CMOS为交通监控应用带来新功能

在路侧交通设施中，不管是路侧还是龙门架式的监控相机都是通过单一传感器来完成交通流量、速度计算、排队长度和信号状态等功能，以用于记录和评估周围交通状况的智能设备。

视觉技术的出现使得相机成为许多地上传感器的替代品，为智能检测系统创造了新的机会。这些系统可以跟踪装载危险品的卡车，并在繁忙的高速公路上标示出有违规记录的车辆。

实现这一进步的关键是相机系统要不断提高性能。值得注意的是，新的成像传感器技术与更加全面的系统设计方法相比，能够实现更高的精度。

图注1：随着光的衰减，快门速度下降，使一些图像不适用于ITS应用

难以解决

理想情况下，机器视觉系统将在被捕获对象的每个部分上一致曝光。然而，现实并非如此，即使你控制条件很好，也很难实现。一些物体表面是反射性的，会引起眩光；而有些物体具有较小的对比度，这会使形状不清晰，造成可能性的错误。

这对于所有机器视觉系统来说都是一个问题。即使是在室内，也得精心控制照明因素和过滤器。如果是户外系统，特别是ITS，就更加无法控制了。

天气、光条件的快速变化造成的云层或阴影，使得超速车辆可以掩盖牌照（以及需要读取的其他关键元素）。额外的照明，这种传统的应对方式，将使挡风玻璃和车牌反射光线，造成更多干扰，降低道路安全。

除了所有这些复杂的方面，想要捕获的物体还正在移动，有时是以非常高的速度。这就要求ITS的应用相机有高分辨率和高快门速度。

分辨率在捕获所需的细节方面起着关键作用，但是有效地捕获图像需要一个真正多方面的解决方案，关于图像处理功能的广泛知识，以及如何最小化系统中的速率限制步骤。

图注2：传感器技术已经迅速发展，以克服新应用所带来的问题

新技术

从CCD到CMOS，图像传感器的进步提供了应对这些问题并提高整体图像质量的好机会。

这不仅仅是基于可用像素数量的提升，而是其他如内部并行以及与此新型传感器技术相关联的相机捕获率的加强。

关于并行性，在每行像素的末端具有模数（A / D）转换器的CMOS芯片可以显著增加每秒可捕获的数量帧。这一操作无需寄存器，而是从整列转换器收集数字化信息。例如，索尼最新的GS CMOS成像器可以以500万像素的分辨率提供高达150fps的帧率。

图注3：污点和眩光一直是ITS应用的一个问题，但CMOS传感器与全幅快门的高帧速率和动态范围提供了更高的对比度

该速度意味着可以从多个帧创建单个合成图像，系统可以去除由雾或类似效果引起的成像误差。另外，高帧速率意味着可以对物体各帧的曝光时间进行微调，以产生比单独的静止图像更大的动态范围。

这意味着cmos可以对图像的每个部分使用最佳曝光级别，以提供理想的对比度和亮度，而图像中的其他元素不再过度曝光。对于室内或室外拍摄的图像，会拥有更大的图像一致性。例如，收费和执法系统需要在高度变化的照明条件下捕捉数字板的细节。

滚动快门

这并不是说CMOS没有缺点，它的滚动快门设计可能会损害ITS的应用程序，因为每个像素的捕获时间各有不同。通过了解系统的工作原理，可以从算法、设计中排查这些故障。

图注4：改进的传感器技术正在加强诸如自动检测危险品车辆的应用

大众消费类相机在设计上相对简单，因为它们不是为了捕捉高速移动的物体而设计的，如果是这样，用滚动快门拍摄物体不会过分地影响镜头的使用。

然而，在机器视觉中，滚动快门的设计可能在图像中产生时间扭曲，从而造成信息的误报或者漏报。正确的做法是应用全幅快门同时曝光图像的所有线数，并使帧内的每一行都能够在同一时间被捕获。

显然，来自高捕获率的这些性能优势以及全幅快门，必须与其他系统设计相匹配。传感器和镜头上的安装需要非常精细，以确保捕获一致性和空间精度尽可能高。

简而言之，在ITS中使用机器视觉系统的成功，以及其带来的好处很少涉及像素数量。相反，需要考虑许多因素来最小化速率限制，并获得更好的整体图像，以保证自动化系统的经济高效。（文/国际智能交通  译/裴凯）