自適應車輛檢測跟蹤系統

李嘉儀，張福鼎

(江蘇第二師范學院物理與電子工程學院，江蘇南京，210013)

0 引言

城市工業化快速發展，大力擴張城市道路，交通運輸已成為人們日常生活中不可或缺的一部分。要想在復雜的城市道路上快捷準確地知道汽車所行駛的位置信息，就需要對車輛實時進行智能定位[1-4]。設計一款可以實時監測動態移動目標的智能車輛定位系統，智能車輛定位系統由GPS定位模塊、GSM通信模塊和OLED顯示模塊組成，智能車載終端不僅可以實現全天候實時記錄車輛的行車狀況，同時也能向監控中心實時雙向傳輸數據，并可以在液晶顯示屏上準確顯示CPS定位信息，包括經緯度、定位狀態等[5-6]。

在自適應光照系統領域，前人做了相關的研究生產相關的電子產品，但由于這類電子產品的元器件是由分立元件組成的，所以靈敏度和穩定性相對較差。單片機能勝任許多工作，具有成本低、穩定可靠的特點。在許多發達國家的交通事故監測和交通流量采集系統研究中應用圖像處理和計算機視覺技術，模式識別技術等[7-11]。隨著瞬間模式識別技術和計算機視覺技術的飛速發展，瞬間檢測技術在基于視頻的交通檢測中發揮著越來越重要的作用。美國、日本和歐洲的幾個發達國家已經投入了大量的人力、財力和物力研究開發此類檢測技術，其中代表性產品有歐洲的cos系統、autoscope2004tm成像探測系統等。美國starry公司開發的Vantage，是另一種用于解決交通視頻采集任務和提供準確數據的視頻車輛檢測器。汽車探測器的優點在于具有自己的報警處理功能，世界各國大多都采用這一類汽車探測器。與此同時，加利福尼亞大學，圣地亞哥的計算機視覺和機器人實驗室，正在智能交通系統方面做大量的工作。實驗室開發的航標系統是一個復雜的分布式多傳感器視頻檢測系統，稱為aton系統，用于道路交通事故檢測管理和交通流分析。另外，此系統還將陰影檢測技術融入到系統中，取得了良好的效果。

89系列單片機是阿特梅爾公司的8位flash系列單片機。這個系列單片機最大的特點是芯片中含有閃存。它不僅可以方便地存儲所開發的程序，而且不需要額外的存儲模塊。應用前景十分廣闊。它特別適用于便攜式，節能和特殊的信息存儲儀器和系統。

STC89C52是英特爾公司MCS-51系列單片機的基礎產品。采用atmelcmos可靠技術制造高性能8位MCU，是屬于MCS-51的HCMOS標準產品，結合了高速高密度CMOS技術和低功耗CMOS特性。它是基于MCS-51標準體系結構和單片機指令的。它屬于獨特芯片的增強版。它集成了更多的功能作為時鐘的輸出，并輸出到CIMA或down counter。它適用于類似的發動機控制應用。STC89C52有兩種封裝類型：PDIP（40針）和PLCC（44針）。CPU的運行非常需要準確的時間，可用一個晶體振蕩器產生穩定的時鐘脈沖來控制。STC89C52單片機上的Xtal1和Xtal2分別選擇12MHz作為振蕩電路的輸入和輸出。

電容電路中有兩個C2和C3電容器的功能；一是幫助振蕩器啟動；二是對振蕩頻率進行微微的調整。石英晶體可供選擇的有6MHZ和12MHZ。頻率不同機器的循環的時間不同，會影響計數器的初始數值和工作速度。速度傳感器模塊，通過車速的數值檢測，判斷車輛是不是處于停車的狀態，控制計時器。開關模塊，控制整個電路的開關。燈光感應模塊，通過對周圍環境亮度變化的檢測，判斷是否打開車燈，結合圖像檢測模塊判斷是否進行遠近光燈切換。燈光模塊（計時器模塊），通過芯片輸出的電平控制繼電器的吸合控制燈光或計時器。

1 自適應車輛檢測跟蹤系統設計

首先進行圖像預處理和背景建模，分析對比并總結背景建模常用方法，以背景差法為基礎設計背景建模方法，針對主干交叉道口等復雜場景創建進行背景更新快速運算模塊。通過此背景更新模塊實時獲取最新背景，給后續的車輛檢測跟蹤操作奠定基礎。

圖1 總體設計框圖

其次，針對運動中車輛進行檢測、分割及跟蹤分析，結合多種常用車輛檢測方法，改進運動車輛檢測方法，主要集中于克服傳統背景差法檢測后出現的前景目標孔洞和邊緣缺失現象，并且針對復雜場景中運動目標多樣性，采用分類運動目標，提取出主要特征，再融合陰影去除運算，抑制消除車輛的陰影，設計出基于Kalman預測的運動車輛跟蹤方法。

利用單片機信號采集模塊來采集自然光信號，并通過單片機的AD轉換模塊來進行信號轉換，最后車燈自適應復雜環境來實現自動燈光切換。通過設計電路，軟件仿真，設計PCB板展開驗證。

STC51芯片用于對開關、光傳感器、紅外傳感器、圖像傳感器等信號進行處理，并對與其相連的照明、定時器等系統進行控制。該控制器件要處理來自總線上其他控制單元的信息，以供系統使用。監控系統的現狀，驅動異常使用時的報警信息，控制傳感器工作，接收傳感器的開關信息，從而控制相關部件的工作，存儲與系統相連的故障信息，專用診斷工具可讀取相關故障信息。紅外傳感器是由紅外發射管發出不可見的紅外光,紅外光經檢測面反射后被接收管接收，從而檢測到物體。要考慮其檢測距離、靈敏度和工作穩定性（受日光的影響）等問題。光的傳感器采用光敏電阻采集光照強度信息。光照強度直接反映在光敏電電阻阻值上,進而反映在光敏電阻兩端的電壓值上。然后通過單片機控制A/D模數轉換對電壓信號進行采集。

通過實時視頻監控，可以及時獲取和監控有效的數據、圖像或聲音信息，并且能記住突發的異常事件的過程，確保能夠及時的傳達命令、組織警力，數字監控報警的特點是：實時顯示監控圖像，可以統一設置視頻圖像質量，單獨設置各通道視頻速度，設置多種視頻模式，快速呼叫，網絡傳輸，自動備份，鏡頭/云臺控制等。使用特定的定時器原理來測量時間，定時器的特：操作界面簡單易用，提供基本的定時控制功能，包括：啟動定時、停止定時、繼續定時、定時調整、歸零等。燈光系統感受到外部光照的強弱變化切換車輛前照燈的亮滅和明暗以適應外部環境。

利用計時器特定的原理來測量時間。操作界面簡便易用，提供了基本的計時控制功能，包括：開始計時、停止計時、繼續計時、操作界面簡便易用復零、調整計時。燈光系統感受到外部光照的強弱變化切換車輛前照燈的亮滅和明暗以適應外部環境。計時器檢測到速度小于1km/h開始計時，速度大于1km/h停止計時，最后輸出計時時間。速度傳感器模塊，通過車速的數值檢測，判斷車輛是不是處于停車的狀態，控制計時器。開關模塊，控制整個電路的開關。燈光感應模塊，通過對周圍環境亮度變化的檢測，判斷是否打開車燈，結合圖像檢測模塊判斷是否進行遠近光燈切換。燈光模塊（計時器模塊），通過芯片輸出的電平控制繼電器的吸合控制燈光或計時器。

2 系統設計流程圖及程序說明

普通光傳感器本質上是一種光敏元件，它的功能是將光的強度信號轉換成電信號，然后由獨特的單片機接收，根據環境光強分析判斷前照燈是否應該打開，若前照燈沒有打開，則檢測外部光照強度，外部光照強度過弱時，打開前照燈；若前照燈已打開，檢測外部光強，外部強度強時，關閉前照燈相關處理，然后輸出給控制模塊電磁繼電器，實現對燈光的自動控制。

環境光傳感器優于普通光傳感器在于其不僅可以感知周圍的光線，還能傳輸信息給處理芯片自動調整屏幕的背光亮度，以降低產品的能耗，例如在手機、鈔票等移動應用中就會使用環境光傳感器。環境光傳感器可以最大限度地延長電池的工作時間。在其它方面，環境光傳感器有助于顯示平滑的圖像，當環境亮度較高時圖像顯示會很尖銳，使用環境光傳感器的LCD會自動調節到高亮度，當外部環境比較暗的時候，顯示器將設置為低亮度來進行自動亮度調節。環境光傳感器的特點是，不僅需要在芯片上貼上紅外切割膜，還需要直接在硅餅干上涂上紅外膜。

圖2 光感及速度檢測

該太陽敏感器能在360度水平和垂直方向上識別太陽的位置，并在多云、半陰、晴天和夜間跟蹤各個方位角，在識別電路和驅動的處理過程中，采用數字芯片完成上述信息的處理，可以服務于各類普通發動機和步進發動機。

速度傳感器檢測車輛速度是否小于一公里每小時，當速度小于一公里每小時時開始計時，否則就再次檢測，即使開始后再次檢測速度是否少于一公里每小時，若大于一公里，每小時則結束計時，否則再次檢測。

3 Protues仿真

由單芯片周邊部件、AD數模轉換模塊、信息收集模塊、執行繼電器等構成。在此系統中，光傳感器的功能是將光的強度信號轉換成電信號，用單處理器接收信號，分析處理后向控制模塊輸出電磁繼電器，使用實現照明自動控制的光傳感器。只有使用的感光傳感器具有高靈敏度的特點，才能快速捕捉對置車的直射光，然后將采集到的光的強度信號轉換成電信號。可以正確地處理轉換后的信號，并且可以通過繼電器正確地接收，實現遠距燈的精確轉換控制，用來阻止轉換錯誤。

圖3 proteus仿真運行圖

4 總結與展望

此次課題研究我們在城市流量大的環境和復雜的十字路口等場景中對汽車進行正確的實時追蹤和檢查。預期在具體檢測和跟蹤算法中針對不同的難點進行分析并改進。根據車輛性能不同，使用不同的車輛跟蹤算法，使特定的車輛匹配更加合適跟蹤算法，提高跟蹤準確性。基于大數據、GPS、傳感器測量車速等各項條件限制，讓汽車在夜間自動控制遠射燈的切換，以及燈具可納入自適應操作場景，本系統主要實現動作繼電器、光傳感器采集信號、主要是單片機控制。如果系統安裝在車輛上，在車輛晚上行駛時，可根據車輛與前車的行駛距離進行判斷，從而實現車輛前照燈遠近光的相應轉換功能。