第２７卷第１期２０１０年１月
机电工程
ＪｏｕｒｎａｌｏｆＭｅｃｈａｎｉｃａｌ＆ＥｌｅｃｔｒｉｃａｌＥｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ
Ｖ０１．２７ＮＯ．１
Ｊａｎ．２０１０
邢海潇，赵国军，王飞，曾国伟，陆鑫森
（浙江工业大学特种装备制造与先进加工技术教育部重点实验室，浙江杭州３１００１４）
摘要：为了实现电梯门更加安全、智能地运行，开发了一种非接触式电梯门控制系统。该系统采用ＣＭＯＳ图像传感器０Ｖ７６２０作图像采集，在以ＡＲＭ９芯片￥３Ｃ２４４０作为主控制器的开发平台上，运用先进的动态图像处理算法一区域阈值差分法，对电梯门问图像进行动态检测，实现了实时地检测到需要使用电梯的人，使电梯门快速响应打开。实验结果表明，该系统的实时性、适应性都基本满足要求，具有较大的实用价值。 关键词：电梯门；区域阈值差分法；ＯＶ７６２０；Ｓ３Ｃ２４４０
中图分类号：ＴＰ２７３．５文献标识码：Ａ文章编号：１００１—４５５１（２０１０）０１—００８５—０４
Ｅｌｅｖａｔｏｒｄｏｏｒｃｏｎｔｒｏｌｓｙｓｔｅｍｂａｓｅｄｏｎｉｍａｇｅｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ
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Ｋｅｙｗｏｒｄｓ：ｅｌｅｖａｔｏｒｄｏｏｒ；ｒｅｇｉｏｎｔｈｒｅｓｈｏｌｄｄｉｆｆｅｒｅｎｃｅｍｅｔｈｏｄ；０Ｖ７６２０；￥３Ｃ２４４０
０引言
随着城市现代化的高速发展，高层建筑的１３益增多，电梯需求量也越来越大，同时，人们对电梯的要求也越来越高。作为进出电梯轿厢的安全保证，门保护装置一直是用户最关心的产品之一。也是衡量电梯质量的一个重要指标。目前，电梯门保护装置主要分２大类：机械门保护，光电门保护…。
本研究提出一种基于ＯＶ７６２０图像处理芯片，在以ＡＲＭ９２０Ｔ内核的￥３Ｃ２４４０主控制器开发平台上，采用区域阈值差分图像处理算法的电梯门控制系统。
ｌ系统硬件组成
结合电梯应用背景，系统硬件必须保证控制的快速响应，方便快速采集图像数据并进行传输，考虑到图像数据量的庞大性，处理的复杂性，它还必须具有强大的计算能力和快速的处理能力。选用ＳＡＭＳＵＮＧ公司生产的带ＣＭＯＳ摄像头接口的ＡＲＭ９核心的￥３Ｃ２４４０处理器，工作频率可达４００ＭＨｚ。该处理器除了具有ＡＲＭ９２０Ｔ控制器［２１，Ａ／Ｄ转换器，ＧＰＩＯ等功能之外，还集成了一个摄像头接口（ＣＡＭＩＦ），该接口是图像采集的核心部分。同时处理器的可扩展能力较强，可以支持未来系统的升级需要。
硬件系统包括基于ＣＭＯＳ摄像头０Ｖ７６２０的图像采集模块，存储模块，通信模块等子模块。系统示意图如图１所示。
系统在￥３Ｃ２４４０处理器的控制下从ＣＭＯＳ摄像头采集信号，经过编码、ＤＭＡ传输到内存缓冲，接着由
收稿日期：２００９—０８—０３
作者简介：邢海潇（１９８４一），男，浙江杭州人，主要从事机械电子工程方面的研究．Ｅ－ｍａｉｌ：ｈａｉｘｉａ００９２４＠ｈｏｔｍａｉｌ．ｔｏｍ通信联系人：赵国军，男，教授，硕士生导师．Ｅ—ｍａｉｌ：ｃｎｚｇｊ＠ｊｕｔ．ｅｄｕ．ｃｎ
万方数据
机电
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第２７卷
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０Ｖ７６２０图像采集
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ＯＶ７６２０的初始化配置主要利用片上ＳＣＣＢ总线（符合ＩＩＣ总线规范）编程来实现。因此在控制摄像芯
片时，可以非常方便地读／写ＯＶ７６２０的控制寄存器，以达到控制目的。ＳＩＯ—ｌ是串行时钟输入线，ＳＩＯ－０串行双向数据线，分别相当于ＩＩＣ协议的ＳＣＬ和ＳＤＡ。ＳＣＣＢ的总线时序和ＩＩＣ总线规范基本一致，主要包括两点：①ＳＣＣＢ中的两条接口线（ＳＩＯ．１、ＳＩＯ－
０）需要上拉大约１０ｋｎ电阻；②ＯＶ７６２０的ＩＩＣ总线读地址为０×４２，否则不能正确读取数据。
３区域阈值差分算法
对于运动图像，传统的算法为背景差分法，利用当前图像与背景图像的差分来检测运动区域Ｈ引。其过程如下：首先，背景图像的像素进行统计建模；其次，当前图像和背景模型进行比较，计算出在一定阈值限制下当前图像中出现的偏离背景模型值较大的那些像素，再对其进行二值化处理；此外，模型还需要进行周期性更新背景以适应动态场景变化峥１。背景差分法优点是算法实现简单、速度快，能够提供运动目标最完全的特征数据。
背景差分法虽然能检测出物体的运动，但是存在电梯门的误识别问题。因为电梯关门是一个连续的过程，各个像素位置点所采用的检测阈值相同，门框边界位置由于像素变化较大，会产生严重的门框阴影干扰而误识别，导致误操作。
针对电梯门引起的误识别，本研究提出了一种区域阈值差分算法。首先把电梯门间的图像划分为不同区域如图３所示，分别为电梯门框影响区域Ｓ１，电梯门框未影响区域ｓ２。划分区域的主要目的是采用不同的阈值进行图像背景差分，消除门框影响。Ｓ１区域采用普通阈值Ｔｈｌ；ｓ２区域采用较大阈值Ｔｈ２。
在图像阈值选取方法中，最大类间方差法是二值化全局算法的最为杰出的代表之一…。方差是灰度
分布均匀性的一种度量，方差值越大，说明构成图像的
两部分差别越大。部分目标错分为背景或部分背景错分为目标都会导致两部分差别变小，因此使类间方差最大的分割意味着错分概率最小。以最佳门限将图像灰度直方图分割成两部分，使两部分类间方差取最大值，即分离性最大。该方法计算简单、自适应强，在一定条件下不受图像对比度与亮度变化的影响，因而在一些实时图像处理系统中被广泛应用。本系统就是采用最大类间方差法选取阈值。
基于区域Ｓｌ，Ｓ２（门干扰区）所选取的阈值Ｔｈｌ，Ｔｈ２，进行当前帧与该位置背景进行差分图像。
万方数据
第１期邢海潇，等：基于图像处理技术的电梯门控制系统
区域Ｓ１差分图像：
ｄｌ（ｍ，Ｉｉ，ｔ）＝ｌＩｌ（Ｉｎ，ｎ，ｔ）一Ｂ１（ｍ，ｎ，ｔ）ｌ（１）
二值化后：
若ｄ１（ｍ，ｎ，ｔ）＞Ｔｈｌ，则Ｄｌ（ｍ，１１＿，ｔ）＝１（目标）；否则Ｄ１（ｍ，ｎ，ｔ）＝０（背景）
（２）
区域Ｓ２（门干扰区）差分图像：
ｄ２（ｍ，ｎ，ｔ）＝１１２（ｍ，ｎ，ｔ）一Ｂ２（ｍ，ｎ，ｔ）Ｉ（３）
二值化后：
若ｄ２（ｍ，ｎ，￡）＞Ｔｈ２，则Ｄ２（ｎｌ，ｆｉｔ，ｔ）＝１（目标）；否则Ｄ２（ｍ，ｎ，ｔ）＝０（背景）
（４）式中Ｔｈｌ，Ｔｈ２一各自区域二值化时的阈值。
这里最终判断电梯门间是否有物体存在，还需最后变动像素的阈值Ｔ，对于菇×Ｙ的图像，判断公式为：
Ｊ；；Ｄ（ｍ＇ｎ＇ｔ）＞Ｔ
存在物体（５）
Ｌ
Ｅｌｓｅ
不存在物体
若判断有物体存在，则向主控制器发出开门请求
信号，反之则进入下一帧判断。
４基于区域阂值差分算法的识别效果分析
实验结果如图３所示，可以发现，采用普通阈值差分法基本可以识别出物体的存在，但同时由于电梯门背景变化影响，使得检测存在较大误差，如图３（ｄ）所示。实验中常出现误识别以至于误发控制信号。从图３（ｅ）效果来看，区域阈值差分法能很好地识别出物体的存在，同时也能消除电梯门框边缘产生的阴影。
ＣＭＯＳ图像传感器的驱动和控制、图像的传输处理、人
机交互功能、内外数据通讯功能。ＣＭＯＳ摄像头的驱动和控制包括摄像头的初始化，图像数据的读取；图像的传输处理包括图像数据的保存，及算法的实现；人机交互功能则包括键盘输入发光二极管指示运行状态等；内外数据通讯功能包括与上位机的通讯以及与外部电梯主控制器设备的通讯。上位机主要通过Ｄｅｌ—ｐｈｉ¨ｏ来完成ＣＭＯＳ图像传感器参数的设置与修改、图像的显示功能。
￥３Ｃ２４４０控制器整体软件结构图一。如图４所示，其功能如下：首先对各个模块进行初始化；然后由上位机程序对摄像头进行参数设置和修正，如：摄像头模块的分频、开窗、输出模式等；紧接着，上位机发出图像采集命令，￥３Ｃ２４４０的ＣＡＭＩＦ模块对ＯＶ７６２０摄像头进行图像采集，并把数据通过ＤＭＡ通道传送到指定的ＲＡＭ中暂存；接下来根据按键确定是背景自学习状态还是运动目标识别状态，从而分别调用背景建立任务和目标识别任务来完成图像的处理储存和识别；最后把图像识别结果通过串口输出经４８５总线传输给电梯
总控制器，进而对电梯的机门进行控制。
驯震
煮鹰星
生
当前图
像获取
二工二
进行数字图像处理
二工二
判断目
标状态
态在有效
鳖
发ｍ开ｒ】信号
圈４控制器软件总体丽程图
￥３Ｃ２４４０主控制器根据外部输入输出状况对电梯运行状态做出判断，设立标志位，确定当前运行情况。
６结束语
图３直接背景差分法与区域阈值差分法识别效果比较图本研究提出了一种基于区域阈值差分法图像处理５
系统的软件设计
技术在￥３Ｃ２４４０平台上开发的电梯门控制系统。经过一系列的理论研究，以及实验证实，利用嵌入式系统
系统的软件设计包括下位机￥３Ｃ２４４０的程序设
实现了智能性、实时性更好的电梯门保护装置，使得电计与上位机界面的软件编写。￥３Ｃ２４４０控制器的程序梯门控制系统更具安全化、智能化、人性化，具有较高设计是软件设计的主体部分，主要实现以下功能：
的实用价值。
（下转第９６页）
万方数据
・９６‘机电工程第２７卷
否
丰秤阼开始
看ｆｌ细清＿零
设置Ｒｏ瑞ＩＩ各位为输出
ｉ殳置波特率．井使能接
受巾断．没簧发送，接
受方式和数据位数．使
能全埘ｌ｜Ｉ断
ｊ殳置ＲＣ端Ｉ１各位为输卅
置电机转向为默认转向
电机驱动和扪摄驱动丰ｆｊ应
输ｍ端¨ＲＣＩ、ＲＣ３ｉ肯霉
检洲数据接
受垲林志位
≮
控制电饥转动
控制扪摄装置
通信过稃杯志奇俘器清零
图６ＰＩＣｌ６Ｆ７３控制转台流程图
３转台装置样机
自动拍摄转台的主要部件包括转台体及其驱动部件、ＰＩＣｌ６Ｆ７３单片机控制系统、基于微机的处理系统及人机交互软件系统等。基于ＰＩＣｌ６Ｆ７３单片机控制器实物内部如图７（ａ）所示，控制器外形如图７（ｂ）所示。转台实物结构如图８（ａ）和图８（ｂ）所示。整体装置已由权威机构检测，检测结果表明该测量系统运行稳定，转台控制旋转角度精度均达要求。
图７控制器实物
（上接第８７页）
本系统目前只基于两个区域采用区域阈值差分算法，虽然能够准确地排除了门框的影响，但由于取的
区域数少，阈值少，对不同区域的划分也同一化，因而结果不够精确，特别是较小物体识别准确度不够。后继的工作便是对电梯门间图像区域进行更加细致划分，根据得出的不同的区域阈值来建立模型，使系统能对各不同情景进行准确判断，达到更智能化水平。
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ｂ／ｏｆｅｇｚｏｏｇｏｇｚ４ｅｊｕｙｙ０１８ｚｚｓ２０ｘｐｙ．ｐｄｆ．
１ａＪ转台生物ｌｑ部（ｂＪ转台实物外形
图８转台实物
４结束语
本研究所研制用于拍摄的自动转台，可用于产品检测、数控加工、产品展示等多个方面所需的转动控制，其设计、分析方法及实际研制过程，可以为同类产品的设计、分析提供理论指导和工程实践基础。
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