电子警察系统在维护交通秩序、打击交通违法过程中发挥着越来越重要的作用。电子警察基本工作流程是：检测设备检测到被抓拍的物体，通知摄像机；摄像机在判断被抓拍物体满足抓拍逻辑时，启动抓拍，并同时驱动补光设备进行抓拍同步补光。抓拍的图片经过图像处理、压缩后发送至通信存储设备；通信存储设备存储图片并上传至控制中心，完成一次抓拍行为。

1 硬件结构
CAN(Controller Area Network)网络即控制器局域网，属于现场总线的范畴,是一种有效支持分布式控制或实时控制的串行通信网络，其总线规范已被ISO国际标准化组织制定为国际标准，并被认为是最有前途的现场总线之一[1]。
系统设计采用了两路CAN总线,一路CAN 总线用于连接机箱内部的车检模块、红灯板模块；另一路CAN总线连接各个防雨罩内部的控制模块板卡。两路CAN总线通过一块放在3U插箱中的通信板进行连接，这样可以简化各控制模块的软件设计。系统硬件架构如图1所示。

车检模块的信号通过CAN总线1发至通信板，通信板建立2个CAN总线的桥梁，将车检信号通过CAN总线2发至防雨罩控制模块，防雨罩控制模块将车检信号转变为串口信号或I/O信号发至DSP摄像机，DSP摄像机进行逻辑判断并实施抓拍。
设计中选择LPC17XX作为处理器。LPC17XX系列是基于ARM Cortex-M3的微控制器,可用于高集成度和低功耗的嵌入式应用中。ARM Cortex-M3是下一代的内核,它提供系统增强型特性[2-3]。LPC17XX系列微控制器自带CAN协议控制器,采用TJA1050高速CAN收发器[4]作为协议控制器和物理总线的接口。
1.1 CAN通信模块
CAN通信模块实现类似于集线器的功能。汇集机箱内所有板卡的CAN信息,并通过另一路CAN总线转发到杆件上的防雨罩内。
模块选择NXP公司的ARM Cortex-M3微控制器LPC1764，该芯片带有两路CAN控制器，如图2所示。

1.2 车检模块
车检模块的输入为4路环形线圈接入和参数设置接口。环形线圈上的电感值会随车辆底盘切割磁感应线的变化而变化，这一变化值通过车检板上的振荡电路、整形电路和定周期计数电路转换为微处理器可以使用的数字信号，微处理器对该数字信号进行处理，并判断环形线圈上车辆的状态。检测结果通过CAN总线1发至CAN通信模块,再由CAN通信模块发给防雨罩控制模块。
1.3 红灯模块
红灯模块的主要作用是将交流220 V红灯信号转换成直流电平信号，并通过CAN控制器发送通信模块。本模块只针对有闯红灯行为抓拍需求时使用，对于超速、卡口类电子警察，此模块可以不用。
1.4 防雨罩控制模块
防雨罩控制模块逻辑图如图3所示。防雨罩控制模块和高清摄像机全部安装在防雨罩中,完成以下主要功能：

(1) 偏振镜升降控制:偏振镜升降命令由摄像机通过串口发出,控制模块中的软件收到信号驱动偏振镜升降机构。
(2) 补光灯控制:将摄像机的曝光信号转换为驱动频闪灯和LED灯的推挽输出信号,以保证补光与摄像机同步。
(3) CAN总线数据传输接口:该接口通过线缆与控制机箱内的CAN通信模块建立连接，将系统车检、红灯等信号通过串口或I/O信号传输到摄像机。
(4) 电源相位检测：当系统抓拍闯红灯图片时，由于红灯信号是交流信号，在抓拍时要保证红灯处在交流电的峰值位置附近，这样图片上才能有红灯显示。电源相位检测功能通过RS232接口接收摄像机发下来设定的相位，并在该指定相位到达时,触发摄像机的外触发信号,实现闯红灯在最佳相位处抓拍。
2 软件架构
摄像机软件是高清电子警察产品中核心部分，完成对车辆的逻辑判断、抓拍，图像处理及号牌识别等核心功能。
DSP软件中有任务(TSK)、软中断(SWI)、硬中断(HWI)等线程类型[5]。电子警察软件设计中主要采用了硬中断和任务两种类型的线程，硬中断一般处理实时响应的工作，任务线程则负责处理复杂的需求。任务之间可以通过邮箱、信号量方式进行同步和传递消息，如图4所示。

DSP软件的执行情况如下：
(1) 摄像机的I/O信号(这些信号是车检器发出的线圈状态信息)变化时产生I/O中断，I/O中断处理函数被调用，完成对I/O数据的读取，同时向任务1(I/O逻辑判断)发出消息。
(2) 任务1等待I/O中断的消息，收到消息后，判断I/O逻辑，确定是否进行抓拍。如果进行抓拍，则向任务2(启动抓拍任务)发出抓拍消息。
(3) 任务2在检测到抓拍消息后，启动抓拍。抓拍时根据曝光算法设置快门、增益及补光方式，保证图片效果最佳。
(4) 抓拍图片完成后,摄像机产生中断信息。中断2图像中断处理函数被执行，该中断处理函数发出信号给任务3(读取图片处理任务)。
(5) 任务3将图像数据取出放入内存中,并发出消息给任务4(图片处理任务)。
(6) 任务4对取出的图片进行处理，包括号牌识别、灰度拉伸、压缩及贴字等，形成一个JPEG图片，并发出消息至任务5。
(7) 任务5收到信号后，将JPEG图片通过网络发送至主控机。
2.1 曝光算法
　 自动曝光算法是为了控制抓拍图片的平均亮度在一个期望的最佳值上，通过上一张图片的平均亮度、快门值和增益这3个参数，经过有效的计算和算法判断，获得下一张图片所期望的快门值和增益。曝光参数（快门和增加）调整的基本过程如图5所示。

首先计算出图片亮度期望值和当前抓拍图片平均亮度的比值，如果这个值的范围在0.9~1.1之间，则认为曝光参数是正确的，无需调整参数；如果比值小于0.9，则说明图片比期望值偏亮，需降低增益或提高快门速度；如果比值大于1.1，则说明当前图片偏暗，需降低快门速度或提高增益；如果快门和增益均达到上限，需驱动频闪灯进行补光。
曝光算法调整时,要使增益尽量小，如果增益过大会导致图片粗糙。因此如果图像偏亮，首先应降低增益，若增益已经降到了0，再提高快门速度(即减少曝光时间)；如果图片偏暗，先降低快门速度(即增加曝光时间)，快门速度降低到限制值后，再提高增益。
2.2 偏振镜控制
在实际应用中，阳光非常强烈的情况下，快门速度调整到最快，增益为0，但整个图片仍然会出现过亮的情况。解决上述问题可以采用偏振镜技术，即白天将偏振镜上升，将强光过滤一些,以保证图片的质量。使用偏振镜会使图片的亮度降低，白天不存在问题，但是到夜间或者阴天时图片会变暗。通常采取的措施是在防雨罩中安装偏振镜升降机构，而摄像机软件通过驱动装置可以对偏振镜进行控制，通过计算图片的亮度，自动控制偏振镜的升降，从而使图像达到最佳效果。
CAN总线的使用提高了电子警察产品的可靠性和可扩展性，方便了工程安装实施。配合基于图像的曝光自适应算法和偏振镜的灵活切换，整个系统可以很好地调整各个时间段的成像效果，保证了优质地抓拍图像，在实际应用中取得了非常好的效果。
参考文献
[1] 饶云涛，邹继军，郑勇芸.现场总线CAN原理与应用技术[M].北京：北京航空航天大学出版社，2003.
[2] NXP Semiconductors.LPC1769/68/67/66/65/64/63，product Data Sheet[EB/OL].[2012-08-10].http://www.nxp.com/documents/data_sheet/LPC1769_68_67_66_64_63.pdf.
[3] NXP Semiconductors. UM10360, LPC17xx user manual[EB/OL].[2010-08-19]. http://www.nxp.com/documents/user_ manual/UM10360.pdf.
[4] PHILIPS.TJA1050，high speed CAN transceiver[EB/OL]. [2003-10-22].http://www.nxp.com/products/automotive/ transceivers/can_transceivers/series/TJA1050.html#documentation.
[5] TI公司.TMS320 DSP/BIOS users guide[EB/OL]. [2012-0815].http://www.ti.com/lit/ug/spru423i/spru423i.pdf.