圖像型電子警察系統(tǒng)抓拍延時(shí)測量方法設(shè)計(jì)

　　引言

　　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(gè)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(shí)的。延時(shí)不穩(wěn)定或太大都會給圖像抓拍帶來困難。延時(shí)不穩(wěn)定時(shí)，同樣車速的車輛抓拍位置會出現(xiàn)較大偏差：而延時(shí)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(shí)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(shí)。例如雷達(dá)型電子警察的抓拍延時(shí)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(shí)數(shù)據(jù)處理產(chǎn)生的延時(shí)；從成像部分接收抓拍指令到抓拍的延時(shí)。其中雷達(dá)的數(shù)據(jù)輸出延時(shí)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(shí)和成像系統(tǒng)的延時(shí)通常無法直接獲得，需要專門測量。由于出現(xiàn)延時(shí)的環(huán)節(jié)多，要求高測量精度，并且多個(gè)環(huán)節(jié)難以同步，應(yīng)用現(xiàn)有設(shè)備測量這些延時(shí)具有一定難度。因此，這里提出了一種以雷達(dá)抓拍延時(shí)為對象的電子警察抓拍延時(shí)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(shí)，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(shí)．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(shí)。

　　圖1給出雷達(dá)型電子警察抓拍延時(shí)測量原理圖。其中計(jì)時(shí)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(shí)顯示。

　　實(shí)際測量雷達(dá)型電子警察抓拍延時(shí)按如下步驟進(jìn)行：①計(jì)時(shí)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(shí)顯示器；③設(shè)定計(jì)時(shí)顯示器的觸發(fā)電路，在接收到雷達(dá)第一個(gè)有效數(shù)據(jù)時(shí)，啟動時(shí)間顯示器，開始計(jì)時(shí)；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(shí)顯示器所顯示的時(shí)間圖像；⑤從抓拍圖像中讀取時(shí)間數(shù)值，將該數(shù)值再加上雷達(dá)輸出延時(shí)就是電子警察系統(tǒng)整體的抓拍延時(shí)時(shí)間。

　　該測量方法的關(guān)鍵是計(jì)時(shí)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(shí)顯示器設(shè)計(jì)。

　　3 計(jì)時(shí)顯示器設(shè)計(jì)

　　3．1 硬件電路設(shè)計(jì)

　　圖 2給出計(jì)時(shí)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(gè)計(jì)時(shí)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(shí)電路；②晶體振蕩器(X1)：12 MHz的有源晶體振蕩器(1個(gè)機(jī)器周期包括12個(gè)時(shí)鐘周期，因此1個(gè)機(jī)器周期為lμs，能較準(zhǔn)確產(chǎn)生1 ms的定時(shí)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(gè)并行輸出端口，則需要3個(gè)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(shí)時(shí)間。由于要測量的延時(shí)約為幾百毫秒，使用3個(gè)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)。