视频交通流检测及车辆识别系统是一种利用图象处理技术实现对交通目标检测和识别的计算机处理系统。对道路交通状况信息与交通目标的各种行为 (如违章超速, 停车, 超车等等) 进行实时检测, 实现自动统计、计算交通路段上行驶车辆的数量、行驶速度以及识别划分车辆的类别等各种交通参数, 达到有效监测道路交通状况信息的作用。同时, 将检测和识别到的交通信息存储起来, 为分析和交通管理提供依据。视频交通流量检测及车辆识别系统是一个集图象处理系统和信息管理系统为一体的综合系统。其目标是代替人去处理和理解信息, 实现实时性、灵活性和精确性[1]。
由于白天和晚上路面光强变化非常大, 这对算法的适应性提出了更高的要求, 为了能全天得到车流量的信息, 所以整个算法将白天和晚上分别开来处理。白天车流量检测算法已经在工控机上成熟应用, 不再赘述。晚上的路面能见度比较低, 算法主要是对车灯的识别。在晚上, 车灯有很强的亮度, 所以只要能正确的检测到车灯就可以进行车辆的测量。算法的干扰来自路面对车灯发出来的光线的反射。通过使用Matlab仿真可发现, 二值化去噪以后, 图像的亮斑基本上是车灯的形状, 而路面反光区向前发散, 据此可以通过检测窗上亮斑的形状特征来识别车灯和路面反光区[2]。
通过摄像机将道路交通流图像捕捉下来, 再将这些捕捉到的序列图像送入计算机进行图像处理、图像分析和图像理解, 从而得到交通流数据和交通状况等交通信息, 系统的基本工作流程如图1所示。
视频图像采集主要采用两种方式:一种是以专用的数据采集卡, 配合PC机的各种高速数据总线如PCI, USB2.0, firewire1394等采集数据。另一种方法是基于嵌入式DSP和FPGA的采集方法。通过FPGA或CPLD的控制和调度, 利用DSP的数据通道来采集数据。嵌入式平台具有便携性好, 成本较低的优势, 越来越多的应用到数字图像处理的各个领域。
系统信息提取包括了图像采集、图像处理以及图像传输3个部分。从CCD摄像头捕捉到的模拟视频信号经过视频A/D芯片SAA7111A的模数转换, 由CPLD控制写入片外高速大容量帧存储器中储存, 直到一帧图像存储完毕, CPLD交出总线。此时, DSP芯片TMS320VC5416从帧存储器中读取1帧图像, 然后应用图像处理算法对整幅图像进行处理。处理完毕后, TMS320VC5416通过HPI接口与PC机连接实现图像数据的传输。DSP程序存储在外部FLASH中, 主要包括DSP初始化、启动图像采集、JPEG处理、串行数据和并行数据的传输等代码。系统上电后以16位并行引导方式将程序导入DSP片内RAM中运行。主程序在DSP中运行, 根据不同的任务, 可编制相应的程序, 完成图像处理的算法[3]。
SAA7111A具有四路模拟输入和内部模拟信号源选择, 并带有两路模拟抗混叠滤波器, 具有梳状滤波器功能, 可自行进行行、场同步检测, 自动进行50/60Hz场频的检测, 自动进行PAL制式与NSTL制式之间的转换, 数据输出格式多样式, 可通过总线接受外部控制器的完全控制。SAA7111A在上电之后并不是立即采集模拟信号进行A/D转换, 而必须由DSP通过总线对其内部寄存器进行初始化以后才能正常工作。
该视频图像采集系统的核心是DSP, 采用的DSP芯片为TMS320VC5416, 它是一款性能优越的定点数字信号处理芯片, 其片内共有8条总线 (1条程序存储器总线, 3条数据存储器总线和4条地址总线) ;对程序内存和数据存储器使用分离式总线, 这样可以同时取指令和操作数, 提高运行效率和通用性。运行速度快, 指令周期为6.25ns, 运算能力为160MIPS。片内集成有高达128k×16b的片内RAM, 并具有8M的外部存储器寻址能力。TMS320VC5416还提供6通道DMA控制器, 3个多通道缓冲串口, 8/16位改进的主机接口和1个16位定时器。高度专业化的指令系统, 提供了快速运算和优化的高级语言操作[4]。
CPLD接收SAA7111A输出的图像数据信号和同步时钟信号, 在内部编程实现有效图像信号的采集和地址译码以及产生切换选择信号。帧存储器选用高速、低功耗的CY7C1041V33作为外部静态SRAM, 其内存大小为256k×16bit。可预先设置SAA7111A输出一帧图像大小为720×572像素。采样时钟LLC2频率为13.5MHz, 每一个时钟周期输出一个采样点的A/D转换值。图像采集处理系统需要对SAA7111A输出的大小为720×572的数字图像“斩头去尾”, 取中间512×512图像数据进行存储, 则地址发生器单元主要完成如下功能:在SAA7111A输出中间512×512有效图像数据时产生0~3FFFFH的地址, 且与SAA7111A的图像数据信号同步 (频率为13.5MHz) 。根据SAA7111A的同步信号时序, 地址发生器首先利用SAA7111A输出的像素时钟信号、行同步信号以及场同步信号, 产生存储一场大小为256×512的图像数据所需的0~1FFFFH的地址 (Q[16..0]) , 然后利用其奇偶场标识信号RTS0取反, 作为地址发生器的最高位地址Q[17], 控制将奇场数据存储在帧内存的低128k空间, 偶场数据存储在帧内存的高128k空间。图2为简化后的CPLD硬件设计图。
由图2可知, 系统上电后DSP的XF引脚为低电平, 使HCOUNT模块的EN引脚为低电平, 保证输出Q端为低电平, 这样ADDBUILD模块的CLR引脚为低电平, 无论VREF、HREF、CREF如何改变, 输出地址值都是为0。获取1幅图像时, 由C5416的XF引脚为高电平, 触发HCOUNT模块, 这样在VREF、HREF、CREF、RTS0波形的作用下, 可以完成完整的1帧图像数字化后存储在SRAM中。
系统的软件流程图如图3所示, 系统上电初始化, DSP通过软件模拟I2C总线时序, 设置SAA7111A的工作方式;DSP即发送开始采集指令给CPLD, 双方通过HOLD、HOLDA握手信号实现总线控制权的交接。此时DSP工作在HOLD模式, CPLD获得总线控制权, 并打开SAA7111A的输出, 对SAA7111A采集到的视频数据进行写控制。当一帧数据写入帧缓存后, CPLD关闭SAA7111A的视频输出, 放弃总线控制权, 并发送中断信号给DSP;DSP重新获得控制权, 对采集到的视频数据处理、向PC机串口或并口传输。DSP处理完毕后重新发开始采集命令, 继续采集下一帧[5]。
该系统充分利用CPLD的灵活性, 实现了图像采集处理系统中的采集控制、总线管理。同时由于图像采集系统中采集控制单元CPLD的可在线编程能力, 给系统的重构提供了可能。经过模拟验证, 该系统在交通检测领域具有广泛的实用价值。
摘要：为了有效缓解交通压力, 对智能交通的车流量检测进行了研究。常用的电磁感应装置法和超声波检测法普遍存在反射信号不稳定, 测量误差大等问题。利用动态信息提取法从视频中提取可靠信息, 完成道路交通的监视工作, 可提高道路、车辆的自动化程度;交通监控系统中安装的视频摄像机比其它传感器更便捷, 省去了二次安装, 且安全系数高。经验证该设计易于实现图像的时实性处理且成本低, 稳定性高, 在交通检测领域具有广泛的实用价值。
关键词：动态信息,信息提取,车流量,智能检测
[1] 计文平, 郭宝龙.基于虚拟线圈的光流法车流量检测[J].计算机仿真, 2004, 1:109～110.
[2] 陈振学, 汪国有, 刘成云.基于计算机视觉的汽车流量检测统计[J].华中科技大学学报 (自然科学版) , 2006 (5) :46～49.
[3] 郁梅, 蒋刚毅, 贺赛龙.基于路面标记的车辆检测和计数[J].仪器仪表学报, 2002, 4:386～390.
[4] 张玲, 叶海炳, 何伟.一种基于彩色图像边缘检测的道路检测方法[J].计算机工程与应用, 2008, 44 (28) :177～179, 183.
[5] 王圣男, 郁梅, 蒋刚毅.智能交通系统中基于视频图像处理的车辆检测与跟踪方法综述[J].计算机应用研究, 2005 (9) :9～14.
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