王司杭，蒲建友，萬力菲，劉曉玉，鄧佳瑤

（武漢東湖學(xué)院，湖北 武漢 430212）

0 引言

隨著人們生活水平的不斷提高，機(jī)動車的個人和家庭持有率持續(xù)上升，這也使得各種公共場所和居民小區(qū)的新建配套地下車庫面積逐步擴(kuò)大。而地下車庫因?yàn)榫哂忻娣e大、人員相對較少的特點(diǎn)，也就成了一些違法事故易于發(fā)生的隱患地帶。

雖然目前地下車庫一般都配有監(jiān)控攝像頭，但筆者發(fā)現(xiàn)目前安裝于地下車庫的很多監(jiān)控攝像頭都存在監(jiān)控視角的限制，若想實(shí)現(xiàn)無死角監(jiān)控需要攝像頭數(shù)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(yīng)人體的紅外傳感器、結(jié)合控制器和小型電機(jī)構(gòu)成一款能在360度范圍內(nèi)自動旋轉(zhuǎn)，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(jiān)控范圍。

1 自跟蹤控制裝置構(gòu)成方案

1.1 裝置主體構(gòu)成

本裝置通過使用多個能感應(yīng)人體的紅外傳感器檢測攝像頭周圍360度范圍內(nèi)出現(xiàn)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(qū)域內(nèi)所出現(xiàn)人體的實(shí)際方位，再根據(jù)判斷結(jié)果驅(qū)動電機(jī)帶動攝像頭旋轉(zhuǎn)恰當(dāng)?shù)慕嵌?，使攝像頭準(zhǔn)確面向人體，并在人體于檢測區(qū)域內(nèi)移動時能自動調(diào)整攝像頭的監(jiān)視角度，以進(jìn)行跟蹤監(jiān)視。

1.2 能感應(yīng)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(zhuǎn)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(jìn)行感應(yīng)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(nèi)部包含有獨(dú)立的紅外發(fā)送器和接收器，由發(fā)送器將紅外光束發(fā)出后，紅外接收器根據(jù)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(fā)射器發(fā)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(nèi)檢測到有物體進(jìn)入。對射型紅外傳感器同樣由發(fā)射器發(fā)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(nèi)檢測到物體進(jìn)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(qū)的人體，但這類傳感器紅外輻射易發(fā)生衰減，且發(fā)送器和接收器需要分開安裝，實(shí)際使用中并不方便，且它們無法區(qū)分侵入檢測區(qū)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(fā)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(fā)出的紅外輻射進(jìn)行接收和探測，并轉(zhuǎn)換成變化的電信號輸出。

人類身體本身其實(shí)就是一種紅外輻射源，人體因具有一定的體溫，導(dǎo)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(nèi)，因此絕大多數(shù)被動式紅外傳感器都可以實(shí)現(xiàn)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(qiáng)，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(shí)時檢測監(jiān)控范圍內(nèi)所出現(xiàn)的人體。雖地下車庫有時可能出現(xiàn)一些會產(chǎn)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(shí)現(xiàn)方法

2.1 裝置基本結(jié)構(gòu)

被動式紅外傳感器一般在8米距離內(nèi)可以探測120度范圍內(nèi)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(shí)時監(jiān)測攝像頭周圍出現(xiàn)的人體紅外熱輻射，當(dāng)附近出現(xiàn)人體時，四個紅外傳感器模塊會發(fā)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(qū)域，這要利用控制器比對這四個紅外傳感器模塊發(fā)出的信號數(shù)據(jù)就可以判別人體出現(xiàn)的具體方位。

考慮到節(jié)約控制裝置的實(shí)現(xiàn)成本，并滿足對數(shù)據(jù)計算處理的需求，本控制裝置使用單片機(jī)作為控制器，使用小型步進(jìn)電機(jī)來改變攝像頭的朝向。單片機(jī)同時接收4個紅外傳感器模塊輸出的實(shí)時數(shù)據(jù)，進(jìn)行計算比對，然后根據(jù)比對結(jié)果實(shí)時驅(qū)動電機(jī)，以帶動攝像頭轉(zhuǎn)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(jiān)控區(qū)域內(nèi)的人體位置，保持正面對向人體，實(shí)現(xiàn)有效監(jiān)控。

2.2 裝置工作原理

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

圖3 各傳感器的檢測區(qū)域

人體位于圖4中不同檢測區(qū)域時，4個傳感器模塊輸出的電信號組合狀態(tài)是不一樣的。單片機(jī)根據(jù)實(shí)時接收到的不同傳感器模塊的信號組合，來驅(qū)動電機(jī)進(jìn)行不同角度轉(zhuǎn)動，以實(shí)現(xiàn)攝像頭的轉(zhuǎn)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(shí)現(xiàn)更為有效的人員監(jiān)控。