地下車庫自跟蹤攝像頭控制裝置設計

王司杭，蒲建友，萬力菲，劉曉玉，鄧佳瑤

（武漢東湖學院，湖北 武漢 430212）

0 引言

隨著人們生活水平的不斷提高，機動車的個人和家庭持有率持續上升，這也使得各種公共場所和居民小區的新建配套地下車庫面積逐步擴大。而地下車庫因為具有面積大、人員相對較少的特點，也就成了一些違法事故易于發生的隱患地帶。

雖然目前地下車庫一般都配有監控攝像頭，但筆者發現目前安裝于地下車庫的很多監控攝像頭都存在監控視角的限制，若想實現無死角監控需要攝像頭數目會較多，帶來較大的投入成本。因此，筆者嘗試通過使用能感應人體的紅外傳感器、結合控制器和小型電機構成一款能在360度范圍內自動旋轉，跟隨人體移動方位，保持面向人體的自跟蹤攝像頭控制裝置，令單個攝像頭具有更大的有效監控范圍。

1 自跟蹤控制裝置構成方案

1.1 裝置主體構成

本裝置通過使用多個能感應人體的紅外傳感器檢測攝像頭周圍360度范圍內出現的人體，然后借助控制器計算、分析比對各個傳感器的輸出信號，判斷檢測區域內所出現人體的實際方位，再根據判斷結果驅動電機帶動攝像頭旋轉恰當的角度，使攝像頭準確面向人體，并在人體于檢測區域內移動時能自動調整攝像頭的監視角度，以進行跟蹤監視。

1.2 能感應人體的紅外傳感器

紅外傳感器是一種可接收紅外輻射，并將其能量變化轉化為電量變化的裝置，可通過檢測物體輻射出的紅外波來對物體進行感應識別，分為主動式和被動式兩類。

1.2.1 主動式紅外傳感器

主動式紅外傳感器內部包含有獨立的紅外發送器和接收器，由發送器將紅外光束發出后，紅外接收器根據所接收的紅外光束改變情況以電壓信號輸出。這類傳感器又分為對射型紅外傳感器和反射型紅外傳感器兩種。

其中反射型紅外傳感器主要借助紅外光的折射原理來工作，發射器發射紅外光，如圖1（a），接收器接收到紅外光則判斷檢測范圍內檢測到有物體進入。對射型紅外傳感器同樣由發射器發射紅外光，接收器接收，如圖1（b），接收器未接收到紅外光時即判斷檢測范圍內檢測到物體進入。

圖1 主動式紅外傳感器工作方式

人體作為檢測物體，對射型和反射型紅外傳感器都可以檢測到侵入檢測區的人體，但這類傳感器紅外輻射易發生衰減，且發送器和接收器需要分開安裝，實際使用中并不方便，且它們無法區分侵入檢測區的人體和其他移動體，在本裝置中并不適用。

1.2.2 被動式傳感器

被動式紅外傳感器沒有紅外發送部件，自身并不會有能量釋放出來，只有接收裝置，它是對物體自身發出的紅外輻射進行接收和探測，并轉換成變化的電信號輸出。

人類身體本身其實就是一種紅外輻射源，人體因具有一定的體溫，導致其會時刻向外輻射紅外能量，且這一輻射能量波長正好處于紅外傳感器的檢測范圍內，因此絕大多數被動式紅外傳感器都可以實現對人體的識別。

考慮到被動式紅外傳感器自身不會有輻射輸出、隱蔽性相對強，無論是安裝還是使用相對都比較容易，且地下車庫中一般不存在易對其造成影響的其他輻射源和干擾信號，本裝置就使用被動式紅外傳感器來實時檢測監控范圍內所出現的人體。雖地下車庫有時可能出現一些會產生紅外輻射的小動物，但只要將傳感器安裝一定高度就可以完全避免將這些小動物錯誤的識別為人體。

2 自跟蹤攝像頭控制裝置實現方法

2.1 裝置基本結構

被動式紅外傳感器一般在8米距離內可以探測120度范圍內的人體紅外輻射波，筆者在攝像頭下方，于攝像頭的前、后、左、右各固定一個被動式紅外傳感器模塊，如圖2所示。

圖2 攝像頭下方固定4個被動式紅外傳感器模塊

本控制裝置利用這四個紅外傳感器模塊實時監測攝像頭周圍出現的人體紅外熱輻射，當附近出現人體時，四個紅外傳感器模塊會發出不同的電信號，由于每個傳感器的檢測范圍都會有角度限制，而相鄰兩個傳感器的檢測范圍會有部分重合區域，這要利用控制器比對這四個紅外傳感器模塊發出的信號數據就可以判別人體出現的具體方位。

考慮到節約控制裝置的實現成本，并滿足對數據計算處理的需求，本控制裝置使用單片機作為控制器，使用小型步進電機來改變攝像頭的朝向。單片機同時接收4個紅外傳感器模塊輸出的實時數據，進行計算比對，然后根據比對結果實時驅動電機，以帶動攝像頭轉向，面對人體。在人體移動過程中，裝置將利用這一方法，令攝像頭一直捕捉監控區域內的人體位置，保持正面對向人體，實現有效監控。

2.2 裝置工作原理

若有人體在攝像頭附近出現，會有一到兩個攝像頭探測到這一人體，攝像頭附件區域可以劃分為8個檢測區域（如圖3所示）。

圖3 各傳感器的檢測區域

人體位于圖4中不同檢測區域時，4個傳感器模塊輸出的電信號組合狀態是不一樣的。單片機根據實時接收到的不同傳感器模塊的信號組合，來驅動電機進行不同角度轉動，以實現攝像頭的轉向。裝置工作原理如圖4所示。

圖4 裝置工作原理

地下車庫人員一般較稀少，利用這一裝置即可利用較少攝像頭有針對性的實現更為有效的人員監控。