CN108109393A - 可切换摄像模式的交通监控装置 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种可切换摄像模式的交通监控装置，包括传感器组、红外摄像机组、可见光摄像机组、可见光摄像机云台、红外摄像机云台、云台驱动器和数字信号处理器；传感器组包括压力传感器、光电式位移传感器和光敏传感器，所述红外摄像机和可见光摄像机采集图像信息，以上设备作为检测前端连接数字信号处理器。云台驱动器实时调节可见光摄像机和红外摄像机角度。本发明所述系统具有连续和间隔拍摄两种工作模式，缩短了系统工作时间，延长了系统寿命，降低系统造价成本，可根据光照强度，切换拍摄相机，避免了补可见光对人眼产生目眩影响，减少交通安全隐患，可微调摄像机角度，无死角拍摄，可全天候进行车牌识别、违章拍摄。

Description

可切换摄像模式的交通监控装置
技术领域
本发明专利属于智能交通技术领域，具体涉及一种可切换摄像模式的交通监控装置。
背景技术
闪光灯在交通领域应用越来越广泛，目前的道路上使用的电子眼是由可见的白炽光进行补光抓拍，驾驶人的眼睛易受到强光的刺激产生目眩，容易引发交通事故；白炽光亮度越强，周围环境温度越高，影响摄像头采集图像的效果；夜晚光线很暗，拍摄的图片清晰度较差，难以拍摄到更多的违章细节；在实际电子眼抓拍应用中，系统不能随着环境光线的变化调节补光设备光照强度，造成补光灯功耗高，电能浪费，缩短了设备寿命；当交通情况复杂时不能够智能调节拍摄角度，存在摄像死角。
专利CN105894821A公开了一种基于高清DSP摄像机的交通综合监测系统，包括图像采集单元，数据存储单元，能够实现车牌识别，速度测量，流量统计等功能，然后定时将存储的图像及数据经由数据传输单元发送给中心平台。该装置使用LED频闪补光灯或LED常量补光灯，不能切换拍摄相机，在光线不理想的情况下补光，极易对人眼产生目眩的影响，存在交通安全隐患，不能调节拍摄角度，存在拍摄死角。
专利CN205486800U公开了一种红外电子警察系统，该系统包括操控终端，控制模块，数据管理模块，红外线检测模块和图像采集模块，提高了数据的处理能力传输能力和摄像能力。专利CN204101868U公开了一种智能高清电子警察红外线闪光灯，包括LED红外线闪光灯和遥控器，能够与不同类型的安装底座连接，在安装固定好后仍可调节方向来改变照射角度，能够远程遥控改变闪光灯的光照强度。
专利CN201220554356公开了一种融合红外和可见光补光的电子警察系统，可解决LED灯过亮产生的影响，又可解决红外补光出现的偏色现象，相机在彩色模式下的夜间图片整体质量有所提高。该装置仅调节LED灯珠模块形成的光斑形态，效果难以控制和检测。
以上装置仅是使用红外摄像机代替可见光摄像机，红外摄像机长时间开启造成功耗较高，摄像头工作时间长，寿命短，系统价格较高，不适宜大范围推广使用。
发明内容
为解决上述技术问题，本发明提供了一种可切换红外摄像模式的交通监控装置，该系统功能丰富，使用红外摄像机在光线较弱情况下确保成像清晰，避免了可见光摄像机补光设备对驾驶员产生的目眩影响，保障驾乘人员安全和交通秩序的稳定，同时系统在环境光照理想的情况下切换可见光摄像机拍摄，缩短了红外摄像机工作时间，延长了系统寿命，降低了系统价格。
为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：一种可切换摄像模式的交通监控装置，包括传感器组、红外摄像机组、可见光摄像机组、LED发光阵列、可见光摄像机云台、红外摄像机云台、云台驱动器和数字信号处理器；所述传感器组包括光电式位移传感器，压力传感器，光敏传感器和红外传感器；所述光电式位移传感器采集的数据传输到数字信号处理器用于测量车辆行驶速度；所述压力传感器与数字信号处理器连接，判断有无车辆通过并反馈车流量信息；所述光敏传感器采集的数据传输到数字信号处理器，通过数字信号处理器与设定的光强标准值对比，切换拍摄相机；所述红外传感器可检测周围环境红外辐射；所述红外摄像机和可见光摄像机采集的图像信息回传到数字信号处理；在使用可见光摄像模式下，LED发光阵列用于给可见光摄像机组补光；所述云台驱动器用于接收数字信号处理器产生的信号驱动摄像机云台来调节摄像机的拍摄角度；所述数字信号处理器用于处理传感器和两种摄像机所采集的数据并输出控制信号。
进一步的，系统设计有存储单元，用于存放道路信息数据库，在实际交通监测中，数字信号处理器处理压力传感器采集数据结果与数据库标准值对比，在间隔拍摄和连续拍摄两种工作模式中进行切换，当工作在车流量少的路段或时间段，系统工作在间隔拍摄模式，当工作在车流量大的路段或时间段，系统工作在连续拍摄模式。
进一步的，所述光敏传感器光线感应前端安装在悬臂架上，数字信号处理器可根据光敏传感器采集的数据将摄像机周围环境光线的亮暗与设定的光强标准值对比，光线较为理想情况下使用可见光摄像机进行拍摄，并可以根据实际天气情况进行微调补光，光线不理想的情况下，切换红外摄相机。
进一步的，所述压力传感器组包含传感器个数等于车道数，感应前端埋设于对应车道下方，长度横跨整个车道，摄像机视场中线正对弹性敏感元件，数字信号处理器根据压力传感器采集的信号强弱变化区分车辆，还可起到判断有无车辆通过，在间隔拍摄模式下唤醒摄像机的作用。
进一步的，所述红外摄像机和可见光摄像机均带有云台，可安装在悬臂架上进行角度微调，防止出现拍摄死角，安装数量可根据摄像机视场角和马路宽度确定，公式如下：
式中，D为单个摄像机拍摄宽度，S为摄像机到地面拍摄距离，α为摄像机视场角，比较马路宽度和单个摄像机拍摄宽度，确定摄像机个数，其中摄像机个数需要满足以下条件：
其中M为摄像机个数，W为马路宽度，D为单个摄像机拍摄宽度。考虑到并排设置的摄像机视场会相互交叉，故摄像机个数应该大于马路宽度与单个摄像机拍摄宽度的比值。
进一步的，所述光电式位移传感器安装在摄像机正下方，垂直于地面，采集的数据传输到数字信号处理器用于测量车辆行驶速度，公式如下：
式中，V为车辆行驶平均速度，S为车辆行驶位移，t2-t1为光反射时间差，所测得车辆行驶平均速度与当前车道限制速度对比，判断该车辆是否超速。
进一步的，所述红外摄像机装有滤波片，可调节车辆实际辐射出的红外波段与红外摄像机最佳拍摄波段相匹配，采用相机的自动增益控制(AGC)电路，可随着环境内外照度的变化自动的调整放大器的增益，使红外相机能够在较大的光照范围内工作，在低照度条件下能获得清晰的图像。
进一步的，LED发光阵列是矩阵式发光阵列，可根据光敏传感器检测的信号，调节阵列中开启的LED灯数量，实现多档补光。
进一步的，系统需要定期调试，在摄像范围内设有标定物，红外摄像机照射标定物并与设定的灰度值对比，通过建立数学模型来调节红外摄像机的光圈和增益等参数，避免了长期工作在恶劣环境下拍摄图像产生色彩漂移的现象，增强系统的鲁棒性。
进一步的，数字信号处理器产生四路脉宽调制信号，经过各相驱动电路再与达林顿晶体管连接，控制步进电机各相绕组输出，使步进电机随着不同的脉宽调制信号作正转，反转，加速，减速，停止等动作。
与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：
1.红外LED发光阵列所发出的光人眼不可见，避免了因可见光补光过亮而对人眼产生的目眩影响，减少了交通安全隐患。
2.该系统可以根据车流量的大小和数据库对比，切换两种工作模式，包括连续拍摄和间隔拍摄，在确保交通监管安全的情况下，缩短系统工作时间，减小功耗。
3.该系统具有两组摄像头，光线较好时使用可见光摄像机，光线弱时使用红外摄像机，缩短红外相机工作时间，有效延长系统寿命，降低硬件更换成本。
附图说明
图1是本发明专利的系统原理框图；
图2是本发明连续拍摄和间隔拍摄模式的流程图；
图3是本发明拍摄相机切换的流程图；
图4是本发明云台驱动器工作电路图。
具体实施方式
如图1所示的一种可切换红外摄像模式的交通监控装置，包括传感器组、红外摄像机组、可见光摄像机组、LED发光阵列、可见光摄像机云台、红外摄像机云台、云台驱动器和数字信号处理器；所述传感器组包括光电式位移传感器，压力传感器和光敏传感器；所述光电式位移传感器采集的数据传输到数字信号处理器用于测量车辆行驶速度；所述压力传感器与数字信号处理器连接，判断有无车辆通过，所述光敏传感器采集的数据传输到数字信号处理器可切换拍摄相机；所述红外摄像机和可见光摄像机采集的图像信息回传到数字信号处理器；在使用可见光摄像模式下，所述LED发光阵列用于给可见光摄像机组补光，所述云台驱动器用于接收数字信号处理器产生的信号驱动摄像机云台来调节摄像机的拍摄角度，所述数字信号处理器用于处理传感器和两种摄像机所采集的数据并输出控制信号。
如图2所示，压力传感器压力感应前端安装在地下，长度横跨整个道路，摄像机视场中线正对压力感应前端，数字信号处理器接收来自压力传感器采集的数据，输出控制信号至云台驱动器来智能调节摄像机的拍摄角度，无死角地摄取现场图片，采集的信号由数字信号处理器与数据库和当前的车流量对比，输出的控制信号传输至摄像机，判定摄像机工作在连续拍摄模式还是间隔拍摄模式，摄像机采集的图像信息回传到数字信号处理器，根据车牌图像的处理特征，最终输出车牌图像识别结果。与此同时，安装在摄像头旁边且垂直于地面的光电式位移传感器采集的数据传输到数字信号处理器用于测量车辆行驶速度，根据每辆车反射光量和反射时间的不同，测量出车辆行驶位移S和时间差t2-t1，从而得到车辆行驶平均速度：
再与当前车道限制速度对比，判断该车辆是否超速。
数字信号处理器控制拍摄模式为间隔拍摄或者连续拍摄的具体操作为：压力传感器采集的信号传输到数字信号处理器，经过分析计算后，再与根据之前采集到的车流量数据库而设定的车流量标准值进行对比，由数字信号处理器判断做出决策，车流量大于标准值时切换连续拍摄模式，车流量小于标准值时切换间隔拍摄模式。最后再把所采集的信号回传至数字信号处理器，不断地增加数据厍信思量，随着使用的时间越长，形成的数据库信息量越大则调整的车流量标准值越符合实际路况，数字信号处理器做出的决策更加符合当前的实际情况，从而实现两种工作模式，节约电能，延长摄像机的使用寿命，降低成本，提高拍摄效率。
如图3所示，当摄像机进行摄像之前，安装在悬梁架上的光敏传感器光线感应前端采集摄像机周围环境光线的亮暗程度，将采集的数据经过数字信号处理器处理与根据实际需要而设定的光强标准对比，如果所采集的信号值大于所设定的光强标准值则说明光线强，切换为可见光摄像机拍摄，并可以根据实际天气情况利用LED发光阵列进行微调补光；反之，切换红外摄相机。在可见光摄像模式下，通过LED发光阵列控制开启的LED灯数量，实现多档位补光量调节。
如图4所示，所述云台驱动器调节摄像机拍摄角度。具体的，驱动电路包含四组达林顿晶体管当作电子开关，分别来控制步进电机四组线圈A、B、/A、/B的通电与否，由DSP产生脉宽调制信号PWM1～PWM4，向四相步进电机各相传送控制信号，根据步进电机的工作原理，如果按给定的工作方式正序通电换相，则步进电机正转；如果按反序通电换相，则步进电机反转；如果给步进电机发一个控制脉冲，它就转一个步距角，再发一个脉冲，它会再转一个步距角。两个脉冲间隔时间越短，步进电机转的就越快，摄像机转动也就越快。因此，脉冲的频率f决定了步进电机的转速，在可控制的速度范围内，步进电机的转速和脉冲成正比。步进电机的每分转速可以由下式计算：
式中，f是脉冲频率，z是转子齿数，N是拍数，调整脉冲频率就可以对步进电机进行调整。当数字信号处理器接受到来自传感器发出的信号，它会产生脉宽调制波，驱动步进电机转动，控制摄像机的拍摄角度。
尽管已经示出和描述了本发明的实施例，对于本领域的普通技术人员而言，可以理解在不脱离本发明的原理和精神的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本发明的范围由所附权利要求及其等同物限定。

Claims (10)

1.一种可切换摄像模式的交通监控装置，包括传感器组、红外摄像机、可见光摄像机和数字信号处理器；其特征在于：所述传感器组包括光电式位移传感器，压力传感器，光敏传感器；所述光电式位移传感器采集的数据传输到数字信号处理器用于测量车辆行驶速度；所述压力传感器与数字信号处理器连接，判断车辆通过情况进而控制摄像机拍摄模式；所述光敏传感器采集的数据传输到数字信号处理器经过处理后输出控制信号切换拍摄相机；所述红外摄像机和可见光摄像机采集的图像信息回传到数字信号处理器。
2.根据权利要求1所述的可切换摄像模式的交通监控装置，其特征在于：所述监控装置还包括可见光摄像机云台、红外摄像机云台以及云台驱动器；所述压力传感器压力感应前端安装在车道下方，数字信号处理器接收来自压力传感器采集的数据，输出控制信号至云台驱动器，云台驱动器调节可见光摄像机云台或者红外摄像机云台从而调整摄像机的拍摄角度。
3.根据权利要求2所述的可切换摄像模式的交通监控装置，其特征在于：所述压力传感器包含传感器个数等于车道数，压力传感器感应前端长度横跨整个车道，摄像机视场中线正对压力敏感元件。
4.根据权利要求2所述的可切换摄像模式的交通监控装置，其特征在于：可见光摄像机云台或红外摄像机云台安装数量通过摄像机拍摄宽度和马路宽度确定，其中摄像机拍摄宽度计算公式如下：
<mrow> <mi>D</mi> <mo>=</mo> <mn>2</mn> <mo>&amp;times;</mo> <mi>S</mi> <mo>&amp;times;</mo> <mi>t</mi> <mi>a</mi> <mi>n</mi> <mfrac> <mi>&amp;alpha;</mi> <mn>2</mn> </mfrac> </mrow>
式中D为单个摄像机拍摄宽度，s为摄像机到地面拍摄距离，α为摄像机视场角，比较马路宽度和单个摄像机拍摄宽度，确定摄像机个数。
5.根据权利要求1所述的可切换摄像模式的交通监控装置，其特征在于：系统设计有存储单元，用于存放道路车流量信息数据库，压力传感器采集的数据经过数字信号处理器处理后与数据库设定的车流量标准值对比，根据对比结果在间隔拍摄和连续拍摄两种工作模式中进行切换。
6.根据权利要求1所述的可切换摄像模式的交通监控装置，其特征在于：痛过所述光电式位移传感器采集数据计算车辆行驶速度公式如下：
<mrow> <mi>V</mi> <mo>=</mo> <mfrac> <mi>S</mi> <mrow> <msub> <mi>t</mi> <mn>2</mn> </msub> <mo>-</mo> <msub> <mi>t</mi> <mn>1</mn> </msub> </mrow> </mfrac> </mrow>
式中，v为车辆行驶平均速度，s为车辆行驶位移，t2-t1为光反射时间差。
7.根据权利要求1所述的可切换摄像模式的交通监控装置，其特征在于：数字信号处理器根据压力传感器反馈的位置信息，产生脉宽调制信号，经过各相驱动电路再与达林顿晶体管连接，控制步进电机各相绕组输出，使步进电机随着不同的脉宽调制信号作正转，反转，加速，减速，停止等动作从而控制驱动云台的运动调节相机拍摄角度。
8.根据权利要求1所述的可切换摄像模式的交通监控装置，其特征在于：在摄像范围内设有标定物，红外摄像机照射标定物并与设定的灰度值对比，通过建立数学模型来调节红外摄像机的光圈和增益等参数。
9.根据权利要求1所述的可切换摄像模式的交通监控装置，其特征在于：所述数字信号处理器将光敏传感器采集的数据与设定的光强标准值进行对比，从而输出控制信号，光线理想的情况下，无需补光时，切换可见光摄相机，光线不理想的情况下，切换红外摄相机。
10.根据权利要求1或9所述的可切换摄像模式的交通监控装置，其特征在于：所述监控装置还包括LED发光阵列，数字信号处理器可根据光敏传感器检测的到的光线强弱情况控制LED发光阵列为摄像机补光。
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