本发明涉及雷达测速抓拍技术领域，具体为一种基于雷达技术的应急车道智能抓拍一体设备及方法。
背景技术：
随着国民经济的稳定增长，我国高速公路等国家基础设施建设在不断地完善，机动车等现代交通工具被广泛普及，在加强交通道路管理和科技强警的同时交通管理部门提出了智能化的交通监理系统，电子警察、测速雷达等概念渐渐被大家所熟悉。各式各样的电子警察超速取证抓拍设备出现在高速公路、城市高架路和快速公路的两侧或中心隔离带，配备电子警察测速设备的巡逻车也不断涌出现在城市的各个角落。但是目前国内多数超速取证抓拍设备的速度检测准确率不高，设备拍摄到的照片画面模糊，可以用于执法证据的有效率太低，影响了执法的公平、公正的原则，不能起到对违章超速行驶车辆严肃治理和对违章驾驶员警醒的作用，使广大驾驶员能够自觉地遵守交通法规，减少以至杜绝超速行为，最终达到减少交通事故，增加交通安全性的目的。由于测速雷达的控制处理装置硬件设计和软件算法的局限，道路上固定安装的电子警察设备多都是针对来车目标的检测，对车辆的车头位置的车牌进行抓拍，当夜间使用闪光灯时，瞬间强烈的光线会对迎面驶来车辆的驾驶员视觉造成一定的影响，诱发交通事故，影响行车安全，出现适得其反的效果。有些安装在巡逻车上的设备可以从车尾方向对违章超速车辆进行拍摄，但那是在接收到超速信号后，对前方连续手动抓拍数张照片，然后再从中选取可以辨识出车尾位置车牌号码的照片用于执法取证，这种设备不能够自动完成违章车辆的抓拍功能，在光线较暗的情况下与闪光灯配合也不理想，采集到的图片难以用于执法取证。
例如，申请号为201610585247.3的，名称为一种雷达测速控制系统的发明专利。
该发明以数字信号处理器为雷达控制器完成雷达数据的采集、处理和数据交换，提高控制系统精度和运算速度，有效地提高整机的可靠性，降低噪声的干扰，提高系统的信噪比；控制系统体积小，功耗低，性价比高和工作可靠性高；具有超速目标检测有效率高、速度检测精度高、抓拍图片的车牌号码识别率高、夜间配合闪光灯使用效果理想优点。
但是，现有的应急车道抓拍系统仍然存在以下缺陷：
(1)现有的应急车道抓拍系统利用雷达测速直接粗略显示车辆的外形以及速度信息，无法对超速的车辆进行清晰抓拍和存留视频文件，导致很多应急车道内超速车辆无法辨识，有失公允。
(2)现有的急车道抓拍系统单纯利用相机抓拍模式，这种方式浪费大量内存，而且有用的数据比例占有量小，不仅如此，现有视频抓拍系统受天气与视频本身噪音影响大，精度无法满足人们的需求。
技术实现要素：
为了克服现有技术方案的不足,本发明提供一种基于雷达技术的应急车道智能抓拍一体设备及方法，能有效的解决背景技术提出的问题。
本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：
一种基于雷达技术的应急车道智能抓拍一体设备及方法，包括雷达测速模块、抓拍模块与计算机处理模块，所述抓拍模块与所述雷达测速模块均连接在所述计算机处理模块上；
所述雷达测速模块包括微波雷达模块，所述微波雷达模块接收的信号传送至信号处理模块内进行处理，所述信号处理模块的输出信号端设置有模数转换模块，所述模数转换模块输出的数字信号传送至fpga控制模块中；
所述抓拍模块包括有全景相机与特写相机，所述全景相机与所述特写相机采集数据的输出端均连接在视频分配模块上，所述视频分配模块的输出端连接有视频检测模块与视频抓拍模块，所述视频检测模块与所述视频抓拍模块的输出数据均存储在无线网络a的云端中，所述无线网络a的子级连接有无线网络b；
所述抓拍模块的视频检测与识别模块包括有接收所述全景相机信息的信号预处理模块与虚拟线圈发生器，所述信号预处理模块对信号预处理后将信号传输至特征信号提取模块中，所述特征信号提取模块将信号进行特征提取后传送至数据处理存储模块中，经过所述数据处理存储模块处理后的数据传送至控制信号输出模块中，所述控制信号输出模块对传入的信号进行辨识后传送至车辆记录模块中，所述车辆记录模块对信息进行记录后将数据传送到交流控制中心模块中，所述交流控制中心模块的输出信号反作用在所述控制信号输出模块上，所述虚拟线圈发生器的输出信号作用在所述特征信号提取模块与移动目标跟踪模块上，所述移动目标跟踪模块的输出端连接在所述数据处理存储模块上，所述控制信号输出模块对所述交流控制中心模块提供的数据处理后反馈于所述虚拟线圈发生器上。
进一步地，所述微波雷达模块包括测速雷达传感器、输入天线与输出天线。
进一步地，所述微波雷达模块与所述信号处理模块之间通信的信号为混频信号。
进一步地，所述计算机处理模块包括内存硬件与处理器，所述内存硬件包括硬盘与显示屏。
进一步地，所述无线网络a与所述无线网络b之间设置有多路复用器，所述无线网络b为中心专用网络。
进一步地，所述信号处理模块电路中的放大器型号选用的为opa2735。
进一步地，所述fpga控制模块上连接有flash模块、按键模块与串口模块。
另外本发明设计一种基于雷达技术的应急车道智能抓拍一体设备的操作方法，包括如下步骤：
s100、首先判断选用波段与天线，已知雷达测速仪常用的工作频段分为x、k以及ka三个波段，工作频率分别为10.5ghz、24.125ghz以及35.1ghz，由于x段的的波束主瓣宽度较宽，ka波段多普勒频移太大，故选用k波段多普勒雷达作为系统测速传感器；为选取频带宽、结构简单、功率容量大以及使用方便的天线，选取喇叭天线作为测速的雷达天线，该天线属于一种的微波天线；
s200、波段和天线选取完毕后，需要对fpga控制模块进行相应地软件控制；首先设置当开始信号为1时启动ad采样然后判断fifok中帧数据是否满了，如果已经满了则读取fifo数据并进行频谱分析，如果没有满再返回上一步重新判断，最后将分析的数据存入flash中并显示，如果开始信号不为1无法继续执行；
s300、雷达测速模块设置好以后，接下来设置抓拍模块；首先设置好拍摄参数，选取全景相机的放置位置，尽量避免有死角的地方，再次设置好视频分配的方式，编写软件控制对于雷达反馈过来的超速车辆的信息进行视频抓拍操作，保证视频检测的情况下对于超速车辆实时抓拍，避免出现对应急车道超速的车辆拍摄不清的情况发生；
s400、为了避免恶劣天气以及噪音的影响，需要对相机采集的信号进行预处理，预处理提供hs和vs信号，降低视频噪音，自动增益清除天气影响，预处理利用帧相减技术消除静态阴影和背景的影响，同时规定邻域差分处理，消除动态阴影；
s500、各硬件模块与数据处理模块设置好后，开始接通电源，数据资源最终接入计算机中存储与显示，显示内容包括通过应急车道车辆的拍摄视频和速度数据。
与现有技术相比，本发明的有益效果是：
(1)本发明通过雷达系统与抓拍系统有机统一起来，对于雷达检测的超速车辆给予抓拍的命令，保证超速车辆具有更优越的辨识度，解决了现有的应急车道抓拍系统利用雷达测速直接粗略显示车辆的外形以及速度信息，无法对超速的车辆进行清晰抓拍和存留视频文件，导致很多应急车道内超速车辆无法辨识的问题。
(2)本发明通过对于抓拍系统进行预处理以及有效分辨超速车辆信息的功能有目的的选取超速车辆进行抓拍，大大提高有效数据的储存，减少不必要数据占用空间的问题，而且大大提高了拍摄的清晰度。
附图说明
图1为本发明整体模块示意图；
图2为本发明的抓拍模块的模块示意图；
图3为本发明的抓拍模块的视频检测与识别模块示意图；
图4为本发明的信号处理模块的电路示意图。
图中标号：
1-雷达测速模块；2-抓拍模块；3-计算机处理模块；
101-微波雷达模块；102-信号处理模块；103-模数转换模块；104-fpga控制模块；105-flash模块；106-按键模块；107-串口模块；
201-全景相机；202-特写相机；203-视频分配模块；204-视频检测模块；205-视频抓拍模块；206-无线网络a；207-无线网络b；208-信号预处理模块；209-特征信号提取模块；210-数据处理存储模块；211-控制信号输出模块；212-车辆记录模块；213-交流控制中心模块；214-移动目标跟踪模块；215-虚拟线圈发生器；
301-内存硬件；302-硬盘；303-显示屏；304-处理器。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
实施例
如图1所示，本发明提供了一种基于雷达技术的应急车道智能抓拍一体设备包括雷达测速模块1、抓拍模块2与计算机处理模块3，所述抓拍模块2与所述雷达测速模块1均连接在所述计算机处理模块3上；
本发明的各个模块的作用是，雷达测速模块1主要利用雷达技术测量并分析车辆超速信息并且将超速信息显示出来，抓拍模块2主要对于雷达测速模块1提供的超速车辆进行抓拍，雷达测速模块1和抓拍模块2采集的信息均显示并存储在计算机处理模块3上。
如图1所示，所述雷达测速模块1包括微波雷达模块101，所述微波雷达模块101接收的信号传送至信号处理模块102内进行处理，所述信号处理模块102的输出信号端设置有模数转换模块103，所述模数转换模块103输出的数字信号传送至fpga控制模块104中；
如图1所示，本发明中所述微波雷达模块101包括测速雷达传感器、输入天线与输出天线。
微波雷达模块101的输出天线发射探测波，经过车辆反馈后由输入天线收集并传进信号处理模块102中进行分析，信号处理模块102的输出信号端设置有模数转换模块103并且模数转换模块103将传来的模拟信号进行采集并转换，再次输入到fpga控制模块104中利用软件操作并处理控制信号，对于车辆速度信号传入计算机显示。
如图1所示，本发明中所述微波雷达模块101与所述信号处理模块102之间通信的信号为混频信号。
微波雷达模块101与所述信号处理模块102之间通信的信号为混频信号，故必须将混频信号进行中频放大处理再进行ad转换。
如图1所示，本发明中所述计算机处理模块3包括内存硬件301与处理器304，所述内存硬件301包括硬盘302与显示屏303。
如图1所示，本发明中所述fpga控制模块104上连接有flash模块105、按键模块106与串口模块107。
flash芯片具有两种操作模式，即双页读写模式，可以对两块plane同时进行读写操作。这种操作模式大幅度的提升了芯片的存储速度，有效地减小了对fpga缓存的压力。串口模块107用以和计算机通信。按键模块106可提供手动输入操作如复位等。
如图2所示，所述抓拍模块2包括有全景相机201与特写相机202，所述全景相机201与所述特写相机202采集数据的输出端均连接在视频分配模块203上，所述视频分配模块203的输出端连接有视频检测模块204与视频抓拍模块205，所述视频检测模块204与所述视频抓拍模块205的输出数据均存储在无线网络a206的云端中，所述无线网络a206的子级连接有无线网络b207。
如图2所示，本发明中所述无线网络a206与所述无线网络b207之间设置有多路复用器，所述无线网络b207为中心专用网络。
雷达测速模块1传入的数据，抓拍模块2接收到后全景相机201对移动的车辆进行拍摄，拍摄的过程由视频分配模块203分配，分配成视频检测与视频抓拍两个功能，没有超速的车辆进行检测，超速车辆采取抓拍的形式，总体的数据经由总网络传输到专用的中心网络进行处理或存储。
如图3所示，所述抓拍模块2的视频检测与识别模块包括有接收所述全景相机201信息的信号预处理模块208与虚拟线圈发生器215，所述信号预处理模块208对信号预处理后将信号传输至特征信号提取模块209中，所述特征信号提取模块209将信号进行特征提取后传送至数据处理存储模块210中，经过所述数据处理存储模块210处理后的数据传送至控制信号输出模块211中，所述控制信号输出模块211对传入的信号进行辨识后传送至车辆记录模块212中，所述车辆记录模块212对信息进行记录后将数据传送到交流控制中心模块213中，所述交流控制中心模块213的输出信号反作用在所述控制信号输出模块211上，所述虚拟线圈发生器215的输出信号作用在所述特征信号提取模块209与移动目标跟踪模块214上，所述移动目标跟踪模块214的输出端连接在所述数据处理存储模块210上，所述控制信号输出模块211对所述交流控制中心模块213提供的数据处理后反馈于所述虚拟线圈发生器215上。
整个视频检测与识别模块的处理过程是首先对于采集数据进行预处理，预处理后的信号送至视频特征信号提取单元视频特征信号提取单元实时寻找视频特征信号的阀值,把视频特征信号提取出来。视频特征信号提取单元的输出分为两路,一路送给数据处理器,另一路送给移动目标跟踪单元。
虚拟线圈产生器215接收视频信号预处理的同步信号供虚拟线圈用,虚拟线圈的位置大小可通过计算机操作设置。
如图4所示，本发明中所述信号处理模块102电路中的放大器型号选用的为opa2735。
其失调电压仅有5μv，主要利用两级放大电路对信号进行中频放大处理。
参照图1图2图3与图4所示，本发明还设计了一种基于雷达技术的应急车道智能抓拍一体设备的操作方法，包括如下步骤：
s100、首先判断选用波段与天线，已知雷达测速仪常用的工作频段分为x、k以及ka三个波段，工作频率分别为10.5ghz、24.125ghz以及35.1ghz，由于x段的的波束主瓣宽度较宽，ka波段多普勒频移太大，故选用k波段多普勒雷达作为系统测速传感器；为选取频带宽、结构简单、功率容量大以及使用方便的天线，选取喇叭天线作为测速的雷达天线，该天线属于一种的微波天线；
s200、波段和天线选取完毕后，需要对fpga控制模块进行相应地软件控制；首先设置当开始信号为1时启动ad采样然后判断fifok中帧数据是否满了，如果已经满了则读取fifo数据并进行频谱分析，如果没有满再返回上一步重新判断，最后将分析的数据存入flash中并显示，如果开始信号不为1无法继续执行；
s300、雷达测速模块设置好以后，接下来设置抓拍模块；首先设置好拍摄参数，选取全景相机的放置位置，尽量避免有死角的地方，再次设置好视频分配的方式，编写软件控制对于雷达反馈过来的超速车辆的信息进行视频抓拍操作，保证视频检测的情况下对于超速车辆实时抓拍，避免出现对应急车道超速的车辆拍摄不清的情况发生；
s400、为了避免恶劣天气以及噪音的影响，需要对相机采集的信号进行预处理，预处理提供hs和vs信号，降低视频噪音，自动增益清除天气影响，预处理利用帧相减技术消除静态阴影和背景的影响，同时规定邻域差分处理，消除动态阴影；
s500、各硬件模块与数据处理模块设置好后，开始接通电源，数据资源最终接入计算机中存储与显示，显示内容包括通过应急车道车辆的拍摄视频和速度数据。
对于本领域技术人员而言，显然本发明不限于上述示范性实施例的细节，而且在不背离本发明的精神或基本特征的情况下，能够以其他的具体形式实现本发明。因此，无论从哪一点来看，均应将实施例看作是示范性的，而且是非限制性的，本发明的范围由所附权利要求而不是上述说明限定，因此旨在将落在权利要求的等同要件的含义和范围内的所有变化囊括在本发明内。不应将权利要求中的任何附图标记视为限制所涉及的权利要求。