多功能高清闯红灯自动监测记录系统一系统设计随着高清数字摄像机的迅速发展、工控机的处理能力越来越强，以及智能识别技术的成熟应用，使电子警察系统由原地感线圈检测+标清抓拍模式逐步向视频检测+高清抓拍模式发展，从而带动电子警察系统从功能到性能上的全面提升和产品的更新换代。
目前的电子警察系统已经由提供单一违法检测功能系统转变为提供全面的道路交通实时数据的复合功能系统；随着视频检测技术的发展，系统针对车辆目标能够提供车辆行驶轨迹远距离跟踪、车型识别、车身颜色识别、号牌识别、车速检测等越来越多的智能识别数据，同时检测精度越来越高、检测范围越来越大；系统利用高清数字摄像机，全面提升了记录图像的质量，从而为管理部门提供更多、更清晰、更为有效的取证信息和分析数据。
根据目前电子警察系统的发展情况，重点针电子警察系统要求和现场实际情况，我们提出全高清模式复合功能电子警察系统建设方案。
该方案的提出具有以下特点：1、本次系统为闯红灯智能监测记录系统，兼容其他公司的管理后台。
2、采用视频分析+高清图像抓拍+视频录像的高清模式；3、视频分析采用最先进的基于自适应模型学习的多目标跟踪算法；4、高清数字摄像机选用500万像素的高清CCD摄像机；5、选用防眩目的LED补光灯，作为夜晚辅助光源进行补光；二闯红灯违法抓拍系统2 电子警察抓拍系统组成结构2.1 系统前端示意图：分析视频判断是否闯红灯并给出抓拍信号该图中主要由高清CCD摄像机、补光灯、硬盘录像机、交通信号灯检测器和前端控制主机组成，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/结果、违章记录本地储存，相关信息网络上传等任务。
2.2 网络传输部分路口通讯管理单元负责提供路口抓拍单元与中心的通讯连接，路口通讯管理单元与控制中心计算机的通讯采用专用光缆实时回传违法数据。
本系统支持光纤实时传输，U盘本地下载及3G无线传输等多种传输数据传输形式。
3 电子警察系统工作原理3.1 系统工作原理高清闯红灯软件处理流程主要基于多目标跟踪原理的视频检测算法。
通过对高清摄像机输入信号的实时分析，从而实现对经过十字路口的机动车辆进行准确定位和跟踪。
基于多目标跟踪的视频车辆检测算法的主要原理为：通过在线自适应学习的背景模型和车辆模型在当前帧中搜索车辆目标，并对分割出的车辆目标提取相关特征，与前一帧中的车辆目标进行匹配，从而实现对同一车辆目标在前后帧中的轨迹跟踪，得到对车辆目标的检测。
其算法流程如下图所示：图3-1基于多目标跟踪的全景视频车辆检测算法流程图◆图像预处理：包括颜色空间变换、全场/半场图像转换、图像滤波去噪等；◆光照因子选择：利用背景模型对光照条件进行判断，选择自适应光照因子，通过光照因子来调节车辆模型适应不同光照条件；◆模型更新：通过模型更新达到在线自学习；◆车辆搜索：利用背景模型得到前景检测结果，并利用自适应车辆模型在前景图像上搜索可能的车辆位置；◆车辆分割：利用车辆搜索结果分割车辆目标，并提取特征；◆车辆匹配：利用车辆特征与前一帧中的车辆目标进行匹配；◆车辆轨迹跟踪：根据车辆匹配实现对同一车辆目标在前后帧中的准确跟踪，从而得到车辆目标的运动轨迹，实现对车辆目标的检测。
图3-2 基于多目标跟踪的全景视频车辆检测算法效果示意图图中蓝色矩形框为全景检测的范围，车辆外接矩形框为车辆目标在当前帧的位置，矩形框后的曲线为车辆目标的运动轨迹。
全景视频车辆检测算法具有以下优点：●可同时分析全景图像中多个车道多个车辆目标；●检测区域和范围可灵活设置；●检测不受车道限制，能够检测骑线、压线车辆；●可长距离准确跟踪车辆目标，得到车辆目标的运动轨迹。
在完成全景分析后，利用全景图像中提取出的车辆目标进行车型分析。
车型分析首先对车辆分割所得到的待分型车辆区域图像进行光照归一和车辆姿态纠偏的预处理；其次抽取对车型分类具有描述能力的图像特征，利用车辆分类模型对当前车辆所属类别进行打分；最后将车辆模型集合的多个得分进行归一化，得到最终的分类结果。
其算法的流程如下图所示：图3-3车型分析算法流程图系统软件在完成全景视频分析后，启动抓拍控制模块进行高清图像的抓拍和记录，并完成特写视频分析，重点实现号牌自动识别、车标识别。
在视频识别的基础上，软件对应完成违法行为分析记录、交通流量统计及拥堵报警，治安卡口记录和黑名单比对稽查报警、数据传输等相关功能。
软件功能逻辑图如下图所示：图3-5 闯红灯系统软件功能逻辑图3.2 高清抓拍效果图图3-6 闯红灯系统白天抓拍效果图图3-7 车牌区域放大效果图4 主要功能模块4.1 功能描述4.1.1 功能模块在红灯信号时，当车辆经过时，前端主机将会通过视频分析车辆运行轨迹，分析处理来判断是否有车辆通过，当检测到在红灯状态下有车辆通过时，会立即在本地保存反映该车辆违法信息的三张高清全景图片和一张高清车辆特写图片，并在前端硬盘录像机使用抓拍摄像机进行录像，指挥中心可通过网络访问前端录像，可方面进行查询或者下载至指挥中心。
4.1.2 违章记录图片防篡改模块闯红灯电子警察系统对各类路口违章和交通事件进行抓拍后，为了保证记录的准确性和真实性，按照国家标准GA/T496-2009的最新要求，加入了防篡改功能。
当中心管理系统接受到违章记录图片后，首先通过复杂的算法验证防篡改标识是否被修改。
对图像的任何变更都会引起防篡改标识的错误信息，只有通过认证的图片才能进入下一步的处理。
4.1.3 卡口功能在信号灯状态为红灯时，对通过停车线的车辆进行闯红灯违法记录，在信号灯状态为绿灯时，系统会自动转为卡口记录，自动记录通过该路口的车辆并自动存储在卡口文件夹中，并实时回传指挥中心服务器的数据库中。
4.1.4车道的检测抓拍图4-1 车道行车判定图如上图所示，右侧车道为右转直行混合车道，当信号灯状态显示为图上所示状态时，系统会持续分析车辆运行轨迹并做出判断，A 状态系统会判定为正常行驶并自动存储为卡口数据，B 状态系统会自动判定为闯红灯违法行为并存储在闯红灯文件夹中。
4.1.5 逆行车辆的检测图4-2 逆行违章检测图系统对高清摄像机视频持续分析，当有车辆如上图行驶，系统会自动判定为逆行违法行为并自动存储于逆行文件夹。
4.1.6 越线车辆的检测图4-3 压线抓拍效果图系统对高清摄像机视频持续分析，当有车辆越过或骑在黄线上行驶，系统会自动判定为越线并自动存储于越线文件夹。
4.1.7 计时误差校准各路口前端控制主机安装时间同步客户端，在指挥中心安装时间同步服务器端，系统运行过程中，各路口前端系统将与指挥中心服务器进行实时对时，可保证各路口时间与中心设备时间的一致性。
5 安装方式图像采集单元的安装高度为距地6米以上。
在选择立杆时，立杆与停止线的距离应参考以下标准：图5-1 立杆与停止线距离参考表在路口较宽（检测车道数>2车道）时，顶装方式和侧装方式的对比情况如下表所示：图5-2 顶装与侧装方式对比表系统安装时应根据路口情况选择合适的安装方式。
6 系统性能指标闯红灯电子警察系统能够自动识别车辆信息:车牌号码、车牌颜色、行驶方向、监控地点、监控时间等。
7主要设备：7.1监控系统主机研祥IPC-6808 8槽IPC机箱是为工厂和其他严峻的工业环境特别设计的。
IPC-6808 8槽壁挂IPC机箱是那些要求设计紧凑、坚固耐用的PC/AT兼容系统的系统集成商或用户的理想选择。
IPC-6808带一个8槽无源底板和一个270W的电源。
整个机箱仅9.5"宽，利用所提供的安装支架，可以很方便的在平板或墙面上安装。
◇提供8个全长卡空间◇提供一个3.5"HDD和一个3.5"FDD驱动器空间◇标准电源PS-270◇带空气滤网的风扇◇支持8槽ISA或PCI/ISA无源底板和Baby-AT母板◇尺寸：170(高)X242(宽)X395(深)mm◇配CPU core2 E7400FSC-1812 系列主板采用Intel 最新LGA775 微处理器，不仅支持新一代总线 PCI Express，同时也继续支持 PCI 2.3 总线。
FSC-1812系列前端系统总线最高可支持 1.06GHz, 再加上双通道 DDRII533/667/800 内存技术，使得系统吞吐量得到大大提高。
FSC-1812 系列主板的图形控制器采用了 Intel 第四代图形引擎，其图形核心工作频率高达 400MHz，图形性能比 915G 高出 30%～40%,并外加 Chrontel公司的 CH731T 芯片实现 SDVO 转 VGA,支持双显示功能。
南北桥之间使用了最新的 DMI 总线连接，其带宽高达 2GB/s（原 HUB Link 只有266MB/s），大大提高了 I/O 吞吐量，支持两个千兆以太网口。
7.2 工业级高清摄像机采用具有高分辨率的高清工业摄像机，作为前端图像捕捉监视设备，能够捕捉到清晰的图像，能保证系统无论在白天还是夜晚都能获取高质量的车道、车辆影像。
500万像素高清晰网络摄像机；传感器类型： 1/2.5"制式，单个CMOS传感器像素500万最大分辨率：2592*1936(可程序设置)感光度:100~800 ISO(自动)快门速度:1/25~1/2000 秒(可程序自动调整)【数据传输】协议:TCP、UDP、FTP、TFTP接口:RJ45，10M/100M自适应带宽:2~40Mbps【供电】电源:直流12V450mA功耗:4W【机械外观】规格:128*75*66mm镜头接口:CS重量:450g【环境】温度:0℃~55℃湿度:≤90% 无凝霜，无结露存储:-20℃~60℃【可编程性】自动曝光、自动增益控制自动白平衡电子图像翻转技术(镜像技术)分辨率、亮度、饱和度、锐度、伽马、JPEG格式质量可调支持8个子窗可预定义16种窗口尺寸窗口分辨率可将至32*32像素6个全触动输入端口可完成三级组合逻辑以及时序逻辑2路闪光灯(补光灯)控制闪光灯:距目标物7~12m，闪光指数18触动、定时以及联网命令多种触发拍照分辨率切换(窗口尺寸切换)≤200ms触动拍摄延时≤100ms连拍间隔≤250ms7.3 全景摄像机采用SONY 最新1/3〞ICX639高清高灵敏度传感器和HITACHI 14Bit工业级数字量化DSP处理方案，彩色540TVL，星光级照度0.00035Lux@F1.4。
摄像机和选定镜头精致搭配，镜头参数记忆于摄像机芯片上，通过RS485/OSD方便对摄像机参数调整。
可实现电子警察的全景和抓拍，车牌识别，车辆流量监控，道路，卡口的监控。
规格参数：8系统防雷等安全措施由于雷击有可能造成设备损坏、数据丢失。
我们系统的设计在防雷方面有专门的考虑，从系统的设计着手，以适当的设备配置，再加以完善的电源系统和市郊的地网，以及在适当的电源上加装泄雷措施来加以实现的。