摄像机在高速公路视频监控中的参数选择

这样，当前所用标准镜头的焦距f为：

y=43/C                                     (2)

高速公路监控摄像机一般沿公路布设，监视范围要求覆盖全部车道,一般要求的视场角在47°(35mm相机的标准视角)左右。当视角确定后，就可以选择CCD的尺寸，目前市场上的CCD尺寸规格如表1所列，此处以1/4英寸CCD为例，宽3.2mmX高2.4mm,对角线为4mm,,通过上述换算关系可得出，选用1/4英寸CCD时，选择的镜头焦距为4mm就可以达到监控视角的要求。如果选择其他尺寸的CCD,则镜头焦距的计算方法同上所述。

当然,也可以依照拍摄视角的要求来选择镜头焦距,镜头视角是指镜头中心点到成像平面对角线两端所形成的夹角。对于镜头来说，视角主要是指它可以实现的拍摄范围，当焦距变短时,视角就变大了，可以拍出更宽的范围,但这样会影响较远拍摄对象的清晰度。当焦距变长时，视角就变小了，这样可以使较远的物体变得清晰，但是能够拍摄的宽度范围就变窄To对于相同的成像面积，镜头焦距越短，其视角就越大，镜头视角α和焦距f的关系如下式所示：

                                                       α=2arctan(d/2f)                                     (3)

因此，在图1所示的镜头视角与焦距的关系图中，如所要求的拍摄视角为30。，选用的感光器件仍然是1/4英寸CCD,于是根据上述公式可得出镜头焦距为5.9mm,应选用6mm焦距。

摄像机镜头焦距必须根据所选用的CCD尺寸和所需要的拍摄视角两个因素来综合选择。事实上，选取合适的焦距，对于摄像机达到监控效果至关重要。

1.2  定焦与变焦镜头的选择

在遇到交通事故或其他特殊情况而需要对小范围进行严密监控时,摄像机就必须选用变焦镜头，这时就需要对变焦镜头的变焦倍数进行选择。这里仍然以1/4英寸CCD,镜头焦距为4mm的摄像机为例，假设在此摄像机的监控范围内900m处发生了交通事故，需要对事故现场20平方米范围进行监视，则根据公式：

f=hL/H                                     (4)

式中3为CCD高度；H为物体高度；L为物体与CCD的距离。

这样，就可得出镜头焦距f=144mm,因此，该摄像机的变焦倍数应选择36倍，才能达到对特殊情况的清晰监视。通常变焦镜头摄像机在高速公路收费站应用较多，因为要对多个收费车道进行监控，并能拍摄到车辆牌照等细节信息，所以，此处的变焦镜头摄像机就有了更大的用武之地。

1.3  分辨率的确定

监控摄像机的分辨率就相当于人眼的视力，关系到摄像机能识别多远距离、多大的物体，因此它是摄像机的一个重要参数。分辨率有水平分辨率和垂直分辨率，这两个参数是CCD的固有属性，当CCD选定之后，这两个参数也就确定了。因此，可以根据要求的摄像距离和识别物体大小来选定所需的分辨率，进而确定应该选择的CCD。

分辨率可以用像素点来衡量，像素点的长宽比通常为1：1,水平分辨率是指将处在同一水平线上的所有扫描点(像素)沿水平方向连接起来，构成许多水平扫描线，水平扫描线的数量就是水平分辨率；同理将处在同一垂线上的所有扫描点，沿垂直方向连接起来构成的垂直扫描线的个数就是垂直分辨率。

先进行水平分辨率的计算。高速公路监控摄像机的监视半径为L,此处设定1000m,镜头焦距为4mm,监视物体为轿车且恰好可以识别，即轿车所成的像宽刚好为一个像素点，(若轿车可被识别，则同样距离远的大型车辆必然能被清晰识别)，轿车宽度约为2m,图2所示是一个最小成像示意图，利用相似三角形原理可得：

L/f=W/w                                     (5)

式中：L为摄像机与物体的距离；W为物体实测宽度；w为像素点尺寸。

于是,代入数值可得w=0.008mm,再通过下面公式：

水平分辨率=h/w                                     (6)

式中h为CCD高度。就可计算出水平分辨率了。本计算过程中没有考虑噪声的影响，实际上，物体的最小像宽通常应该大于1个像素点，经验数据假设为1.5个像素点，于是可得出水平分辨率为640,由CCD的宽高比为4/3可以很容易得到垂直分辨率为480,因此，所选用的CCD分辨率必须达到640X480。换言之,CCD的分辨率必须在这个数值以上才能保证达到1000m左右的摄像范围,并且对范围内行驶车辆清晰识别。

1.4  摄像机光圈的选择

光圈通常设置在镜头以内，它的大小决定着通过镜头进入感光元件光线的多少。光圈大小可用F值表示,完整的光圈值系列如Fl.0/F1.4/F2.0/F2.8/F4.0/F5.6/F8.0/F11/F16/F22/F32/F44/F64。光圈值越小,通光孔径越大，同一单位时间内的进光量便越多，而且上一级的进光量刚好是下一级的两倍,如F2.0的进光量是F2.8的两倍。

光圈大小直接影响景深(即摄取有限距离的景物时，可在像面上构成清晰影像的物距范围)，道路用监控摄像机宜采用小光圈大景深，一般选择F1.4左右可以彰显全范围景物。同时，高速公路监控摄像机必须有光圈自动调节功能，以便于摄像机能根据环境光照自动调节光圈大小，以达到最好的成像效果。

综上所述，一台摄像机能否达到良好的监控效果主要依靠三个参数共同作用。其中观测距离和视角确定了镜头的焦距，在选取合适的焦距后再根据观察物体的尺寸确定所需要的分辨率，进而确定CCD的尺寸;对于监控摄像机来说，光圈的自动调整关系到成像的景深和清晰度，因此，在选定了焦距和CCD之后，还必须选择合适的光圈值，才能确保摄像机性能的良好发挥。

2  高速公路监控摄像机性能要点

了解了摄像机的主要参数,就可以依据性能要求选配符合工程需求的摄像机。高速公路监控摄像机应具备4个主要性能。

2.1  高清晰度

清晰度是衡量监控摄像机及监控系统的一个重要指标，清晰度是指影像上各细部影纹及其边界的清晰程度，单位为电视线。清晰度跟分辨率、传输带宽以及显示器的像素都有关。在高速公路监控中，摄像机要能对监控范围内行驶车辆清晰成像,如果达不到这个基本要求，那么道路监控将失去意义。

2.2  强光抑制功能

在高速公路的收费站车道、广场等特定地点，必须清楚拍摄到车牌以及车辆细节。尤其是在夜晚环境下,在车灯的强光照射下，普通的摄像机是不能拍摄到车牌及车身的，而在图像上看到的只是非常明亮的光晕。然而增加了“强光抑制”功能的摄像机却可以在这种环境下仍然清楚的拍摄到车牌，而且画面真实完整，因此，在这些特定地点需要选用具备强光抑制功能的摄像机，以在夜间达到良好的拍摄效果。

2.3自动电子快门

摄像机靠电子快门来控制图像曝光，在高速公路上，车辆行驶的速度非常快，因此所选用的摄像机一定要求电子快门的范围更大，最好能达到1/lOOOOs以上，只有这样才能清晰拍摄快速行驶的车辆。然而，当电子快门速度增加时，曝光时间将减少，聚焦在CCD上的光就会减少，将降低摄像机的灵敏度，所以较快的电子快门在夜晚是不适合的。一般情况下，需要摄像机根据环境光线的强弱自动控制电子快门，因此，在选择高速公路监控摄像机时，必须要注意摄像机的电子快门指标。

2.4  灵敏度

摄像机的灵敏度也称为最低照度，是指CCD正常成像时所需要的最暗光线。照度的单位是勒克斯(lux),数值越小，表示需要的光线越少，摄像机灵敏度越高。高速公路监控系统中的摄像机大都安装在户外，需要24小时监控，当夜晚光线很暗时，通常要求摄像机的最低照度能达到0.001lux以下。

另外，摄像机的其他性能，如信噪比、白平衡、色彩还原性能等指标在交通监控领域没有特殊要求，只要符合正常范围要求即可。

3  结语

利用高速公路视频全程监控系统可以显著提高高速公路的服务水平和监管力度，监控摄像机的性能指标必须依照工程设计目标严格选取,这对于监控系统能否达到监视效果具有决定性的作用。另外，摄像机除了具备优良的性能外，故障率低、运行可靠等性能,对于监控摄像机的选用更为重要。道路监控摄像机大都安装在5〜20m高的立柱上，安装和拆卸都需要专用工具车或危险的高空作业，如果摄像机经常出现故障，势必给施工和维护带来很大成本，并影响正常使用。因此在选用摄像机时，一定要根据设计要求选用市场知名度高、使用量大、用户口碑好的产品。