Selbst unter schwierigsten Licht- und Witterungsverhältnissen müssen Kameras bei der Verkehrsüberwachung gestochen scharfe, hochauflösende Bilder liefern. Zwei Kameratechnologien sind hierfür geradezu prädestiniert, ob im Team oder Single: Industrie - und Netzwerkkameras. In Echtzeit lauern sie Verkehrssündern auf.

Das weltweit steigende Verkehrsaufkommen macht Verkehrssysteme zunehmend komplexer. Auch die Sicherheit im Transportwesen muss mit dieser Entwicklung Schritt halten, um die Anforderungen hinsichtlich Volumina, Geschwindigkeiten und Kosten weiterhin zu erfüllen. Effektives Verkehrsmanagement kommt daher heute vielerorts nicht mehr ohne künstliche Intelligenz aus. Das optimierte Auge in intelligenten Verkehrssystemen bilden Kameras, die gestochen scharfe, hoch aufgelöste Bilder auch unter widrigen Licht- und Witterungsverhältnissen liefern. Zwei Kameratechnologien decken ein breites Spektrum an Anwendungsbereichen ab: Industrie- und Netzwerkkameras.

Multi-Streaming-fähig

Die beiden Technologien unterscheiden sich im Kern, den Bilddaten. Industriekameras liefern unkomprimierte Aufnahmen, die direkt an einen PC übertragen werden. Dabei entstehen naturgemäß große Datenmengen. Der Vorteil dieser Methode liegt in der hohen Qualität der Daten, denn es gehen keine Informationen durch Komprimierung verloren. Netzwerkkameras hingegen komprimieren die Bilddaten. Dadurch wird die Datenmenge deutlich reduziert in der Kamera gespeichert und kann beliebig vielen Nutzern über ein Netzwerk zur Verfügung gestellt werden. Insbesondere in Kombination mit Multi-Streaming, also der gleichzeitigen Bereitstellung unterschiedlicher Bildausschnitte, wird Komprimierung zu einem wichtigen Faktor. Formate wie MJPEG, MPEG-4 oder H.264 reduzieren die Datenmenge dabei auf 1/40 bis 1/100 des ursprünglichen Volumens. Dies spart Bandbreite und Speicherplatz. Diese Eigenschaften qualifizieren Netzwerkkameras insbesondere für Überwachungsanwendungen jeglicher Art. 

In Echtzeit Bilder aufnehmen

Für Verkehrsanwendungen bieten beide Technologien zusätzliche Funktionalitäten, die bei der Wahl der passenden Kameratechnologie bzw. des Kameratyps relevant sein können. Echtzeitfähigkeit ist unverzichtbar für Geschwindigkeits-, Ampel- und Mautüberwachung sowie in Anwendungen, in denen die Kamera ihre Belichtungseinstellungen z.B. mit einer zusätzlichen Lichtquelle synchronisieren muss. Eine Lichtschranke, ein Laser oder Radar beispielsweise fungiert als Signal, auf das hin die Kamera mit geringstmöglicher Verzögerung (Latency) die Aufnahme auslöst. Bewegt sich also ein Fahrzeug an einer roten Ampel über die in der Haltelinie integrierten Sensoren hinaus weiter, startet die Kamera an der Kreuzung eine Serie von Bildern, die das Fahrzeug, das Nummernschild und je nach länderspezifischen Vorgaben zusätzlich ein Video des Verstoßes aufzeichnet. Viele Industriekameras und auch einige Netzwerkkameras - darunter die Basler IP-Kameras - verfügen über dieses Feature.

Reflexionen meistern

Der Sequencer Acquisition Mode (SAM) löst das Problem der teilweise starken Reflexionen auf Kennzeichen, die sich durch die wechselnden Lichtbedingungen im Außenbetrieb ergeben. Diese Reflexionen bilden einen starken Kontrast zum dunkleren Bereich der Aufnahme, in dem der Fahrer zu sehen ist. Mit Hilfe des SAM nimmt die Kamera in Bruchteilen einer Sekunde eine Bildserie mit jeweils unterschiedlichen Einstellungen auf, etwa mit verschiedenen Belichtungszeiten und/oder Bildausschnitten, der sog. Area of Interest (AOI). So kann eine AOI gezielt auf das Nummernschild gerichtet sein, was sich wiederum positiv auf die Geschwindigkeit des Sensors auswirkt: Je weniger Daten übertragen werden müssen, desto schneller kann der Sensor arbeiten.

 Drei Kriterien für die Sensorwahl

Bei der Wahl des Sensors spielen drei Kriterien eine wichtige Rolle: Auflösung, Technologie und Pixelgröße. Die Auflösung bestimmt, wie einfach Details aus einem bestimmten Ausschnitt erkannt werden können. Werden nur die Nummernschilder einzelner Fahrzeuge oder der Verkehrsfluss z.B. in einen Tunnel hinein aufgenommen, reicht eine niedrige Auflösung von VGA bis 2 Megapixel (MP) aus. Müssen mehrere Fahrspuren gleichzeitig überwacht werden, leistet ein hoch auflösender Sensor mit einer hohen Pixelanzahl bessere Dienste. Als Richtmaß geht der Projektingenieur von 2 MP für zwei Fahrspuren bzw. 5 MP für drei Fahrspuren aus.

CCD- versus CMOS-Sensoren

Gleichzeitig stellt sich die Frage nach der passenden Sensortechnologie. CCD-Sensoren zeichnen sich durch ihre großen Pixel und die damit verbundene hohe Lichtaufnahme und Sensitivität aus sowie durch ihr geringes Dunkelrauschen. Niedriges Dunkelrauschen ist wichtig, um auch bei widrigen Lichtverhältnissen, ohne zusätzliche Lichtquelle, hohe Bildqualität liefern zu können oder auch bei Fahrzeugen, die sich mit hoher Geschwindigkeit innerhalb eines kurzen Belichtungsfensters fortbewegen. Der Global Shutter eines CCD-Sensors steuert die Belichtung des Sensors so, dass alle Pixel gleichzeitig belichtet und nach einer definierten Belichtungszeit wieder gleichzeitig der Dunkelheit ausgesetzt werden. CMOS-Sensoren waren bislang selten mit großen Pixeln ausgestattet und arbeiten größtenteils mit Rolling Shutter, der die Pixel Zeile für Zeile belichtet und dadurch bei Aufnahmen von bewegten Objekten Verzerrungen verursacht. Neuere CMOS-Sensoren verfügen zunehmend auch über Global Shutter und große Pixel. Smearing-Effekte, wie beim CCD-Sensor, treten bei CMOS-Sensoren nicht auf. Auch hinsichtlich Sensitivität haben sie stark aufgeholt und sind mittlerweile genauso gut wie CCD-Sensoren. Preislich liegen CMOS-Sensoren teilweise weit unter vergleichbaren CCD-Sensoren.

Bildqualität immer eine Frage des Lichts

Selbst die beste Kamera und der leistungsfähigste Sensor stoßen an ihre Grenzen, wenn kaum Licht vorhanden ist. Zwei Features schaffen hier Abhilfe: DC-Iris- und Tag/Nacht-Funktion. Die DC-Iris öffnet und schließt sich automatisch je nach Lichteinfall, um eine Überbelichtung zu verhindern. Die Tag/Nacht-Funktion ermöglicht kontrastreiche Aufnahmen auch in eingeschränkten Lichtverhältnissen. Netzwerkkameras verfügen dazu über einen automatisch schwenkbaren IR-Filter, der sich bei Tageslicht vor den Sensor schiebt und bei Dunkelheit wieder wegschwenkt. Dieser Filter sorgt dafür, dass die Kamera die Farben bei Tag korrekt darstellt und bei Nacht hochwertige Schwarz-Weiß-Bilder mit Infrarot-Beleuchtung liefert, damit Verkehrsüberwachung rund um die Uhr einwandfrei funktioniert und verwertbare Bilddaten in hoher Qualität liefert.