目前，大多數(shù)基于圖像的安防設(shè)備都采用CCD或者CMOS傳感器成像，后端DSP處理的模式，根據(jù)序列圖像的差分運(yùn)算進(jìn)行人體檢測(cè)。這種方法容易受到光線變化、樹(shù)枝擺動(dòng)、雨雪天氣等外界因素的影響，經(jīng)常產(chǎn)生虛警。為了消除上述干擾，需要特定的算法，從而增加了系統(tǒng)設(shè)計(jì)的復(fù)雜性。本文介紹了一種由紅外傳感器和 CMOS攝像頭實(shí)現(xiàn)的高性能、低成本的人體檢測(cè)系統(tǒng)。此外，整個(gè)系統(tǒng)利用太陽(yáng)能工作，還具有環(huán)保、節(jié)能的特點(diǎn)。
系統(tǒng)的工作原理
系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)如圖1所示，當(dāng)人體進(jìn)入紅外傳感器的探測(cè)范圍之后，紅外傳感器會(huì)發(fā)出一個(gè)高電平的報(bào)警信號(hào)，該信號(hào)經(jīng)過(guò)紅外信號(hào)處理器放大后送到CPLD 中；CMOS成像芯片VC0701具有運(yùn)動(dòng)檢測(cè)功能，在其視野范圍之內(nèi)，外部環(huán)境的任何變化都會(huì)觸發(fā)報(bào)警信號(hào)。上述兩個(gè)報(bào)警信號(hào)同時(shí)有效時(shí)，CPLD選通蜂鳴器發(fā)出警報(bào)；如果VC0701的圖像輸出被設(shè)置成數(shù)字格式，那么報(bào)警期間的圖像數(shù)據(jù)將被存儲(chǔ)在16MB的SDRAM中。
圖1 系統(tǒng)原理框圖
器件的選型與系統(tǒng)設(shè)計(jì)
成像模塊的設(shè)計(jì)
由于整個(gè)系統(tǒng)采用太陽(yáng)能蓄電池供電，選擇器件時(shí)，在保證性能的前提下，功耗要盡量的低。
本系統(tǒng)采用中星微公司的電視成像芯片VC0701。VC0701具有運(yùn)動(dòng)檢測(cè)功能，集成了24萬(wàn)像素的CMOS 圖像傳感器，數(shù)字圖像處理器，視頻編碼器和模數(shù)轉(zhuǎn)換器。VC0701具有自動(dòng)曝光，自動(dòng)增益，自動(dòng)白平衡和背光補(bǔ)償?shù)裙δ埽С侄喾N視頻圖像輸出格式。
芯片的工作參數(shù)既可以通過(guò)外部引腳的上拉或下拉設(shè)置，也可以通過(guò)E2PROM 或者I2C接口進(jìn)行編程控制。
紅外傳感模塊的設(shè)計(jì)
人體的體溫一般都恒定在37℃左右，輻射的紅外線波長(zhǎng)在10?m左右。被動(dòng)式熱釋電紅外傳感器由干涉濾光片、紅外感應(yīng)元和場(chǎng)效應(yīng)管匹配器三部分組成。
干涉濾波片負(fù)責(zé)濾除來(lái)自燈光、陽(yáng)光等的紅外輻射，只允許特定波長(zhǎng)范圍內(nèi)的紅外輻射通過(guò)，并且把這些紅外線聚集在紅外感應(yīng)元上。紅外感應(yīng)元為熱釋電物質(zhì)，當(dāng)它所接收到的人體紅外輻射強(qiáng)度發(fā)生變化時(shí)，失去電荷平衡，開(kāi)始向外釋放電流。場(chǎng)效應(yīng)管匹配器把電流信號(hào)轉(zhuǎn)換成電壓信號(hào)后輸出。
紅外感應(yīng)有主動(dòng)紅外探測(cè)和被動(dòng)紅外探測(cè)兩種，主動(dòng)紅外探測(cè)范圍廣，但成本較高。在本系統(tǒng)中，紅外傳感器選用的是NICERA公司的被動(dòng)紅外傳感器 RE46B。RE46B內(nèi)部4個(gè)紅外感應(yīng)元串連，表面的菲涅爾透鏡只允許波長(zhǎng)范圍為0.2-20?m的紅外線通過(guò)，在抑制環(huán)境溫度擾動(dòng)和光源干擾的同時(shí)，提高了對(duì)人體感應(yīng)的靈敏度。RE46B特有全方位（Omni- directional）的結(jié)構(gòu)，可以有效避免由小動(dòng)物引發(fā)的虛警。RE46B的有效探測(cè)距離為8米。由于RE46B輸出的報(bào)警信號(hào)非常弱，通常是振幅只有幾個(gè)mV的脈沖信號(hào)，不能直接供后端使用。設(shè)計(jì)時(shí)，在RE46B和CPLD之間串接了一個(gè)紅外傳感信號(hào)處理器——BISS0001。
CPLD和SDRAM
本系統(tǒng)中，通過(guò)CPLD對(duì)VC0701進(jìn)行設(shè)置，VC0701輸出PAL制式的彩色電視信號(hào)，可直接輸出至普通電視機(jī)上進(jìn)行顯示。CPLD還引出了8位的 RGB/YCbCr數(shù)據(jù)線，場(chǎng)同步信號(hào)VSYNC，行同步信號(hào)HSYNC，像素時(shí)鐘PCLK以及I2C總線接口，今后可以做進(jìn)一步的數(shù)字圖像處理。 CPLD選用Altera公司的MaxII EPM240，EPM240采用TQFP封裝，可用I/O端口80個(gè)，兼容1.5/1.8/2.5 /3.3V。
當(dāng)人體處于紅外傳感器的探測(cè)范圍內(nèi)時(shí)，由RE46B發(fā)出的報(bào)警信號(hào)經(jīng)過(guò)BISS0001放大，比較后送至CPLD中；此時(shí)由VC0701產(chǎn)生的運(yùn)動(dòng)檢測(cè)信號(hào)也進(jìn)入到CPLD中。兩路報(bào)警信號(hào)“與”之后，驅(qū)動(dòng)蜂鳴器發(fā)出警報(bào)。如果VC0701輸出的為數(shù)字圖像，則在報(bào)警期間，圖像數(shù)據(jù)將被保存在 SDRAM中。容量為16MB的SDRAM最多可存儲(chǔ)16M/（514×484）=67幅圖像，這些圖像可以通過(guò)CPLD預(yù)留的數(shù)據(jù)端口進(jìn)行訪問(wèn)。
結(jié) 語(yǔ)
本系統(tǒng)利用VC0701和被動(dòng)熱釋電紅外傳感器RE46B協(xié)同工作進(jìn)行人體檢測(cè)。基于圖像內(nèi)容進(jìn)行運(yùn)動(dòng)檢測(cè)的VC0701，解決了紅外傳感器在外界溫度接近人體溫度時(shí)的虛警問(wèn)題；而基于人體溫度進(jìn)行檢測(cè)的RE46B，則有效地克服了由外界光線，擾動(dòng)等非人為因素所引發(fā)的VC0701虛警問(wèn)題。 VC0701靈活的配置方式和豐富的視頻輸出格式大大降低了開(kāi)發(fā)的難度與成本。試驗(yàn)結(jié)果表明，本系統(tǒng)對(duì)于半徑6m以?xún)?nèi)的人體目標(biāo)，檢測(cè)準(zhǔn)確率在90%以上。尤其在戶(hù)外，不僅準(zhǔn)確率比普通基于DSP的人體檢測(cè)設(shè)備要高，還能檢測(cè)出靜止的或者運(yùn)動(dòng)速率較低的人體目標(biāo)。
