電子警察抓拍延時測量方法設(shè)計(jì)
圖像型電子警察系統(tǒng)是目前交通監(jiān)管的有效手段，其外部硬件設(shè)備通常包含4個部分：前端感應(yīng)設(shè)備、控制器、抓拍攝像設(shè)備和后端傳輸設(shè)備。根據(jù)其前端感應(yīng)設(shè)備的不同，圖像型電子警察系統(tǒng)可細(xì)分為線圈型、雷達(dá)型和紅外型等。其工作原理：前端感應(yīng)設(shè)備根據(jù)特定的檢測條件，發(fā)現(xiàn)到達(dá)(或離開)車輛，并發(fā)送感應(yīng)信息到控制器，控制器判斷是否滿足抓拍條件，滿足則啟動相應(yīng)的抓拍攝像設(shè)備(相機(jī)、攝像機(jī)等)進(jìn)行抓拍，并將抓拍結(jié)果和感應(yīng)信息通過后端傳輸設(shè)備上傳至服務(wù)器。
圖像型電子警察系統(tǒng)抓拍的圖像質(zhì)量是影響整體系統(tǒng)性能的最重要因素。而圖像質(zhì)量的關(guān)鍵問題在于成像裝置的調(diào)焦，調(diào)焦將直接影響抓拍成像的質(zhì)量。為獲得較為清晰的圖像，便于識別機(jī)動車，被抓拍的機(jī)動車必須處于電子警察系統(tǒng)的景深范圍內(nèi)。而從電子警察系統(tǒng)的前端感應(yīng)設(shè)備檢測到車輛，到啟動抓拍設(shè)備拍攝這一過程是有延時的。延時不穩(wěn)定或太大都會給圖像抓拍帶來困難。延時不穩(wěn)定時，同樣車速的車輛抓拍位置會出現(xiàn)較大偏差：而延時太大又會造成不同車速車輛的抓拍位置出現(xiàn)較大差異，成像系統(tǒng)難以實(shí)現(xiàn)清晰成像。因此測量和控制電子警察的抓拍延時是保證系統(tǒng)性能的有效手段。電子警察抓拍需經(jīng)“感應(yīng)→控制器→照相機(jī)(攝像機(jī))”的過程，而其中每一環(huán)節(jié)都會帶來延時。例如雷達(dá)型電子警察的抓拍延時主要包括：從違章車輛進(jìn)入(或離開)探測區(qū)域到雷達(dá)輸出速度信息的固定延遲；從控制器接收到速度數(shù)據(jù)到發(fā)送抓拍指令時數(shù)據(jù)處理產(chǎn)生的延時；從成像部分接收抓拍指令到抓拍的延時。其中雷達(dá)的數(shù)據(jù)輸出延時可從設(shè)備參數(shù)中直接獲得(一般約10 ms)；而控制器的數(shù)據(jù)處理延時和成像系統(tǒng)的延時通常無法直接獲得，需要專門測量。由于出現(xiàn)延時的環(huán)節(jié)多，要求高測量精度，并且多個環(huán)節(jié)難以同步，應(yīng)用現(xiàn)有設(shè)備測量這些延時具有一定難度。因此，這里提出了一種以雷達(dá)抓拍延時為對象的電子警察抓拍延時測量方法。
2 工作原理
在雷達(dá)型電子警察系統(tǒng)中，雷達(dá)通過串口(RS232或RS485總線)向控制器發(fā)送車輛的速度信息，無車輛時，雷達(dá)不發(fā)送數(shù)據(jù)或發(fā)送車速為0的數(shù)據(jù)；當(dāng)雷達(dá)檢測到車輛時．則發(fā)送速度值給控制器。電子警察控制器處理接收到的數(shù)據(jù)，按照一定算法確定控制成像部分是否抓拍。在實(shí)際運(yùn)行中，為了避免和減少誤觸發(fā)，電子警察控制器通常采用一些特定的處理技術(shù)，從而產(chǎn)生系統(tǒng)延時。
圖1給出雷達(dá)型電子警察抓拍延時測量原理圖。其中計(jì)時顯示器為專門設(shè)計(jì)的電子裝置，它能夠從接收到觸發(fā)信號開始以毫秒為單位計(jì)時顯示。
實(shí)際測量雷達(dá)型電子警察抓拍延時按如下步驟進(jìn)行：①計(jì)時顯示器置于電子警察系統(tǒng)的攝像機(jī)拍攝范圍內(nèi)；②將雷達(dá)的檢測數(shù)據(jù)同步發(fā)送給計(jì)時顯示器；③設(shè)定計(jì)時顯示器的觸發(fā)電路，在接收到雷達(dá)第一個有效數(shù)據(jù)時，啟動時間顯示器，開始計(jì)時；④電子警察系統(tǒng)接收到雷達(dá)檢測數(shù)據(jù)后，按照其工作流程抓拍，其抓拍的圖像包含計(jì)時顯示器所顯示的時間圖像；⑤從抓拍圖像中讀取時間數(shù)值，將該數(shù)值再加上雷達(dá)輸出延時就是電子警察系統(tǒng)整體的抓拍延時時間。
該測量方法的關(guān)鍵是計(jì)時顯示器的設(shè)計(jì)．不同接口的觸發(fā)器和不同觸發(fā)規(guī)則的設(shè)定，分別適應(yīng)不同類型的電子警察系統(tǒng)(如線圈型、雷達(dá)型等)和抓拍方式(如車頭抓拍、車尾抓拍等)，以下針對雷達(dá)型電子警察，詳細(xì)介紹適用于車頭抓拍和車尾抓拍的計(jì)時顯示器設(shè)計(jì)。
3 計(jì)時顯示器設(shè)計(jì)
3．1 硬件電路設(shè)計(jì)
圖2給出計(jì)時顯示器的硬件設(shè)計(jì)原理電路。其中包括：①主控器件(ATl)：采用應(yīng)用比較廣泛的AT89S5l單片機(jī)，它是整個計(jì)時顯示器的核心，用于讀取串口數(shù)據(jù)，觸發(fā)判斷并控制計(jì)時電路；②晶體振蕩器(X1)：12 MHz的有源晶體振蕩器(1個機(jī)器周期包括12個時鐘周期，因此1個機(jī)器周期為lμs，能較準(zhǔn)確產(chǎn)生1 ms的定時中斷)；③鎖存器(Ul、U2、U3)：采用74LS573，也可用74LS373，由于用攝像機(jī)拍攝顯示結(jié)果，因此顯示數(shù)據(jù)必須鎖定，而單片機(jī)AT89S51的I/O端口有限，采用鎖存器擴(kuò)展并行輸出，如需要擴(kuò)展3個并行輸出端口，則需要3個選能信號(P2．0、P2．1、P2.2)；④數(shù)碼管(DSl、DS2、DS3)：7段共陽極數(shù)碼管用于顯示計(jì)時時間。由于要測量的延時約為幾百毫秒，使用3個數(shù)碼管就能滿足系統(tǒng)要求；⑤串行接口(MAX232)：由于RS232信號的電平邏輯與單片機(jī)的串行端口的電平邏輯不一致，因此需要電平轉(zhuǎn)換。該系統(tǒng)采用MAX232器件。
單片機(jī)AT89S51的P0端口作為數(shù)據(jù)位與鎖存器相連，單片機(jī)串口經(jīng)MAX232器件轉(zhuǎn)換后(圖2中的RXlD、TXD)接入電子警察系統(tǒng)(雷達(dá)的串口)。
3．2 軟件程序設(shè)計(jì)
軟件設(shè)計(jì)主要包括觸發(fā)判斷和計(jì)時顯示兩部分。
3．2．1 觸發(fā)判斷
判斷何時啟動計(jì)時電路開始計(jì)時。單片機(jī)串口通過緩沖器SBUF接收雷達(dá)的速度數(shù)據(jù)，接收一個比特?cái)?shù)據(jù)，清除RI標(biāo)志位，然后再接收下一個數(shù)據(jù)。抓拍方式不同(車頭或車尾抓拍)，則觸發(fā)的條件也不同，觸發(fā)判斷如見表l所示。
采用車尾抓拍時，由于觸發(fā)判斷時加入了延時，計(jì)時電路從10開始計(jì)時。
3．2．2 計(jì)時顯示
以毫秒為單位進(jìn)行計(jì)時和顯示控制，關(guān)鍵是配合拍攝需求的靜態(tài)顯示控制，即3位數(shù)字同時點(diǎn)亮。具體過程是：設(shè)定單片機(jī)定時器初值使其產(chǎn)生1 ms定時中斷，1ms定時時間到則相應(yīng)位計(jì)數(shù)加1，選通相應(yīng)使能位(個位對應(yīng)P2．0，十位對應(yīng)P2．1，百位對應(yīng)P2．2)，通過查表將相應(yīng)的數(shù)字轉(zhuǎn)換為顯示碼，當(dāng)計(jì)時時間達(dá)到999 ms時停止計(jì)時顯示。圖3給出個位的計(jì)時顯示控制程序流程。
圖3 個位的計(jì)時顯示控制程序流程
注意：數(shù)碼管的時間顯示間隔應(yīng)與攝像機(jī)的拍攝速度相匹配，即要求曝光時間小于時間分辨率。如為了獲得1 ms的延時測量分辨率，應(yīng)將電子警察的快門速度控制在1／l 000 s以下；若快門速度為1／500 s，時間分辨率只能達(dá)到2 ms。若兩者不匹配，曝光時間大于時間分辨率，則導(dǎo)致時間顯示重疊，無法讀取正確的時間數(shù)值。
4 實(shí)驗(yàn)結(jié)果
將該計(jì)時顯示器應(yīng)用于雷達(dá)型電子警察系統(tǒng)，采用具有外觸發(fā)功能的攝像機(jī)抓拍，進(jìn)行延時測試，分別測量車頭抓拍和車尾抓拍的延時，每組測量50個數(shù)據(jù)。實(shí)際測量中，該電子警察系統(tǒng)在車頭抓拍時最大延時12 ms，最小延時6 ms，延時非常小，且延遲量穩(wěn)定。在實(shí)驗(yàn)測量車尾抓拍延時時(控制器判斷車輛離開的延遲設(shè)為500 ms)發(fā)現(xiàn)延遲最大值為757 ms，最小值為748 ms，雖然延時較為穩(wěn)定，但總延遲時間較長。在車速高的區(qū)域基本不能使用。
5 結(jié)語
結(jié)果說明，該計(jì)時顯示器設(shè)計(jì)的測量方法能方便有效地測量雷達(dá)型電子警察系統(tǒng)的抓拍延時。針對不同視頻的抓拍系統(tǒng)，只需更改相應(yīng)的計(jì)時顯示器輸入端觸發(fā)方式，即可實(shí)現(xiàn)延時測量。因此，該方法具有較好的適應(yīng)性，擴(kuò)展性及參考價(jià)值。
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