1、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(jù)其前端感應設備的不同，圖像型電子警察系統(tǒng)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(jù)特定的檢測條件，發(fā)現(xiàn)到達（或離開）車輛，并發(fā)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(jié)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(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，便于識別機動車，被抓拍的機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(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→控制器→照相機（攝像機）”的過程，而其中每一環(huán)節(jié)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(qū)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(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。其中雷達的數(shù)據(jù)輸出延時可從設備參數(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，應用現(xiàn)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(tǒng)中，雷達通過串口（RS232或RS485總線）向控制器發(fā)送車輛的速度信息，無車輛時，雷達不發(fā)送數(shù)據(jù)或發(fā)送車速為0的數(shù)據(jù)；當雷達檢測到車輛時．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。在實際運行中，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(fā)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(tǒng)的攝像機拍攝范圍內(nèi)；②將雷達的檢測數(shù)據(jù)同步發(fā)送給計時顯示器；③設定計時顯示器的觸發(fā)電路，在接收到雷達第一個有效數(shù)據(jù)時，啟動時間顯示器，開始計時；④電子警察系統(tǒng)接收到雷達檢測數(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)鍵是計時顯示器的設計．不同接口的觸發(fā)器和不同觸發(fā)規(guī)則的設定，分別適應不同類型的電子警察系統(tǒng)（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(shù)據(jù)，觸發(fā)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(chǎn)生1 ms的定時中斷）；③鎖存器（Ul、U2、U3）：采用74LS573，也可用74LS373，由于用攝像機拍攝顯示結(jié)果，因此顯示數(shù)據(jù)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(shù)碼管（DSl、DS2、DS3）：7段共陽極數(shù)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(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AT89S51的P0端口作為數(shù)據(jù)位與鎖存器相連，單片機串口經(jīng)MAX232器件轉(zhuǎn)換后（圖2中的RXlD、TXD）接入電子警察系統(tǒng)（雷達的串口）。

3．2 軟件程序設計

軟件設計主要包括觸發(fā)判斷和計時顯示兩部分。

3．2．1 觸發(fā)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(shù)據(jù)，接收一個比特數(shù)據(jù)，清除RI標志位，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(guān)鍵是配合拍攝需求的靜態(tài)顯示控制，即3位數(shù)字同時點亮。具體過程是：設定單片機定時器初值使其產(chǎn)生1 ms定時中斷，1ms定時時間到則相應位計數(shù)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(shù)字轉(zhuǎn)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(shù)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(shù)值。

4 、實驗結(jié)果

將該計時顯示器應用于雷達型電子警察系統(tǒng)，采用具有外觸發(fā)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(shù)據(jù)。實際測量中，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(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(tǒng)的抓拍延時。針對不同視頻的抓拍系統(tǒng)，只需更改相應的計時顯示器輸入端觸發(fā)方式，即可實現(xiàn)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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