车载视频监控系统的研究与实现

陈洪太， 周渊平， 邓昌明

（四川大学 电子信息学院，四川 成都 610064）

0 引言

近些年来，随着中国经济的不断发展，越来越多的人开始购买私人车、私家车，随之带来很多交通问题，交通阻塞、拥挤、汽车之间的碰撞刮擦在所难免。同时，汽车驾驶员的行车水平更是参差不齐，安全隐患很大。在人员拥挤或者道路角落狭窄的场所，比如车库、街道、停车场、人行道附近，驾驶员既要前瞻，又要顾后，稍有不慎，便会发生刮擦碰撞事故，给人民的生命财产带来很大损失[1]。

本文系统的提出，就是要尝试解决这些问题。既要检测行车时的视线盲区，又要检测周围物体与汽车的距离等，及时提醒驾驶员可能存在的潜在危险，提前有意识躲避，给行车带来很大的安全便利。

1 汽车盲区

所谓的汽车盲区，就是驾驶员在车内无法用肉眼看到的区域，也是汽车最容易出现事故的区域。现有的汽车，一般是在汽车前端两侧安装2个后视镜，以此观察车体两侧及偏后方的物体。车内安装有后视镜，驾驶员大致可以通过它观测到车体后面的物体。仅靠3面镜子，驾驶员很难观测到汽车周围的全部环境，由此就会产生很多盲区，带来潜在危险。

汽车盲区如图1灰色部分所示。

图1 汽车盲区示意

2 系统硬件设计方案

2.1 系统整体方案

该系统主要采用在汽车盲区安装摄像头的方法消除盲区，比如，在汽车左前方、右前方以及车尾后面分别安装监控摄像头，配合距离测试模块，及时检测距离汽车最近物体的位置，系统将各路视频信号及距离信息呈现在显示器上，提醒司机潜在危险，进行有意识规避[2]。驾驶员既可以手动选择显示哪一路视频信号，也可以让距离信号作为控制信号，进行自动视频切换，在这种情况下，显示器显示的是物体离汽车最近位置的摄像头的图像（也即最有价值的图像）。整个系统的硬件框图如图2所示。

图2 系统硬件框

2.2 视频采集部分

该系统采用380线监控摄像头208C，有效测量距离可达10 m，电源为 DC 8 V，有效像素：PAL:512×582，NTSC：512×494，基本上可以满足要求。

视频采集卡采用同三维T301系列，它是一款专业的USB接口高清晰视频采集设备，通过Video端子或S端子来接入视频，四路视频输入可以在各路中切换浏览。

2.3 超声波测距模块

HY-SRF05超声波测距模块可以提供2～450 cm的非接触式距离感测功能，测距精度可达3 mm；模块包括超声波发射器、接收器及控制电路[3]。

基本工作原理如下：①采用IO口的Trig端触发测距需要至少10 us的高电平信号；②模块自动发送8个40 kHz的方波，自动检测是否有信号返回；③当有信号返回时，通过IO口的Echo端输出一个高电平，高电平持续的时间就是超声波从发射到返回的时间。

测量的距离=（高电平时间×340）/2。

2.4 系统控制以及显示部分

超声波测距模块的控制信号由51单片机的IO口提供，采用外部中断、定时中断方式对检测到的返回信号进行处理，计算出距离，在数码管上显示出来。同时，通过RS232串口，将各路距离信号发送给Atom主板。

Atom主板一方面读视频采集卡信号，通过VisualC++生成的界面显示出摄像头端的影像，同时处理各路距离信号，一并显示在图形界面上。

3 系统软件设计以及仿真

3.1 单片机程序设计部分

单片机对超声波测距模块的控制以及距离信号的处理如图3所示。在对TCON、TMOD、SCON等串口、定时器寄存器初始化后，单片机从IO口输出一高电平信号，触发测距模块的Trig端，使其开始工作。测距模块在定时器溢出范围内，如果检测到Echo回响信号变为高电平，则定时器开始计时，同时开启外部中断。高电平的持续时间，就是超声波从发射到接收的时间间隔。Echo信号变低后，触发外部中断，在中断响应程序中，对定时器进行清零，计算超声波测量的距离并进行LED显示。如果在一定时间范围内，检测不到Echo信号变高，则定时器溢出，在溢出中断程序中，对定时器进行清零，重新开始距离检测[4]。

图3 单片机测距流程

3.2 基于MFC的对话框显示界面

利用VisualC++的MFC类库，创建基于对话框的工程，将摄像头视频信号显示在图像控件上。视频信号的切换是个核心部分。从串口获取距离信号，一般来说有3种方法：

1）利用Windows API函数实现串口编程。这种方法具有很强的灵活性，但需要用户详细了解串口程序开发过程和一些复杂的API函数。在Windows系统中，串口和其他通信设备是作为文件处理的。

2）多线程串口编程 CSerialPort类。其工作流程如下：首先设置好串口参数，再打开串口监测工作线程，检测到串口事件后，以PostMessage（hWnd, Msg,wParam, lParam）消息通知主程序，激发消息处理函数RecvSCCMsg(wParam, lParam)来进行数据处理[5]。

3）用MSComm控件进行串口通信。它是微软提供的Windows环境下实现串行通信的ActiveX控件，通过添加MSComm控件ID的控制变量以及串口事件的消息处理函数OnComm( )函数，编写处理代码。

3.3 测试结果

将硬件系统搭建好后，开启VC生成的视频监控程序，测试结果如图4所示。

图4 距离信号控制视频切换

该系统以两路视频信号输入和两路测距信号输入为基础，当手动选择优先时，距离信号不影响视频源的选取。反之，取消手动选择优先，则窗口显示的是最近的距离信号所在位置的摄像头的信息。从结果可以看出，取消手动优先选项，距离2小于距离1，视频显示的是线路2的摄像头信息。

4 结语

本文设计的车载视频监控系统，能够较好地完成从距离信号读取到视频自动切换的过程，具有一定的应用前景。在后面的研究中，加上GPS模块以及多个视频窗的同时显示，配合视频图像的手机传输，语音信号报警装置，可以实现汽车的定位以及防盗，对行车安全等都有一定的现实意义。

[1]郭源源.视频监控技术的研究[J].科技资讯, 2009(34): 234-235.

[2]刘文怡, 杨慧.基于DSP和以太网的视频监控系统的设计与实现[J].通信技术, 2009,42(07): 151-153.

[3]赵旭.超声波测距仪硬件的研究设计[J].才智,2011(23):189-191.

[4]庄益强, 余轮.基于DM642的 X264视频监控系统的软件实现[J].通信技术, 2007,40(12): 394-395.

[5]龚建伟, 熊光明.VisualC++/Turbo C串口通信编程实践[M].第2版,北京:电子工业出版社, 2007: 27-174.