電子卡口的基本原理
雖然目前電子卡口出現(xiàn)了多種形式，但究其基本原理可概括為：
車輛檢測
車輛檢測功能主要提供車輛到達（觸發(fā)）信號以及車輛速度、車型等信息。目前在實際工程中大量使用的車輛檢測方式有線圈、視頻、雷達、激光，從安裝方式、檢測精度、穩(wěn)定性、可維護性和性價比等方面考慮，每種檢測方式都有自己的特點和不足，因此國際上已經(jīng)有將多種類檢測器的技術(shù)組合起來作為主要的發(fā)展方向。從系統(tǒng)整體的角度取長補短來解決單一檢測方式遇到的問題，國內(nèi)目前也已經(jīng)有公司采用線圈檢測器與視頻檢測組合，相互驗證和故障代替的組合處理方式，達到了很好的效果。
成像與補光控制
由于智能卡口需要實現(xiàn)全天候?qū)Ω咚傩旭偟能囕v進行清晰抓拍和智能識別，因此單純依靠攝像機的自動調(diào)節(jié)成像是難以滿足要求的，而普通攝像機的背光補償和超低照度在實際野外高速運動成像條件下的作用往往與車牌識別要求差距甚遠，實踐證明采用智能反饋成像控制和補光技術(shù)，再加上后期軟件圖像處理便可以達到相對理想的效果，但這要求設(shè)備廠家具備二次開發(fā)攝像機和配套補光燈的技術(shù)能力，國內(nèi)能夠真正達到技術(shù)要求的寥寥無幾。\r\n遠景視頻攝像機一般要求有恒定照明燈作為補光即可。
圖像識別與處理
1）人眼識別\r\n以目前人工智能的水平，對于抓拍圖像中的元素（車牌、車標、人臉等），如果人眼尚無法分辨，則自動識別的效果無從談起。\r\n2）自動識別\r\n對于抓拍圖像的自動識別主要包括車牌識別、車型識別以及進一步人臉識別等.目前應用比較成熟的是車牌識別，其識別準確率和設(shè)備穩(wěn)定性已經(jīng)基本能夠滿足公安系統(tǒng)的業(yè)務(wù)要求。\r\n人臉識別作為一個技術(shù)熱點，實際上在銀行等室內(nèi)環(huán)境下已經(jīng)得到了大量應用，但對于卡口這種野外環(huán)境而言，首先要解決的是全天候清晰成像的問題。
判斷與比對
同樣,自動比對與人工判斷比對一般要求實現(xiàn)根據(jù)監(jiān)測點速度限制進行超速判斷，以及根據(jù)車牌照與稽查黑名單、布控車輛進行自動比對。將來在成像系統(tǒng)達到要求的前提下，發(fā)展為前排司乘人員的人臉識別與自動比對。
通信
隨著通訊行業(yè)的迅速發(fā)展，適用于卡口寬帶數(shù)據(jù)（包括遠景視頻圖像）傳輸要求的組網(wǎng)方式有了多種選擇，但目前組網(wǎng)仍以光纖網(wǎng)絡(luò)和窄帶的無線網(wǎng)絡(luò)較為普遍。隨著第三代移動通信技術(shù)的成熟。寬帶無線網(wǎng)絡(luò)與光纖網(wǎng)絡(luò)結(jié)合使用，將是必然趨勢。
存儲
鑒于公安網(wǎng)絡(luò)對于數(shù)據(jù)安全要求的特殊性，數(shù)據(jù)庫一般都與外網(wǎng)嚴格隔離，并且數(shù)據(jù)庫服務(wù)器的配置要充分考慮冗余性和災難恢復機制，做好數(shù)據(jù)備份工作。
交通卡口的應用
系統(tǒng)結(jié)構(gòu)
控制主機設(shè)置于遠端室內(nèi)，整個系統(tǒng)分為七個模塊，該系統(tǒng)的大致工作流程如下：\r\n1、車輛檢測模塊檢測到車輛通過，就輸出觸發(fā)信號給車速檢測模塊和成像與控制模塊；\r\n2、車速測量模塊計算出車輛行駛速度，通過光端機傳輸給室內(nèi)控制主機；\r\n3、抓拍與識別模塊處理視頻信號，通過視頻檢測方式從中檢測車輛是否到達并與線圈檢測器觸發(fā)信號進行驗證，然后根據(jù)觸發(fā)信號采集車輛圖像（牌照識別和視頻測速所需的圖像），識別車輛牌照信息，將識別結(jié)果饋送給控制主機，并發(fā)送控制指令給成像與控制模塊；同時根據(jù)線圈測速結(jié)果判斷車輛是否超速，如果超速，再通過視頻測速軟件對該車速進行驗證，并將驗證的車速結(jié)果發(fā)送給控制主機。\r\n4、車輛信息管理模塊接收圖片、牌照識別結(jié)果、車速、工作狀態(tài)等信息，進行判斷、存儲等工作。\r\n5、通信模塊將處理過的車輛信息（時間、地點、圖片、牌照、車速、報警信息等）通過適當手段傳輸?shù)街付ǖ攸c。
主要功能需求
主要提供車輛及車輛行駛的信息，其主要功能包括：\r\n* 實時采集車輛圖像、識別車輛信息包括車牌、車型、車速、流量；\r\n* 現(xiàn)場數(shù)據(jù)存儲和上傳，包括車輛圖像，卡口名稱，地點，時間，車牌號和車牌顏色等； \r\n* 根據(jù)速度限制對超速車輛的記錄和處罰功能；\r\n* 黑名單車輛和布控車輛的實時比對、報警功能；\r\n* 多個卡口實現(xiàn)路段超速處罰和旅行時間檢測功能；\r\n* 逆行、違章變道車輛的檢測和處罰；\r\n* 車輛行駛路徑標記；\r\n* 收費稽查。
治安卡口的應用
交通卡口與治安卡口的區(qū)別
* 交通卡口主要測流量、車速；識別車牌照、車輛類型；與違法車輛庫進行比對；以JPEG圖像照片為主，前端識別、比對；超速等違法車輛照片上傳，其余照片本地存儲，遠端調(diào)用。
* 治安卡口除具有交通卡口的功能外，還需對前排司乘人員頭像進行拍照攝錄，以JPEG圖像照片為主，以MPEG流媒體文件為輔；所有圖像照片均需上傳，中心后端識別、比對，當與違法車輛庫比對中的，自動轉(zhuǎn)發(fā)報警至110中心。全景攝像機的視頻流圖像還可作為日常動態(tài)監(jiān)視用。
多功能智能型卡口系統(tǒng)的功能、技術(shù)分析
多功能智能型卡口是指在交通卡口的基礎(chǔ)上，同時實現(xiàn)治安卡口的功能，下面針對其中的關(guān)鍵技術(shù)進行分析：
輔助燈光的調(diào)整與改進
如前所述，卡口設(shè)備采用輔助燈光的目的是得到清晰的車牌圖片、前排司乘人員圖片和動態(tài)視頻圖像。\r\n補光燈的特點和分類\r\n<0>補光燈按發(fā)光器件進行分類如下表：
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\r\n\r\n \r\n在卡口系統(tǒng)中的補光設(shè)備主要包括以下幾種：
目前應用比較多的補光方式為可見光鹵素閃光燈，其成像效果已經(jīng)得到了很好的驗證，但對于高速行駛車輛的駕駛員而言，如果將瞬間大功率強光直接打在臉上，勢必會造成安全隱患，這也是為什么現(xiàn)有的閃光燈均以較大角度（60度左右）將光線不直接打向人臉的原因之一。
為解決這個問題，市場上出現(xiàn)了紅外閃光燈（需有配套的紅外攝像機、紅外鏡頭和紅外防護罩玻璃），其具有隱蔽性好和對于駕駛?cè)藛T無影響的優(yōu)點，但紅外成像抓拍的是黑白圖像，無法分辨車牌顏色（不符合行業(yè)標準[2]），并且由于目前越來越多的車輛安裝了防暴膜，很多防暴膜在增加安全性的同時也阻擋紅外光的進入，因此紅外補光對于車內(nèi)前排司乘人員的成像效果尚需進一步驗證。\r\n大功率恒定光源在實踐中也有所應用，但效果一般，且對司機有直接影響，浪費電能也不符合國家節(jié)能要求。
目前LED作為新一代的照明光源已經(jīng)開始進入家庭，對于車牌識別而言，高頻脈沖LED已經(jīng)得到成功應用，但其還是利用了車牌的反光特性，對于看清車內(nèi)司乘人員特征難有貢獻。而LED閃光燈的出現(xiàn)，綜合了低功耗，柔性光和瞬間功率大的特點，目前已經(jīng)在手機攝像方面得到廣泛使用，但其有效距離較短（小于5米），對于大功率長距離的產(chǎn)品還未見到有實際應用。\r\n根據(jù)目前的技術(shù)發(fā)展情況，采用可見光鹵素閃光燈是現(xiàn)實可行的方案，但應注意盡量在停車或者限制在低速行駛條件下使用。
攝像機成像控制策略的調(diào)整與改進
攝像機調(diào)節(jié)成像，一般從四個角度來考慮，即光圈、鏡頭、電子快門和攝像機內(nèi)部成像處理。
調(diào)節(jié)光圈與調(diào)整快門值能夠得到類似的成像效果，通用的做法是將光圈大小設(shè)置為一定值，主要通過程序調(diào)節(jié)電子快門的方法控制成像，但普通的攝像機由于電子快門的檔數(shù)較少（一般不超過20檔），且最快的快門速度不過幾萬分之一秒，尚不能滿足任何條件下實現(xiàn)清晰成像，并且通常沒有與補光燈同步的功能，因此需要采用對于攝像機的二次開發(fā)技術(shù)，增加快門的可控范圍（100檔以上，五十萬分之一秒），并直接由攝像機控制補光燈同步補光的技術(shù)。目前國內(nèi)已有廠家實現(xiàn)了對某些品牌攝像機的二次開發(fā)，取得了較好的應用效果。
縱觀國外攝像機廠家近年的技術(shù)趨勢，在攝像機內(nèi)部進行成像控制、多幅圖像合成和后期處理是研究的重點，以達到在一幅圖像中既能看清強光部分也能看清偏暗的部分（類似于一幅圖像的不同部分采用不同的快門和增益策略所得到的效果），應該說，對于多功能智能卡口的需求而言，這是非常值得研究的技術(shù)方向。
在鏡頭方面，主要考慮紅外攝像機白天與夜晚的聚焦問題，利用濾鏡（鍍膜）解決鏡面反射和色彩還原問題，當然，考慮這些問題的時候要和補光燈的設(shè)置角度和特點結(jié)合起來。\
攝像機分辨率
采用通用攝像機抓拍圖像的分辨率為768*576（37萬像素，長寬比4：3），由于車牌識別技術(shù)對于圖像中車牌的分辨率長度方向要達到140個像素較佳，因此對于大車而言，想利用一個普通攝像機同時抓拍到足夠大的車牌照和前排司乘人員面部特征是不可能的，于是采用高分辨率攝像機（百萬像素以上）成為當前研究的熱點。但目前產(chǎn)品價格過高、高分辨率圖像的遠距離實時傳輸和存儲等問題也需要進一步解決。
圖像上傳
由于目前光纖通信產(chǎn)品的技術(shù)已經(jīng)成熟穩(wěn)定，因此多功能智能型卡口都將攝像機（遠景、特寫）的模擬視頻圖像通過光端機的視頻接口集中傳輸?shù)奖O(jiān)控中心進行圖像識別和處理，現(xiàn)場控制和觸發(fā)信號也通過光端機的數(shù)據(jù)接口進行傳輸。這種完全集中模式的優(yōu)點在于：\r\n* 現(xiàn)場設(shè)備（攝像機、光端機、車檢器）均為成熟產(chǎn)品，而工控機等不適合野外工作的設(shè)備被放在指揮中心機房，能夠保證整個系統(tǒng)有較高的穩(wěn)定性； \r\n* 升級維護、調(diào)試方便，處理單元集中在指揮中心，避免分散在各檢測點，免除了現(xiàn)場維護、調(diào)試的不方便； \r\n* 在指揮中心的局域網(wǎng)內(nèi)，完成各檢測點圖片和數(shù)據(jù)的上傳，真正保證了網(wǎng)絡(luò)安全（現(xiàn)場沒有網(wǎng)絡(luò)接口），最大程度地避免了網(wǎng)絡(luò)故障發(fā)生的可能性。
數(shù)據(jù)庫比對
無論是車牌識別還是人臉識別，最終的目的在于能夠自動對車輛性質(zhì)進行判斷（超速、黑名單）或?qū)崿F(xiàn)車輛布控功能，為做到實時性的比對，要求對車牌比對算法進行優(yōu)化設(shè)計，要做到每秒100條識別記錄和30萬輛布控車牌的比對，并且具有能夠支持模糊比對和任意位比對的功能。
比對成功后要求實時報警，包含治安報警和交通報警、查控報警、臨時報警。報警頁面分開，不能相互干擾。對于盜搶機動車和突發(fā)治安案件嫌疑車輛等引起的報警通過治安報警顯示；而對交通肇事逃逸機動車、報廢車、未年檢車等由交通原因引起的報警通過交通報警界面報警。同時將報警信息發(fā)送給相關(guān)部門（如治安報警信息發(fā)送給110，交通報警信息發(fā)送給管轄大隊、中隊等），報警信息顯示記錄應包括車牌圖片，報警記錄信息，識別信息，出現(xiàn)的地點，行駛方向軌跡，核實信息。
結(jié)語
本文通過對公安領(lǐng)域交通卡口與治安卡口的功能需求與技術(shù)現(xiàn)狀進行分析，提出了結(jié)合二者功能需求的多功能智能型卡口系統(tǒng)的業(yè)務(wù)需求與技術(shù)難點，應該說主要是個提出問題和分析問題的過程，至于真正解決問題，還有待在相關(guān)產(chǎn)業(yè)技術(shù)進一步發(fā)展的基礎(chǔ)上，由用戶、集成商和設(shè)備廠家的共同努力來加以實現(xiàn)。
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