隨著光電技術(shù)、微計算機(jī)與微電子等高新技術(shù)的發(fā)展，光電圖像測量技術(shù)獲得了迅速的發(fā)展，并且在軍事、公安與國民經(jīng)濟(jì)各領(lǐng)域獲得了越來越多的應(yīng)用。所謂光電圖像測量技術(shù)，即視頻圖像測量技術(shù)，也可簡稱為視頻檢測技術(shù)，即建立在計算機(jī)視覺基礎(chǔ)上的一門高新檢測技術(shù)。

　　光電圖像測量技術(shù)，與計算機(jī)視覺研究的視覺模式識別、視覺理解等內(nèi)容不同，它重點研究的是物體的幾何尺寸及物體的位置測量，如轎車車身三維尺寸的測量、模具等三維面形的快速測量、大型工件同軸度測量以及共面性測量等。光電圖像測量技術(shù)，可以廣泛應(yīng)用于在線測量、逆向工程等主動、實時測量過程等。這種技術(shù)在國外發(fā)展很快，早在20世紀(jì)80年代，美國國家標(biāo)準(zhǔn)局就曾預(yù)計未來90%的檢測任務(wù)將由光電圖像測量技術(shù)來完成。因此，僅在80年代，美國就有100多家公司躋身于光電圖像測量技術(shù)的經(jīng)營市場，尤其高性能的固體攝像機(jī)及高速大容量的微型計算機(jī)的面世與發(fā)展，使得這一技術(shù)成為世界各國學(xué)者研究的熱點，并大有代替其它檢測技術(shù)之勢。

　　下面就簡介一下光電圖像測量技術(shù)的系統(tǒng)組成、工作原理、特點、在智能交通與平安城市安防監(jiān)控中的智能應(yīng)用等。

　　光電圖像測量系統(tǒng)的組成與工作原理

　　一個典型的光電圖像測量系統(tǒng)的組成與工作原理框圖如圖1所示。

圖1  光電圖像測量系統(tǒng)的組成與工作原理框圖

　　由圖1可知，一個典型的光電圖像測量系統(tǒng)由固體攝像機(jī)、A/D圖像采集卡、微型計算機(jī)、D/A轉(zhuǎn)換及輸出機(jī)構(gòu)等組成。固體攝像機(jī)攝取測量目標(biāo)的光學(xué)圖像，并轉(zhuǎn)換成電荷圖像信號輸出，A/D圖像采集卡采集這幅模擬圖像并轉(zhuǎn)換成二進(jìn)制數(shù)字圖像送入微型計算機(jī)中進(jìn)行處理、分析與運算，再經(jīng)D/A轉(zhuǎn)換成模擬量的測量結(jié)果，輸出顯示打印，或驅(qū)動其它執(zhí)行機(jī)構(gòu)位移等。

　　光電圖像測量系統(tǒng)的工作原理是，首先采用固體攝像機(jī)(一般模擬式多用CCD攝像機(jī);數(shù)字式多用CMOS攝像機(jī))將欲檢測的目標(biāo)圖像攝取，并傳送給專用的圖像處理系統(tǒng)，根據(jù)像素分布和亮度、顏色等信息，轉(zhuǎn)變成數(shù)字化信號。圖像系統(tǒng)對這些信號進(jìn)行各種運算來抽取目標(biāo)的特征，如：面積、長度、數(shù)量、位置等。最后，根據(jù)預(yù)設(shè)的容許度和其它條件輸出結(jié)果，如：尺寸、角度、偏移量、個數(shù)、合格/不合格、有/無等。上位機(jī)(如PC和PLC)實時獲得測量結(jié)果后，指揮運動系統(tǒng)或I/O系統(tǒng)執(zhí)行相應(yīng)的控制動作(如定位和分類)。

　　光電圖像測量系統(tǒng)的輸出并非圖像視頻信號，而是經(jīng)過運算處理之后的測量結(jié)果(如尺寸數(shù)據(jù)等)。通常，光電圖像測量系統(tǒng)的測量就是用機(jī)器代替肉眼來做測量和判斷。 [nextpage]

　　光電圖像測量技術(shù)的特點

　　由于光電圖像測量技術(shù)主要是靠相當(dāng)于人眼的固體攝像機(jī)，以及相當(dāng)于人的大腦的計算機(jī)視覺基礎(chǔ)上的一門新興測量技術(shù)，因此它有著比其它任何測量技術(shù)都要好的特點：

　　1、它是一種非接觸的測量技術(shù)

　　光電圖像測量技術(shù)主要是靠相當(dāng)于人眼的固體攝像機(jī)進(jìn)行圖像的攝取，并輸入到相當(dāng)于人的大腦的計算機(jī)去分析與處理而進(jìn)行檢測的。因此，它不需要去接觸測量目標(biāo)，也不需要人的配合，是一種非接觸的測量技術(shù)。

　　2、所測的圖像信息豐富、直觀可視

　　光電圖像測量技術(shù)中的固體攝像機(jī)所攝取的是視頻圖像，其灰度與顏色層次感強(qiáng)，信息量豐富，非常直觀可視，這是其它測量技術(shù)難以辦到的。

　　3、圖像測量快速而實時

　　光電圖像測量技術(shù)中的固體攝像機(jī)所攝取的視頻圖像，是快速而實時的，其圖像的分析與處理也是快速而實時的。如智能交通中對過往車輛的視頻檢測。

　　4、圖像測量方便智能化，便于增加新功能

　　光電圖像測量技術(shù)所測量的是視頻圖像，其資源非常豐富，并且有靜態(tài)和動態(tài)的目標(biāo)可供檢測，因而非常方便智能化，便于增加新功能。如智能交通中的視頻車輛檢測器，不僅用來檢測車輛的類型、車速、車流量、道路占有率等交通參數(shù)，而且還可開發(fā)檢測車輛有異常行為的報警等智能化功能，如超速、違規(guī)、逆行、非法仃車、沖出人實施掄劫、綁架等。

　　5、圖像測量精度高

　　光電圖像測量技術(shù)可對所測量的視頻圖像目標(biāo)實施圖像邊緣增強(qiáng)、傾斜校正、放大等圖像的處理，因而其測量精度高。如視頻車輛檢測器的測量精度就是眾多車輛檢測器中較高的。

　　6、系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡單、成本低

　　一般，一個典型的光電圖像測量系統(tǒng)，主要硬件部件就只有固體攝像機(jī)與計算機(jī)，系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)組成相對簡單，因而其成本也相對較低。

　　7、可一機(jī)多用、使用效率高

　　由于光電圖像測量技術(shù)所測量的是視頻圖像，其資源非常豐富，除進(jìn)行對所規(guī)定的目標(biāo)各種參數(shù)的測量外，還可對圖像中的其它目標(biāo)進(jìn)行測量或監(jiān)視。如用于智能交通中的視頻車輛檢測器除檢測交通參數(shù)外，其固體攝像機(jī)還可用于道路監(jiān)控等，因而使用效率高。

　　8、可進(jìn)行時、日疊加，方便管理

　　光電圖像測量技術(shù)可對所測量的視頻圖像實施圖像的時、日疊加，并可進(jìn)行錄像記錄，以方便管理。如用于智能交通中的視頻車輛檢測系統(tǒng)，所檢測的交通參數(shù)與抓拍車輛的違章等情況，增加時間、日期的疊加，能作為查詢的證據(jù)，從而方便管理。 [nextpage]

　　光電圖像測量技術(shù)在智能視頻監(jiān)控中的應(yīng)用

　　在智能交通中的應(yīng)用

　　隨著我國平安城市與智能交通系統(tǒng)的建設(shè)和應(yīng)用的迅速發(fā)展，交通數(shù)據(jù)采集和交通事故檢測作為智能交通系統(tǒng)的重中之重要優(yōu)先發(fā)展?；A(chǔ)交通信息和交通事故主要包括車流量、車速、車間距、車輛類型、道路占有率、車輛違章信息、交通事故檢測等。傳統(tǒng)的交通信息的檢測方法不能完全檢測到上述的參數(shù)，而利用光電圖像測量技術(shù)就能全部檢測到，因此，光電圖像測量技術(shù)是今后智能交通中的主流技術(shù)。這種全新的光電圖像測量技術(shù)，還能直接檢測到違章、交通事故等事件的發(fā)生，這對提高交通運輸能力，緩解交通堵塞、減少交通事故及人民生命財產(chǎn)損失有著重要的意義。

　　目前，光電圖像測量技術(shù)在智能交通中的應(yīng)用，有下列幾種：

　　1、光電圖像車輛檢測系統(tǒng)

　　光電圖像車輛檢測系統(tǒng)是利用已建立的交通電視監(jiān)控系統(tǒng)的信息資源(即交通數(shù)據(jù)的采集)，采用先進(jìn)的計算機(jī)圖像處理及模糊識別技術(shù)，實現(xiàn)處理連續(xù)動態(tài)的道路交通監(jiān)測圖像，以獲得分類交通參數(shù)的一個檢測系統(tǒng)。光電圖像車輛檢測系統(tǒng)可以單獨建立，如在道路上合適的地點安裝攝像機(jī)，也可以建立在道路監(jiān)控系統(tǒng)基礎(chǔ)上?，F(xiàn)在比較流行的做法是建立在道路監(jiān)控系統(tǒng)之上。

　　光電圖像車輛檢測系統(tǒng)一般由架設(shè)在道路的合適位置(道路上方、路中央的隔離帶)上的攝像機(jī)、視頻處理、視頻壓縮、遠(yuǎn)程通信和中心控制軟件等組成。其工作原理是，監(jiān)控攝像機(jī)輸出光電圖像到光電圖像檢測系統(tǒng)，首先，系統(tǒng)通過接口界面在攝像機(jī)的視頻畫面上自由設(shè)置1個或多個檢測線和檢測區(qū);其次，系統(tǒng)利用圖像工程學(xué)(圖像處理與機(jī)器視覺)及特殊算法，實時監(jiān)測各個現(xiàn)場的圖像，并去除天氣、行人與環(huán)境的背景變化等各種因素造成的影響，通過對圖像的分析、處理、識別，由圖像處理板(VIP)而獲得所需的各種交通數(shù)據(jù);再次，系統(tǒng)將檢測到的各種交通數(shù)據(jù)，一方面存儲在設(shè)備本身的大容量非易失存儲器中，另一方面可以通過視頻壓縮板(VIC)和通訊板(COM)及接口(RS232、RS485、RJ45以太網(wǎng)接口等)，將數(shù)據(jù)傳輸?shù)竭h(yuǎn)端交通管理數(shù)據(jù)中心。最后，得到的是疊加有交通數(shù)據(jù)的視頻圖像，并可通過通信口輸出這些交通數(shù)據(jù)。

　　2、電子警察光電圖像檢測系統(tǒng)

　　電子警察光電圖像檢測系統(tǒng)是通過高清晰度攝像機(jī)對動態(tài)的交通光電圖像實時采集，并輸入到計算機(jī)進(jìn)行光電圖像的實時檢測與處理。這種光電圖像測量技術(shù)能克服天氣、行人與環(huán)境的背景變化等干擾，從而能較好地實現(xiàn)道路交通信息采集、車輛行駛行為檢測、路況圖像實時監(jiān)控等功能。

　　機(jī)動車沖紅燈、超速、逆行、壓黃線等違章光電圖像檢測系統(tǒng)的組成與原理框圖如圖2所示。

圖2  機(jī)動車沖紅燈、超速、逆行、壓黃線等違章光電圖像檢測系統(tǒng)的組成與原理框圖

　　由圖2看出，機(jī)動車沖紅燈、超速、逆行、壓黃線等違章光電圖像檢測系統(tǒng)由前端視頻組件、檢測工控主機(jī)、與機(jī)動車超速違章管理軟件等組成。 [nextpage]

　　系統(tǒng)的工作原理是，由交通信號控制系統(tǒng)輸出路口紅綠燈信號，確定放行車道和禁行車道;系統(tǒng)對特定的地點路面(即劃定的檢測區(qū)域)的車輛速度與方向的圖像進(jìn)行視頻監(jiān)控與檢測(有的可采用微波雷達(dá)測速);系統(tǒng)對特定的地點路面(即劃定的檢測區(qū)域)的黃線區(qū)域的圖像進(jìn)行視頻監(jiān)控與檢測。當(dāng)禁行車道的視頻信號送到工控主機(jī)(同時紅燈信號送入檢測控制單元)，由光電圖像車輛檢測單元檢測到有車輛通過禁行車道、或檢測到機(jī)動車超過限速值(高速行駛車速大于120km/h)、或檢測到機(jī)動車的行駛方向違反工控機(jī)設(shè)定的行駛方向、或檢測到機(jī)動車輛壓黃線時，光電圖像檢測工控主機(jī)控制違章檢測控制單元控制閃光燈驅(qū)動單元，使閃光燈閃光，由近景攝像機(jī)拍攝違章車輛的車牌號像片，遠(yuǎn)景攝像機(jī)拍攝該方向的全景像片。為確保所攝的像片能作為交管部門的執(zhí)法依據(jù)，一般系統(tǒng)抓拍二幅連續(xù)全景像片和一幅能看清車牌號的特寫像片，以反映該車輛的運行軌跡。并且，在違章車輛的圖像上，記錄車輛違章的時間、地點以及違章的參數(shù)。同時，將該結(jié)果存儲起來，生成違法圖像和違章信息數(shù)據(jù)庫，并根據(jù)實際要求生成違法處罰通知單，通過光纖網(wǎng)絡(luò)自動傳輸?shù)浇煌ü芾聿块T作為執(zhí)法依據(jù)。以規(guī)范司機(jī)遵章駕駛，減少交通事故，提高道路的通暢能力。

　　3、道路治安卡口機(jī)動車視頻檢測系統(tǒng)

　　道路治安卡口機(jī)動車光電圖像檢測系統(tǒng)一般用于城市道路或高速公路出入口、收費站及重點治安地段的治安卡口，其組成與工作原理框圖如圖3所示。

圖3  道路治安卡口機(jī)動車光電圖像檢測系統(tǒng)的組成與原理框圖

　　該系統(tǒng)可自動識別過往卡口的車輛牌號與車牌特征，自動核對黑名單庫，驗證出車輛的合法身份。此外，還可對路口情況進(jìn)行監(jiān)控和管理，包含出入口車輛的采集、統(tǒng)計、存儲數(shù)據(jù)和系統(tǒng)工作狀態(tài)，以便工作人員對道路交通安全進(jìn)行監(jiān)控、統(tǒng)計、查詢和打印報表等工作。

　　道路治安卡口機(jī)動車光電圖像檢測系統(tǒng)的工作原理是，根據(jù)每一車輛對應(yīng)唯一的車牌號，通過近景與遠(yuǎn)景攝像機(jī)對路口過往的每一車輛車牌號圖像和車輛全景圖像進(jìn)行連續(xù)全天候?qū)崟r記錄，并進(jìn)行車牌號自動識別。通常，系統(tǒng)是通過高清晰攝像機(jī)及高倍率自動光圈鏡頭，對路口交通狀況實施監(jiān)視的。在監(jiān)控室，還可通過系統(tǒng)遙控前端的攝像機(jī)轉(zhuǎn)動、控制鏡頭的調(diào)焦、變倍;在晚上，為保證系統(tǒng)得到高清晰度的圖像，還可自動開啟道路上所配置的路燈設(shè)施。

　　在與對應(yīng)地區(qū)的車管庫相連接的情況下，可對比分析當(dāng)前過往車輛是否為合法車輛，若為違法車輛即自動報警。并且，還要及時準(zhǔn)確地為系統(tǒng)提供相應(yīng)車輛的車型、顏色、車牌號、行駛方向、車速、經(jīng)過時間等各種參數(shù)，以保存到數(shù)據(jù)庫，且數(shù)據(jù)具備聯(lián)網(wǎng)查詢功能。

　　4、車牌號識別系統(tǒng)

　　由上看出，車牌號識別非常重要。一般，采用計算機(jī)視覺技術(shù)識別車牌的流程通常都包括車輛圖像采集，車牌定位，字符分割，光學(xué)字符識別，輸出識別結(jié)果5個步驟。車輛圖像的采集方式?jīng)Q定下車牌識別的技術(shù)路線。目前國際ITS通行的兩條主流技術(shù)路線是自然光和紅外光圖像采集識別。自然光和紅外光不會對人體產(chǎn)生不良的心理影響，也不會對環(huán)境產(chǎn)生新的電子污染，屬于綠色環(huán)保技術(shù)。

　　自然光路線是指白天利用自然光線，夜間采用輔助照明光源，用彩色攝像機(jī)采集車輛真彩色圖像，然后用彩色圖像分析處理方法識別車牌。自然光真彩色識別與人眼感光習(xí)慣一致，還可以用來識別車牌照顏色、車流量、車型、車顏色等車輛特征。

　　紅外光路線是指利用車牌反光和紅外光的光學(xué)特性，用紅外攝像機(jī)采集車輛灰度圖像，由于紅外特性，車輛圖像上幾乎只能看見車牌，然后用黑白圖像處理方法識別車牌。950nm的紅外照明裝置可抓拍到很好的反光車牌照圖像。因紅外光是不可見光，它不會對駕駛員產(chǎn)生視覺影響。  [nextpage]

　　在平安城市安防監(jiān)控中的智能應(yīng)用

　　1、人與物的異常行為的檢測識別

　　在平安城市的安防監(jiān)控中，必須要能檢測圖像序列“人”的異常行為，以維護(hù)城市治安，保障人民生命和財產(chǎn)安全。如人翻越院墻、欄桿，或?qū)嵤┐蚣?、斗毆，或戴著面具、拿出刀槍、實施搶劫與綁架等，均屬人的異常行為。當(dāng)攝像機(jī)攝取其圖像，送到計算機(jī)中自動識別后，即發(fā)出信號鎖定跟蹤與預(yù)/報警。

　　顯然，該項智能化功能，能事先制止打架、斗毆、搶劫與綁架等犯罪行為，即使來不及制止也能減少損失盡快破案。

　　除此之外，還要能檢測圖像序列中“物”的異常行為，如箱子、包裹等物體。若它們放在敏感區(qū)域停留的時間過長，或超過了預(yù)定義的時間長度等，就要產(chǎn)生預(yù)/報警。因為這種情況大多可疑是放置的爆炸物品，應(yīng)及時預(yù)/報警，以便能及時探視，如是爆炸物，就可及時排除而不致于造成事故。因此，有了該項智能化功能的好處就可想而知了。其典型的應(yīng)用場景包括機(jī)場、火車站、地鐵站與軍政等重要領(lǐng)域。

　　2、對通輯、嫌疑、慣犯等的檢測識別

　　在平安城市中，為了能防止通輯犯、嫌疑犯、慣犯等再次犯罪，必須要有能對他們檢測識別的功能。不需要人的配合的非接觸式的人體生物特征識別技術(shù)，有面像、步態(tài)、聲音識別三種可嵌入城市安防監(jiān)控系統(tǒng)以完成這一任務(wù)。

　　人的面像識別，不像指紋識別與眼虹膜識別等需要人的配合，它可以在離攝像頭有相當(dāng)遠(yuǎn)的距離內(nèi)在人群中識別出特定的個體。這種面像識別系統(tǒng)，可以在機(jī)場、火車站、汽車站、港口、各交通要道口、體育場館等安防應(yīng)用場景中發(fā)揮很大的作用。如追捕通輯逃犯、嫌疑犯、與慣犯，可通過與數(shù)據(jù)庫檔案中的面像特征進(jìn)行比較，來識別或驗證是否為該犯的身份。

　　人的步態(tài)識別，更適合于智能視覺監(jiān)控的應(yīng)用，因為它比面像識別的距離更遠(yuǎn)，并且人在任何方向行走均可識別，即使背對著攝像頭也可。如追捕通輯逃犯、嫌疑犯、與慣犯，可通過捕捉各要道口的人的步態(tài)，與數(shù)據(jù)庫檔案中的步態(tài)特征進(jìn)行比較，來識別或驗證是否為該犯的身份。該項識別系統(tǒng)，最好安置在銀行、珠寶店、文物保管與重要機(jī)密保管地。這樣，戴著面具的劫匪，還未實施掄劫，其行走的步態(tài)就已識別出來，而使罪犯的陰謀不能得逞。

　　人的聲音識別，是通過所監(jiān)聽場景中的聲音，記錄與識別出特定的個體。如追捕通輯逃犯、嫌疑犯與慣犯，可通過與數(shù)據(jù)庫檔案中的聲音特征進(jìn)行比較，來識別或驗證是否為該犯的身份。

　　通過上述生物特征識別出該犯后，就可立即預(yù)/報警，并跟蹤鎖定，直到公安抓捕解除警報為止。

　　3、對城市災(zāi)害的檢測識別

　　在平安城市的安防監(jiān)控系統(tǒng)中，除了預(yù)防人禍外，還應(yīng)考慮有對天災(zāi)或者人為造成的災(zāi)害進(jìn)行檢測、識別、跟蹤與預(yù)/報警的智能化功能，具體有下面幾種。

　　火災(zāi)的探測、識別，是通過攝像頭探測到以前沒有而突然出現(xiàn)的一定的煙霧與火苗的情況，能及時預(yù)/報警，使消防隊盡快趕到現(xiàn)場，以便及時撲滅火患。

　　水災(zāi)水位與雨量的探測、識別，是通過帶十字標(biāo)尺攝像頭探測水域的水位、雨量及街道積水等情況。它是通過十字標(biāo)尺所設(shè)置監(jiān)控目標(biāo)移動的刻度，來自動預(yù)/報警的。如劃定十字標(biāo)尺一警戒線，到達(dá)后即自動預(yù)/報警，以便采取措施，防止水害。

　　風(fēng)雪災(zāi)的探測、識別，是通過帶十字標(biāo)尺攝像頭檢測識別風(fēng)雪災(zāi)造成的情況，如十字標(biāo)尺所監(jiān)控的危險大樹等欲倒、所下的大雪遮蓋溝坑、封路等，應(yīng)自動及時預(yù)/報警，以便采取措施，防止風(fēng)雪災(zāi)造成的危害。

　　危房與堤壩的傾斜與倒塌的探測、識別，是通過帶十字標(biāo)尺攝像頭監(jiān)控房屋、水庫與江河堤壩傾斜裂開的程度，如到達(dá)十字標(biāo)尺劃定的警戒線，即自動預(yù)/報警，以便采取措施，防止突害的發(fā)生。

　　結(jié)語

　　由上看出，光電圖像測量技術(shù)能基本上代替人的視覺去進(jìn)行檢測與判斷，是一種非常有潛力有發(fā)展前途的高新測量技術(shù)。如它在智能交通中的應(yīng)用，就能檢測到非常完整的交通參數(shù)，從而比其它任何檢測技術(shù)都要優(yōu)越。并且，還可充分利用攝像頭所攝取的視頻資源，通過軟件升級，使其對檢測的圖像進(jìn)行分析判斷而自動識別，使安防監(jiān)控更加智能化。如可通過光電圖像測量技術(shù)，來實現(xiàn)安防監(jiān)控所需的各種智能化功能，因而可廣泛應(yīng)用于平安城市的安防監(jiān)控中。所以，今后光電圖像測量技術(shù)在安防監(jiān)控系統(tǒng)的智能化中，將會應(yīng)用得越來越廣泛。