控制，使得特写图像无论在白天和黑夜都能一直保持在最适合于牌照的定位和识别，从而使系统能够在各种光线条件下达到很高的牌照识别率。
请参阅图6，这是成像/补光控制电路中的成像和补光控制原理流程图。模拟的视频图像输入到数字信号处理单元后，经过模数转换设备，进行图像预处理后变为符合要求的数字图像，根据要兴趣区域的图像特征，例如颜色特征、灰度特征和纹理特征等，在整幅图像中自动寻找兴趣区域的位置(例如车灯或者车牌等特征物的位置)，在确定的兴趣区域内，分析区域内图像的亮度和纹理等图像特征是否满足图像识别算法的处理要求，如果满足，则不需调节成像参数和补光效果，直接转入下一场视频图像再执行如上所述过程；否则，进行成像效果的控制，首先判断是否控制摄像机成像的参数已经调节到了最大值(例如快门已经调到最大)，如果没有，则调节成像参数，转入下一场视频图像再执行如上所述过程；否则说明依靠摄像机本身的功能参数不可能使图像满足要求，则启动补光装置，确定补光装置的光照亮度等参数，同时根据补光强度调节摄像机的成像参数，以达到最好的成像效果。
请参阅图7，这是本实用新型图像存储、输出原理流程图。通过摄像镜头(LENS)、CCD\CMOS传感器和模数转换设备，对符合处理要求的数字视频图像被实时存储到缓冲存储器，根据缓冲存储器的内存容量大小，系统保存用户设定的一段时间长度的视频图像，并按照先入先出的规则，以系统设定的步长自动刷新缓存区，即缓冲存储器内总是能够保存该段时间的视频图像数据供数字信号处理单元调用分析。数字信号处理单元根据用户设定的系统设置参数和交通规则信息，运行数字信号处理单元中加载的图像处理和模式识别算法(例如牌照识别和视频检测等)，实现识别车牌照、检测交通流参数、识别交通事件和交通状态等用户需要的功能；然后数字信号处理单元按照系统设定的图像质量要求对视频图像进行压缩编码处理，将压缩后的视频图像记录到缓冲存储器中，根据用户要求可以将视频图像数据保存到本机存储单元，否则将被缓冲存储器刷新删除，由通讯控制单元按照一定要求视频流率由通讯接口(以太网口、串口或USB接口等)输出，实现供相关用户监控视频图像的功能。整个过程中缓冲存储器是按照一定的步长实时刷新的。
摄像机对于交通事件、违章车辆和黑名单车辆的响应可以采用外部触发报警(例如人工发现交通事件报警)和内部视频触发报警(例如检测到黑名单车辆和判定为违章的车辆)多种方式。如果发生了报警事件，则可以将缓冲区内存储的事件前的视频图像存入到存储单元中，并且继续记录整个事件的过程，直到事件结束为止。
当网络传输中断时，可以设置自动存储可选视频流率和图像质量的文件到本摄像机中，当网络恢复时可远程下载；考虑到无线便携式和手持式设备的需求，摄像机具备外接有线电源、太阳能电源和可充电源三种模式，适合由供电设备和野外移动稽查脱离有线电源的情况，充电电源可持续一段时间连续工作，电源和通讯部分均采用现有技术实现，故不详细说明。
本实用新型主要针对智能交通视频监控领域，即可以作为牌照识别系统、视频检测系统和交通事件检测系统等产品应用，也可以供从事视频交通产品的研发部门做产品二次开发的软硬件平台使用。主要应用于交通管理系统、公安交通车辆稽查系统、电子警察和违章管理系统等，即可以作为监控固定场所的定点式交通管理、稽查设备使用，也可以作为便携式、手持式的交通管理、稽查设备使用。
权利要求1.一种具有交通监控专用功能的智能摄像机，包括机壳、设在机壳内适当部位的摄像镜头、设在机壳面板的各功能接口和各功能按钮、以及设在机壳内与各功能接口和各功能按钮电连接的成像控制电路；所述的成像控制电路包括成像电路、图像处理控制电路、补光装置、存储单元以及通讯控制单元；所述的成像电路包括传感器和驱动电路，所述的传感器用于接收摄像镜头摄入的图像并产生模拟信号输出到图像处理控制电路；其特征在于，所述的图像处理控制电路包括一模数转换/图像预处理电路、一成像/补光控制电路、一缓冲存储器、以及一数字信号处理单元，其中所述的模数转换/图像预处理电路的输入端与传感器的输出端连接，该模数转换/图像预处理电路的输出端与缓冲存储器的输入端连接；所述的成像/补光控制电路的输入端与驱动电路的输出端连接，其输出端分别与补光装置和传感器连接；所述的缓冲存储器与存储单元双向连接，该缓冲存储器的输入端分别与模数转换/图像预处理电路的输出端和控制单元的输出端连接；所述的数字信号处理单元分别与成像/补光控制电路及缓冲存储器双向连接，该数字信号处理单元的输出端并与通讯控制单元的输入端连接。
2.根据权利要求1所述的具有交通监控专用功能的智能摄像机，其特征在于，所述的成像/补光控制电路主要由一个单片机构成。
3.根据权利要求1所述的具有交通监控专用功能的智能摄像机，其特征在于，所述的补光装置由闪光灯或LED或者二者的组合构成。
4.根据权利要求1所述的具有交通监控专用功能的智能摄像机，其特征在于，所述的摄像机机壳面板上所设的功能接口包括或者包括通过扩展设备而具有的标准无线通讯接口、支持国际标准的通讯协议的接口、支持显示设备和通用输出设备的接口、以及支持标准输入设备的接口和相关协议的接口。
5.根据权利要求1所述的具有交通监控专用功能的智能摄像机，其特征在于，所述的摄像机机壳面板上所设的功能按钮包括电源按钮、快门按钮以及手动抓拍图像按钮。
专利摘要一种具有交通监控专用功能的智能摄像机，包括机壳、设在机壳内适当部位的镜头、各功能接口、按钮及成像控制电路；成像控制电路包括成像电路、图像处理控制电路、补光装置、存储单元以及通讯控制单元；其特点是，图像处理控制电路包括模数转换/图像预处理电路、成像/补光控制电路、缓冲存储器及数字信号处理单元。智能摄像方法包括将捕获的现场图像经模数转换为符合要求的数字图像存储到缓冲存储器中；数字信号处理单元从缓冲存储器中得到每幅数字图像，经过对于感兴趣区域的寻找和计算分析处理以及成像/补光控制，得到满足条件的图像输出。可作为牌照识别、视频检测和交通事件检测等产品应用，也可作为视频交通产品二次开发的软硬件平台使用。
文档编号H04N5/225GK2731864SQ20042003779
公开日2005年10月5日 申请日期2004年7月21日 优先权日2004年7月21日
发明者李月成, 宋焕生, 田维林 申请人:上海高德威智能交通系统有限公司