CN100538765C

CN100538765C - 手持式车辆测速抓拍装置

Info

Publication number: CN100538765C
Application number: CNB2007100503320A
Authority: CN
Inventors: 黄琦; 易建波; 黄智�; 孙震冬; 井实
Original assignee: University of Electronic Science and Technology of China
Current assignee: University of Electronic Science and Technology of China
Priority date: 2007-10-26
Filing date: 2007-10-26
Publication date: 2009-09-09
Anticipated expiration: 2027-10-26
Also published as: CN101140703A

Abstract

本发明公开了一种手持式车辆测速抓拍装置，测速雷达和雷达测速模块将车速信息转换为数字信息，并经由FPGA模块传输到DSP模块处理后实时显示在液晶显示屏上；同时，高速CCD视频摄像机和视频处理模块将模拟图像信息转换为数字图像信息，经FPGA模块导入外围存储模块的RAM暂存，经FPGA模块接入到液晶显示屏上，实时显示动态车辆行驶监视图像；当进行抓拍操作时，DSP模块向FPGA模块索取暂存的预处理过后的一帧抓拍图像，用图像处理算法处理抓拍到的图像，将车速、车型、颜色、时间、地点等信息集成到显示图像中。本发明抓拍装置体积小、功耗低、使用灵活方便，既有车辆超速值，又有超速车辆图片，能为现场执法、现场处罚提供证据。

Description

手持式车辆测速抓拍装置

技术领域

本发明涉及交通智能控制和管理设备中的车辆测速抓拍领域，具体来讲，涉及一种手持式车辆测速抓拍装置。

背景技术

现有技术中，交通智能抓拍系统作为城市道路交通智能控制系统的一个子系统，是交通管理现代化的重要手段，对抑制交通事故、提高道路通行能力和城市交通管理水平有重要意义。作为“向科技要警力”的重要方面，智能抓拍系统已经成为现代化城市的重要标志之一。目前，大部分中等以上城市均已开始使用这类系统。

现行的交通智能抓拍系统有多种，从使用方式上可划分为固定式交通违章智能抓拍系统和车载(移动式)交通违章智能抓拍系统。但由于体积、功耗、使用方式的限制通常只能安装在固定的地点或者执法车辆上，对局部范围内的违章行为进行监控，同时由于这种违章超速抓拍系统拍照的照片往往需要后端进行分拣、处理，因此不能适用于现场执法、现场处罚的需要。

如2007年05月09日公开的，公开号为CN 1959760A，名称为“一种移动式测速抓拍装置”的中国发明专利申请公布说明书就公开了这样一种车载移动式测速抓拍装置，包括：数字摄像机、测速雷达、笔记本电脑、车载电源模块以及车载支架，数字摄像机和测速雷达平行安装在车载固定支架上，车载电源模块分别为数字摄像机、笔记本电脑和测速雷达提供电源；笔记本电脑内装有同步控制模块、虚拟路障模块、图像采集模块和雷达测速模块，同步控制模块发出控制指令，通过雷达测速模块设定测速雷达的测定距离和速度值，当车辆超速时测速雷达产生超速报警信号通过雷达测速模块传送至同步控制模块，同步控制模块接收到雷达测速模块发出的超速报警信号后，命令图像采集模块采集数字摄像机摄像出的视频帧，并送虚拟路障模块中，虚拟路障模块采集的视频帧设定虚拟路障区，精确确定车辆在视频中的位置及出现的时间，当超速车辆出现在视频中时，向同步控制模块发送触发信号，同步控制模块收到虚拟路障触发信号后，控制数字摄像机中的图像采集模块根据当前速度值以设定的时间间隔采集帧图像，抓拍超速车辆从进入拍照区到离开拍照区的全过程，以JPEG格式进行存储，并同抓拍时刻的速度值作为一条记录存入数据库，完成一次超速抓拍过程。如图1所示，尽管该装置可以移动，但是数字摄像机和测速雷达固定在车载固定支架上，通过笔记本内置的控制程序(模块)对超速车辆进行抓拍。可以看出，这种测速抓拍装置体积较为庞大、功耗也较大，使用不是很灵活方便。

另外，现有技术中，对于车辆的测速，手持式雷达测速仪曾经是我国交通管理中应用最为广泛的一种交通违章管理工具。最初纠正超速行驶一般都采用执勤拿着手持式雷达仪来捕捉超速行驶的车辆目标，一旦发现某台车辆超速行驶，雷达仪发出蜂鸣器报警声，执勤交通民警便将超速行驶的车辆拦截，令其接受处罚。这种方式一般适合于较窄且车流量较小的公路，流量大的话，无法确定哪辆车超速。随着新的“道路交通安全法”的实施，其中规定纠正超速行驶等违法行为必须提供确凿证据，传统手持式雷达测速仪只有违章车辆超速值而没有具体超速车辆的图片，便显得“证据不足”，但体积小、使用灵活方便的特点。

发明内容

本发明的目的在于克服上述现有技术中的不足，提供一种体积小、功耗低、使用灵活方便，既有车辆超速值，又有超速车辆图片，能为现场执法、现场处罚提供证据的手持式车辆测速抓拍装置。

为实现上述发明目的，本发明的手持式车辆测速抓拍装置包括测速雷达、雷达测速模块、液晶显示屏，其特征在于，还包括高速CCD视频摄像机、视频处理模块、外围存储模块、FPGA模块、DSP模块；

测速雷达和雷达测速模块将车速信息转换为数字信息，并经由FPGA模块传输到DSP模块中，经处理后将车速信息实时显示在液晶显示屏的监视图像上；

同时，高速CCD视频摄像机和视频处理模块将模拟图像信息转换为数字图像信息，信息经FPGA模块导入外围存储模块的RAM暂存，然后，DSP模块读取图像信息，不做图像处理，只将车速信息加载后经FPGA模块接入到液晶显示屏上，实时显示动态车辆行驶监视图像；

执法者根据速度信息确定是否进行抓拍操作，当进行抓拍操作时，DSP模块向FPGA模块索取暂存的预处理过后的一帧抓拍图像，图像数据进入DSP模块后，用图像处理算法处理抓拍到的图像，将车速、车型、颜色、时间、地点等信息集成到图像中，显示在液晶显示屏上。

本发明还提供了一种弱光抓拍模式。即在弱光条件下，要抓拍车辆图像，需借助闪光灯模块。闪光灯模块在弱光条件抓拍时，在DSP模块控制下，发出两次闪光脉冲，第一次为较窄脉冲，并抓拍一帧图像用来辨识车牌信息，紧接着为宽脉冲打光，抓拍另一帧图像，记录车型、颜色等信息。

本发明是对现有的手持式雷达测速执法方式的革新和完善，通过高速CCD摄像头、视频处理模块、外围存储模块、FPGA模块、DSP模块，完成对超速车辆图像的抓拍。由于图像采集过程由FPGA模块进行控制，直接将图像信息导入RAM暂存，图像采集过程完全不占用DSP模块资源，实时图像信息也无需经过DSP模块处理，直接通过FPGA模块接入到液晶显示屏上，另外，FPGA模块的图像预处理功能也极大的减轻了DSP模块图像处理的负担。该设计用视频处理模块、外围存储模块、FPGA模块、DSP模块代替以往的移动式测速抓拍装置中的笔记本电脑以及定点智能抓拍装置中的监控中心功能。本发明结构上可将各功能模块集成并内置于手持式车辆测速抓拍装置的把手内，测速雷达在装置前端，闪关灯和高速CCD摄像头固定在装置上部，实现本发明所述的手持式车辆测速抓拍装置。因而，本发明的手持式车辆测速抓拍装置与现有技术的车载(移动式)交通违章测速抓拍系统、固定式违章测速抓拍系统相比，具有体积小、功耗低、手持便于携带，使用灵活方便，执法过程中隐蔽性强等特点。

同时，通过测速雷达对路面行驶的车辆进行速度测量，摄像头同步跟踪，图像及速度信息同步显示在液晶屏幕上，执法者根据速度信息确定是否进行抓拍操作。抓拍操作将会应用FPGA模块获取视频帧，经过图像处理，滤除了干扰和不相关的背景信息，分析了车辆特征，整合了速度和道路信息，最后得到包含车速、车牌、车型、颜色、时间、地点的抓拍图像，为交通执法提供以图像证据。该装置与现有技术中传统的手持式测速雷达相比，具体实时监测、实时抓拍、实时显示的特点，液晶显示屏上既有车辆超速值，又有超速车辆图片，这样，改变了传统手持式测速雷达中现场执法缺乏依据的缺点，能为现场执法、现场处罚提供证据。

附图说明

图1是现有技术中的一种移动式测速抓拍装置结构示意图；

图2是本发明手持式车辆测速抓拍装置一种具体实施方式原理框图；

具体实施方式

下面结合附图，对本发明优选具体实施方式进行描述。需要提醒注意的是，在以下的描述中，当采用的已知功能和设计的详细描述也许会淡化本发明的主题内容时，这些描述在这儿将被忽略。

图2是本发明手持式车辆测速抓拍装置的原理框图。图中，手持式车辆测速抓拍装置包括：测速雷达1和雷达测速模块2、闪光灯模块3、高速CCD视频摄像机4和视频处理模块5、复位监控模块6、电源模块7、外围存储模块8、时钟模块9、FPGA模块10、DSP模块11、液晶显示屏12。

测速雷达1负责车辆测速，雷达测速模块2将车速信息转换为数字信息，并通过USB总线经由FPGA模块10传输到DSP模块11中，经处理后将车速信息实时显示在液晶显示屏的监视图像上。

闪光灯模块3负责补光拍摄，闪光灯模块3中的窄脉冲发生器通过FPGA模块10与DSP模块11连接，手持式车辆测速抓拍装置在弱光条件下工作，DSP模块11根据光强度信息通过FPGA模块10，对窄脉冲发生器发出的闪光脉冲宽度进行调制，调节控制闪光灯的打光时间。

高速CCD视频摄像机4和视频处理模块5拍摄车辆行驶的视频图像，高速CCD视频摄像机4实时跟踪被测车辆，视频处理模块5将模拟图像信息转换为数字图像信息，信息经FPGA模块10导入外围存储模块8中的RAM暂存，DSP模块11读取模块8中RAM的图像信息，并加入车速信息再经FPGA模块10接入到液晶显示屏12上，实时显示动态车辆行驶图像。图像采集过程是完全不占用DSP模块11资源，实时图像不需经过DSP模块11处理。

复位监控模块6提供DSP模块11及FPGA模块10的复位，保证DSP模块11及FPGA模块10能够从不稳定的状态中恢复到工作状态。

电源模块7提供系统各种芯片的供电，其电能主要由电池组提供。DSP芯片对供电系统的要求较高，FPGA芯片高耗电量芯片，在本实施例中，电源模块7能提供1.2V、1.5V、3.3V及最大电流6A的供电能力。

外围存储模块8由一些存储单元构成，用来存储图像信息及系统配置信息和应用程序代码；外围存储模块由RAM、SDRAM、SRAM、FLASH构成，RAM是FPGA模块10扩展的图像帧暂存器，SDRAM是DSP模块11通过EMIF接口扩展的高速大容量存储器，SRAM为DSP模块11的图像帧存储器，FLASH作为DSP模块11程序存储器，保存主机下载的应用程序。

时钟模块9提供系统各种芯片所需的时钟激励，系统中各种芯片的时钟不相同，时钟电路9提供芯片所需的外部时钟。

FPGA模块10负责接口问题和电路逻辑问题。如雷达测速模块2与DSP模块11、闪光灯模块3与DSP模块11、视频处理模块5与DSP模块11、高速的DSP模块11处理与慢速液晶显示输出的接口问题。

DSP模块11负责图像处理和系统指令控制，DSP模块11是整个装置的核心，它实现完整的图像处理算法处理抓拍到的图像，将车速、车型、颜色、时间、地点信息集成到图像中，根据光强度信息控制闪关灯打光时间，能够在弱光条件下完成测速抓拍任务。

液晶显示屏12负责与FPGA模块10相连接，负责实时图像信息的显示以及DSP模块11处理后的图像、系统指令以及测速信息的输出显示。

FPGA模块10是本发明硬件系统的核心，雷达测速模块2、视频处理模块5、闪光灯模块3和视频帧存储单元SRAM都要以FPGA模块10作为接口单元与DSP模块11连接。由于视频处理器数据通常是以串行时序输出的，所以接受时还需一种时序机制，为了尽量节约DSP模块11资源，采用FPGA模块10连接并缓存数据，同时还利用FPGA软核特性，进行底层图像的预处理算法，只将复杂的浮点运算交由DSP模块11进行，极大的提高了系统的实时性。同时，DSP模块11是快速处理设备，不能与相对速度较慢液晶显示屏12匹配，DSP处理后的图像同样通过FPGA模块10显示在液晶显示屏12上，

DSP模块11有运算速度快，适合复杂运算的特点，所以DSP系统主要进行复杂的数字图像处理算法。DSP模块11向FPGA模块10索取暂存的预处理过后一帧抓拍图像，图像数据进入DSP模块11后，开始背景滤波算法，首先确定被测车辆所处的中央位置，对于这辆区域以外的背景区域，对灰度值跳变较为强烈的区域进行加权平均处理，使整个背景统一，去除干扰信号；在被测车辆区域内，采用边缘检测的方式，确定车牌位置，采用文字识别算法识别车牌，根据车身灰度值确定车辆颜色、车型；最后将雷达测出的速度信息，以及图像处理得到的车辆信息以及系统设置的时间、地点等信息合成到图片上，在液晶显示屏12上显示出来。

闪光灯模块3由DSP模块11指令控制其中的窄脉冲发生器，调节闪光灯的打光时间。在弱光条件下，高速CCD摄像头不可能直接拍摄到被测车辆的清晰图像，需要闪光灯补光，但是，车牌反光很厉害，曝光过渡反而看不清车牌。本发明中采用两次闪光方案，第一次为较窄脉冲，专门针对车牌反光问题，紧接着宽脉冲打光，拍摄被测车辆的清晰图片。

尽管上面对本发明说明性的具体实施方式进行了描述，但应当清楚，本发明不限于具体实施方式的范围，对本技术领域的普通技术人员来讲，只要各种变化在所附的权利要求限定和确定的本发明的精神和范围内，这些变化是显而易见的，一切利用本发明构思的发明创造均在保护之列。

Claims

1、一种手持式车辆测速抓拍装置，包括测速雷达、雷达测速模块、液晶显示屏，其特征在于，该测速抓拍装置还包括高速CCD视频摄像机、视频处理模块、外围存储模块、FPGA模块、DSP模块；

同时，高速CCD视频摄像机和视频处理模块将模拟图像信息转换为数字图像信息，数字图像信息经FPGA模块导入外围存储模块的RAM暂存，然后，DSP模块读取图像信息，不做图像处理，只将车速信息加载后经FPGA模块接入到液晶显示屏上，实时显示动态车辆行驶监视图像；

执法者根据速度信息确定是否进行抓拍操作，当进行抓拍操作时，DSP模块向FPGA模块索取暂存的预处理过后的一帧抓拍图像，抓拍图像的图像数据进入DSP模块后，开始背景滤波算法，首先确定被测车辆所处的中央位置，对于这辆区域以外的背景区域，对灰度值跳变较为强烈的区域进行加权平均处理，使整个背景统一，去除干扰信号；在被测车辆区域内，采用边缘检测的方式，确定车牌位置，采用文字识别算法识别车牌，根据车身灰度值确定车辆颜色、车型，将车速、车型、颜色、时间、地点信息集成到图像中，显示在液晶显示屏上。

2、根据权利要求1所述的手持式车辆测速抓拍装置，其特征在于，还包括一闪光灯模块，闪光灯模块中的窄脉冲发生器通过FPGA模块与DSP模块连接，在弱光条件下工作，DSP模块根据光强度信息通过FPGA模块，对窄脉冲发生器发出的闪光脉冲宽度进行调制，调节控制闪光灯的打光时间。

3、根据权利要求2所述的手持式车辆测速抓拍装置，其特征在于，所述的闪光灯模块在弱光条件抓拍时，在DSP模块控制下，发出两次闪光脉冲，第一次为较窄脉冲，并抓拍一帧图像用来辨识车牌信息，紧接着为宽脉冲打光，抓拍另一帧图像，记录车型、颜色信息。

4、根据权利要求1所述的手持式车辆测速抓拍装置，其特征在于，所述的外围存储模块还包括SDRAM、SRAM、FLASH，SDRAM是DSP模块通过EMIF接口扩展的高速大容量存储器，SRAM为DSP模块的图像帧存储器，FLASH作为DSP模块程序存储器，保存主机下载的应用程序。