摘要:近幾年，LED燈繼白熾燈、熒光燈、高亮度氣體燈之后的第四代燈具在照明領域已經被廣泛應用，小到臺燈、手電筒、各種電器上的指示燈等，大到室內外照明、路燈、裝飾燈，以及許多大的顯示屏燈。其中，LED補光燈被廣泛應用在四川等省市的治安卡口和電子警察等設備上，極大提升了車牌號碼、顏色，以及人臉識別的識別率。
文/ 何李
近幾年，LED燈繼白熾燈、熒光燈、高亮度氣體燈之后的第四代燈具在照明領域已經被廣泛應用，小到臺燈、手電筒、各種電器上的指示燈等，大到室內外照明、路燈、裝飾燈，以及許多大的顯示屏燈。其中，LED補光燈被廣泛應用在四川等省市的治安卡口和電子警察等設備上，極大提升了車牌號碼、顏色，以及人臉識別的識別率。
一、LED補光燈的補光原理
與普通攝像機的補光燈不同，LED補光燈照度低、發光強度固定不可調、范圍小，并可連續發光，適宜連續圖像拍攝，是治安卡口、電子警察最合適的補光光源之一。目前，捷威思的LED補光燈已廣泛應用在上海、四川、安徽、江西、陜西、黑龍江等省市的智能交通項目中。
眾所周知，不管是電子警察還是治安卡口，在實際應用中都存在一個問題：夜晚的環境光往往不夠理想，圖片拍攝效果較差，甚至看不清車牌，很難成功識別車牌號碼、顏色以及相應的違法判斷分析。補光燈的應用完美地解決了這一問題，極大地提升了車牌識別率。
同時，在道路監控尤其是紅外攝像技術上，LED紅外燈也有著廣泛的應用。紅外攝像技術分為被動紅外技術和主動紅外技術。被動紅外技術是利用任何物質在絕對零度以上都有紅外光發射，人體和熱機發出的紅外光較強，其它物體發出的紅外光卻很微弱，利用特殊的紅外攝像機可以實現夜間監控。但是，這種特殊的紅外攝像機造價昂貴，而且不能反映周圍環境狀況，因此在夜視系統中不被采用。在夜視系統中通常采用主動紅外攝像技術，即采用紅外輻射照明，產生人眼看不見而普通攝像機能捕捉的紅外光，輻射照明景物和環境，應用普通低照度黑白攝像機、彩轉黑攝像機或紅外低照度彩色攝像機，感受周圍環境反射回來的紅外光實現夜視。這樣，既增加了監控的清晰度，又注重了監控的隱蔽性。
二、LED補光技術在智能交通中的應用現狀
現如今，在交通領域補光燈方面，LED補光燈從光色上主要有LED白光燈、LED紅外燈；從發光方式上又可分為常亮燈和頻閃燈。LED補光燈有著其它發光器件無法比擬的優勢，列舉如下：
·體積小：LED基本上是一塊很小的晶片被封裝在環氧樹脂里面，所以它非常的小，非常的輕。
·耗電量低：LED耗電量非常低，一般來說LED的工作電壓在2~3.6V，供電電流是0.02~0.03A。這就說它消耗的電不到0.1W。
·使用壽命長：在恰當的電流和電壓下，LED的使用壽命可達10萬小時。
·高亮度、低熱量。
·環保：LED是無毒的材料制成的，不像熒光燈含水銀造成污染，同時LED也可以回收再利用。
·堅固耐用：LED是被完全的封裝在環氧樹脂里面，它比燈泡和熒光燈管都堅固。燈體內也沒有松動的部分以下主要從道路監控紅外補光技術、卡口閃光補光技術、電子警察抓拍頻閃補光技術三個方面進行研究分析。
1、道路監控紅外補光技術
在夜視環境光不理想的時候，要對環境進行補光。實現夜視的方法，可以采用常規的可見光照明，但此法不僅不能隱蔽，反而更加暴露監控目標，同時也存在著擾民問題。隱蔽的夜視監控，目前都是采用紅外攝像技術。
由紅外發光二極管矩陣組成發光體。紅外發射二極管有紅外輻射效率高的材料（常用砷化鎵GaAs）制成PN結，外加正向偏壓向PN結注入電流激發紅外光。光譜功率分布為中心波長為830nm~950nm，半峰帶寬為40nm左右，它是窄帶分布，為普通CCD黑白攝像機可感受的范圍。其最大優點是可以完全無紅暴（采用940nm~950nm波長紅外管），或僅有微弱紅暴。（紅暴為有可見紅光）
2、卡口閃光補光技術
卡口因其所處的特殊位置和發揮的特殊作用，決定了其所獨有的特點：室外光環境復雜，溫度變化大，雨雪風沙、車速由低到高，車流密度大（每輛車都要抓拍記錄）、安裝地點偏僻等，對系統技術含量要求和可靠性要求很高，同時要求設備的現場安裝調試和維護要方便，必須滿足全天候抓拍圖像的質量要求，尤其是夜間的效果和長時間的無故障工作時間；由于CCD技術和高清相機的快速發展和成熟，現在的治安卡口對車牌、車身顏色和駕駛員（前排人員）臉部圖像提出新的要求，我國道路卡口監控系統建設和應用依然處在一個相對較低的水平上，存在一些問題和不足，大多數卡口系統抓拍有效率不到75%，其主要原因就是光源使用的不恰當。重點和難點是清楚辨別車身顏色、駕駛員（前排人員）臉部圖像。基于這樣的要求必須使用特殊的閃光燈（頻閃燈），且閃光燈要具備很高的性能，如回電時間短、壽命長、智能控制閃光時間和亮度等（圖1是LED補光燈在卡口中的應用效果）。
圖1LED補光燈在卡口中的應用效果
根據以上因素，在卡口系統中光源的選擇應滿足下列條件：
（1）專業性強：用于治安卡口的閃光燈不同于影樓、機場跑道等場合的閃光燈，生產廠商需要有足夠的電子警察行業背景，需要對該行業系統集成有深刻的理解，并且專門針對治安卡口的工作環境和功能要求研制開發的閃光燈，這樣才能更好的配合高清像機，提供比較全面的技術支持。
（2）高壽命：由于治安卡口一般位于城市主要出入口，車流量大，而且每輛車都要抓拍記錄，因此高壽命已成為閃光燈的一項最重要的指標。以日平均車流量2萬輛為例，白天晚上都使用閃光燈，一年每只燈最少閃光720萬次。由此要求閃光燈壽命至少800萬次以上，否則將造成閃光燈光強在車流密度大的情況下很快衰減至漏閃，甚至不能發光。
（3）瞬間高光強度：要想達到以上的要求和在各種情況下自動長時間拍出高清晰畫質，閃光燈白天使用時必須在500us內發出60J左右的光能量配合攝像機才能實現拍攝清晰駕駛員臉的要求。在拍攝高速運動車輛時曝光時間應設置得盡可能短，使主動光源占曝光量的大部分。這樣會減少環境光（如汽車前大燈、車輛反光斑點、太陽光下的各種雜散光等）對拍照的干擾，提高圖像的質量（較慢的快門帶來拖影，環境光干擾會降低圖像質量）。這樣就要求作為主動光源的閃光燈在極短時間內提供足夠的光能量。
（4）支持長時間連閃和短時間內高頻連閃：滿足車流密度大的要求。即要求閃光燈的電容和電路承受能力要很強，能滿足支持大功率連閃的需要，否則車流密度大時，就會出現漏閃。而且有可能擊穿電容，造成安全事故。
（5）發光時間可以精確調整：滿足不同現場不同攝像機調整的要求，達到與攝像機最佳的曝光配合，在保證圖片效果的前提下，最大限度的減少閃光燈對駕駛員和道路周邊住宅居民的影響。
（6）具有數字接口：在道路安裝調試，操作難度高，危險系數高。如果閃光燈支持現場和遠程對光源進行調整，可以節省調試時間，減少現場工程師的勞動強度，避免不必要的人身安全危險。
3、電子警察抓拍補光技術
目前電子警察系統用補光燈主要有三種：常亮燈、頻閃燈、紅外燈。
（1）常亮燈
LED常亮燈的工作原理相對來說比較簡單，燈的開關通過光敏電阻控制。只需要做好對燈板的電源控制以及散熱問題。其主要的優點是：穩定性好，不容易受到外界的干擾；接線方式簡單，減少施工量；補光效果穩定。但是，常亮燈有一個很大
的缺點，便是使用壽命不長，長時間的使用后光衰特別明顯，達不到智能交通領域對補光燈壽命3年左右的要求。究其原因主要是燈珠工作時間長，產熱量大，室外安裝所需要的密閉環境造成散熱效果的不理想。目前，常亮燈在此領域的應用整在逐漸被淘汰。
（2）頻閃燈
LED頻閃燈是現如今市場上所主要采用的補光系列產品，其工作原理相對于長亮燈來說復雜了很多，內部構造增加了信號控制板。其工作模式從大的方面來說主要是抓拍機信號OUT控制頻閃燈的觸發，其信號控制上多采用了自動插幀技術，一般插幀到50Hz左右，這樣既能保證抓拍機抓拍圖像的同時燈剛好處在亮的狀態，又能避免頻閃燈的明顯閃爍現象對司機開車造成不利影響。并且，由于頻閃技術的應用，單位時間燈的產熱量有了很大的降低，燈的壽命也有了大大的提高。
（3）紅外燈
雖然紅外燈補光有著隱蔽性好、不存在光污染等優勢。但是目前在電子警察領域，國內很少有使用紅外燈來進行補光。其最主要的原因就是國內車牌是多顏色的車牌，車牌識別同時也要求車牌顏色的識別，這就要求夜間抓拍機不能使用黑白模式，但是彩色模式的應用又使得所抓拍的圖片有著明顯的偏色。甚至是明顯的紅暴。這一弊端基本上扼殺了紅外補光燈的應用。在韓國等國家，由于顏色的統一性，抓拍圖片只是注重車牌號碼的識別，從而多采用780nm的紅外補光。
近來，成都捷威思等公司正在研究730nm、780nm、810nm等更近波段的紅外補光，雖然紅暴現象明顯，但是在彩色模式下的圖片整體質量相對于其它波段有了很大的改善，但其偏色現象仍不容樂觀。當然，科技在不斷的進步，芯片內部RGB色調的能力也在不斷的改進，相信紅外補光仍是以后的發展趨勢。
三、智能交通領域LED補光燈的未來發展趨勢
LED補光燈的未來發展趨勢主要包括以下幾個方面：
·智能化：亮度可以通過感應環境光亮度進行自動控制和遠程控制；光斑的角度和大小可以遠程控制等。
·人性化：光線柔和，對人眼刺激感進一步減小；紅外補光偏色問題進一步得到解決，甚至可以徹底解決，從而減少光污染。
·穩定性更高，低功耗：可以與市場上任意一款像機搭配；散熱處理將更加成熟有效；可靠性高，完全不受外界干擾。
·補光效果更好：光斑均勻；更加清晰得看清車牌、車身顏色輪廓。
隨著智能交通技術的快速發展，必將推動著補光燈的智能化、人性化進程。當然大的方向依然不會改變：在不影響補光效果的前提下，降低功耗、增加散熱能力、提高控制板穩定性、兼容市場上各種模擬像機和數字高清CCD/CMOS相機、提高使用壽命等。在此基礎上，LED補光燈的智能化、人性化才得以延伸。
（作者單位：成都市捷威思系統集成有限公司）
