500万高清车辆及人脸特征卡口系统简析

    车辆及人员卡口监控系统(以下简称卡口监控系统)，依托路口、收费站、交通或治安检查站等卡口点，实现对通过该卡口的机动车和前排司乘人员进行拍摄、记录、处理的现场监控。

    卡口监控系统可自动识别过往车辆的号牌、颜色等特征，验证车辆的合法身份，自动核对黑名单库，自动报警;在抓拍的图片中前排驾乘人员的面部特征可清晰辨识，提取人脸特征图和人脸特征参数，实现对交通违法、肇事逃逸、刑事犯罪等嫌疑车辆及人员的监控与处置，是重要的非现场执法和监视系统。

    系统简介

    卡口监控系统对道路交通状况进行实时监测，对道路上的机动车进行检测、抓拍、识别(机动车车牌)、前排司乘人员人脸特征图/人脸特征参数的检测和提取;将抓拍图片、车牌识别结果上传控制中心，控制中心内的计算机接收前端设备的数据，将数据处理后存入数据库并进处理。

    系统采用500万高清视频检测方式对机动车道进行实时检测，当有机动车通过时，高清500万卡口一体机抓拍1~2张图片，高清卡口一体机对图片进行处理后，上传至控制中心。

    目前，高清车辆及人员智能监测记录系统采用了最新视频识别、DSP嵌入式系统的技术，可对机动车辆进行准确检测，输出车辆的高清图片以及车辆的相关信息，同时对车辆前排司乘人员进行人脸特征图片、人脸特征参数的分析和提取。对车辆采用高清视频抓拍方式，且将环境光照影响等各种干扰因素的影响最大程度地降低。

    系统采用基于IP的网络接口，易于与其它设备接口，可针对各种路况进行灵活配置。控制中心管理计算机系统与各路口设备的连接采用星形拓扑结构，每个路口均可以通过网络与控制中心系统直接连接，以传输车辆/人员信息和高清图片。大幅度提高车辆/人员捕获率和记录有效率，得到用户的广泛好评。

    系统架构

    高清车辆及人员智能监测记录系统由下列设备等构成：

    ·系统前端设备(高清500万卡口一体机、检测/抓拍补光灯、网络交换/传输设备);

    ·控制中心设备(网络交换/传输设备、服务器)。 

    系统功能

    高清车辆及人员智能监测记录系统分为：车辆检测/识别/记录、交通参数采集/违章取证、人脸特征图和人脸特征参数的检测和提取、补光、数据传输、控制中心计算机等子系统。

    车辆检测/识别

    基于视觉的车辆检测技术被越来越多地应用于智能交通管理系统，可靠的车辆检测技术是智能交通管理系统的重要部分。基于视觉的车辆检测是非常具有挑战性的，被检测的车辆具有不同的速度、形状、尺寸、角度和颜色，车辆的外观还要受到车辆的姿态以及它周围目标物的影响，同时车辆的遮挡和光照条件的不同也改变了车辆的整个外观;基于车辆特征的车辆检测，具有较好的适应性，能够适应不同的道路交通环境，能有效促进车辆检测系统提高检测率和降低误检率。

    车辆特征识别技术是对动态场景中移动目标的定位、识别和跟踪，是分析、判断目标特征和行为的一项高新技术;其关键是车辆特征的捕获和识别，这其中包括了车型识别、车牌识别、车牌颜色识别及车辆颜色识别等技术;其对车辆的特征的识别可以达到精确、准确、快速的要求。

    车辆特征是对车辆进行检测和识别最有效的元素，车辆号牌是车辆特征中具有唯一性的元素。通过对车辆号牌的识别和跟踪，可以有效地检测、识别、跟踪车辆。

    车辆特征检测将车辆和车辆号牌作为目标，针对视频流中通过的车辆进行响应，保证了对车辆的高抓拍率和车牌识别率。

    高清车辆及人员智能监测记录系统采用先进的计算机视频检测技术，对车辆行驶过程中的图像进行实时逐帧处理和识别，特别是独特的车辆特征跟踪和比对技术可以将有效信息充分利用起来，从而大大提高系统的识别精度。

    通过对车辆特征的视频检测，自动记录车辆的位置信息，分析车辆的运行轨迹和行驶状态，对设定位置的车辆进行抓拍。

    卡口功能

    机动车道上的高清卡口一体机对车道内的机动车进行实时视频检测，高清卡口一体机实时逐帧对图像进行分析处理，当有机动车进入检测区域时，高清卡口一体机抓拍1~2图片，抓拍补光灯同步闪亮;卡口一体机对图片进行处理，实现对车辆进行车牌识别等操作。在抓拍的图片中，车辆特征、车牌号码、前排驾乘人员的面部特征可清晰辨识。

    ·高清卡口一体机实时处理高清视频，自动对车辆进行抓拍及识别车辆号牌，并将识别结果、图片/信息等上传;

    ·在抓拍的机动车图片中，可清晰反映车辆特征(车辆外形、车身颜色、车辆号牌);昼夜均能有效克服车窗反光，在抓拍的图片中，前部驾乘人员的面部特征可清晰辨识;

    ·高清卡口一体机通过以太网将车辆号牌、图片、路段号、时间等信息发送给控制中心;控制中心计算机接收到数据和图片后，进行处理和保存;

    ·系统采用一体化的500万高清卡口一体机，完成高清图像采集、视频分析/检测、车牌识别等功能;符合GA/T497-2009《公路车辆智能监测记录系统通用技术标准》的要求，图片信息可清晰地反映地点、车道、行驶方向、时间、车牌号码、车辆类型、图片序号等信息;且可以根据客户需求进行相应修改，以满足各种不同的需求。

    交通参数采集/违章取证

    1、视频测速

    可快速检测实时通过车辆的行驶速度，原理如下。

    ·方式一：标定卡口一体机的垂直高度和与车道的水平位置，标定视野中的远端距离及近段距离，在平直的车道上即可实现视频测速。逐帧实时处理，可得出车辆行驶的精确轨迹以及记录车辆在所有参考点时间，通过计算分析，获取车辆的行使速度;

    ·方式二：通过比对实际场景中参照物的位置来标定图像中参照物的坐标及高度，将实际场景还原为3D场景，在三维空间内对车辆进行视频测速。对车辆信息实现逐帧实时处理，可以得出车辆行驶在摄像机视野范围内的精确轨迹，通过计算分析，获取车辆的行驶速度。

    2、交通参数采集

    实时采集车流量、平均时速、车头时距、道路占有率等交通参数，依据设定的时间间隔，将交通参数汇总后实时上传控制中心。可对车辆类型进行判断，在附加信息中输出车辆类型(大、中、小型)，且还可输出车辆具体尺寸(米)车长、车宽信息，方便用户查看或信息调用。

    3、车辆违章取证功能

    对高清图像中的车辆进行检测、锁定、跟踪，根据车辆运动轨迹与用户定义的车道标识线，判断车辆是否轧线、越线、逆行等违章行为，并区分车道分隔线、双黄线，对违章车辆进行抓拍，取得执法证据。

    人脸特征图检测和提取

    自动扫描(检测)抓拍的高清图像，使用高效的人脸检测算法，配合先进的目标融合、决策策略，实时定位出其中含人脸信息的区域坐标，实现智能化的实时人脸检测。

    通过组织大量的人脸、非人脸图像数据，应用先进的算法，训练获得最佳的人脸表述特征，并将大量的特征按照一定结构组织起来，形成特殊的人脸特征分类器。利用该特征分类器对从前端系统输入的图像进行全方位的人脸搜索，将图像中满足特征分类器筛选条件(与特征分类器的匹配度满足一定条件)的检测区域确定为人脸目标，完成人脸目标的定位。

    ·采用状态识别机理可减少复杂背景对识别系统的干扰;

    ·检测出左右旋转<15°，上下旋转<10°的人脸;

    ·处理速度快捷：对500万像素高清图像，检测时间小于300ms;

    ·拥有大于95%的正面人脸检测率;

    检测出来的人脸图像经过图像处理、模型调整定位、图像标准化等系列操作，最终通过对标准化图像进行特征提取，获得特定的便于机器识别、分类的人脸描述特征图。

    补光子系统

    车道设置检测补光灯和抓拍补光灯各1台。检测补光灯可在夜间等环境亮度较低的情况时，光控电路自动开启检测补光灯;对高清摄像机检测区域内进行补光，与CCD的曝光信号同步，使图像质量满足对车辆视频检测和车牌识别要求。检测补光灯使用大功率LED、具有恒压/恒流驱动电路和良好的散热结构和措施，使检测补光灯稳定及可靠的运行。而当卡口一体机检测到车辆并发出抓拍触发信号后，补光控制模块接收到该抓拍触发信号后发出触发脉冲至抓拍补光灯;抓拍补光灯闪亮，闪亮时间与高清卡口一体机闪光触发信号同步，高清卡口一体机同时抓拍1张图片，确保图片中机动车(含司乘人员面部)的特征和细节清晰可辨识。

    检测补光灯和抓拍补光灯的曝光同步电路，与高清卡口一体机的曝光保持同步，可以在昼间、夜间、车辆大灯开启等情况下，有效的对各种物体进行拍摄，使抓拍的图片可清晰辨识车辆外形特征及驾乘人员的面部特征，有效地进行车辆号牌的识别和物体的辨识。具有效率高、对驾驶员视觉干扰小等优点。

    数据传输

    可分为前端设备数据传输和控制中心数据传输。

    1、前端设备数据传输：

    ·高清卡口一体机←→LED抓拍补光灯/检测补光灯，数字信号-开光量传输;

    ·高清卡口一体机←→前端存储器，以太网数据传输;

    2、控制中心数据传输：

    ·高清卡口一体机←→控制中心，以太网数据传输。

    控制中心计算机系统

    1、控制中心系统构成和功能

    控制中心计算机系统由服务器、中心平台软件、网络交换设备等组成。接收前端设备的数据和图片，进行处理后存入数据库。提供按时间、地点、车牌号码等分类统计查询、按时间段比对查询等功能，以精确方式或者模糊方式检索查询车辆历史记录，并能以图形、图表方式显示、打印。接收前端设备传回的人脸特征参数/图，进行人脸特征参数提取并将人脸特征图、对应的特征向量存入数据库。控制中心软件基于模块化的架构，采用多模块的模式，对软件进行设计、开发。主要特点有以下几项。

    ·稳定性：对长期工作的业务系统，多模块化体系结构提供了更可靠的稳定性;

    ·易维护：由于软件模块化，当业务规则变化后，只需要修改相应模块既可，其他模块软件基本不做改动;

    ·系统扩展灵活：基于多模块化体系结构，当业务增大时，可以部署更多的应用服务器，提高对客户端的响应，而所有变化对客户端透明。

    2、车辆信息管理系统

    车辆信息数据管理系统是中心平台的开始数据模块，支持录入过往车辆数据并上传图片和视频、核对过往车辆数据、打印过往车辆单据、查询、统计并导出过往车辆数据。

    3、稽查布控管理系统

    稽查布控管理系统是中心平台的车辆查缉模块，支持录入、导入布控车辆数据、审核、撤销、结案处理并支持自定义布控设置。审核布控车辆的同时，通知数据交换总线发布相关布控车辆给前端工控机，工控机抓拍到布控车辆后上传报警，数据交换总线处理布控报警并通知实时报警系统，布控报警查询支持事后查询。

    4、实时报警管理系统

    该系统为C/S窗体应用程序，安装在需要对布控报警信息、违法报警信息实时处理的客户机上，当有违法信息、布控报警信息时，会根据系统对报警声音、报警图标等相关信息的配置进行报警，实现对报警信息进行实时报警。每个客户机可以单独设置报警声音、报警图标等配置信息。

    5、流量事件检测系统

    对每个路口进行流量统计，对每个路口的流量超过路口报警流量的数据进行统计分析。可以将所有路口和行驶方向进行自定义组合，将路口和方向组合方式进行过往车辆流量的统计。

    6、人脸特征参数处理/人像比对

    服务器可接收多台前端设备传回的人脸小图，进行人脸特征参数提取并将人脸小图、对应的特征向量入库。在标准配置条件下，单台服务器可达到：35人脸/秒的处理能力。

    检测出来的人脸图像，并经过图像预处理、模型调整定位、图像标准化等系列操作，最终通过对标准化图像进行特征提取，获得特定的便于机器识别、分类的人脸描述特征。

    ·图像处理：人脸定位，关键点定位，特征提取，特征矢量化等;

    ·特征提取：提取人脸特征并生成6.4K字节/人的特征文件;

    ·信息存储：保存每张人脸图像、特征文件以及位置、时间、通道信息。

    人脸比对服务器负责将已存入数据库的人脸数据信息与目标人脸图片加以比对，并获得最终比对结果。在标准配置条件下，比对速率200万次/秒。

    把当前处理模型特征与预设后台模型库中的个体特征作逐一比对，分别获得比对相似度得分，接着把得分数值按降序排序，最后保留相似度分值最高的一系列相关个体，并将此作为系统的输出结果。

    ·支持多种格式的人脸图像数据输入;

    ·人脸尺寸不小于80×100像素;

    ·实现数据库数据的批量导入，实现比对结果的批量输出;

    ·服务器为标准配置时，比对速度200万次/秒;

    ·匹配精度可根据需要设置;

    ·输出数据与输入数据相比，数量下降1.5个数量级时，准确率为98%。