專利名稱：基于fpga的闖紅燈自動監(jiān)測裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種基于FPGA的闖紅燈自動監(jiān)測裝置，屬于電子及通信技術(shù)、工業(yè)測 控技術(shù)、視頻圖像處理技術(shù)，是利用FPGA來實(shí)現(xiàn)對違章闖紅燈車輛的檢測和圖像攝取。
背景技術(shù)：
城市交通在國民經(jīng)濟(jì)的發(fā)展中占有極其重要的位置，一直是國家的重點(diǎn)投資建設(shè) 內(nèi)容之一。近年來我國的城市交通事業(yè)得到了長足的發(fā)展，但與此同時，交通事故也愈來愈 頻繁地發(fā)生。這不僅危害人民群眾的生命財產(chǎn)安全，而且使國家蒙受不必要的經(jīng)濟(jì)損失。闖 紅燈是引發(fā)交通事故的最主要原因之一，因此，交通安全與管理部門對行駛的車輛進(jìn)行闖 紅燈監(jiān)控有著重要的實(shí)際意義。傳統(tǒng)的路口交通信息的獲取采用感應(yīng)線圈等檢測方式，性能可靠，應(yīng)用比較廣泛， 但感應(yīng)線圈在路面變形、維修時易損壞，易受震動和腐蝕，很不利于維護(hù)，一般壽命為2 5 年。九十年代中期，國內(nèi)外相繼開發(fā)出利用視頻檢測的彩色CCD闖紅燈監(jiān)視系統(tǒng)，這種系統(tǒng) 是在工控機(jī)上裝上視頻采集卡，由工控機(jī)來完成對于視頻信號的檢測，對違章圖片的攝取 和存盤等。工控機(jī)對視頻信號的檢測是通過圖像采集卡將模擬視頻信號轉(zhuǎn)為計算機(jī)可識別 的數(shù)字信號，然后由計算機(jī)運(yùn)行相應(yīng)的運(yùn)動檢測軟件進(jìn)行違章圖像檢測。基于工控機(jī)的闖 紅燈監(jiān)視系統(tǒng)終端功能較強(qiáng)，便于現(xiàn)場操作。但價格高昂，穩(wěn)定性不好，視頻前端(如CCD等 視頻信號的采集、壓縮、通訊)較為復(fù)雜，可靠性不高；工控機(jī)需專人管理，特別是在環(huán)境惡 劣或空間不適宜的監(jiān)控點(diǎn)，這種系統(tǒng)使用起來極不理想。目前大多數(shù)闖紅燈檢測系統(tǒng)都是 基于工控機(jī)或DSP平臺實(shí)現(xiàn)方案，主處理單元讀取、處理、存儲圖像往往導(dǎo)致了圖像采集、 處理速度過低而不能滿足要求。為此，本發(fā)明提出了一種由FPGA獨(dú)立完成的闖紅燈自動監(jiān) 測裝置，利用改進(jìn)的車輛檢測算法，為ITS提供有效數(shù)據(jù)。

發(fā)明內(nèi)容
為避免現(xiàn)有技術(shù)實(shí)時性差、可靠性低的缺陷，本發(fā)明提出了一種基于FPGA的闖紅 燈自動監(jiān)測裝置，采用FPGA作為核心圖像處理單元，以CXD攝像機(jī)的模擬視頻信號為輸入 信號源，模擬視頻信號經(jīng)視頻解碼芯片輸出數(shù)字視頻信號，F(xiàn)PGA借助自身及擴(kuò)展的存儲空 間，對圖像進(jìn)行處理及管理控制，按照兩幀圖像作為一基本循環(huán)，第一幀圖像的指定檢測區(qū) 域與第二幀檢測區(qū)域相比較，根據(jù)兩者的差異大小和在FPGA中設(shè)置的閾值做出有無車輛 違章闖紅燈的判定，同時將違章車輛圖像壓縮存儲或傳輸至遠(yuǎn)程控制中心。采用FPGA來實(shí) 現(xiàn)違章圖像的檢測，不需要計算機(jī)或DSP等核心處理單元，系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡單、穩(wěn)定性好、處理 速度尚。本發(fā)明解決其技術(shù)問題所采用的技術(shù)方案一種基于FPGA的車輛外形尺寸檢測 裝置，其特點(diǎn)是包括以下步驟(a)在紅燈期間，CCD攝像機(jī)采集圖像序列，并經(jīng)模擬視頻解碼芯片轉(zhuǎn)換為數(shù)字視 頻信號，根據(jù)存儲設(shè)備容量大小，采用壓縮或不壓縮兩種方式對車輛圖像進(jìn)行存儲；
(b) FPGA依次讀入檢測區(qū)域斑馬線上各像素值，并送入累加器進(jìn)行累加。在奇數(shù)幀 到來時將在其中的每一像素值送入累加器，對像素數(shù)進(jìn)行計數(shù)，并將累加結(jié)果暫存；在偶數(shù) 幀到來時，將每一像素值取反，然后送入累加器；偶數(shù)幀累加結(jié)束時，根據(jù)累加結(jié)果和像素 計數(shù)值，計算檢測區(qū)域的平均像素差值；(c)取圖像中非檢測區(qū)域的一塊小區(qū)域作為閾值選擇區(qū)，按照亮暗度的不同級別 取10個不同的像素點(diǎn)，根據(jù)兩幀中這些像素點(diǎn)的累加結(jié)果計算平均背景差值BK ；(d)根據(jù)系統(tǒng)的調(diào)試結(jié)果確定閾值T，若滿足|Π(-ΒΚ|彡T，則判定當(dāng)前時刻沒有違 章闖紅燈車輛，否則判定當(dāng)前時刻有車輛違章闖紅燈，并將存儲設(shè)備中當(dāng)前違章車輛圖像 發(fā)送至遠(yuǎn)程控制中心；將檢測區(qū)和非檢測區(qū)的累加器置0。基于FPGA的闖紅燈自動監(jiān)測裝置有兩種工作方式，一種是專用圖像壓縮芯片將 視頻解碼器傳來的連續(xù)數(shù)字視頻信號壓縮，并直接存入存儲介質(zhì)或根據(jù)FPGA的指令將壓 縮后的違章圖像提取并存入存儲介質(zhì)；另一種是FPGA直接將檢測出的違章圖像不經(jīng)壓縮 存入存儲介質(zhì)。這種可選擇的工作方式使系統(tǒng)的應(yīng)用范圍更廣，當(dāng)存儲介質(zhì)容量有限如使 用存儲卡時，主要存儲壓縮圖像；當(dāng)存儲介質(zhì)容量很大如使用大容量硬盤時，可存儲原始未 壓縮圖像或與壓縮視頻信號，這樣就可提供更為清晰完整的車輛違章資料。當(dāng)需要時，系統(tǒng) 可將捕捉到的違章圖片發(fā)送給遠(yuǎn)處的控制中心。整個系統(tǒng)采用脫離PC機(jī)的獨(dú)立方式工作，克服了以前的闖紅燈系統(tǒng)在實(shí)際應(yīng)用 中穩(wěn)定性差，不適于惡劣環(huán)境使用，價格高昂等缺點(diǎn)，是符合監(jiān)控技術(shù)發(fā)展趨勢的先進(jìn)視頻 監(jiān)控系統(tǒng)。系統(tǒng)采用FPGA進(jìn)行圖像動態(tài)監(jiān)測，判斷是否有車輛違章，克服了采用環(huán)形線圈 需開挖路面的不足，又保證了實(shí)時不丟幀檢測。本發(fā)明的有益效果是利用FPGA硬件邏輯運(yùn)算高度并行性的特點(diǎn)，設(shè)計簡單高效 的圖像處理算法，實(shí)現(xiàn)了對圖像序列的車輛通行信息提取，克服了采用環(huán)形線圈需開挖路 面的不足，又保證了實(shí)時全幀率檢測；同時，系統(tǒng)采用專用圖像壓縮芯片，使得數(shù)據(jù)存儲量 不致過大，同時保證了壓縮的實(shí)時性和圖片的高分辨率下面結(jié)合附圖和實(shí)施例對本發(fā)明作詳細(xì)說明。


附圖1是本發(fā)明基于FPGA的闖紅燈自動監(jiān)測裝置原理圖。附圖2是本發(fā)明基于FPGA的闖紅燈自動監(jiān)測裝置實(shí)施例原理圖。附圖3是本發(fā)明基于FPGA的闖紅燈自動監(jiān)測裝置軟件流程圖。
具體實(shí)施例方式如附圖3所示，CXD傳來的視頻信號進(jìn)入視頻解碼器SAA7113H，SAA7113H將模擬 視頻信號進(jìn)行亮色分離、模擬數(shù)字轉(zhuǎn)換后輸出符合CCIR601標(biāo)準(zhǔn)的數(shù)字視頻信號。數(shù)字視 頻信號一路進(jìn)入先入先出存儲器，并由FPGA讀入運(yùn)行相應(yīng)動態(tài)檢測算法；另一路進(jìn)入圖像 壓縮芯片W9968CF。FPGA從先入先出存儲器中讀入幀數(shù)據(jù)后，運(yùn)行動態(tài)檢測算法，若判別結(jié) 果正常，則接著從FIFO中讀入下一幀數(shù)據(jù)；若判別結(jié)果為違章圖像，則將這幀圖像送入IDE 硬盤存儲，如此周而復(fù)始；在某些場合，需要對路口情況進(jìn)行監(jiān)控錄像或需要得到違章的連 續(xù)情況，這時則由W9968CF將SAA7111傳來的連續(xù)視頻信號壓縮后存入IDE硬盤，F(xiàn)PGA則負(fù)責(zé)有關(guān)參數(shù)的設(shè)置。當(dāng)系統(tǒng)應(yīng)用在遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)時，系統(tǒng)可通過MODEM發(fā)送捕捉到的違 章圖片，MODEM的各類參數(shù)配置及初始化由FPGA來完成。另外，在需要時，系統(tǒng)可通過VGA 接口與外部計算機(jī)通信，操作人員可通過計算機(jī)的用戶程序?qū)ο到y(tǒng)的各種參數(shù)加以配置， 系統(tǒng)軟件流程見附圖4。
權(quán)利要求
1.一種基于FPGA的闖紅燈自動監(jiān)測裝置，采用FPGA為核心處理器，以C⑶攝像機(jī)的模 擬視頻信號為輸入信號源，模擬視頻信號經(jīng)A/D轉(zhuǎn)換輸出數(shù)字視頻信號，F(xiàn)PGA借助擴(kuò)展的 存儲空間，管理圖像數(shù)據(jù)，接著以先后兩幀圖像作為一基本循環(huán)，根據(jù)兩者的差異作出有無 車輛違章闖紅燈的判定，同時將違章車輛圖像傳輸至遠(yuǎn)程控制中心。其特征在于用FPGA 來實(shí)現(xiàn)違章車輛的檢測，不需要計算機(jī)或DSP等核心處理單元；
2.如權(quán)利要求1所述的基于FPGA的闖紅燈自動監(jiān)測裝置，其特征在于包括以下步驟(a)在紅燈期間，CCD攝像機(jī)采集圖像序列，并經(jīng)模擬視頻解碼芯片轉(zhuǎn)換為數(shù)字視頻信 號，根據(jù)存儲設(shè)備容量大小，采用壓縮或不壓縮兩種方式對車輛圖像進(jìn)行存儲；(b)FPGA依次讀入檢測區(qū)域斑馬線上各像素值，并送入累加器進(jìn)行累加。在奇數(shù)幀到來 時將在其中的每一像素值送入累加器，對像素數(shù)進(jìn)行計數(shù)，并將累加結(jié)果暫存；在偶數(shù)幀到 來時，將每一像素值取反，然后送入累加器；偶數(shù)幀累加結(jié)束時，根據(jù)累加結(jié)果和像素計數(shù) 值，計算檢測區(qū)域的平均像素差值Hi ；(c)取圖像中非檢測區(qū)域的一塊小區(qū)域作為閾值選擇區(qū)，按照亮暗度的不同級別取10 個不同的像素點(diǎn)，根據(jù)兩幀中這些像素點(diǎn)的累加結(jié)果計算平均背景差值BK;(d)根據(jù)系統(tǒng)的調(diào)試結(jié)果確定閾值T，若滿足|Π(-ΒΚ|彡T，則判定當(dāng)前時刻沒有違章闖 紅燈車輛，否則判定當(dāng)前時刻有車輛違章闖紅燈，并將存儲設(shè)備中當(dāng)前違章車輛圖像發(fā)送 至遠(yuǎn)程控制中心；將檢測區(qū)和非檢測區(qū)的累加器置0 ；
3.如權(quán)利要求2所述的基于FPGA的闖紅燈自動監(jiān)測裝置，其特征在于基于FPGA的闖紅燈自動監(jiān)測裝置有兩種工作方式，一種是專用圖像壓縮芯片將視頻 解碼器傳來的連續(xù)數(shù)字視頻信號壓縮，并直接存入存儲介質(zhì)或根據(jù)FPGA的指令將壓縮后 的違章圖像提取并存入存儲介質(zhì)；另一種是FPGA直接將檢測出的違章圖像不經(jīng)壓縮存入 存儲介質(zhì)。
全文摘要
本發(fā)明提出了一種基于FPGA的闖紅燈自動監(jiān)測裝置，屬于電子及通信技術(shù)、工業(yè)測控技術(shù)、視頻圖像處理技術(shù)，是利用FPGA來實(shí)現(xiàn)對違章闖紅燈車輛的檢測和圖片攝取。采用FPGA為核心處理器，以CCD攝像機(jī)的模擬視頻信號為輸入信號源，模擬視頻信號經(jīng)A/D轉(zhuǎn)換輸出數(shù)字視頻信號，F(xiàn)PGA借助擴(kuò)展的存儲空間，管理圖像數(shù)據(jù)，借助圖像運(yùn)動檢測算法，實(shí)現(xiàn)紅燈期間交通口圖像的運(yùn)動檢測，識別闖紅燈違章車輛，提取闖紅燈違章現(xiàn)場信息?；贔PGA的闖紅燈自動監(jiān)測裝置可根據(jù)實(shí)際需求選擇其工作方式，并可與外部計算機(jī)進(jìn)行通信，方便系統(tǒng)參數(shù)的配置修改。采用FPGA來實(shí)現(xiàn)違章圖像的檢測，不需要計算機(jī)或DSP等核心處理單元，系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡單、穩(wěn)定性好、處理速度高。
文檔編號G08G1/01GK102122438SQ20091021841
公開日2011年7月13日 申請日期2009年10月20日 優(yōu)先權(quán)日2009年10月20日
發(fā)明者史忠科, 王闖, 賀瑩 申請人:西安費(fèi)斯達(dá)自動化工程有限公司