光电图像测量技术即视频图像测量技术，是建立在计算机视觉基础上的一门高新检测技术，广泛应用于在线测量、逆向工程等主动、实时测量过程等。本文简述光电图像测量技术的系统组成、工作原理、特点、在智能交通与平安城市安防监控中的智能应用等。
随着光电技术、微计算机与微电子等高新技术的发展，光电图像测量技术获得了迅速的发展，并且在军事、公安与国民经济各领域获得了越来越多的应用。所谓光电图像测量技术，即视频图像测量技术，也可简称为视频检测技术，即建立在计算机视觉基础上的一门高新检测技术。
光电图像测量技术，与计算机视觉研究的视觉模式识别、视觉理解等内容不同，它重点研究的是物体的几何尺寸及物体的位置测量，如轿车车身三维尺寸的测量、模具等三维面形的快速测量、大型工件同轴度测量以及共面性测量等。光电图像测量技术，可以广泛应用于在线测量、逆向工程等主动、实时测量过程等。这种技术在国外发展很快，早在20世纪80年代，美国国家标准局就曾预计未来90%的检测任务将由光电图像测量技术来完成。因此，仅在80年代，美国就有100多家公司跻身于光电图像测量技术的经营市场，尤其高性能的固体摄像机及高速大容量的微型计算机的面世与发展，使得这一技术成为世界各国学者研究的热点，并大有代替其它检测技术之势。
下面就简介一下光电图像测量技术的系统组成、工作原理、特点、在智能交通与平安城市安防监控中的智能应用等。
光电图像测量系统的组成与工作原理
由图1可知，一个典型的光电图像测量系统由固体摄像机、A/D图像采集卡、微型计算机、D/A转换及输出机构等组成。固体摄像机摄取测量目标的光学图像，并转换成电荷图像信号输出，A/D图像采集卡采集这幅模拟图像并转换成二进制数字图像送入微型计算机中进行处理、分析与运算，再经D/A转换成模拟量的测量结果，输出显示打印，或驱动其它执行机构位移等。
光电图像测量系统的工作原理是，首先采用固体摄像机(一般模拟式多用CCD摄像机;数字式多用CMOS摄像机)将欲检测的目标图像摄取，并传送给专用的图像处理系统，根据像素分布和亮度、颜色等信息，转变成数字化信号。图像系统对这些信号进行各种运算来抽取目标的特征，如：面积、长度、数量、位置等。最后，根据预设的容许度和其它条件输出结果，如：尺寸、角度、偏移量、个数、合格/不合格、有/无等。上位机(如PC和PLC)实时获得测量结果后，指挥运动系统或I/O系统执行相应的控制动作(如定位和分类)。
光电图像测量系统的输出并非图像视频信号，而是经过运算处理之后的测量结果(如尺寸数据等)。通常，光电图像测量系统的测量就是用机器代替肉眼来做测量和判断。 [nextpage]
光电图像测量技术的特点
由于光电图像测量技术主要是靠相当于人眼的固体摄像机，以及相当于人的大脑的计算机视觉基础上的一门新兴测量技术，因此它有着比其它任何测量技术都要好的特点：
1、它是一种非接触的测量技术
光电图像测量技术主要是靠相当于人眼的固体摄像机进行图像的摄取，并输入到相当于人的大脑的计算机去分析与处理而进行检测的。因此，它不需要去接触测量目标，也不需要人的配合，是一种非接触的测量技术。
2、所测的图像信息丰富、直观可视
光电图像测量技术中的固体摄像机所摄取的是视频图像，其灰度与颜色层次感强，信息量丰富，非常直观可视，这是其它测量技术难以办到的。
3、图像测量快速而实时
光电图像测量技术中的固体摄像机所摄取的视频图像，是快速而实时的，其图像的分析与处理也是快速而实时的。如智能交通中对过往车辆的视频检测。
4、图像测量方便智能化，便于增加新功能
光电图像测量技术所测量的是视频图像，其资源非常丰富，并且有静态和动态的目标可供检测，因而非常方便智能化，便于增加新功能。如智能交通中的视频车辆检测器，不仅用来检测车辆的类型、车速、车流量、道路占有率等交通参数，而且还可开发检测车辆有异常行为的报警等智能化功能，如超速、违规、逆行、非法仃车、冲出人实施抡劫、绑架等。
5、图像测量精度高
#p#分页标题#e#光电图像测量技术可对所测量的视频图像目标实施图像边缘增强、倾斜校正、放大等图像的处理，因而其测量精度高。如视频车辆检测器的测量精度就是众多车辆检测器中较高的。
6、系统结构简单、成本低
一般，一个典型的光电图像测量系统，主要硬件部件就只有固体摄像机与计算机，系统的结构组成相对简单，因而其成本也相对较低。
7、可一机多用、使用效率高
由于光电图像测量技术所测量的是视频图像，其资源非常丰富，除进行对所规定的目标各种参数的测量外，还可对图像中的其它目标进行测量或监视。如用于智能交通中的视频车辆检测器除检测交通参数外，其固体摄像机还可用于道路监控等，因而使用效率高。
8、可进行时、日叠加，方便管理
光电图像测量技术可对所测量的视频图像实施图像的时、日叠加，并可进行录像记录，以方便管理。如用于智能交通中的视频车辆检测系统，所检测的交通参数与抓拍车辆的违章等情况，增加时间、日期的叠加，能作为查询的证据，从而方便管理。
光电图像测量技术在智能视频监控中的应用
在智能交通中的应用
随着我国平安城市与智能交通系统的建设和应用的迅速发展，交通数据采集和交通事故检测作为智能交通系统的重中之重要优先发展。基础交通信息和交通事故主要包括车流量、车速、车间距、车辆类型、道路占有率、车辆违章信息、交通事故检测等。传统的交通信息的检测方法不能完全检测到上述的参数，而利用光电图像测量技术就能全部检测到，因此，光电图像测量技术是今后智能交通中的主流技术。这种全新的光电图像测量技术，还能直接检测到违章、交通事故等事件的发生，这对提高交通运输能力，缓解交通堵塞、减少交通事故及人民生命财产损失有着重要的意义。
目前，光电图像测量技术在智能交通中的应用，有下列几种：
1、光电图像车辆检测系统
光电图像车辆检测系统是利用已建立的交通电视监控系统的信息资源(即交通数据的采集)，采用先进的计算机图像处理及模糊识别技术，实现处理连续动态的道路交通监测图像，以获得分类交通参数的一个检测系统。光电图像车辆检测系统可以单独建立，如在道路上合适的地点安装摄像机，也可以建立在道路监控系统基础上。现在比较流行的做法是建立在道路监控系统之上。
光电图像车辆检测系统一般由架设在道路的合适位置(道路上方、路中央的隔离带)上的摄像机、视频处理、视频压缩、远程通信和中心控制软件等组成。其工作原理是，监控摄像机输出光电图像到光电图像检测系统，首先，系统通过接口界面在摄像机的视频画面上自由设置1个或多个检测线和检测区;其次，系统利用图像工程学(图像处理与机器视觉)及特殊算法，实时监测各个现场的图像，并去除天气、行人与环境的背景变化等各种因素造成的影响，通过对图像的分析、处理、识别，由图像处理板(VIP)而获得所需的各种交通数据;再次，系统将检测到的各种交通数据，一方面存储在设备本身的大容量非易失存储器中，另一方面可以通过视频压缩板(VIC)和通讯板(COM)及接口(RS232、RS485、RJ45以太网接口等)，将数据传输到远端交通管理数据中心。最后，得到的是叠加有交通数据的视频图像，并可通过通信口输出这些交通数据。
2、电子警察光电图像检测系统
电子警察光电图像检测系统是通过高清晰度摄像机对动态的交通光电图像实时采集，并输入到计算机进行光电图像的实时检测与处理。这种光电图像测量技术能克服天气、行人与环境的背景变化等干扰，从而能较好地实现道路交通信息采集、车辆行驶行为检测、路况图像实时监控等功能。
机动车冲红灯、超速、逆行、压黄线等违章光电图像检测系统的组成与原理
机动车冲红灯、超速、逆行、压黄线等违章光电图像检测系统由前端视频组件、检测工控主机、与机动车超速违章管理软件等组成。
系统的工作原理是，由交通信号控制系统输出路口红绿灯信号，确定放行车道和禁行车道;系统对特定的地点路面(即划定的检测区域)的车辆速度与方向的图像进行视频监控与检测(有的可采用微波雷达测速);系统对特定的地点路面(即划定的检测区域)的黄线区域的图像进行视频监控与检测。当禁行车道的视频信号送到工控主机(同时红灯信号送入检测控制单元)，由光电图像车辆检测单元检测到有车辆通过禁行车道、或检测到机动车超过限速值(高速行驶车速大于120km/h)、或检测到机动车的行驶方向违反工控机设定的行驶方向、或检测到机动车辆压黄线时，光电图像检测工控主机控制违章检测控制单元控制闪光灯驱动单元，使闪光灯闪光，由近景摄像机拍摄违章车辆的车牌号像片，远景摄像机拍摄该方向的全景像片。为确保所摄的像片能作为交管部门的执法依据，一般系统抓拍二幅连续全景像片和一幅能看清车牌号的特写像片，以反映该车辆的运行轨迹。并且，在违章车辆的图像上，记录车辆违章的时间、地点以及违章的参数。同时，将该结果存储起来，生成违法图像和违章信息数据库，并根据实际要求生成违法处罚通知单，通过光纤网络自动传输到交通管理部门作为执法依据。以规范司机遵章驾驶，减少交通事故，提高道路的通畅能力。
3、道路治安卡口机动车视频检测系统
#p#分页标题#e#道路治安卡口机动车光电图像检测系统一般用于城市道路或高速公路出入口、收费站及重点治安地段的治安卡口，其组成与工作原理框图如图3所示。
该系统可自动识别过往卡口的车辆牌号与车牌特征，自动核对黑名单库，验证出车辆的合法身份。此外，还可对路口情况进行监控和管理，包含出入口车辆的采集、统计、存储数据和系统工作状态，以便工作人员对道路交通安全进行监控、统计、查询和打印报表等工作。
道路治安卡口机动车光电图像检测系统的工作原理是，根据每一车辆对应唯一的车牌号，通过近景与远景摄像机对路口过往的每一车辆车牌号图像和车辆全景图像进行连续全天候实时记录，并进行车牌号自动识别。通常，系统是通过高清晰摄像机及高倍率自动光圈镜头，对路口交通状况实施监视的。在监控室，还可通过系统遥控前端的摄像机转动、控制镜头的调焦、变倍;在晚上，为保证系统得到高清晰度的图像，还可自动开启道路上所配置的路灯设施。
在与对应地区的车管库相连接的情况下，可对比分析当前过往车辆是否为合法车辆，若为违法车辆即自动报警。并且，还要及时准确地为系统提供相应车辆的车型、颜色、车牌号、行驶方向、车速、经过时间等各种参数，以保存到数据库，且数据具备联网查询功能。
4、车牌号识别系统
由上看出，车牌号识别非常重要。一般，采用计算机视觉技术识别车牌的流程通常都包括车辆图像采集，车牌定位，字符分割，光学字符识别，输出识别结果5个步骤。车辆图像的采集方式决定下车牌识别的技术路线。目前国际ITS通行的两条主流技术路线是自然光和红外光图像采集识别。自然光和红外光不会对人体产生不良的心理影响，也不会对环境产生新的电子污染，属于绿色环保技术。
自然光路线是指白天利用自然光线，夜间采用辅助照明光源，用彩色摄像机采集车辆真彩色图像，然后用彩色图像分析处理方法识别车牌。自然光真彩色识别与人眼感光习惯一致，还可以用来识别车牌照颜色、车流量、车型、车颜色等车辆特征。
红外光路线是指利用车牌反光和红外光的光学特性，用红外摄像机采集车辆灰度图像，由于红外特性，车辆图像上几乎只能看见车牌，然后用黑白图像处理方法识别车牌。950nm的红外照明装置可抓拍到很好的反光车牌照图像。因红外光是不可见光，它不会对驾驶员产生视觉影响。; [nextpage]
在平安城市安防监控中的智能应用
1、人与物的异常行为的检测识别
在平安城市的安防监控中，必须要能检测图像序列“人”的异常行为，以维护城市治安，保障人民生命和财产安全。如人翻越院墙、栏杆，或实施打架、斗殴，或戴着面具、拿出刀枪、实施抢劫与绑架等，均属人的异常行为。当摄像机摄取其图像，送到计算机中自动识别后，即发出信号锁定跟踪与预/报警。
显然，该项智能化功能，能事先制止打架、斗殴、抢劫与绑架等犯罪行为，即使来不及制止也能减少损失尽快破案。
除此之外，还要能检测图像序列中“物”的异常行为，如箱子、包裹等物体。若它们放在敏感区域停留的时间过长，或超过了预定义的时间长度等，就要产生预/报警。因为这种情况大多可疑是放置的爆炸物品，应及时预/报警，以便能及时探视，如是爆炸物，就可及时排除而不致于造成事故。因此，有了该项智能化功能的好处就可想而知了。其典型的应用场景包括机场、火车站、地铁站与军政等重要领域。
2、对通辑、嫌疑、惯犯等的检测识别
#p#分页标题#e#在平安城市中，为了能防止通辑犯、嫌疑犯、惯犯等再次犯罪，必须要有能对他们检测识别的功能。不需要人的配合的非接触式的人体生物特征识别技术，有面像、步态、声音识别三种可嵌入城市安防监控系统以完成这一任务。
人的面像识别，不像指纹识别与眼虹膜识别等需要人的配合，它可以在离摄像头有相当远的距离内在人群中识别出特定的个体。这种面像识别系统，可以在机场、火车站、汽车站、港口、各交通要道口、体育场馆等安防应用场景中发挥很大的作用。如追捕通辑逃犯、嫌疑犯、与惯犯，可通过与数据库档案中的面像特征进行比较，来识别或验证是否为该犯的身份。
人的步态识别，更适合于智能视觉监控的应用，因为它比面像识别的距离更远，并且人在任何方向行走均可识别，即使背对着摄像头也可。如追捕通辑逃犯、嫌疑犯、与惯犯，可通过捕捉各要道口的人的步态，与数据库档案中的步态特征进行比较，来识别或验证是否为该犯的身份。该项识别系统，最好安置在银行、珠宝店、文物保管与重要机密保管地。这样，戴着面具的劫匪，还未实施抡劫，其行走的步态就已识别出来，而使罪犯的阴谋不能得逞。
人的声音识别，是通过所监听场景中的声音，记录与识别出特定的个体。如追捕通辑逃犯、嫌疑犯与惯犯，可通过与数据库档案中的声音特征进行比较，来识别或验证是否为该犯的身份。
通过上述生物特征识别出该犯后，就可立即预/报警，并跟踪锁定，直到公安抓捕解除警报为止。
3、对城市灾害的检测识别
在平安城市的安防监控系统中，除了预防人祸外，还应考虑有对天灾或者人为造成的灾害进行检测、识别、跟踪与预/报警的智能化功能，具体有下面几种。
火灾的探测、识别，是通过摄像头探测到以前没有而突然出现的一定的烟雾与火苗的情况，能及时预/报警，使消防队尽快赶到现场，以便及时扑灭火患。
水灾水位与雨量的探测、识别，是通过带十字标尺摄像头探测水域的水位、雨量及街道积水等情况。它是通过十字标尺所设置监控目标移动的刻度，来自动预/报警的。如划定十字标尺一警戒线，到达后即自动预/报警，以便采取措施，防止水害。
风雪灾的探测、识别，是通过带十字标尺摄像头检测识别风雪灾造成的情况，如十字标尺所监控的危险大树等欲倒、所下的大雪遮盖沟坑、封路等，应自动及时预/报警，以便采取措施，防止风雪灾造成的危害。
危房与堤坝的倾斜与倒塌的探测、识别，是通过带十字标尺摄像头监控房屋、水库与江河堤坝倾斜裂开的程度，如到达十字标尺划定的警戒线，即自动预/报警，以便采取措施，防止突害的发生。
结语
由上看出，光电图像测量技术能基本上代替人的视觉去进行检测与判断，是一种非常有潜力有发展前途的高新测量技术。如它在智能交通中的应用，就能检测到非常完整的交通参数，从而比其它任何检测技术都要优越。并且，还可充分利用摄像头所摄取的视频资源，通过软件升级，使其对检测的图像进行分析判断而自动识别，使安防监控更加智能化。如可通过光电图像测量技术，来实现安防监控所需的各种智能化功能，因而可广泛应用于平安城市的安防监控中。所以，今后光电图像测量技术在安防监控系统的智能化中，将会应用得越来越广泛。
