基於fpga的車輛越線自動監測及壓縮傳輸的製作方法
2023-05-15 08:34:51
專利名稱：基於fpga的車輛越線自動監測及壓縮傳輸的製作方法
技術領域：
本發明涉及一種基於FPGA的車輛越線自動監測及壓縮傳輸系統，屬於電子及通 信技術、工業測控技術、視頻圖像處理技術，是利用FPGA晶片作為數字圖像的採集和處理 單元，實現對車輛違章越線行為的自動監測。
背景技術：
隨著機動車輛不斷增長，交通密度大幅提高，交通事故頻發，這已成為城市交通管 理工作中的突出問題。其中，由交通路口和高速路上的違章越線行為而引發的交通事故是 比較常見的一類問題。交通路口的違章越線行為會嚴重擾亂交通秩序，容易導致車輛碰撞、 追尾等交通事故的發生；而車輛在高速路上行駛，由於車速更快，違章越線更容易引起與相 鄰車道的車輛碰撞，從而導致連環追尾，甚至車毀人亡惡性交通事故的發生。為此迫切需要 採用各種高新技術，在城市交通路口及高速路段對車輛越線進行監測，並將違章車輛的相 關信息傳輸至交通管理部門，為其進行交通管制提供依據，有助於限制車輛越線行為的發 生，進而減少交通事故的發生。傳統的違章越線人工監測方法實施比較困難，而且既耗人力又比較危險；採用地 感線圈線圈檢測方式，需向地下埋設感應線圈，施工量大，路面一旦變更則需要重埋線圈， 且易受工作環境影響，可靠性低；紅外與雷射檢測在理論上是一種檢測精度很高的方式，但 其造價昂貴，同時雷射檢測會對人眼造成極大的傷害；微波監測技術也由於微波洩漏對人 體造成危害而受到制約。隨著計算機高性能處理器、大容量存儲器及圖像處理技術的快速發展，實時動態 圖像處理技術得以發展，基於視頻的檢測方法也成為違章越線自動監測的一種有效的手 段。現在很多文獻報導的DSP+FPGA視頻檢測方案都是以DSP來代替工控機，實現對視頻採 集管理、圖像處理和違章判定等，但由於圖像信號維數高，實時處理時對處理器處理速度、 存儲器的容量要求高，而實際上這類系統的處理速度還不能滿足工程實際的要求。本發明提出了一種基於FPGA的車輛越線自動監測及壓縮傳輸系統，採用基於硬 件邏輯的圖像越線檢測方法對違章越線行為進行監測，為交管部門提供車輛違章越線的證 據。
發明內容
為避免現有技術實時性差、可靠性低的缺陷，本發明提供一種基於FPGA的車輛越 線自動監測及壓縮傳輸系統，該系統依靠單個FPGA晶片完成對圖像的採集控制及車輛越 線行為的檢測。首先根據具體應用環境將CCD圖像中車道線附近的區域設置為越線檢測 區，以相鄰兩幀圖像作為一基本檢測循環，對解碼晶片依次輸出的奇數幀和偶數幀圖像中 的監測區域像素進行比較，根據兩者的差異大小及事先在FPGA中設置的閾值做出有無車 輛違章越線的判定；當發現違規車輛時，將包含車輛信息的下一幀圖像送入視頻壓縮晶片， 並發送到遠程控制中心。其突出的優點是不需要計算機或DSP等核心處理單元，系統結構簡單、穩定性好、處理速度高；本發明解決其技術問題所採用的技術方案一種基於FPGA的車輛越線自動監測 及壓縮傳輸系統，其特點是包括以下步驟(a)將道路圖像中靠近車道線的區域設置為越線檢測區，通過調試確定其位置參 數，並預先存入FPGA寄存器，作為識別像素是否在檢測區的控制參數；(b)對由步驟(a)確定的車輛越界檢測區域，將奇數幀圖像中的每個像素值送入 累加器，並對像素數進行計數，將累加結果暫存；在偶數幀到來時，將檢測區域各點像素值 取反，送入累加器進行累加；偶數幀累加結束時，根據累加結果和像素計數值，計算檢測區 域的平均像素差值Π ;(C)將上述計算得到的平均像素差值與根據調試選定的閾值T進行比較。若 |FK| ( τ，則判定當前時刻無車輛越過道路標誌線，否則判定當前時刻有車輛違規越界，此 時在下一幀圖像到來時將其送入圖像壓縮晶片，並記錄違章時間、違章地點等信息，將其一 並發送到遠程控制中心。同時，算法轉到步驟(b)進行下一次監測。系統可以為交管部門提供違章越線車輛的詳細信息，如顏色、車型及車輛行駛路 段、行駛方向、違章時間、違章地點以及違法車輛越線情況等詳細信息；違章車輛的圖像信息可以通過網絡自動傳輸，與中心伺服器實時通訊，將違法信 息(違法圖像和相關信息)及時傳至交通管理中心進行處理；系統接口開放，具備良好的可 拓展性和兼容性。本發明的有益效果是基於FPGA的車輛越線自動監測及壓縮傳輸系統可以對車 輛違章越線行為進行實時監測，並將違章車輛的圖像壓縮傳輸至遠程控制中心，為交通管 理部門進行交通管制提供依據。由於FPGA具有硬體電路實現的快速性和穩定性，使用其對 違章越線行為進行動態監測可以大大提高系統性能。下面結合附圖和實施例對本發明作詳細說明。
附圖1是本發明基於FPGA的車輛越線自動監測及壓縮傳輸系統原理圖。附圖2是本發明基於FPGA的車輛越線自動監測及壓縮傳輸系統實施例。附圖3是本發明基於FPGA的車輛越線自動監測及壓縮傳輸系統程序框圖。
具體實施例方式在系統的具體實現過程中，FPGA採用美國Altera公司的Cyclone系列的EP1C12 晶片。該晶片密集度達12060個LE單元，完全能夠滿足圖像處理算法和系統邏輯控制的需 要；169個用戶可用I/O埠滿足系統實現圖像採集和存儲的多個晶片連接要求。視頻採集 單元採用CCD，它可以把現場圖像採集進來並送給A/D轉化晶片作進一步處理；A/D晶片採 用PHILIPS公司的7113H晶片，7113H晶片有4個模擬通道，通過分時採集4路的圖像信號， 分時進行處理，可以通過編程選擇7113H的轉換模式，通過I2C總線進行編程，完成7113H的 初始化工作，信號的輸出格式也由1 總線進行控制，採用CCIR601的4:2:2格式。視頻壓 縮採用WINB0ND公司的W9968CF晶片進行處理，該晶片採用IS0/IEC 10918-1JPEG標準進 行壓縮，輸出為YCbCr 4:2:2或YCbCr 4:2:0格式。
系統初始化後，EP1C12控制CXD開始採集，此時視頻解碼晶片SAA7113H將CXD輸 出的模擬視頻信號數位化，並向FPGA提供數字視頻數據、像素時鐘LLC以及同步信號，這些 信號驅動EP1C12中的邏輯程序產生地址。根據地址判斷該像素是否在圖像的檢測區內；若 是，在奇數幀，將像素值直接加入累加器，並計數值加一；在偶數幀，先將其取反再加入累加 器；當兩幀圖像處理完後，根據累加結果和計數值計算出檢測區平均像素差值Hi ；根據系統調試確定幀差閾值τ，若滿足|FK| > τ，則說明在兩幀時間內，該檢測區 域發生明顯變化，有車輛違章越線。此時將下一幀到來的圖像送入圖像壓縮晶片，並通過外 圍接口發送到遠程控制中心。
權利要求
1.一種基於FPGA的車輛越線自動監測及壓縮傳輸系統，該系統依靠單個FPGA晶片完 成對圖像的採集控制及車輛越線行為的檢測。首先根據具體應用環境將CCD圖像中車道 線附近的區域設置為越線檢測區，以相鄰兩幀圖像作為一個基本檢測循環，將解碼晶片依 次輸出的奇數幀和偶數幀圖像中的檢測區域像素進行比較，根據兩者的差異大小及事先在 FPGA中設置的閾值做出有無車輛違章越線的判定；當發現違規車輛時，將包含車輛信息的 下一幀圖像送入視頻壓縮晶片，並發送到遠程控制中心。其突出的優點是不需要計算機或 DSP等核心處理單元，系統結構簡單、穩定性好、處理速度高。
2.如權利要求1所述的基於FPGA的車輛越線自動監測及壓縮傳輸系統，其特徵在於包 括以下步驟(a)將道路圖像中靠近車道線的區域設置為越線檢測區，通過調試確定其位置參數，並 預先存入FPGA寄存器，作為識別像素是否在檢測區的控制參數；(b)對步驟(a)確定的車輛越界檢測區域，將其奇數幀圖像中的每各點像素值送入累 加器，並對像素數進行計數，將累加結果暫存；在偶數幀到來時，將檢測區域各點像素值取 反，送入累加器進行累加；偶數幀累加結束時，根據累加結果和像素計數值，計算檢測區域 的平均像素差值Π ;(c)將上述計算得到的平均像素差值冊與根據調試選定的閾值T進行比較。若 |FK| ( τ，則判定當前時刻無車輛越過道路標誌線，否則判定當前時刻有車輛違規越界，此 時在下一幀圖像到來時將其送入圖像壓縮晶片，並記錄違章時間、違章地點等信息，將其一 並發送到遠程控制中心。同時，算法轉到步驟(b)進行下一次監測。
全文摘要
本發明涉及一種基於FPGA的車輛越線自動監測及壓縮傳輸系統，屬於電子及通信技術、工業測控技術、視頻圖像處理技術；該系統依靠單個FPGA晶片完成對圖像的採集控制及車輛越線行為的檢測；根據具體應用環境將CCD圖像中車道線附近的區域設置為越線檢測區，以相鄰兩幀圖像作為一基本檢測循環，將解碼晶片依次輸出的奇數幀和偶數幀圖像中的檢測區域像素進行比較，根據兩者的差異大小及事先在FPGA中設置的閾值做出有無車輛違章越線的判定；當發現違規車輛時，將包含車輛信息的下一幀圖像送入視頻壓縮晶片，並發送到遠程控制中心；其突出的優點是不需要計算機或DSP等核心處理單元，系統結構簡單、穩定性好、處理速度高。
文檔編號G08G1/04GK102081847SQ20091021918
公開日2011年6月1日 申請日期2009年11月27日 優先權日2009年11月27日
發明者史忠科, 王闖, 賀瑩 申請人:西安費斯達自動化工程有限公司