摘要： 本文提出了一種基于VC0701和熱釋電紅外傳感器實現的人體檢測系統的設計方法。該系統在高噪聲環境下，尤其是戶外，具有較高的人體識別率。
關鍵詞：CMOS成像；紅外傳感；人體檢測；太陽能

目前，大多數基于圖像的安防設備都采用CCD或者CMOS傳感器成像，后端DSP處理的模式，根據序列圖像的差分運算進行人體檢測。這種方法容易受到光線變化、樹枝擺動、雨雪天氣等外界因素的影響，經常產生虛警。為了消除上述干擾，需要特定的算法，從而增加了系統設計的復雜性。本文介紹了一種由紅外傳感器和CMOS攝像頭實現的高性能、低成本的人體檢測系統。此外，整個系統利用太陽能工作，還具有環保、節能的特點。

系統的工作原理
系統的結構如圖1所示，當人體進入紅外傳感器的探測范圍之后，紅外傳感器會發出一個高電平的報警信號，該信號經過紅外信號處理器放大后送到CPLD中；CMOS成像芯片VC0701具有運動檢測功能，在其視野范圍之內，外部環境的任何變化都會觸發報警信號。上述兩個報警信號同時有效時，CPLD選通蜂鳴器發出警報；如果VC0701的圖像輸出被設置成數字格式，那么報警期間的圖像數據將被存儲在16MB的SDRAM中。

圖1 系統原理框圖

器件的選型與系統設計
成像模塊的設計
由于整個系統采用太陽能蓄電池供電，選擇器件時，在保證性能的前提下，功耗要盡量的低。

本系統采用中星微公司的電視成像芯片VC0701。VC0701具有運動檢測功能，集成了24萬像素的CMOS 圖像傳感器，數字圖像處理器，視頻編碼器和模數轉換器。VC0701具有自動曝光，自動增益，自動白平衡和背光補償等功能，支持多種視頻圖像輸出格式。

芯片的工作參數既可以通過外部引腳的上拉或下拉設置，也可以通過E2PROM 或者I2C接口進行編程控制。

紅外傳感模塊的設計
人體的體溫一般都恒定在37℃左右，輻射的紅外線波長在10m左右。被動式熱釋電紅外傳感器由干涉濾光片、紅外感應元和場效應管匹配器三部分組成。

干涉濾波片負責濾除來自燈光、陽光等的紅外輻射，只允許特定波長范圍內的紅外輻射通過，并且把這些紅外線聚集在紅外感應元上。紅外感應元為熱釋電物質，當它所接收到的人體紅外輻射強度發生變化時，失去電荷平衡，開始向外釋放電流。場效應管匹配器把電流信號轉換成電壓信號后輸出。

紅外感應有主動紅外探測和被動紅外探測兩種，主動紅外探測范圍廣，但成本較高。在本系統中，紅外傳感器選用的是NICERA公司的被動紅外傳感器RE46B。RE46B內部4個紅外感應元串連，表面的菲涅爾透鏡只允許波長范圍為0.2-20m的紅外線通過，在抑制環境溫度擾動和光源干擾的同時，提高了對人體感應的靈敏度。RE46B特有全方位(Omni- directional)的結構，可以有效避免由小動物引發的虛警。RE46B的有效探測距離為8米。由于RE46B輸出的報警信號非常弱，通常是振幅只有幾個mV的脈沖信號，不能直接供后端使用。設計時，在RE46B和CPLD之間串接了一個紅外傳感信號處理器——BISS0001。

CPLD和SDRAM
本系統中，通過CPLD對VC0701進行設置，VC0701輸出PAL制式的彩色電視信號，可直接輸出至普通電視機上進行顯示。CPLD還引出了8位的RGB/YCbCr數據線，場同步信號VSYNC，行同步信號HSYNC，像素時鐘PCLK以及I2C總線接口，今后可以做進一步的數字圖像處理。CPLD選用Altera公司的MaxII EPM240，EPM240采用TQFP封裝，可用I/O端口80個，兼容1.5/1.8/2.5/3.3V。

當人體處于紅外傳感器的探測范圍內時，由RE46B發出的報警信號經過BISS0001放大，比較后送至CPLD中；此時由VC0701產生的運動檢測信號也進入到CPLD中。兩路報警信號“與”之后，驅動蜂鳴器發出警報。如果VC0701輸出的為數字圖像，則在報警期間，圖像數據將被保存在SDRAM中。容量為16MB的SDRAM最多可存儲16M/(514×484)=67幅圖像，這些圖像可以通過CPLD預留的數據端口進行訪問。

結語
本系統利用VC0701和被動熱釋電紅外傳感器RE46B協同工作進行人體檢測。基于圖像內容進行運動檢測的VC0701，解決了紅外傳感器在外界溫度接近人體溫度時的虛警問題；而基于人體溫度進行檢測的RE46B，則有效地克服了由外界光線，擾動等非人為因素所引發的VC0701虛警問題。VC0701靈活的配置方式和豐富的視頻輸出格式大大降低了開發的難度與成本。試驗結果表明，本系統對于半徑6m以內的人