1 系统结构
1.1 系统构成
ICTPMS 的硬件系统主要有高分辨率彩色摄像机CCD、天敏开发-2000 视频捕捉卡、工业控制机、公用电话线及交通管理中心组成，它的系统结构如图1 所示。
1.2 工作原理
ICTPMS系统以工业控制机为监测平台，利用高分辨率彩色摄像机CCD 拍摄交通模拟视频流，通过视频捕获卡将其数字化，产生视频图像，并传送到工控机；然后对视频图像进行处理，识别监测区是否有车辆出现，判断交通车辆是否违章逆行。若是，则抓拍现场图像，采集相关违章数据，最后将抓拍图片及相关数据通过公用电话网传输至交通控制中心进行违章数据管理，识别违章车辆的车牌号码，根据车牌号在车管所交通车辆数据库取得违章车辆的相关资料，建立违章车辆管理数据库，并进行登录、查询、统计、报表输出及处罚管理。
2 系统软件设计
ICTPMS 的软件系统主要有违章监测系统和违章数据管理系统这两个子系统组成，通过公用电话网相连接，进行数据传输与通信，从而构成一个协调工作的违章监控系统。系统软件流程如图2 所示。
2.1 违章监测子系统
违章监测子系统主要是实现交通车辆违章逆行的监测功能。首先利用CDD 摄像头采集交通模拟视频信号，通过视频捕捉卡将其数字化，存入缓存中；然后对监测现场图片加以处理，判断监测区是否有物体侵入、入侵目标是否车辆、是否逆行，从而判定是否有违章逆行事件发生，进而抓拍违章现场图片，并采集其它相关违章车辆信息。其功能主要由若干模块
来实现，下面分别介绍。
2.1.1 系统初始化
在初始化模块，主要是设定系统的工作模式及相关参数，包括采集图像的分辨率[1]、图像采集卡视频端口的制式、亮度、对比度、色度、饱和度及每秒采集的帧数、检测区域的大小和个数、像素间距与实际路长的比例系数等，为后续处理做好准备。
2.1.2 视频采集
所谓视频采集，就是利用视频采集设备把摄像机传输来的模拟视频信号捕捉下来并将其数字化[2]。当前，视频捕获的软件控制由两种方式来完成，一种是利用视频捕获卡附带的软件开发包来实现，一种是基于Microsoft 公司提供的视频软件开发工具箱VFW(video for windows)实现。本系统采用第一种方式，笔者利用本系统的天敏开发-2000 视频卡所附带的软件包，通过编程操纵硬件，按每秒25 帧(PAL 制式)捕捉图像，并存贮在缓存中。
2.1.3 图像差分
为了判断监测区是否有车辆进入，一般采用图像差值[3,4]法来进行，即首先将视频图像灰度化，然后比较两幅图像对应像素点的灰度值，看是否有变化以及变化有多少。设原背景图像为f0(x,y)，当前监测区图像为f(x,y)，它们的差值图像则为D(x,y)=|f(x,y)- f0(x,y)|。若D 小于设定阀值T，则监测区无异常，否则，则有物体进入。考虑到天气、季节、早晚等的环境光照变化，一般不以D=0 为判断标准，并且需要定时更换背景图像。本系统十分钟更换一次背景，使监测系统对环境光照变化不敏感，具有自适应调节能力。
2.1.4 逆行监测
判断监测区是否有交通目标逆行的现象的主要思想是：将监测区域按道路方向平均分割为A1 和A2 两个子区域，并指定正方向为从A1 到A2；若变化首先出现在A1 区，则为正向行驶；否则，若交通目标首先出现在A2 区，则一定是逆向行驶。显然，判断交通目标是否逆行的关键在于确定灰度变化首先出现在哪个子区域。
从缓存中读取一幅图像f1 ，计算它与背景图像f0 的差值D1 =| f1 － f0 |。若D1 小于设定阀值T1 ，则说明监测区无变化，重新读一幅图像；否则，说明监测区有目标侵入，此时交通目标的位置分布状态S1 只可能有5 种情况，如图3 所示。基于实时性考虑，监测区的选择不宜太大，所以不会出现交通目标完全包含于监测区内的情况。经过一个小时间片t 读第二幅图像f2 ，做差值D2 =| f2 － f0 |，其中t大小根据交通车辆在特定路段的车速(城市道路车速[4]一般为40~60 km/h)来确定。这时检测到的交通目标的位置分布状态S2 可能有6 种情况，即除了图3 中的5 种，还包括目标不在监测区的情形，记为状态(h)。其实状态(h)又包括交通目标完全处于区域B 中或区域C 中两种情况，只是不能分辨而已。确定了交通目标相隔t 时的两个位置状态S1 和S2，就可以判定交通目标是否违章逆行，共有以下5 种情形：(1) S1 为状态(a)时，若S2 为状态(h)，则不能确定，其它情况否定逆行；(2)当S1 为状态(b)时，若S2 为状态(a)，则断定逆行，若S2 为状态(h)，则不能确定，其它情况否定逆行；(3)当S1 为状态(c)时，若S2 为状态(a)、(b)其中之一，则断定逆行，若S2 为状态(h)，则不能确定，其它情况否定逆行；(4)当S1 为状态(d)时，若S2 为状态(a)、(b)、(c)其中之一，则断定逆行，若S2 为状态(h)，则不能确定，其它情况否定逆行；(5)S1 为状态(e)时，若S2 为状态(a)、(b)、(c)、(d)其中之一，则断定逆行，若S2 为状态(h)，则不能确定，其它情况否定逆行。其实，当充分减小时间片[5,6] t时，S2 为状态(h)的情形非常少见，从而大大降低了无法确定交通目标是否逆行的几率。
2.1.5 尺度滤波
逆行监测模块只能测定监测区中是否有物体经过并确定是否逆行，但它是否交通车辆，尚未可知。鉴于图像差分所产生的噪声、行人、自行车比汽车所占区域小得多，我们设计了尺度滤波器将尺度较小的物体及噪声滤掉。具体做法是首先将差值图像二值化，物体所在区域像素点全标为1，背景点全标为0；然后设定适当的尺度阀值[7,8]，把差值图像中面积小A 的区域滤掉。这样处理的结果图像只能有两种情况，或者1的个数为零，表明交通目标不是汽车，系统返回重新监测；或者1 的个数很大，表明有交通车辆违章逆行事件发生。