用于視頻設備透霧性能測試的霧霾模擬實驗箱的設計

張沛強 羅宇強 曹仙春 蔡俊濤

（廣州市光機電技術研究院，廣州 510633）

霧霾，是當今社會關注的焦點。霧霾對我國眾多城市都產生了嚴重的危害，廣東省也是霧霾天氣的重災區。在這個日益注重戶外照明、安全防控的時代，霧霾的出現對戶外安防監控系統等造成了較大的影響，致使監控系統無法獲取到高品質的圖像、視頻資料，降低了監控設備的性能和壽命。目前，對于安防監控系統，廠家大都未對產品在霧、霾天氣下的使用性能作出說明，僅有定性評價（即區分是否具有去霧霾功能），卻沒有具體的量化參數說明。本文設計的一種用于視頻透霧性能測試的霧霾模擬實驗箱，可以根據實際需要，在實驗箱體內產生不同條件的霧霾濃度和光照強度，并配備標準燈箱與能照度測試，通過移動平臺實驗多種模擬條件的產生，為當前視頻設備在透霧功能上的應用提供測試條件，推動視頻設備透霧性能檢測技術的發展。

1 系統方案設計

本文設計的霧霾模擬實驗箱，是一種用于視頻設備透霧性能檢測的新型檢測設備，目的是通過自動化手段在檢測實驗室內模擬一個可控的霧霾模擬環境，能對霧霾濃度、光照度及測試位置進行調整，可用于視頻設備成像抗霧功能的驗證和檢測，有助于推動視頻設備抗霧功能標準的形成。霧霾模擬實驗箱的組成框圖如圖1所示，其集成了箱體機構平臺、霧霾發生系統、光照調節系統、自動化檢測軟件系統以及輔助功能模塊。系統將以WIFI通信模式，將所有子模塊通過數據連接成一個功能整體，以開發自動化控制軟件，實現友好的人機交互，方便實驗室工程人員使用。

圖1 霧霾模擬實驗箱組成框圖

2 模擬實驗箱的設計

2.1 模擬實驗箱的結構設計

模擬實驗箱的設計如圖2所示，整體尺寸為8m×1.2m×1m的箱體，采用不透光亞克力板。箱內設計了安裝各功能模塊的位置，包括調節光照度的燈具、控制濃度的霧霾發生器和防沉積風扇等，其中箱體內安裝一個可沿箱體縱向平移的載物臺，由伺助驅動模組、直線移動模組、同步帶和載物臺組成，目的是為了放置各類測試圖卡，調整視頻設備與圖卡的距離，從而滿足不同的檢測需求。

圖2 實驗箱的機構設計

2.2 模擬實驗箱的流場分析

模擬實驗箱內霧霾顆粒容易沉降，不僅影響箱體內霧霾濃度的均勻度和穩定性，還容易帶來檢測結果偏差，因此模擬實驗箱流場的設計是非常重要的。本文設計在實驗箱體上布置四個縱向送風的風機，送風方式如圖3所示，經仿真分析，如圖4所示，箱體內部空氣粒子沿箱體各壁面形成一個完整的循環回路，運動軌跡穩定，有助于實驗室的霧霾狀態穩定。

圖3 循環送風設計

3 基于WIFI的通信中間件設計

本文設計的霧霾模擬實驗箱是集多傳感，實現視頻設備透霧功能自動化檢測的新型設備。設計一款基于WIFI的通信中間件，把實驗箱的各類傳感器以及執行機構有機整合在一起，從而為實現軟件自動化參數調節以及檢測提供前提，通信中間件的功能框圖如圖5所示。

圖5 通信中件的功能框圖

基于WIFI的通信中間件主要實現了WIFI通信功能，集成溫濕度傳感功能；通過繼電器控件各個執行機構，包括霧霾發生器、各種風機及閥門，利用RS232接口讀取光照度儀、能見度儀以及霧霾傳感器等參數，通過燈光控制模塊控制箱體內的光照度。

4 軟件設計

為了實現模擬實驗室的霧霾環境形成的自動化和檢測過程的自動化，本文基于c#以及SQLite設計了一款視頻設備透霧檢測軟件，如圖6所示。本軟件包括實驗箱各功能部件狀態的檢測與顯示模塊、霧霾發生模塊、光照調整模塊、設備參數錄入模塊、圖像檢測模塊，同時具有檢測結果查詢等功能，可采取手動和自動調整模式，初步實現了透霧性能檢測自動化。

圖6 霧霾實驗箱自動化檢測軟件界面

圖7 不同霧霾條件的圖像采集

5 結語

本文選用?？低暤腄S-2CD1203D-I3型攝像頭，采用膚色測試圖卡，在不同的霧霾條件下，進行了圖像采集，采集圖像如7所示。實驗證明，通過實驗箱構建不同霧霾環境，能量化評估視頻設備的透霧抗霧性能指標，將有效推動此項指標的檢測標準化。