電子警察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

  3．2 軟件程序設計

  軟件設計主要包括觸發判斷和計時顯示兩部分。

  3．2．1 觸發判斷

  判斷何時啟動計時電路開始計時。單片機串口通過緩沖器SBUF接收雷達的速度數據，接收一個比特數據，清除RI標志位，然后再接收下一個數據。抓拍方式不同(車頭或車尾抓拍)，則觸發的條件也不同，觸發判斷如見表l所示。

  采用車尾抓拍時，由于觸發判斷時加入了延時，計時電路從10開始計時。

  3．2．2 計時顯示

  以毫秒為單位進行計時和顯示控制，關鍵是配合拍攝需求的靜態顯示控制，即3位數字同時點亮。具體過程是：設定單片機定時器初值使其產生1 ms定時中斷，1ms定時時間到則相應位計數加1，選通相應使能位(個位對應P2．0，十位對應P2．1，百位對應P2．2)，通過查表將相應的數字轉換為顯示碼，當計時時間達到999 ms時停止計時顯示。圖3給出個位的計時顯示控制程序流程。

  圖3 個位的計時顯示控制程序流程

  注意：數碼管的時間顯示間隔應與攝像機的拍攝速度相匹配，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，時間分辨率只能達到2 ms。若兩者不匹配，曝光時間大于時間分辨率，則導致時間顯示重疊，無法讀取正確的時間數值。

  4 實驗結果

  將該計時顯示器應用于雷達型電子警察系統，采用具有外觸發功能的攝像機抓拍，進行延時測試，分別測量車頭抓拍和車尾抓拍的延時，每組測量50個數據。實際測量中，該電子警察系統在車頭抓拍時最大延時12 ms，最小延時6 ms，延時非常小，且延遲量穩定。在實驗測量車尾抓拍延時時(控制器判斷車輛離開的延遲設為500 ms)發現延遲最大值為757 ms，最小值為748 ms，雖然延時較為穩定，但總延遲時間較長。在車速高的區域基本不能使用。

  5 結語

  結果說明，該計時顯示器設計的測量方法能方便有效地測量雷達型電子警察系統的抓拍延時。針對不同視頻的抓拍系統，只需更改相應的計時顯示器輸入端觸發方式，即可實現延時測量。因此，該方法具有較好的適應性，擴展性及參考價值。

三環路上亂變道流動電子眼抓拍(圖)

  電子眼將會常設在標志附近。民警在使用流動電子眼拍攝的時候，將會把違法行為和禁令標志一起拍下來，讓違法司機“無話可說”。昨天上午9點50分，民警剛將流動電子眼架設好，就發現一輛川AA31××大客車在第一車道內行駛，于是當即用流動電子眼抓拍下來，“我們將會給這輛大客車發出電子眼違法通知單。”民警說。記者現場統計發現，在10分鐘內有4輛貨車和

大客車進入小客車道，均被流動電子眼抓拍。按照道法規定，這些車輛的司機將面臨罰款100元、記2分的處罰。

電子警察抓拍軟件使用說明

一、安裝軟件和使用條件

本軟件是一個非安裝類型的抓拍軟件，直接拷貝到系統盤的根目錄下，在桌面上建立一個可執行程序的快捷方式就可以運行了。

軟件使用的條件：

n        操作系統：windows2000pro+sp4/windows XP/windows XPE

n        應用圖形加速：directX8

n        采集卡應用程序：安裝大恒卡參數設置程序Daheng Imavision CGCard中的Multicard Performance.exe

    注意：只有在點擊“保存”按鈕，系統提示“保存成功”以后，退出重啟應用程序，這些設置才能夠生效！

二、環境設置

1、采集卡的配置：

    運行Multicard Performance.exe程序

    選擇“Paramter”中的“Allocate Memory”，在彈出的設置窗口中設置參數為10000。

2、運行程序并配置抓拍環境

（1）運行程序

點擊桌面上的“VideoSystem.exe”程序圖標，程序打開抓拍預覽和交互信息界面，如下圖所示：

    圖片預覽區顯示：抓拍車輛的全景（紅燈特寫）和車牌合成圖片，并疊加相關信息；

    信息區顯示：程序啟動的軟硬件系統的檢測信息，方向屬性和車速信息等；

（2）配置抓拍環境

    抓拍環境的設置分為兩個部分：路口方向設置和系統基本設置

A、路口方向設置

路況選擇：選擇當前抓拍機對應的方向、車道數和是否使用紅燈特寫。當選擇單方向的時候，下端[方向2]配置不起作用，只能夠對方向1進行配置。

采集卡塊數：用于對多采集卡使用設置時調整的。

方向、車道和攝像機數：系統自動生成相應的數值與“路況選擇”對應；

通道、地址碼：用于攝像機視頻對應和控制設置，通常情況下使用默認值；

地點代碼：分別對車道進行代碼賦值用于抓拍數據進行車道識別；

紅燈特寫：當在路況選擇中選擇有紅燈特寫的時候，本項會默認勾選；

控制端口COM1：用于設置方向1的RS232的控制端口；

B、系統基本設置

系統基本配置窗口如下圖所示：

行為代碼：用于定義電子警察違法抓拍的類型；

逆行檢測：是否開啟逆行檢測；

啟動看門狗：嵌入機看門狗啟動，防止操作系統和應用程序異常操作；

啟動磁盤循環：是否啟動磁盤循環，用于數據存儲的循環；

啟動下載服務：是否啟動下載程序，下載程序對應卡口數據和違法數據；

PC模式和嵌入式模式：默認為PC模式，當使用嵌入式采集卡VT121的時候需要選擇嵌入式模式；

區域顯示：視頻檢測的區域是否顯示，在線圈檢測的時候不起作用；

閥值：視頻檢測的靈敏度數值設置，在線圈檢測的時候不起作用；

字符上、下和不疊加：是對字符疊加的位置進行設置；

啟動視頻/線圈檢測：是對抓拍程序的檢測模式進行設置，只能設置一種；

啟動卡口功能：啟動本項以后，抓拍程序不但進行違法抓拍還會進行卡口記錄，能夠對行經的每輛車進行檢測抓拍；

整場、1/2場采集：是對視頻預覽幀數的設置，以利于在調試攝像機時保持流暢的視頻畫面；

線圈距離1~4：用于設置實際線圈的精確距離，針對測速型系統使用；

圖片生成路徑：用于指定抓拍數據存儲的盤符和目錄；

疊加路口名稱：本段可以根據需要進行字符疊加內容的設置；

三、抓拍設置

    抓拍設置分為兩個部分：系統方案設置與信號狀態設置。

1、系統方案設置

    在系統方案設置之前，需要對設置的對向進行選擇，如下圖所示：

    單方向的設置，不需要使用方向選擇，系統默認為“方向[1]路段”雙方向的情況下，攝像機的對應要通過方向來選擇“方向[2]路段”。

    需要調試的攝像機通過點選攝像機的名稱就能夠進行視頻對應了，在視頻預覽窗口中，能夠直接的看到實時視頻在本設置中的調整效果。

    如圖所示：

    亮度、對比度、飽和度、色度值和設定值都是用于攝像機的視頻適應性調整的，根據調試者的經驗和歷史參考數值來定義；

    方案用于保存當前系統設置的一組值，方便調試中的切換；

    狀態1~8是用于攝像機視頻檢測中視頻響應對應，微調視頻檢測的效果；

2、信號狀態設置

信號狀態設置為兩個部分：紅燈信號對應方位狀態和車檢信號圖。如下圖所示：   

（1）紅燈信號對應方位狀態

    請參考《紅燈信號編碼器說明書》中紅燈程序對應的相關內容

（2）車檢信號圖

    分別顯示當前接入線圈被觸發的方波，以及觸發的順序，用以調試和輔助檢測判斷使用。

四、軟件退出和卸載

    本軟件只需要直接刪除就能夠實際卸載操作。

    右鍵點擊抓拍程序圖標，選擇“關閉”，就退出了抓拍程序。

五、下載配置

    數據下載程序為DownLoadServer.exe，與抓拍程序在同一個目錄中，當抓拍程序啟動并選擇“啟動下載服務”的情況下，下載程序能夠在抓拍程序啟動后執行，并在右下角系統框中顯示運行圖標 。

    右鍵點擊這個圖標，選擇“配置”，出現如下配置窗口：

    對“端口號”進行端口配置，點擊“保存”后設置成功，重啟下載程序，配置被應用。

    右鍵點擊這個圖標，選擇“關閉”，就關閉了下載程序。

六、常見故障

    1、抓拍程序的信息區提示“系統初始化失敗”

    一般是由采集卡驅動未安裝、采集卡驅動異常或采集卡損壞造成的，通過重裝驅動和更換采集卡就能夠使程序正常運行。

    2、運行下載程序的時候提示“設置不正常，請在正確設置以后再運行本程序”

    這是下載程序的配置文件損壞或丟失，一般情況下只要再運行一次下載程序就可以解除這個報錯。

    3、抓拍程序的信息區提示“方向[1]失敗！端口[1]失敗”

    當程序二次啟動的時候可能會出現這個提示，也就是第一次程序沒有退出完全，第二次又執行了程序，從右下角的系統狀態框中可以看到兩個抓拍程序圖標時，后一個啟動的抓拍程序會有這個提示。

    處理：先退出下載程序，然后一個一個把抓拍程序退出，既可解決這個問題。

    4、抓拍程序信息區提示“系統未注冊”

    在程序啟動的情況下，使用Ctrl+Shift+F4調出注冊窗口，把窗口中的機器碼返回給公司技術部門申請注冊，把獲得的注冊碼填入然后點擊即可。

  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

  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)。

  3．2 軟件程序設計

  軟件設計主要包括觸發判斷和計時顯示兩部分。

  3．2．1 觸發判斷

  判斷何時啟動計時電路開始計時。單片機串口通過緩沖器SBUF接收雷達的速度數據，接收一個比特數據，清除RI標志位，然后再接收下一個數據。抓拍方式不同(車頭或車尾抓拍)，則觸發的條件也不同，觸發判斷如見表l所示。

  圖片看不清楚？請點擊這里查看原圖（大圖）。

  采用車尾抓拍時，由于觸發判斷時加入了延時，計時電路從10開始計時。

  3．2．2 計時顯示

  以毫秒為單位進行計時和顯示控制，關鍵是配合拍攝需求的靜態顯示控制，即3位數字同時點亮。具體過程是：設定單片機定時器初值使其產生1 ms定時中斷，1ms定時時間到則相應位計數加1，選通相應使能位(個位對應P2．0，十位對應P2．1，百位對應P2．2)，通過查表將相應的數字轉換為顯示碼，當計時時間達到999 ms時停止計時顯示。圖3給出個位的計時顯示控制程序流程。

  圖片看不清楚？請點擊這里查看原圖（大圖）。

  圖3  個位的計時顯示控制程序流程

  注意：數碼管的時間顯示間隔應與攝像機的拍攝速度相匹配，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，時間分辨率只能達到2 ms。若兩者不匹配，曝光時間大于時間分辨率，則導致時間顯示重疊，無法讀取正確的時間數值。

  4 實驗結果

  將該計時顯示器應用于雷達型電子警察系統，采用具有外觸發功能的攝像機抓拍，進行延時測試，分別測量車頭抓拍和車尾抓拍的延時，每組測量50個數據。實際測量中，該電子警察系統在車頭抓拍時最大延時12 ms，最小延時6 ms，延時非常小，且延遲量穩定。在實驗測量車尾抓拍延時時(控制器判斷車輛離開的延遲設為500 ms)發現延遲最大值為757 ms，最小值為748 ms，雖然延時較為穩定，但總延遲時間較長。在車速高的區域基本不能使用。

  5 結語

  結果說明，該計時顯示器設計的測量方法能方便有效地測量雷達型電子警察系統的抓拍延時。針對不同視頻的抓拍系統，只需更改相應的計時顯示器輸入端觸發方式，即可實現延時測量。因此，該方法具有較好的適應性，擴展性及參考價值。

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