一种提高电子警察抓拍系统抓拍图像质量的装置及方法

摘要

一种提高电子警察抓拍系统抓拍图像质量的装置及方法，该装置包括电子警察抓拍系统的CCD摄像机，在该摄像机安装CCD的传感器板的上部采用金属垫片垫起，使安装CCD的传感器板与摄像机镜头构成一夹角，该夹角为锐角。本发明是基于调整CCD倾斜角度来调整图像清晰度的，能使停车线和红色交通信号灯位置所成的面处于对焦清晰处，可以使得车辆和红灯位置处都拥有清晰的图像信息，避免红灯处图像不清晰所造成的无法对违法行为进行有效的执法。应用于城市市内的电子警察抓拍系统，使其获得更好的、清晰的图像效果，能够提高城市智能化水平，改善城市交通安全。

说明书

技术领域

本发明涉及道路交通领域，具体涉及一种提高电子警察抓拍系统抓拍图像质量的装置及方法。

背景技术

随着科技的发展，社会的进步，智能化城市建设是当今城市发展的方向，作为城市外貌特征的道路交通设施建设越来越受到重视，研制出方便、快捷、有效、准确的智能交通系统是发展智慧城市的一项重要课题。

在电子警察抓拍系统中，除了保证系统对违法车辆行为具有准确的抓拍功能外，所抓拍的图像信息还应具有有效的执法能力，即证明车辆施行违法行为的证据，据此，相关执法部门才能对违法行为做出正确的判断，并予以相应的处罚。但是，如果所抓拍的图像信息的红灯位置处出现模糊不清，致使不能通过图像信息判断出车辆是否实施了违法行为，那么执法部门就不能据此对违法人员进行处罚。

当摄像机中的CCD与镜头保持平行状态的时候，由于摄像机放置时与地面是成一定角度的，所以获得的图像车辆位置是清晰的，但是红灯的位置是不够清晰的，不够清晰的红灯图像会导致图像无法判断车辆的违法行为，导致执法无法顺利进行。如何使得车辆位置处和红灯位置处都保持清晰，是亟待研究的课题。

发明内容

针对现有技术存在的问题，本发明提供一种提高电子警察抓拍系统抓拍图像质量的装置及方法。

本发明的技术方案是：

一种提高电子警察抓拍系统抓拍图像质量的装置，包括电子警察抓拍系统的CCD摄像机，在该摄像机安装CCD的传感器板的上部采用金属垫片垫起，使安装CCD的传感器板与摄像机镜头构成一夹角，该夹角为锐角。

采用所述的装置提高电子警察抓拍系统抓拍图像质量的方法，包括以下步骤：

步骤1：根据安装电子警察抓拍系统的F型杆的高度h及该F型杆与摄像机所能摄取的最近点间的距离a，求得摄像机到其所能摄取的最近点的连线与该F型杆所成锐角α，摄像机所能摄取到的视角为90°-α，该视角的即为红色交通信号灯与摄像机所能摄取到的视角角分线的夹角

步骤2：根据摄像机镜头中心点垂直于停车线的垂足A到F型杆的距离和F型杆的高度h计算安装电子警察抓拍系统的F型杆与摄像机镜头中心点垂直于停车线的垂足之间的夹角，进而求得摄像机镜头中心点垂直于停车线的垂足A与摄像机视角角分线之间的夹角β；

步骤3：根据F型杆的杆顶O到摄像机镜头中心点垂直于停车线的垂足A的距离和夹角β，计算摄像机镜头中心点垂直于停车线的垂足A的物距OH，点H为摄像机镜头中心点垂直于停车线的垂足A到摄像机视角角分线的垂足；

步骤4：根据F型杆的杆顶O到红色交通信号灯位置B间的距离和夹角，计算红色交通信号灯位置B的物距OD，点D为红色交通信号灯位置B到摄像机视角角分线的垂足；

步骤5：根据物距OH、物距OD和摄像机的焦距，通过凸透镜成像原理得到物距OH对应的像距OH′和物距OD对应的像距OD′，摄像机镜头中心点垂直于停车线的垂足A透过摄像机的成像点为A′，红色交通信号灯位置B透过摄像机的成像点为B′；

步骤6：根据夹角β和像距OH′，求得摄像机镜头中心点垂直于停车线的垂足A透过摄像机的成像点A′到摄像机视角角分线延长线的垂直距离A′H′，根据夹角和像距OD′，求得红色交通信号灯位置B透过摄像机的成像点B′到摄像机视角角分线延长线的垂直距离B′D′，根据像距OH′和像距OD′得到H′D′；

步骤7：根据垂直距离B′D′、垂直距离A′H′和H′D′求得A′B′与B′D′之间的锐角θ′，该锐角θ′为摄像机镜头中心点垂直于停车线的垂足透过摄像机的成像点和红色交通信号灯位置透过摄像机的成像点的连线与摄像机镜头之间的夹角，即安装CCD的传感器板与摄像机镜头所需形成的夹角；

步骤8：根据安装CCD的传感器板与摄像机镜头所需形成的夹角和安装CCD的传感器板的长度，求得使传感器板与摄像机镜头形成该夹角时传感器板需要垫起的高度；

步骤9：将金属垫片固定在传感器板上侧与摄像机镜头之间的连接螺丝上，实现传感器板需要垫起的高度。

有益效果：

本发明是基于调整CCD倾斜角度（安装CCD的传感器板的倾斜角度）来调整图像清晰度的，能使摄像机镜头中心点垂直于停车线的垂足和红色交通信号灯位置的连线处于对焦清晰处，保证车辆与红灯具有同样较好的清晰度，通过调整CCD的倾斜角度对图像清晰度进行校正，可以使得车辆和红灯位置处都拥有清晰的图像信息，避免红灯处图像不清晰所造成的无法对违法行为进行有效的执法。本发明有效改善图像质量，保障车辆抓拍的有效性，便于对违法人员执法的顺利进行，应用于城市市内的电子警察抓拍系统，使其获得更好的、清晰的图像效果，能够提高城市智能化水平，改善城市交通安全。

附图说明

图1为本发明具体实施方式的简单道路情况实物位置模拟图；

图2为本发明具体实施方式的摄像机镜头的成像图；

图3为本发明具体实施方式的调整CCD倾斜角度图；

图4为本发明具体实施方式的调整CCD倾斜角度的整体流程图；

图5为本发明具体实施方式提高电子警察抓拍系统抓拍图像质量的装置结构示意图；

图6为本发明具体实施方式的实际道路情况位置图；

其中，1-CCD，2-传感器板，3-金属垫片，4-摄像机镜头，5-连接螺丝，6-F型杆，7-停车线，8-红色交通信号灯位置。

具体实施方式

下面结合附图对本发明的具体实施方式做详细说明。

如图5所示，本实施方式的提高电子警察抓拍系统抓拍图像质量的装置，包括电子警察抓拍系统的CCD摄像机，电子警察抓拍系统安装在F型杆6的横杆上，在该摄像机安装CCD的传感器板2的上部采用金属垫片3垫起，使安装CCD1的传感器板2与摄像机镜头4构成一夹角，该夹角为锐角，本实施方式的实际道路情况位置如图6所示，该锐角为停车线7和红色交通信号灯位置8所成的面透过摄像机所得的成像面与摄像机镜头之间的夹角。

本实施方式中，采用上述的装置提高电子警察抓拍系统抓拍图像质量的方法，如图4所示，包括以下步骤：

步骤1：根据安装电子警察抓拍系统的F型杆的高度h及该F型杆与摄像机所能摄取的最近点间的距离a，求得摄像机到其所能摄取的最近点的连线与该F型杆所成锐角α，摄像机所能摄取到的视角为90°-α，该视角的即为红色交通信号灯与摄像机所能摄取到的视角角分线的夹角

如图1所示，A为摄像机镜头中心点垂直于停车线的垂足，B为红色交通信号灯位置，为了使摄像机镜头中心点垂直于停车线的垂足和红色交通信号灯位置的图像具有相同的清晰度，使A和B在同一直线上，E点位置为摄像机所能摄取的最近点，E与安装电子警察抓拍系统的F型杆OG的距离为a=16米，摄像机镜头中心点垂直于停车线的垂足到F型杆OG的距离为b=20米，摄像机镜头中心点垂直于停车线的垂足到红色交通信号灯杆的距离为c=50米，F型杆OG的高度h=6.5米；

摄像机到其所能摄取的最近点E的连线与该F型杆所成锐角α，可以通过E到F型杆的距离与F型杆OG的高度h利用反正切公式求得，

摄像机所能摄取到的视角为90°-α，摄像机视角的记为

步骤2：根据摄像机镜头中心点垂直于停车线的垂足A到F型杆的距离和F型杆的高度h计算安装电子警察抓拍系统的F型杆与摄像机镜头中心点垂直于停车线的垂足之间的夹角，进而求得摄像机镜头中心点垂直于停车线的垂足A与摄像机视角角分线之间的夹角β；

F型杆与摄像机镜头中心点垂直于停车线的垂足A所形成的锐角

摄像机镜头中心点垂直于停车线的垂足A与摄像机视角角分线之间的夹角为

步骤3：根据F型杆的杆顶O到摄像机镜头中心点垂直于停车线的垂足A的距离和夹角β，计算摄像机镜头中心点垂直于停车线的垂足A的物距OH，点H为摄像机镜头中心点垂直于停车线的垂足A到摄像机视角角分线的垂足；

F型杆的杆顶O与摄像机镜头中心点垂直于停车线的垂足A的连线

物距OH根据下面的公式求得OH=cosβ×OA；

步骤4：根据F型杆的杆顶O到红色交通信号灯位置B间的距离和夹角计算红色交通信号灯位置B的物距OD，点D为红色交通信号灯位置B到摄像机视角角分线的垂足；

F型杆OG与红色交通信号灯位置处BK之间的距离为OB=b+c；

物距OD根据下面的公式求得，

步骤5：根据物距OH、物距OD和摄像机的焦距，通过凸透镜成像原理得到物距OH对应的像距OH′和物距OD对应的像距OD′，摄像机镜头中心点垂直于停车线的垂足A透过摄像机的成像点为A′，红色交通信号灯位置B透过摄像机的成像点为B′；

在凸透镜成像原理中，由于物距、像距和焦距三者存在关系公式其中，u代表物距，v代表像距，f为摄像机的焦距，如图2所示，A′为摄像机镜头中心点垂直于停车线的垂足A透过摄像机的成像点，B′为红色交通信号灯位置B透过摄像机的成像点；D′为B到摄像机视角角分线的垂足D透过摄像机的成像点，H′为A到摄像机视角角分线的垂足H透过摄像机的成像点；

根据图1可以得出图2中相对应的和β的位置，θ′为CCD应该倾斜的角度。可以根据下面的公式计算得到：

$>\frac{1}{\mathrm{OH}}+\frac{1}{{\mathrm{OH}}^{\prime }}=\frac{1}{f}\Rightarrow {\mathrm{OH}}^{\prime }=1/\frac{1}{f}-\frac{1}{\mathrm{OH}},$>$>\frac{1}{\mathrm{OD}}+\frac{1}{{\mathrm{OD}}^{\prime }}=\frac{1}{f}\Rightarrow {\mathrm{OD}}^{\prime }=1/\frac{1}{f}-\frac{1}{\mathrm{OD}}$>

步骤6：根据夹角β和像距OH′，求得摄像机镜头中心点垂直于停车线的垂足A透过摄像机的成像点A′到摄像机视角角分线延长线的垂直距离A′H′，根据夹角和像距OD′，求得红色交通信号灯位置B透过摄像机的成像点B′到摄像机视角角分线延长线的垂直距离B′D′，根据像距OH′和像距OD′得到H′D′；

$>H^{\prime }{D}^{\prime }={\mathrm{OH}}^{\prime }-{\mathrm{OD}}^{\prime }=1/\frac{1}{f}-\frac{1}{\mathrm{OH}}-1/\frac{1}{f}-\frac{1}{\mathrm{OD}}$>

A′H′=tanβ×OH′，

步骤7：根据垂直距离B′D′、垂直距离A′H′和H′D′求得A′B′与B′D′之间的锐角θ′，该锐角θ′为摄像机镜头中心点垂直于停车线的垂足透过摄像机的成像点和红色交通信号灯位置透过摄像机的成像点的连线与摄像机镜头之间的夹角，即安装CCD的传感器板与摄像机镜头所需形成的夹角；

$>\tan {\theta }^{\prime }=\frac{H^{\prime }{D}^{\prime }}{A^{\prime }{H}^{\prime }+B^{\prime }{D}^{\prime }}\Rightarrow \angle {\theta }^{\prime }=\arctan \frac{H^{\prime }{D}^{\prime }}{A^{\prime }{H}^{\prime }+B^{\prime }{D}^{\prime }};$>

步骤8：根据安装CCD的传感器板与摄像机镜头所需形成的夹角和安装CCD的传感器板的长度，求得使传感器板与摄像机镜头形成该夹角时传感器板需要垫起的高度；

如图3所示，h_CCD=sinθ′×L，h_CCD为传感器板需要垫起的高度，L=7cm为安装CCD传感器板（sensor板）的长度；

在不同摄像机的焦距f的情况下，CCD所需调整的倾斜角度（安装CCD的传感器板与摄像机镜头所需形成的夹角）计算结果如下所示：

当f=0.016米时，θ′=0.0964134501365°，h_CCD=0.11779119mm；

当f=0.025米时，θ′=0.1506934187359°，h_CCD=0.18410653mm；

步骤9：将金属垫片固定在传感器板上侧与摄像机镜头之间的连接螺丝上，实现传感器板需要垫起的高度。

将安装CCD的传感器板倾斜∠θ′，即将传感器板垫高h_CCD高度，即可达到提高图像清晰度的效果。

如图5所示，在安装CCD的传感器板和摄像机镜头的连接处上方位置处放置适当厚度的垫片，即将金属垫片固定在传感器板上侧与摄像机镜头之间的连接螺丝5上，使安装CCD的传感器板垫高h_CCD高度，以达到传感器板与摄像机镜头所需形成的夹角θ′。