車載視頻監控系統的研究與實現

陳洪太， 周淵平， 鄧昌明

（四川大學 電子信息學院，四川 成都 610064）

0 引言

近些年來，隨著中國經濟的不斷發展，越來越多的人開始購買私人車、私家車，隨之帶來很多交通問題，交通阻塞、擁擠、汽車之間的碰撞刮擦在所難免。同時，汽車駕駛員的行車水平更是參差不齊，安全隱患很大。在人員擁擠或者道路角落狹窄的場所，比如車庫、街道、停車場、人行道附近，駕駛員既要前瞻，又要顧后，稍有不慎，便會發生刮擦碰撞事故，給人民的生命財產帶來很大損失[1]。

本文系統的提出，就是要嘗試解決這些問題。既要檢測行車時的視線盲區，又要檢測周圍物體與汽車的距離等，及時提醒駕駛員可能存在的潛在危險，提前有意識躲避，給行車帶來很大的安全便利。

1 汽車盲區

所謂的汽車盲區，就是駕駛員在車內無法用肉眼看到的區域，也是汽車最容易出現事故的區域。現有的汽車，一般是在汽車前端兩側安裝2個后視鏡，以此觀察車體兩側及偏后方的物體。車內安裝有后視鏡，駕駛員大致可以通過它觀測到車體后面的物體。僅靠3面鏡子，駕駛員很難觀測到汽車周圍的全部環境，由此就會產生很多盲區，帶來潛在危險。

汽車盲區如圖1灰色部分所示。

圖1 汽車盲區示意

2 系統硬件設計方案

2.1 系統整體方案

該系統主要采用在汽車盲區安裝攝像頭的方法消除盲區，比如，在汽車左前方、右前方以及車尾后面分別安裝監控攝像頭，配合距離測試模塊，及時檢測距離汽車最近物體的位置，系統將各路視頻信號及距離信息呈現在顯示器上，提醒司機潛在危險，進行有意識規避[2]。駕駛員既可以手動選擇顯示哪一路視頻信號，也可以讓距離信號作為控制信號，進行自動視頻切換，在這種情況下，顯示器顯示的是物體離汽車最近位置的攝像頭的圖像（也即最有價值的圖像）。整個系統的硬件框圖如圖2所示。

圖2 系統硬件框

2.2 視頻采集部分

該系統采用380線監控攝像頭208C，有效測量距離可達10 m，電源為 DC 8 V，有效像素：PAL:512×582，NTSC：512×494，基本上可以滿足要求。

視頻采集卡采用同三維T301系列，它是一款專業的USB接口高清晰視頻采集設備，通過Video端子或S端子來接入視頻，四路視頻輸入可以在各路中切換瀏覽。

2.3 超聲波測距模塊

HY-SRF05超聲波測距模塊可以提供2～450 cm的非接觸式距離感測功能，測距精度可達3 mm；模塊包括超聲波發射器、接收器及控制電路[3]。

基本工作原理如下：①采用IO口的Trig端觸發測距需要至少10 us的高電平信號；②模塊自動發送8個40 kHz的方波，自動檢測是否有信號返回；③當有信號返回時，通過IO口的Echo端輸出一個高電平，高電平持續的時間就是超聲波從發射到返回的時間。

測量的距離=（高電平時間×340）/2。

2.4 系統控制以及顯示部分

超聲波測距模塊的控制信號由51單片機的IO口提供，采用外部中斷、定時中斷方式對檢測到的返回信號進行處理，計算出距離，在數碼管上顯示出來。同時，通過RS232串口，將各路距離信號發送給Atom主板。

Atom主板一方面讀視頻采集卡信號，通過VisualC++生成的界面顯示出攝像頭端的影像，同時處理各路距離信號，一并顯示在圖形界面上。

3 系統軟件設計以及仿真

3.1 單片機程序設計部分

單片機對超聲波測距模塊的控制以及距離信號的處理如圖3所示。在對TCON、TMOD、SCON等串口、定時器寄存器初始化后，單片機從IO口輸出一高電平信號，觸發測距模塊的Trig端，使其開始工作。測距模塊在定時器溢出范圍內，如果檢測到Echo回響信號變為高電平，則定時器開始計時，同時開啟外部中斷。高電平的持續時間，就是超聲波從發射到接收的時間間隔。Echo信號變低后，觸發外部中斷，在中斷響應程序中，對定時器進行清零，計算超聲波測量的距離并進行LED顯示。如果在一定時間范圍內，檢測不到Echo信號變高，則定時器溢出，在溢出中斷程序中，對定時器進行清零，重新開始距離檢測[4]。

圖3 單片機測距流程

3.2 基于MFC的對話框顯示界面

利用VisualC++的MFC類庫，創建基于對話框的工程，將攝像頭視頻信號顯示在圖像控件上。視頻信號的切換是個核心部分。從串口獲取距離信號，一般來說有3種方法：

1）利用Windows API函數實現串口編程。這種方法具有很強的靈活性，但需要用戶詳細了解串口程序開發過程和一些復雜的API函數。在Windows系統中，串口和其他通信設備是作為文件處理的。

2）多線程串口編程 CSerialPort類。其工作流程如下：首先設置好串口參數，再打開串口監測工作線程，檢測到串口事件后，以PostMessage（hWnd, Msg,wParam, lParam）消息通知主程序，激發消息處理函數RecvSCCMsg(wParam, lParam)來進行數據處理[5]。

3）用MSComm控件進行串口通信。它是微軟提供的Windows環境下實現串行通信的ActiveX控件，通過添加MSComm控件ID的控制變量以及串口事件的消息處理函數OnComm( )函數，編寫處理代碼。

3.3 測試結果

將硬件系統搭建好后，開啟VC生成的視頻監控程序，測試結果如圖4所示。

圖4 距離信號控制視頻切換

該系統以兩路視頻信號輸入和兩路測距信號輸入為基礎，當手動選擇優先時，距離信號不影響視頻源的選取。反之，取消手動選擇優先，則窗口顯示的是最近的距離信號所在位置的攝像頭的信息。從結果可以看出，取消手動優先選項，距離2小于距離1，視頻顯示的是線路2的攝像頭信息。

4 結語

本文設計的車載視頻監控系統，能夠較好地完成從距離信號讀取到視頻自動切換的過程，具有一定的應用前景。在后面的研究中，加上GPS模塊以及多個視頻窗的同時顯示，配合視頻圖像的手機傳輸，語音信號報警裝置，可以實現汽車的定位以及防盜，對行車安全等都有一定的現實意義。

[1]郭源源.視頻監控技術的研究[J].科技資訊, 2009(34): 234-235.

[2]劉文怡, 楊慧.基于DSP和以太網的視頻監控系統的設計與實現[J].通信技術, 2009,42(07): 151-153.

[3]趙旭.超聲波測距儀硬件的研究設計[J].才智,2011(23):189-191.

[4]莊益強, 余輪.基于DM642的 X264視頻監控系統的軟件實現[J].通信技術, 2007,40(12): 394-395.

[5]龔建偉, 熊光明.VisualC++/Turbo C串口通信編程實踐[M].第2版,北京:電子工業出版社, 2007: 27-174.