智能交通系統(tǒng)中（ITS）是將先進(jìn)的信息技術(shù)、通訊技術(shù)、傳感技術(shù)、控制技術(shù)以及計算機技術(shù)等有效地集成運用于整個交通運輸管理體系，而建立起的一種在大范圍內(nèi)、全方位發(fā)揮作用的，實時、準(zhǔn)確、高效的綜合的運輸和管理系統(tǒng)。這其中，相機的應(yīng)用無處不在。作為ITS的“智慧之眼”，相機質(zhì)量與性能至關(guān)重要。

智能交通領(lǐng)域所需的感光芯片通常需要具備全局快門技術(shù)及高靈敏度，通常采用大像素，這樣即使在曝光時間很短的情況下也能清晰成像，因此符合高速成像的要求。

集成商和 OEM 可以遵循以下指南來為 ITS 找到合適的相機。

智能運輸系統(tǒng) （ITS） 可提高運輸?shù)陌踩院蜋C動性、提高生產(chǎn)力、促進(jìn)執(zhí)法并最終有助于創(chuàng)收。但是，在為 ITS 選擇相機時，如果不考慮惡劣環(huán)境和特定應(yīng)用的需求，就會使系統(tǒng)難以成功。此外，眾多的選擇也讓人很難知道應(yīng)該從何處著手。

相機在 ITS 技術(shù)中主要應(yīng)用于交通監(jiān)控、自動車牌識別（ALPR；在英國叫做自動號牌識別，簡稱 ANPR）、訪問控制、高承載車輛 （HOV） 的車道監(jiān)控、停車執(zhí)法、速度管控執(zhí)法和資產(chǎn)保護(hù)等應(yīng)用場景。根據(jù)不同的應(yīng)用場景，可能需要不同類型的相機和系統(tǒng)。所有設(shè)置都會帶來各種難題，例如相機設(shè)置需要較長的電纜，必須能夠承受惡劣環(huán)境，以及為了快速反饋而需要具有邊緣處理能力的嵌入式系統(tǒng)等。仔細(xì)考慮這些因素可以確保系統(tǒng)成功、降低擁有成本并且其運作可適應(yīng)未來的需求。本文介紹了一些常見的難題，以及應(yīng)對這些難題和成功實現(xiàn) ITS 的方法。

01

圖像質(zhì)量

在為 ITS 應(yīng)用程序研究相機時，所有計劃都必須從圖像質(zhì)量開始。對于 ANPR/ALPR 應(yīng)用場景，系統(tǒng)有兩個主要任務(wù)：識別相機的視場中是否有數(shù)字/車牌，然后解碼車牌。兩個任務(wù)都可能出錯。成功的 ANPR/ALPR 系統(tǒng)需要高質(zhì)量的圖像，以便軟件能夠執(zhí)行光學(xué)字符識別 （OCR） 和光學(xué)字符驗證 （OCV） 任務(wù)。系統(tǒng)設(shè)計者和集成商需要功能強大的相機。

圖像傳感器質(zhì)量差的相機無法生成高質(zhì)量的圖像，因此圖像傳感器一定是關(guān)鍵考慮因素之一。由于室外照明條件的變化，ITS 場景的亮度可能變化很大，而無論光照條件如何，相機都必須能夠捕獲圖像中最亮和最暗的部分并提供其數(shù)據(jù)和細(xì)節(jié)。對相機檢測高光強度、最大和最小光強度的能力的衡量稱為“動態(tài)范圍”；分貝值 （dB） 越高越好。Sony Pregius 和 Pregius S 系列等高品質(zhì)圖像傳感器采用全局快門 CMOS 圖像傳感器，可提供較高的動態(tài)范圍靈敏度，是各種 ITS 應(yīng)用的理想選擇。

Teledyne FLIR 的 Blackfly S 系列相機提供一系列基于 Sony Pregius 和 Pregius S 圖像傳感器的相機型號。這些相機從 160 萬像素到 2600 萬像素不等，適用于各種不同的 ITS 任務(wù)。例如，BFS-PGE-161S7C-C（彩色）和 BFS-PGE-161S7M-C（單色）相機配備 1610 萬像素的 Sony IMX542 Pregius S 傳感器，動態(tài)范圍 70.46 dB，飽和能力 9609 e-，在 470 nm（藍(lán)光）下測得的量子效率為 45.76%，525 nm（綠光）下為 52.26%，630 nm（紅光）下為 33.49％。在應(yīng)用場景不需要高分辨率相機的情況下購買這種相機會增加整個項目的成本，但如果考慮到未來的場景，這樣做就是合理的。例如，集成商和 OEM 制造商可以考慮未來的運營情況，為道路的擴展提前做好準(zhǔn)備，以避免以后更換低分辨率的相機。

02

捕捉顏色

顏色是另一個重要的質(zhì)量指標(biāo)。在 ANPR/ALPR 的情況下，黑白圖像用來顯示車牌，而彩色圖像則用來為具體的情況提供背景信息（交通燈、顏色編碼的道路交通標(biāo)志等）。在用車輛上安裝的相機來檢查是否存在車輛停放不當(dāng)?shù)那闆r下，顏色也很重要。例如，在西班牙，街道上的藍(lán)線表示駕駛員必須付費的停車位，而綠線則表示該停車位是留給附近居民的。嵌入式視覺系統(tǒng)可以自動檢查是否存在違規(guī)行為，但需要高質(zhì)量的色彩再現(xiàn)才能做到這一點。

圖像傳感器對光照有特定的響應(yīng)（量子效應(yīng)），而每一種光照條件（例如，日光）都有其自身的發(fā)射光譜，從而影響圖像捕捉時的顯示情況。量子效率決定了圖像傳感器將光子轉(zhuǎn)換為電子的能力，而這種效率會隨著波長的不同而變化。色彩收集工具將每個顏色通道與其他通道之間的相互作用考慮在內(nèi)，并獨立設(shè)置每個顏色通道的幅值。顏色校正矩陣測量并補償這些相互作用，以更準(zhǔn)確地再現(xiàn)特定對象的真實顏色。這在細(xì)微的顏色差異就會對結(jié)果的準(zhǔn)確性和可靠性產(chǎn)生負(fù)面影響的應(yīng)用場景中尤其重要。

相機和視覺系統(tǒng)有時在處理反射和反射面（如玻璃）的眩光時可能會遇到困難。例如，如果 ITS 在進(jìn)行 HOV 車道監(jiān)控時想要觀察一輛車的內(nèi)部情況，而太陽光的反射和眩光可能導(dǎo)致相機無法捕捉車內(nèi)的圖像。Teledyne FLIR 提供兩個基于 500 萬像素 Sony IMX250MZR 單色偏振傳感器的相機（一個 GigE 相機，一個 USB 相機），以及一個基于 500 萬像素 Sony IMX250MYR RGB 偏振傳感器的相機（USB3 相機）。

圖 2：偏振相機即使在可能存在眩光或反射的困難情況下也能捕捉汽車內(nèi)部的圖像。

03

硬件專家

ITS 行業(yè)中的有些集成商和 OEM 可能在軟件而非硬件方面擁有更多專業(yè)知識。選擇、測試和優(yōu)化硬件是一項挑戰(zhàn)，但有經(jīng)驗的相機供應(yīng)商可以提供項目技術(shù)咨詢并在相機的選擇和設(shè)置方面提供幫助。對于并非由供應(yīng)商提供的附件和服務(wù)，包括鏡頭、線路、外殼和軟件開發(fā)，還應(yīng)推薦值得信賴的合作伙伴。

OEM 和集成商還需要在設(shè)計和開發(fā)階段提供支持，并在系統(tǒng)設(shè)置和軟件咨詢方面提供幫助。用戶應(yīng)選擇那些通過系統(tǒng)工程師和支持團(tuán)隊相結(jié)合的方式提供這些服務(wù)，并且經(jīng)常打電話確認(rèn)的相機公司。在選擇硬件提供商之前，最終用戶還應(yīng)就系統(tǒng)支持，以及提供商處理客戶關(guān)系的方式提問。

04

SWaP-C 和性能

SWaP-C 是研發(fā)和軍事應(yīng)用領(lǐng)域的常用術(shù)語，它代表“尺寸、重量、功率和成本”。所有應(yīng)用類型都需要 SWaP-C 最佳的設(shè)備、系統(tǒng)和程序。ITS 應(yīng)用也不例外。近年來，低成本的板級 ITS 相機已逐漸普及。但性能縮水的相機并不能滿足要求。這些相機必須在 SWaP-C 和性能之間取得平衡。Teledyne FLIR 取得這種平衡的一種方式是保證其所有板級相機的功能集與盒裝版相機相同。

圖 3：盡管采用緊湊型設(shè)計，Teledyne FLIR 板級相機提供的功能集與盒裝相機相同。

ITS 的一個趨勢是部署高分辨率相機，以覆蓋公路上的多個車道。例如，以前使用配備低分辨率圖像傳感器的板級相機的集成商可能會希望將 130 萬像素的相機升級為 890 萬像素，或 1200 萬像素的相機。但如果新相機與之前型號的相機外形不同，集成商就要進(jìn)行重新設(shè)計和重新認(rèn)證。Teledyne FLIR 為不同分辨率的板級相機采用相同的外形規(guī)格，因此，集成商可以更容易地升級系統(tǒng)。

05

嵌入式轉(zhuǎn)變

和機器視覺市場一樣，ITS 已經(jīng)開始向采用低功耗、小型化設(shè)計、具有邊緣計算功能的嵌入式系統(tǒng)轉(zhuǎn)變。一提到 ITS 中的嵌入式系統(tǒng)，首先想到的應(yīng)用場景可能是車載系統(tǒng)，但嵌入式系統(tǒng)幾乎可以適應(yīng)任何 ITS 或智能城市應(yīng)用場景。

集成商應(yīng)對一些流行的嵌入式硬件選擇進(jìn)行適用性評估。例如，相機能否與 NVIDIA 的 Jetson TX2 或 Xavier 嵌入式模塊配合使用？許多 ITS 應(yīng)用場景涉及復(fù)雜的算法，需要一個能夠處理這些算法的系統(tǒng)。

為此，Teledyne FLIR 推出了適用于 TX2 的 Quartet 載板。它專為 ITS 應(yīng)用場景而定制，允許客戶直接將四個板級 USB3 相機連接到 TX2，無需集線器或轉(zhuǎn)換器。采用同軸線纜供電的電路板中每個連接器都有自己的總線，因此不需要與其他連接共享帶寬。例如，利用 Quartet，集成商可以同時部署用于總體背景的高分辨率彩色相機、用于 ANPR/ALPR 的單色相機，以及偏振相機，以觀察擋風(fēng)玻璃后的情況，所有這一切都可以通過單一連接的一套系統(tǒng)實現(xiàn)。

圖4：Quartet 載板專為 Jetson TX2 而設(shè)計，可在空間受限的應(yīng)用場景下連接四個相機。

06

堅固耐用、可靠

ITS 應(yīng)用場景下采用的相機必須能夠在物理方面滿足處理任務(wù)的要求。例如，對于車載應(yīng)用，集成商必須考慮相機在極端溫度下運行的能力。雖然許多相機集成在保護(hù)性外殼中，以承受風(fēng)雨天氣的影響，但相機仍需具備在高溫（超過 50 攝氏度）下工作的能力；Teledyne FLIR 確保其所有型號的相機都成功通過 HALT 試驗（高加速壽命試驗），保證相機在 -30 到 80 攝氏度之間不會發(fā)生故障。

在選擇相機時，集成商還必須考慮沖擊和振動。相機必須符合沖擊和振動的行業(yè)規(guī)范，以確保圖像質(zhì)量和系統(tǒng)的長期可靠性。在購買相機時，集成商應(yīng)研究其所接受的測試類型。Teledyne FLIR 相機的振動測試是有公開記錄的。

一般而言，ITS 相機必須有極高的可靠性。借用體育界的一句老話，“最重要的能力是能上場”。相機必須能夠長時間執(zhí)行所需的任務(wù)，而不會發(fā)生故障或損壞，并且無需更換。所有 ITS 集成商都知道在已經(jīng)部署的系統(tǒng)中更換相機的成本和麻煩。集成商可以通過選擇經(jīng)驗證可在 ITS 環(huán)境中連續(xù)運行多年的高品質(zhì)相機來避免這種不便和尷尬。

07

時間戳和 GPS 數(shù)據(jù)

GigE Vision 相機之所以在 ITS 應(yīng)用中很受歡迎，原因有很多，其中就包括支持超長的電纜。另一個原因知道的人略少一些，那就是其能夠支持 IEEE 1588 精確時間協(xié)議 （PTP）。支持 IEEE 1588 PTP 的相機可在曝光的時間點準(zhǔn)確地為圖像加蓋時間戳。此外，該標(biāo)準(zhǔn)還提供了一些高級功能，例如允許多個相機根據(jù)基于時間的內(nèi)部命令來進(jìn)行圖像的同步采集，而無需外部觸發(fā)。

圖5：路徑延遲經(jīng)計算可納入同步設(shè)備時鐘過程中。主設(shè)備將兩個信號發(fā)送到位于 （1） 和 （2） 的從動裝置。然后輔助設(shè)備將信號發(fā)回 （3），計算路徑延遲并用于同步時鐘 （4）。

該標(biāo)準(zhǔn)很重要，因為它可以實現(xiàn)與外部硬件同步，并將 GPS 數(shù)據(jù)嵌入到圖像流。例如，準(zhǔn)確檢測出違反限速（無雷達(dá)）的車輛。兩個不同時間點的時間戳可以幫助確定車速是否超出速度限制，而兩個時間點的精確圖像時間也可以簡化高精度速度分析的過程。

時間戳對基于門架的自動收費執(zhí)行也很重要。時間戳不準(zhǔn)就不會生成整車圖像；時間戳必須同步才能執(zhí)行收費。在系統(tǒng)設(shè)計方面，購買前必須考慮時間戳的需要。

系統(tǒng)的成功實現(xiàn)

目前市場上的一些相機不可避免地會出現(xiàn)故障，令人頭痛，更不用提損失的時間、資金、聲譽和公眾信任了。請記住，在評估相機時一定要考慮圖像質(zhì)量、硬件靈活性、嵌入功能、物理設(shè)計和可靠性，以及時間戳和 GPS 數(shù)據(jù)的重要性。只要考慮了這些因素，集成商就為整個系統(tǒng)的成功奠定了基礎(chǔ)。

Teledyne FLIR 提供一系列堅固耐用的緊湊型工業(yè)相機，能夠可靠地部署到各種 ITS 項目中，可以滿足從低分辨率 （130 萬像素）一直到針對多車道覆蓋的高分辨率（2000 萬像素以上）的各種需求。立即聯(lián)系我們，了解我們的相機如何改變您的 ITS 應(yīng)用，無論是現(xiàn)成產(chǎn)品，還是根據(jù)您的特定需求提供定制產(chǎn)品。

圖 6：Teledyne FLIR 的 Blackfly S 等相機采用 Sony 最新的 Pregius 和 Pregius S 系列 CMOS 圖像傳感器技術(shù)。

審核編輯 ：李倩