电子警察抓拍延时测量方法设计

  引言

  图像型电子警察系统是目前交通监管的有效手段，其外部硬件设备通常包含4个部分：前端感应设备、控制器、抓拍摄像设备和后端传输设备。根据其前端感应设备的不同，图像型电子警察系统可细分为线圈型、雷达型和红外型等。其工作原理：前端感应设备根据特定的检测条件，发现到达(或离开)车辆，并发送感应信息到控制器，控制器判断是否满足抓拍条件，满足则启动相应的抓拍摄像设备(相机、摄像机等)进行抓拍，并将抓拍结果和感应信息通过后端传输设备上传至服务器。

  图像型电子警察系统抓拍的图像质量是影响整体系统性能的最重要因素。而图像质量的关键问题在于成像装置的调焦，调焦将直接影响抓拍成像的质量。为获得较为清晰的图像，便于识别机动车，被抓拍的机动车必须处于电子警察系统的景深范围内。而从电子警察系统的前端感应设备检测到车辆，到启动抓拍设备拍摄这一过程是有延时的。延时不稳定或太大都会给图像抓拍带来困难。延时不稳定时，同样车速的车辆抓拍位置会出现较大偏差：而延时太大又会造成不同车速车辆的抓拍位置出现较大差异，成像系统难以实现清晰成像。因此测量和控制电子警察的抓拍延时是保证系统性能的有效手段。电子警察抓拍需经“感应→控制器→照相机(摄像机)”的过程，而其中每一环节都会带来延时。例如雷达型电子警察的抓拍延时主要包括：从违章车辆进入(或离开)探测区域到雷达输出速度信息的固定延迟；从控制器接收到速度数据到发送抓拍指令时数据处理产生的延时；从成像部分接收抓拍指令到抓拍的延时。其中雷达的数据输出延时可从设备参数中直接获得(一般约10 ms)；而控制器的数据处理延时和成像系统的延时通常无法直接获得，需要专门测量。由于出现延时的环节多，要求高测量精度，并且多个环节难以同步，应用现有设备测量这些延时具有一定难度。因此，这里提出了一种以雷达抓拍延时为对象的电子警察抓拍延时测量方法。

  2 工作原理

  在雷达型电子警察系统中，雷达通过串口(RS232或RS485总线)向控制器发送车辆的速度信息，无车辆时，雷达不发送数据或发送车速为0的数据；当雷达检测到车辆时．则发送速度值给控制器。电子警察控制器处理接收到的数据，按照一定算法确定控制成像部分是否抓拍。在实际运行中，为了避免和减少误触发，电子警察控制器通常采用一些特定的处理技术，从而产生系统延时。

  图1给出雷达型电子警察抓拍延时测量原理图。其中计时显示器为专门设计的电子装置，它能够从接收到触发信号开始以毫秒为单位计时显示。

  实际测量雷达型电子警察抓拍延时按如下步骤进行：①计时显示器置于电子警察系统的摄像机拍摄范围内；②将雷达的检测数据同步发送给计时显示器；③设定计时显示器的触发电路，在接收到雷达第一个有效数据时，启动时间显示器，开始计时；④电子警察系统接收到雷达检测数据后，按照其工作流程抓拍，其抓拍的图像包含计时显示器所显示的时间图像；⑤从抓拍图像中读取时间数值，将该数值再加上雷达输出延时就是电子警察系统整体的抓拍延时时间。

  该测量方法的关键是计时显示器的设计．不同接口的触发器和不同触发规则的设定，分别适应不同类型的电子警察系统(如线圈型、雷达型等)和抓拍方式(如车头抓拍、车尾抓拍等)，以下针对雷达型电子警察，详细介绍适用于车头抓拍和车尾抓拍的计时显示器设计。

  3 计时显示器设计

  3．1 硬件电路设计

  3．2 软件程序设计

  软件设计主要包括触发判断和计时显示两部分。

  3．2．1 触发判断

  判断何时启动计时电路开始计时。单片机串口通过缓冲器SBUF接收雷达的速度数据，接收一个比特数据，清除RI标志位，然后再接收下一个数据。抓拍方式不同(车头或车尾抓拍)，则触发的条件也不同，触发判断如见表l所示。

  采用车尾抓拍时，由于触发判断时加入了延时，计时电路从10开始计时。

  3．2．2 计时显示

  以毫秒为单位进行计时和显示控制，关键是配合拍摄需求的静态显示控制，即3位数字同时点亮。具体过程是：设定单片机定时器初值使其产生1 ms定时中断，1ms定时时间到则相应位计数加1，选通相应使能位(个位对应P2．0，十位对应P2．1，百位对应P2．2)，通过查表将相应的数字转换为显示码，当计时时间达到999 ms时停止计时显示。图3给出个位的计时显示控制程序流程。

  图3 个位的计时显示控制程序流程

  注意：数码管的时间显示间隔应与摄像机的拍摄速度相匹配，即要求曝光时间小于时间分辨率。如为了获得1 ms的延时测量分辨率，应将电子警察的快门速度控制在1／l 000 s以下；若快门速度为1／500 s，时间分辨率只能达到2 ms。若两者不匹配，曝光时间大于时间分辨率，则导致时间显示重叠，无法读取正确的时间数值。

  4 实验结果

  将该计时显示器应用于雷达型电子警察系统，采用具有外触发功能的摄像机抓拍，进行延时测试，分别测量车头抓拍和车尾抓拍的延时，每组测量50个数据。实际测量中，该电子警察系统在车头抓拍时最大延时12 ms，最小延时6 ms，延时非常小，且延迟量稳定。在实验测量车尾抓拍延时时(控制器判断车辆离开的延迟设为500 ms)发现延迟最大值为757 ms，最小值为748 ms，虽然延时较为稳定，但总延迟时间较长。在车速高的区域基本不能使用。

  5 结语

  结果说明，该计时显示器设计的测量方法能方便有效地测量雷达型电子警察系统的抓拍延时。针对不同视频的抓拍系统，只需更改相应的计时显示器输入端触发方式，即可实现延时测量。因此，该方法具有较好的适应性，扩展性及参考价值。

三环路上乱变道流动电子眼抓拍(图)

  电子眼将会常设在标志附近。民警在使用流动电子眼拍摄的时候，将会把违法行为和禁令标志一起拍下来，让违法司机“无话可说”。昨天上午9点50分，民警刚将流动电子眼架设好，就发现一辆川AA31××大客车在第一车道内行驶，于是当即用流动电子眼抓拍下来，“我们将会给这辆大客车发出电子眼违法通知单。”民警说。记者现场统计发现，在10分钟内有4辆货车和

大客车进入小客车道，均被流动电子眼抓拍。按照道法规定，这些车辆的司机将面临罚款100元、记2分的处罚。

电子警察抓拍软件使用说明

一、安装软件和使用条件

本软件是一个非安装类型的抓拍软件，直接拷贝到系统盘的根目录下，在桌面上建立一个可执行程序的快捷方式就可以运行了。

软件使用的条件：

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

n        应用图形加速：directX8

n        采集卡应用程序：安装大恒卡参数设置程序Daheng Imavision CGCard中的Multicard Performance.exe

    注意：只有在点击“保存”按钮，系统提示“保存成功”以后，退出重启应用程序，这些设置才能够生效！

二、环境设置

1、采集卡的配置：

    运行Multicard Performance.exe程序

    选择“Paramter”中的“Allocate Memory”，在弹出的设置窗口中设置参数为10000。

2、运行程序并配置抓拍环境

（1）运行程序

点击桌面上的“VideoSystem.exe”程序图标，程序打开抓拍预览和交互信息界面，如下图所示：

    图片预览区显示：抓拍车辆的全景（红灯特写）和车牌合成图片，并叠加相关信息；

    信息区显示：程序启动的软硬件系统的检测信息，方向属性和车速信息等；

（2）配置抓拍环境

    抓拍环境的设置分为两个部分：路口方向设置和系统基本设置

A、路口方向设置

路况选择：选择当前抓拍机对应的方向、车道数和是否使用红灯特写。当选择单方向的时候，下端[方向2]配置不起作用，只能够对方向1进行配置。

采集卡块数：用于对多采集卡使用设置时调整的。

方向、车道和摄像机数：系统自动生成相应的数值与“路况选择”对应；

通道、地址码：用于摄像机视频对应和控制设置，通常情况下使用默认值；

地点代码：分别对车道进行代码赋值用于抓拍数据进行车道识别；

红灯特写：当在路况选择中选择有红灯特写的时候，本项会默认勾选；

控制端口COM1：用于设置方向1的RS232的控制端口；

B、系统基本设置

系统基本配置窗口如下图所示：

行为代码：用于定义电子警察违法抓拍的类型；

逆行检测：是否开启逆行检测；

启动看门狗：嵌入机看门狗启动，防止操作系统和应用程序异常操作；

启动磁盘循环：是否启动磁盘循环，用于数据存储的循环；

启动下载服务：是否启动下载程序，下载程序对应卡口数据和违法数据；

PC模式和嵌入式模式：默认为PC模式，当使用嵌入式采集卡VT121的时候需要选择嵌入式模式；

区域显示：视频检测的区域是否显示，在线圈检测的时候不起作用；

阀值：视频检测的灵敏度数值设置，在线圈检测的时候不起作用；

字符上、下和不叠加：是对字符叠加的位置进行设置；

启动视频/线圈检测：是对抓拍程序的检测模式进行设置，只能设置一种；

启动卡口功能：启动本项以后，抓拍程序不但进行违法抓拍还会进行卡口记录，能够对行经的每辆车进行检测抓拍；

整场、1/2场采集：是对视频预览帧数的设置，以利于在调试摄像机时保持流畅的视频画面；

线圈距离1~4：用于设置实际线圈的精确距离，针对测速型系统使用；

图片生成路径：用于指定抓拍数据存储的盘符和目录；

叠加路口名称：本段可以根据需要进行字符叠加内容的设置；

三、抓拍设置

    抓拍设置分为两个部分：系统方案设置与信号状态设置。

1、系统方案设置

    在系统方案设置之前，需要对设置的对向进行选择，如下图所示：

    单方向的设置，不需要使用方向选择，系统默认为“方向[1]路段”双方向的情况下，摄像机的对应要通过方向来选择“方向[2]路段”。

    需要调试的摄像机通过点选摄像机的名称就能够进行视频对应了，在视频预览窗口中，能够直接的看到实时视频在本设置中的调整效果。

    如图所示：

    亮度、对比度、饱和度、色度值和设定值都是用于摄像机的视频适应性调整的，根据调试者的经验和历史参考数值来定义；

    方案用于保存当前系统设置的一组值，方便调试中的切换；

    状态1~8是用于摄像机视频检测中视频响应对应，微调视频检测的效果；

2、信号状态设置

信号状态设置为两个部分：红灯信号对应方位状态和车检信号图。如下图所示：   

（1）红灯信号对应方位状态

    请参考《红灯信号编码器说明书》中红灯程序对应的相关内容

（2）车检信号图

    分别显示当前接入线圈被触发的方波，以及触发的顺序，用以调试和辅助检测判断使用。

四、软件退出和卸载

    本软件只需要直接删除就能够实际卸载操作。

    右键点击抓拍程序图标，选择“关闭”，就退出了抓拍程序。

五、下载配置

    数据下载程序为DownLoadServer.exe，与抓拍程序在同一个目录中，当抓拍程序启动并选择“启动下载服务”的情况下，下载程序能够在抓拍程序启动后执行，并在右下角系统框中显示运行图标 。

    右键点击这个图标，选择“配置”，出现如下配置窗口：

    对“端口号”进行端口配置，点击“保存”后设置成功，重启下载程序，配置被应用。

    右键点击这个图标，选择“关闭”，就关闭了下载程序。

六、常见故障

    1、抓拍程序的信息区提示“系统初始化失败”

    一般是由采集卡驱动未安装、采集卡驱动异常或采集卡损坏造成的，通过重装驱动和更换采集卡就能够使程序正常运行。

    2、运行下载程序的时候提示“设置不正常，请在正确设置以后再运行本程序”

    这是下载程序的配置文件损坏或丢失，一般情况下只要再运行一次下载程序就可以解除这个报错。

    3、抓拍程序的信息区提示“方向[1]失败！端口[1]失败”

    当程序二次启动的时候可能会出现这个提示，也就是第一次程序没有退出完全，第二次又执行了程序，从右下角的系统状态框中可以看到两个抓拍程序图标时，后一个启动的抓拍程序会有这个提示。

    处理：先退出下载程序，然后一个一个把抓拍程序退出，既可解决这个问题。

    4、抓拍程序信息区提示“系统未注册”

    在程序启动的情况下，使用Ctrl+Shift+F4调出注册窗口，把窗口中的机器码返回给公司技术部门申请注册，把获得的注册码填入然后点击即可。

  图像型电子警察系统是目前交通监管的有效手段，其外部硬件设备通常包含4个部分：前端感应设备、控制器、抓拍摄像设备和后端传输设备。根据其前端感应设备的不同，图像型电子警察系统可细分为线圈型、雷达型和红外型等。其工作原理：前端感应设备根据特定的检测条件，发现到达(或离开)车辆，并发送感应信息到控制器，控制器判断是否满足抓拍条件，满足则启动相应的抓拍摄像设备(相机、摄像机等)进行抓拍，并将抓拍结果和感应信息通过后端传输设备上传至服务器。

  图像型电子警察系统抓拍的图像质量是影响整体系统性能的最重要因素。而图像质量的关键问题在于成像装置的调焦，调焦将直接影响抓拍成像的质量。为获得较为清晰的图像，便于识别机动车，被抓拍的机动车必须处于电子警察系统的景深范围内。而从电子警察系统的前端感应设备检测到车辆，到启动抓拍设备拍摄这一过程是有延时的。延时不稳定或太大都会给图像抓拍带来困难。延时不稳定时，同样车速的车辆抓拍位置会出现较大偏差：而延时太大又会造成不同车速车辆的抓拍位置出现较大差异，成像系统难以实现清晰成像。因此测量和控制电子警察的抓拍延时是保证系统性能的有效手段。电子警察抓拍需经“感应→控制器→照相机(摄像机)”的过程，而其中每一环节都会带来延时。例如雷达型电子警察的抓拍延时主要包括：从违章车辆进入(或离开)探测区域到雷达输出速度信息的固定延迟；从控制器接收到速度数据到发送抓拍指令时数据处理产生的延时；从成像部分接收抓拍指令到抓拍的延时。其中雷达的数据输出延时可从设备参数中直接获得(一般约 10 ms)；而控制器的数据处理延时和成像系统的延时通常无法直接获得，需要专门测量。由于出现延时的环节多，要求高测量精度，并且多个环节难以同步，应用现有设备测量这些延时具有一定难度。因此，这里提出了一种以雷达抓拍延时为对象的电子警察抓拍延时测量方法。

2 工作原理

  在雷达型电子警察系统中，雷达通过串口(RS232或RS485总线)向控制器发送车辆的速度信息，无车辆时，雷达不发送数据或发送车速为0的数据；当雷达检测到车辆时．则发送速度值给控制器。电子警察控制器处理接收到的数据，按照一定算法确定控制成像部分是否抓拍。在实际运行中，为了避免和减少误触发，电子警察控制器通常采用一些特定的处理技术，从而产生系统延时。

  图1给出雷达型电子警察抓拍延时测量原理图。其中计时显示器为专门设计的电子装置，它能够从接收到触发信号开始以毫秒为单位计时显示。

  实际测量雷达型电子警察抓拍延时按如下步骤进行：①计时显示器置于电子警察系统的摄像机拍摄范围内；②将雷达的检测数据同步发送给计时显示器；③设定计时显示器的触发电路，在接收到雷达第一个有效数据时，启动时间显示器，开始计时；④电子警察系统接收到雷达检测数据后，按照其工作流程抓拍，其抓拍的图像包含计时显示器所显示的时间图像；⑤从抓拍图像中读取时间数值，将该数值再加上雷达输出延时就是电子警察系统整体的抓拍延时时间。

  该测量方法的关键是计时显示器的设计．不同接口的触发器和不同触发规则的设定，分别适应不同类型的电子警察系统(如线圈型、雷达型等)和抓拍方式(如车头抓拍、车尾抓拍等)，以下针对雷达型电子警察，详细介绍适用于车头抓拍和车尾抓拍的计时显示器设计。

  3 计时显示器设计

  3．1 硬件电路设计

  单片机AT89S51的P0端口作为数据位与锁存器相连，单片机串口经MAX232器件转换后(图2中的RXlD、TXD)接入电子警察系统(雷达的串口)。

  3．2 软件程序设计

  软件设计主要包括触发判断和计时显示两部分。

  3．2．1 触发判断

  判断何时启动计时电路开始计时。单片机串口通过缓冲器SBUF接收雷达的速度数据，接收一个比特数据，清除RI标志位，然后再接收下一个数据。抓拍方式不同(车头或车尾抓拍)，则触发的条件也不同，触发判断如见表l所示。

  图片看不清楚？请点击这里查看原图（大图）。

  采用车尾抓拍时，由于触发判断时加入了延时，计时电路从10开始计时。

  3．2．2 计时显示

  以毫秒为单位进行计时和显示控制，关键是配合拍摄需求的静态显示控制，即3位数字同时点亮。具体过程是：设定单片机定时器初值使其产生1 ms定时中断，1ms定时时间到则相应位计数加1，选通相应使能位(个位对应P2．0，十位对应P2．1，百位对应P2．2)，通过查表将相应的数字转换为显示码，当计时时间达到999 ms时停止计时显示。图3给出个位的计时显示控制程序流程。

  图片看不清楚？请点击这里查看原图（大图）。

  图3  个位的计时显示控制程序流程

  注意：数码管的时间显示间隔应与摄像机的拍摄速度相匹配，即要求曝光时间小于时间分辨率。如为了获得1 ms的延时测量分辨率，应将电子警察的快门速度控制在1／l 000 s以下；若快门速度为1／500 s，时间分辨率只能达到2 ms。若两者不匹配，曝光时间大于时间分辨率，则导致时间显示重叠，无法读取正确的时间数值。

  4 实验结果

  将该计时显示器应用于雷达型电子警察系统，采用具有外触发功能的摄像机抓拍，进行延时测试，分别测量车头抓拍和车尾抓拍的延时，每组测量50个数据。实际测量中，该电子警察系统在车头抓拍时最大延时12 ms，最小延时6 ms，延时非常小，且延迟量稳定。在实验测量车尾抓拍延时时(控制器判断车辆离开的延迟设为500 ms)发现延迟最大值为757 ms，最小值为748 ms，虽然延时较为稳定，但总延迟时间较长。在车速高的区域基本不能使用。

  5 结语

  结果说明，该计时显示器设计的测量方法能方便有效地测量雷达型电子警察系统的抓拍延时。针对不同视频的抓拍系统，只需更改相应的计时显示器输入端触发方式，即可实现延时测量。因此，该方法具有较好的适应性，扩展性及参考价值。

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