圖像型電子警察系統抓拍延時測量方法設計

　　引言

　　圖像型電子警察系統是目前交通監管的有效手段，其外部硬件設備通常包含4個部分：前端感應設備、控制器、抓拍攝像設備和后端傳輸設備。根據其前端感應設備的不同，圖像型電子警察系統可細分為線圈型、雷達型和紅外型等。其工作原理：前端感應設備根據特定的檢測條件，發現到達(或離開)車輛，并發送感應信息到控制器，控制器判斷是否滿足抓拍條件，滿足則啟動相應的抓拍攝像設備(相機、攝像機等)進行抓拍，并將抓拍結果和感應信息通過后端傳輸設備上傳至服務器。

　　圖像型電子警察系統抓拍的圖像質量是影響整體系統性能的最重要因素。而圖像質量的關鍵問題在于成像裝置的調焦，調焦將直接影響抓拍成像的質量。為獲得較為清晰的圖像，便于識別機動車，被抓拍的機動車必須處于電子警察系統的景深范圍內。而從電子警察系統的前端感應設備檢測到車輛，到啟動抓拍設備拍攝這一過程是有延時的。延時不穩定或太大都會給圖像抓拍帶來困難。延時不穩定時，同樣車速的車輛抓拍位置會出現較大偏差：而延時太大又會造成不同車速車輛的抓拍位置出現較大差異，成像系統難以實現清晰成像。因此測量和控制電子警察的抓拍延時是保證系統性能的有效手段。電子警察抓拍需經“感應→控制器→照相機(攝像機)”的過程，而其中每一環節都會帶來延時。例如雷達型電子警察的抓拍延時主要包括：從違章車輛進入(或離開)探測區域到雷達輸出速度信息的固定延遲；從控制器接收到速度數據到發送抓拍指令時數據處理產生的延時；從成像部分接收抓拍指令到抓拍的延時。其中雷達的數據輸出延時可從設備參數中直接獲得(一般約 10 ms)；而控制器的數據處理延時和成像系統的延時通常無法直接獲得，需要專門測量。由于出現延時的環節多，要求高測量精度，并且多個環節難以同步，應用現有設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

　　在雷達型電子警察系統中，雷達通過串口(RS232或RS485總線)向控制器發送車輛的速度信息，無車輛時，雷達不發送數據或發送車速為0的數據；當雷達檢測到車輛時．則發送速度值給控制器。電子警察控制器處理接收到的數據，按照一定算法確定控制成像部分是否抓拍。在實際運行中，為了避免和減少誤觸發，電子警察控制器通常采用一些特定的處理技術，從而產生系統延時。

　　圖1給出雷達型電子警察抓拍延時測量原理圖。其中計時顯示器為專門設計的電子裝置，它能夠從接收到觸發信號開始以毫秒為單位計時顯示。

　　實際測量雷達型電子警察抓拍延時按如下步驟進行：①計時顯示器置于電子警察系統的攝像機拍攝范圍內；②將雷達的檢測數據同步發送給計時顯示器；③設定計時顯示器的觸發電路，在接收到雷達第一個有效數據時，啟動時間顯示器，開始計時；④電子警察系統接收到雷達檢測數據后，按照其工作流程抓拍，其抓拍的圖像包含計時顯示器所顯示的時間圖像；⑤從抓拍圖像中讀取時間數值，將該數值再加上雷達輸出延時就是電子警察系統整體的抓拍延時時間。

　　該測量方法的關鍵是計時顯示器的設計．不同接口的觸發器和不同觸發規則的設定，分別適應不同類型的電子警察系統(如線圈型、雷達型等)和抓拍方式(如車頭抓拍、車尾抓拍等)，以下針對雷達型電子警察，詳細介紹適用于車頭抓拍和車尾抓拍的計時顯示器設計。

　　3 計時顯示器設計

　　3．1 硬件電路設計

　　圖 2給出計時顯示器的硬件設計原理電路。其中包括：①主控器件(ATl)：采用應用比較廣泛的AT89S5l單片機，它是整個計時顯示器的核心，用于讀取串口數據，觸發判斷并控制計時電路；②晶體振蕩器(X1)：12 MHz的有源晶體振蕩器(1個機器周期包括12個時鐘周期，因此1個機器周期為lμs，能較準確產生1 ms的定時中斷)；③鎖存器(Ul、U2、U3)：采用74LS573，也可用74LS373，由于用攝像機拍攝顯示結果，因此顯示數據必須鎖定，而單片機AT89S51的I/O端口有限，采用鎖存器擴展并行輸出，如需要擴展3個并行輸出端口，則需要3個選能信號(P2．0、P2．1、P2.2)；④數碼管(DSl、DS2、DS3)：7段共陽極數碼管用于顯示計時時間。由于要測量的延時約為幾百毫秒，使用3個數碼管就能滿足系統要求；⑤串行接口 (MAX232)：由于RS232信號的電平邏輯與單片機的串行端口的電平邏輯不一致，因此需要電平轉換。該系統采用MAX232器件。

　　單片機AT89S51的P0端口作為數據位與鎖存器相連，單片機串口經MAX232器件轉換后(圖2中的RXlD、TXD)接入電子警察系統(雷達的串口)。