地下车库自跟踪摄像头控制装置设计

王司杭，蒲建友，万力菲，刘晓玉，邓佳瑶

（武汉东湖学院，湖北 武汉 430212）

0 引言

随着人们生活水平的不断提高，机动车的个人和家庭持有率持续上升，这也使得各种公共场所和居民小区的新建配套地下车库面积逐步扩大。而地下车库因为具有面积大、人员相对较少的特点，也就成了一些违法事故易于发生的隐患地带。

虽然目前地下车库一般都配有监控摄像头，但笔者发现目前安装于地下车库的很多监控摄像头都存在监控视角的限制，若想实现无死角监控需要摄像头数目会较多，带来较大的投入成本。因此，笔者尝试通过使用能感应人体的红外传感器、结合控制器和小型电机构成一款能在360度范围内自动旋转，跟随人体移动方位，保持面向人体的自跟踪摄像头控制装置，令单个摄像头具有更大的有效监控范围。

1 自跟踪控制装置构成方案

1.1 装置主体构成

本装置通过使用多个能感应人体的红外传感器检测摄像头周围360度范围内出现的人体，然后借助控制器计算、分析比对各个传感器的输出信号，判断检测区域内所出现人体的实际方位，再根据判断结果驱动电机带动摄像头旋转恰当的角度，使摄像头准确面向人体，并在人体于检测区域内移动时能自动调整摄像头的监视角度，以进行跟踪监视。

1.2 能感应人体的红外传感器

红外传感器是一种可接收红外辐射，并将其能量变化转化为电量变化的装置，可通过检测物体辐射出的红外波来对物体进行感应识别，分为主动式和被动式两类。

1.2.1 主动式红外传感器

主动式红外传感器内部包含有独立的红外发送器和接收器，由发送器将红外光束发出后，红外接收器根据所接收的红外光束改变情况以电压信号输出。这类传感器又分为对射型红外传感器和反射型红外传感器两种。

其中反射型红外传感器主要借助红外光的折射原理来工作，发射器发射红外光，如图1（a），接收器接收到红外光则判断检测范围内检测到有物体进入。对射型红外传感器同样由发射器发射红外光，接收器接收，如图1（b），接收器未接收到红外光时即判断检测范围内检测到物体进入。

图1 主动式红外传感器工作方式

人体作为检测物体，对射型和反射型红外传感器都可以检测到侵入检测区的人体，但这类传感器红外辐射易发生衰减，且发送器和接收器需要分开安装，实际使用中并不方便，且它们无法区分侵入检测区的人体和其他移动体，在本装置中并不适用。

1.2.2 被动式传感器

被动式红外传感器没有红外发送部件，自身并不会有能量释放出来，只有接收装置，它是对物体自身发出的红外辐射进行接收和探测，并转换成变化的电信号输出。

人类身体本身其实就是一种红外辐射源，人体因具有一定的体温，导致其会时刻向外辐射红外能量，且这一辐射能量波长正好处于红外传感器的检测范围内，因此绝大多数被动式红外传感器都可以实现对人体的识别。

考虑到被动式红外传感器自身不会有辐射输出、隐蔽性相对强，无论是安装还是使用相对都比较容易，且地下车库中一般不存在易对其造成影响的其他辐射源和干扰信号，本装置就使用被动式红外传感器来实时检测监控范围内所出现的人体。虽地下车库有时可能出现一些会产生红外辐射的小动物，但只要将传感器安装一定高度就可以完全避免将这些小动物错误的识别为人体。

2 自跟踪摄像头控制装置实现方法

2.1 装置基本结构

被动式红外传感器一般在8米距离内可以探测120度范围内的人体红外辐射波，笔者在摄像头下方，于摄像头的前、后、左、右各固定一个被动式红外传感器模块，如图2所示。

图2 摄像头下方固定4个被动式红外传感器模块

本控制装置利用这四个红外传感器模块实时监测摄像头周围出现的人体红外热辐射，当附近出现人体时，四个红外传感器模块会发出不同的电信号，由于每个传感器的检测范围都会有角度限制，而相邻两个传感器的检测范围会有部分重合区域，这要利用控制器比对这四个红外传感器模块发出的信号数据就可以判别人体出现的具体方位。

考虑到节约控制装置的实现成本，并满足对数据计算处理的需求，本控制装置使用单片机作为控制器，使用小型步进电机来改变摄像头的朝向。单片机同时接收4个红外传感器模块输出的实时数据，进行计算比对，然后根据比对结果实时驱动电机，以带动摄像头转向，面对人体。在人体移动过程中，装置将利用这一方法，令摄像头一直捕捉监控区域内的人体位置，保持正面对向人体，实现有效监控。

2.2 装置工作原理

若有人体在摄像头附近出现，会有一到两个摄像头探测到这一人体，摄像头附件区域可以划分为8个检测区域（如图3所示）。

图3 各传感器的检测区域

人体位于图4中不同检测区域时，4个传感器模块输出的电信号组合状态是不一样的。单片机根据实时接收到的不同传感器模块的信号组合，来驱动电机进行不同角度转动，以实现摄像头的转向。装置工作原理如图4所示。

图4 装置工作原理

地下车库人员一般较稀少，利用这一装置即可利用较少摄像头有针对性的实现更为有效的人员监控。