Các trường hợp sử dụng Hệ thống Giao thông Thông minh (ITS) như ALPR, giám sát giao thông và quản lý bãi đỗ xe dựa vào camera để thực hiện đếm người và phương tiện, nhận dạng khuôn mặt, phân tích nhân khẩu học, v.v. Khám phá các tính năng chính của camera của ứng dụng ITS và cách chọn camera.
Ùn tắc giao thông gia tăng, tình trạng quá tải và gia tăng số vụ tai nạn chết người ở các thành phố đòi hỏi phải có một hệ thống quản lý giao thông phối hợp. Ngày nay, Hệ thống Giao thông Thông minh (ITS) đã trở thành một điều cần thiết hơn là một điều xa xỉ trong quy hoạch đô thị và đã được sử dụng ở nhiều thành phố khác nhau trên thế giới. Trong đó, hệ thống giám sát video đáng tin cậy đóng một vai trò quan trọng trong quản lý giao thông thông minh bằng cách giúp thu thập dữ liệu chính xác về phương tiện và người đi bộ.
Nhiều ứng dụng ITS như Nhận dạng biển số xe tự động (ALPR), giám sát giao thông, quản lý bãi đỗ xe, đếm người trong tín hiệu giao thông, v.v. yêu cầu camera có thể đọc số và văn bản cũng như thực hiện phân tích nhân khẩu học và nhận dạng khuôn mặt.
Trong bài viết này, chúng ta khám phá những lợi ích chính của việc sử dụng camera trong ITS và quan trọng hơn là cách chọn camera phù hợp cho ITS hoặc giải pháp quản lý giao thông thông minh.
Trước khi tìm hiểu cách chọn camera phù hợp để quản lý giao thông thông minh, chúng ta bắt buộc phải hiểu lý do tại sao thiết bị ITS cần hệ thống quan sát, hay nói đúng hơn là lợi ích của việc ITS có camera bên trong là gì. Sau đây là một số lợi ích quan trọng nhất:
Hệ thống giao thông thông minh dựa trên tầm nhìn được kích hoạt với ALPR và kiểm soát tốc độ cung cấp phân tích thời gian thực giúp kiểm soát vi phạm giao thông hiệu quả.
Việc tích hợp camera vào Hệ thống giao thông thông minh sẽ tăng phạm vi các trường hợp sử dụng mà hệ thống có thể đáp ứng. Điều này cũng sẽ dẫn đến sự gia tăng tổng thể về tỷ lệ giá hiệu suất của hệ thống với việc tích hợp camera mang lại hiệu suất tốt hơn với chi phí gia tăng thấp hơn.
Camera có khả năng HDR trong hệ thống giám sát giao thông cho phép giám sát suốt ngày đêm trong điều kiện ánh sáng khó khăn.
Mỗi ứng dụng giao thông thông minh thực hiện các chức năng riêng biệt yêu cầu một camera có bộ tính năng khác nhau. Sau đây là những yếu tố chính cần được xem xét khi lựa chọn giải pháp camera phù hợp cho hệ thống giao thông thông minh .
Độ phân giải và kích thước cảm biến
Dải động cao (HDR)
Loại màn trập và tốc độ khung hình
Giao diện
Bây giờ chúng ta hãy xem xét từng yếu tố này một cách chi tiết.
Khi triển khai hệ thống ITS trên đường cao tốc và đường hầm để giám sát giao thông và giảm bớt tắc nghẽn, một trong những thách thức mà ngành giao thông vận tải phải đối mặt là bao quát FOV (Trường nhìn) rộng hoặc khu vực tại các giao lộ đường cao tốc. Điều này có nghĩa là hệ thống cần một camera có độ phân giải cao cung cấp đầu ra hình ảnh có thể phóng to để xem các chi tiết cần thiết của cảnh.
Bây giờ, độ phân giải được khuyến nghị cho hệ thống như vậy là gì?
Mặc dù Full HD từng là công nghệ được ưa chuộng để bao phủ FOV rộng nhưng nó lại dẫn đến mất chi tiết đáng kể khi phóng to. Do đó, camera 4K – với độ phân giải 3840×2160 – đã được ưa chuộng trong những ngày gần đây. Nó đã thay đổi cuộc chơi với số lượng pixel gấp bốn lần (8 triệu so với 2 triệu) so với camera Full HD.
Nhưng liệu độ phân giải 4K có đủ để bao phủ một khu vực rộng lớn không?
Không thực sự. Kích thước cảm biến cũng quyết định khả năng bao phủ trường nhìn rộng của camera. Một cảm biến lớn có kích thước pixel lớn cho phép thu được nhiều photon hơn do pixel lớn của nó. Số lượng photon càng cao thì ánh sáng được hấp thụ càng nhiều và do đó các chi tiết được chụp sẽ tốt hơn.
Chúng ta hãy cố gắng hiểu khái niệm này bằng cách xem xét một ví dụ.
Hãy xem xét hai camera 4K, một camera có cảm biến 1/2,8 inch và một camera khác có cảm biến 1/2 inch. Mặc dù độ phân giải được cả hai camera hỗ trợ là như nhau nhưng cảm biến 1/2,8 inch chỉ có kích thước đường chéo ~6,4 mm, dẫn đến kích thước pixel là 1,45 µm x1,45 µm. Trong khi đó, cảm biến 1/2 inch có kích thước đường chéo ~9,5 mm, dẫn đến kích thước pixel lớn hơn là 2,1 µm x 2,1 µm.
Kích thước pixel lớn cũng mang lại thời gian phơi sáng ngắn giúp chụp ảnh ít nhiễu hơn. Thời gian phơi sáng ngắn hơn này cũng cho phép giảm độ mờ chuyển động trong hình ảnh đầu ra do chuyển động nhanh của đối tượng mục tiêu.
Tiếp theo, chúng ta hãy xem xét kích thước cảm biến.
Thông thường, trong các ứng dụng quản lý giao thông thông minh, ống kính có FOV rộng sẽ được sử dụng. Điều này có nghĩa là cảm biến cũng phải đủ lớn để chứa ánh sáng từ toàn bộ khung cảnh mà không làm mất bất kỳ chi tiết nào.
Nói tóm lại, nên sử dụng một camera có sự kết hợp giữa độ phân giải cao, kích thước pixel lớn và kích thước cảm biến lớn cho Hệ thống Giao thông Thông minh.
Hãy tưởng tượng điểm vào của một bãi đỗ xe ngầm có hệ thống đỗ xe thông minh tự động phát hiện biển số của các phương tiện đang đi vào. Thách thức ở đây là điều kiện ánh sáng tương phản tại hiện trường mục tiêu do ánh sáng mặt trời vào ban ngày và đèn pha của phương tiện vào ban đêm. Camera của hệ thống giao thông trong những tình huống này phải ghi lại hình ảnh từ bên trong bãi đỗ xe với khung cảnh nửa tối nửa sáng. Một camera tiêu chuẩn được thiết kế để hoạt động với thời gian phơi sáng duy nhất không thể chụp được cảnh này một cách chính xác. Với một chiếc camera như vậy, các vùng sáng sẽ bị dư sáng và các vùng tối của khung cảnh sẽ vẫn mờ.
Để khắc phục điều này, nên sử dụng camera có Dải động cao (HDR).
Hình ảnh HDR thường thu được bằng cách chụp ba đến bốn hình ảnh của cùng một cảnh, mỗi hình ảnh ở tốc độ màn trập khác nhau, dẫn đến nhiều hình ảnh từ tối đến sáng. Sau đó bộ xử lý tín hiệu hình ảnh kết hợp tất cả những hình ảnh này để có được hình ảnh đầu ra cuối cùng. Mặc dù tính năng HDR được nhiều cảm biến hỗ trợ nhưng hoạt động xử lý hậu kỳ này bao gồm chụp một hoặc một loạt hình ảnh, kết hợp chúng và điều chỉnh tỷ lệ tương phản với một khẩu độ và tốc độ cửa trập duy nhất cần có bộ xử lý tín hiệu hình ảnh (ISP) chuyên dụng. .
Camera HDR giúp cảnh mục tiêu không bị phơi sáng quá mức và vùng tối bị thiếu sáng. Hãy xem hình ảnh bên dưới để hiểu rõ hơn sự khác biệt giữa hình ảnh được chụp bằng camera thông thường và camera HDR trong điều kiện ánh sáng mạnh:
Hình 1: Ảnh chụp từ camera không HDR & Hình 2: Ảnh chụp từ camera HDR
Việc triển khai camera HDR trong cảnh có điều kiện ánh sáng cố định là không cần thiết. Đối với các tình huống không có điều kiện ánh sáng đa dạng, camera không có HDR là đủ. Vì hầu hết các hệ thống quản lý giao thông đều được lắp đặt ngoài trời nên việc chọn camera có HDR luôn được khuyến khích.
Hãy tưởng tượng một camera gắn trên cột có chức năng phát hiện biển số của một phương tiện đang di chuyển nhanh. Camera chủ yếu gặp phải hai thách thức khi chụp những vật thể chuyển động như vậy:
Tạo tác màn trập rolling
Chuyển động mờ
Tạo tác màn trập rolling là một hiện tượng gây ra bởi thực tế là trong camera màn trập rolling, một dãy điểm ảnh được phơi sáng tuần tự theo từng dòng. Nhiều khi, vị trí của vật chuyển động sẽ thay đổi vào thời điểm dòng cuối cùng lộ ra. Để khắc phục điều này, nên sử dụng cảm biến màn trập global. Vì camera màn trập global hiển thị đồng thời toàn bộ khung hình nên toàn bộ cảnh sẽ được chụp cùng một lúc.
Hình 3: Ảnh chụp từ camera Global Shutter & Hình 4: Ảnh chụp từ camera Rolling Shutter
Đối với nhòe chuyển động.
Nhòe chuyển động là hiện tượng nhòe gây ra ở hình ảnh đầu ra khi đối tượng mục tiêu di chuyển quá nhanh. Để chụp một vật thể chuyển động nhanh mà không bị mờ, cần có camera có tốc độ màn trập cao hoặc thời gian phơi sáng thấp. Điều này sẽ đảm bảo rằng số lượng khung hình tối đa được chụp trong thời gian ít nhất có thể. Vui lòng xem so sánh hình ảnh bên dưới để hiểu rõ hơn về chuyển động mờ. Ảnh được chụp bằng camera tốc độ màn trập thấp sẽ minh họa hiện tượng nhòe chuyển động.
Hình 5: Ảnh được chụp với tốc độ màn trập thấp và tốc độ màn trập cao
Lưu ý khi sử dụng camera tốc độ màn trập cao là điều này đôi khi có thể dẫn đến khung hình bị thiếu sáng tùy thuộc vào điều kiện ánh sáng. Điều quan trọng là phải xem xét ánh sáng trong cảnh trước khi điều chỉnh thời gian phơi sáng để chụp nhanh hơn. Ánh sáng bổ sung có thể được thêm vào hiện trường để bù đắp cho việc giảm thời gian phơi sáng. Chọn một camera có cảm biến lớn là một phương pháp khác để giải quyết vấn đề này nhờ có điểm ảnh lớn.
Việc lựa chọn giữa màn trập global shutter và màn trập rolling với tốc độ khung hình cao đôi khi rất khó khăn. Nếu mục tiêu của bạn là giải quyết các hiện tượng lạ của màn trập rolling thì bạn cần sử dụng camera màn trập chung. Trong khi đó, bạn có thể chọn camera màn trập rolling có tốc độ khung hình cao để giảm hiện tượng nhòe chuyển động.
Nhiều ứng dụng giao thông thông minh có camera gắn trên cột nơi chúng được kết nối với bộ xử lý máy chủ thường được đặt ở dưới cùng của cột. Điều này nhiều khi đòi hỏi phải truyền dữ liệu hình ảnh và video được chụp ở khoảng cách xa. Các giao diện được sử dụng phổ biến nhất trong hệ thống thị giác là USB và MIPI. Cáp MIPI có thể truyền dữ liệu ở khoảng cách lên tới 1 mét nhưng đáng tin cậy nhất trong phạm vi 50 cm. Đồng thời, USB có thể truyền dữ liệu một cách đáng tin cậy với khoảng cách lên tới 3 mét.
Nếu chiều dài vượt quá 3 mét, nên sử dụng giao diện như liên kết GMSL hoặc FPD. Tuy nhiên, chúng đắt hơn so với MIPI và USB vì việc sử dụng chúng yêu cầu bảng tuần tự hóa ở phía camera và bảng giải tuần tự ở phía máy chủ để chuyển đổi dữ liệu. Cáp GMSL và FPD cũng đắt hơn so với MIPI và USB.
Nói tóm lại, bạn cần chọn giao diện tùy thuộc vào ứng dụng cuối cùng của bạn và cân nhắc về chi phí.
Như đã được giải thích trong bài viết này, các loại ứng dụng ITS khác nhau yêu cầu các camera khác nhau. Loại màn trập, tốc độ khung hình, giao diện, khả năng HDR, độ phân giải cao và kích thước cảm biến là một số tiêu chí chính để có thể chọn camera cho các ứng dụng cụ thể trong hệ thống giao thông thông minh.
Bạn cần báo giá nhanh?
Bạn đã lựa chọn được một vài model cho dự án của mình và đang cần chúng tôi báo giá nhanh? Hãy click vào đây để điền và gửi cho chúng tôi.
