CN101783071A - 一种监测车辆违法行为的嵌入式系统 - Google Patents

Abstract

本发明的一种监测车辆违法行为的嵌入式系统涉及计算机图像处理技术领域，实现方法的步骤如下：选择单机连接方式或联网连接方式中任一种；步骤有：监测区域设置，图像采集，识别车辆、记录违法数据、记录录像文件。监测与记录车辆违法行为的图片是用同一个图像采集器采集的；记录违法车辆牌照的图片是高分辨率的图片，该图片和记录车辆违法位置图片的图像范围是一致的；记录的违法数据还包括一个记录车辆违法过程的视频流文件；记录的录像文件是记录时间长度≥120小时的一系列单元录像文件；本方法可以监测与记录车辆多种违法行为，同时能为交通事故处理提供有力的证据，为案件侦破提供有效的线索；可广泛应用在交通车辆违法管理中。

Description

一种监测车辆违法行为的嵌入式系统

技术领域

本发明涉及计算机图像处理技术领域，尤其是涉及一种用嵌入式系统和计算机图像处理技术用于监测车辆违法的系统。

背景技术

目前，现有的成熟技术，是用相机记录车辆闯红灯违法行为的系统，其工作原理是：在交通路口埋设地感线圈，当车辆在红灯期间行驶越过地感线圈，车辆切割地感线圈使其磁力线产生变化，以此触发相机拍摄，相机将该车辆的闯红灯违法行为记录在胶片或存储卡上；由人工从相机内取下胶片或存储卡。这种系统的不足之处是：在右转车道上无法安装；地面埋设感应线圈时需要破坏路面且施工量大，路面变更或变动时需要重埋地感线圈；处罚周期较长；处罚证据仅是一张相片。

另外一种用视频监测车辆闯红灯违法行为的系统，其工作原理是：用一个大场景摄像机监测路口上的一条或几条车道的车辆，用固定位置的一个小场景摄像机记录一条车道上的车辆号牌；由于普通摄像机的分辨率约为45万象素，采集动态物体有效分辨率仅为22.5万象素；所以为了在多条车道上采集到清晰的车牌，则需用多个摄像机来分别记录每个车道上的车辆号牌。当红灯期间车辆在车道上行驶越过停车线时，由大场景摄像机识别出车辆，由小场景摄像机记录下该条车道上的车辆号牌；记录的数据通常是三张图片，第一张图片记录车辆闯红灯前的位置，第两张图片记录车辆闯红灯后的位置，第三张图片记录车辆的号牌。记录下的违法数据可以存储在本地硬盘上再由人工下载，也可以通过网络传输方式传回到控制中心。

已公开的专利有《一种集中模式的全视频车辆信息采集系统》，公开日：2007年6月20日，公开号CN 1983346A，申请号：200510111381.1，公开了一种集中模式的全视频车辆信息采集系统，包括：至少一个图像抓拍装置，至少一个嵌入式板卡，控制中心，一后端控制板，一前端控制板，一通信设备，实现车辆信息自动采集。

已公开的另一个专利是《用视频监测车辆违法行为的系统》，公开日：2007年12月26日，申请号：2007100665005，公开了一种用视频监测车辆违法行为的系统，包括：图像采集器，云台，补光设备，交通灯信号，处理机，记录设备，传输设备以及外部系统，来实现监测与记录车辆违法行为。

上述的现有技术不足之处是：由于小场景摄像机仅能记录在车道内违法行驶车辆的号牌，如果车辆在两条车道中间行驶就无法记录到违法车辆的号牌；用于处罚证据的第一张和第两张是由大场景摄像机记录的，第三张图片是由小场景摄像机记录的，所以证据不具备一致性和完整性；只能实现自动监测记录车辆闯红灯违法行为，不能自动监测记录车辆其它违法行为，如违禁转向、压实线行驶、在禁驶车道行驶、越线行驶、超速、逆行、非正常停车等车辆违法行为；另外由于小场景摄像机是固定的并且分辨率较低，所以只能监测在设定的单车道内车辆的违法行为，不能监测与记录在其它车道和在两条车道中间行驶车辆的违法行为。

公开的《一种集中模式的全视频车辆信息采集系统》发明不足之处是：提出一种集中模式的全视频车辆信息采集系统，仅能实现自动监测记录车辆在车道内超速行驶的违法行为和在车道内检测黑名单车辆，不能自动监测记录车辆其它违法行为；再者由于摄像机是固定的并且分辨率较低，所以只能采集车道内行驶的车辆信息，无法采集其它车道和在两条车道中间行驶的车辆信息。

公开的《用视频监测车辆违法行为的系统》发明不足之处是：主控板中的处理设备是普通计算机，这类计算机平均功率为200W，功耗大，使用费用高；工作温度为：0℃～50℃，不适合在温度变化较大的环境下工作；无实时录像数据。

发明内容

针对上述现有技术以及公开的发明存在的缺陷，本发明的目的就是提供一种监测车辆违法行为的嵌入式系统，包括：图像采集器、主控板、图像处理板、记录设备、交通灯信号、信号采集模块、补光设备、补光驱动模块、云台或固定架、云台驱动模块、控制板、路由器和外部系统，来实现监测与记录车辆违法行为，监测车辆违法行为的嵌入式系统实现的步骤如下：

(1)选择系统连接方式：选择使用单机连接方式或使用联网连接方式两者之一；

所述的使用单机连接的方式是，图像采集器和主控板连接，图像采集器和图像处理板连接；主控板和路由器连接，主控板和信号采集模块连接，主控板和补光驱动模块连接，主控板和记录设备连接；图像处理板和路由器连接，图像处理板和信号采集模块连接；交通灯信号和信号采集模块连接；补光设备和补光驱动模块连接；控制板和路由器连接，控制板和图像采集器连接；图像采集器是安装在固定架上或是安装在云台上，当图像采集器安装在云台上时，控制板和云台驱动模块连接；

所述的使用联网连接的方式是，图像采集器和主控板连接，图像采集器和图像处理板连接；主控板和路由器连接，主控板和信号采集模块连接，主控板和补光驱动模块连接，主控板和记录设备连接；图像处理板和路由器连接，图像处理板和信号采集模块连接；交通灯信号和信号采集模块连接；补光设备和补光驱动模块连接；控制板和路由器连接；控制板和图像采集器连接；图像采集器是安装在固定架上或是安装在云台上，当图像采集器安装在云台上时，控制板和云台驱动模块连接；外部系统和路由器连接，外部系统是监测车辆违法行为的嵌入式系统以外的交通管理部门的计算机系统；

(2)监测区域设置的步骤：在图像采集器采集的范围上设置一个监测区域，该区域是一个以上监测子区域，并对每个监测子区域建立一个坐标系和设置交通违法线，每个监测子区域均是用一条以上的线围成的一个封闭区域，交通违法线为一条以上线段，这些线段所围区域，或者这些线段和监测子区域边界线所围区域在监测子区域中形成一个以上禁行区，禁行区是指禁行区域和时间禁行区域；禁行区域是指禁止车辆穿越交通违法线行驶的区域，时间禁行区域是指在交通信号限制时禁止车辆穿越交通违法线行驶的区域；

(3)图像采集的步骤：图像采集器连续采集图像源的视频图像，并将这些图像同时输入到主控板和图像处理板；主控板将这些图像的每幅图像分别变换成一组用于主控板处理所用的数字数据；图像处理板将这些图像的每幅图像分别变换成一组用于图像处理板处理所用的数字数据；

(4)识别车辆的步骤：根据监测子区域内的物体移动产生的图像差异和图像中车辆的形状，图像处理板将车辆与非移动物体以及其它移动物体相区别，并计算车辆的位置、车辆的移动方向和移动量；图像差异是指当监测子区域内物体移动时在不同组数据中产生的数据数值大小的差异；

(5)记录违法数据：记录违法数据是指生成违法数据和记录违法数据；违法数据是指车辆违法图片和车辆违法视频流文件；生成违法数据是指生成车辆违法图片和生成车辆违法视频流文件；生成车辆违法图片是指，图像处理板根据识别车辆得到的车辆位置、车辆移动方向和移动量，如车辆在禁行区内移动，则由图像处理板将车辆处于违法状态的信号发给主控板，主控板用图像采集器的视频图像生成记录该车辆违法位置的图片；如车辆在禁行区内继续移动并且车辆已经违法，则由图像处理板将车辆已经违法的信号发给主控板，主控板用以下两种方法之一进行处理，方法一：主控板控制图像采集器采集高分辨率的图片，并且主控板将这高分辨率的图片从图像采集器传输到主控板；再由主控板用记录该车辆违法位置的图片和高分辨率的图片生成车辆违法图片；方法二：主控板用图像采集器的视频图像生成记录该车辆另一个违法位置的图片；主控板控制图像采集器采集高分辨率的图片，并且主控板将这高分辨率的图片从图像采集器传输到主控板；再由主控板用记录该车辆两个违法位置的图片和高分辨率的图片生成车辆违法图片；生成车辆违法视频流文件是指主控板对车辆违法这段时间的视频流图像进行实时压缩处理生成车辆违法视频流文件，视频流的压缩格式是H.264压缩编码格式；记录违法数据是指由主控板控制记录设备记录下这些违法数据；

(6)记录录像文件：记录录像文件是指生成录像文件和记录录像文件；录像文件是一系列多个单元录像文件，每个单元录像文件记录的录像时间长度≥1分钟；录像是指实时压缩的视频流图像的录像，视频流图像的压缩格式是H.264压缩编码格式；生成录像文件是指主控板对视频流图像进行实时压缩处理生成录像文件；记录录像文件是指由主控板控制记录设备记录下这些录像文件；

(7)补光设备的设置：当监测区域光照度小于图像采集器最低照度时，由主控板控制补光驱动模块使补光设备处于开启，否则主控板控制补光驱动模块使补光设备处于关闭；补光设备输出可见光，输出可见光的光照度使图像采集器采集范围的监测区域上的光照度≥图像采集器的最低照度。

记录违法数据的步骤：设定记录的违法数据是两张图片，则一张图片记录车辆违法的一个位置，另一张图片记录车辆违法的另一个位置以及该违法车辆的号牌；或，

记录违法数据的步骤：设定记录的违法数据是三张图片，则一张图片记录车辆违法的一个位置，另一张图片记录车辆违法的另一个位置，还有一张图片记录该违法车辆的号牌。

记录违法数据的步骤：记录违法数据还包括一个记录车辆违法过程的视频流文件；记录车辆违法过程的视频流文件是指记录车辆违法这段时间的压缩视频流图像的文件，视频流图像压缩的格式是H.264压缩编码格式。

监测与记录车辆违法行为的图片是用同一个图像采集器采集的。

系统的记录违法车辆号牌的图片是大于120万象素的图片，该图片和记录车辆违法位置图片的图像范围是一致的。

记录录像文件的步骤：记录的录像文件是记录时间长度≥120小时的录像文件，记录时间的终点是系统最后有效运行的时刻，录像文件是一系列多个单元录像文件，每个单元录像文件记录的录像时间长度≥1分钟；录像是指实时压缩的视频流图像的录像，视频流图像的压缩格式是H.264压缩编码格式。

系统中的主控板由以下部分组成：DSP处理器、视频采集模块、输入输出模块、网络模块、时钟模块、程序存储器、内存、PATA接口、视频输入接口、RS232串口A、RS232串口B、网络接口和电源模块组成；其中：DSP处理器和以下部分连接：视频采集模块、输入输出模块、网络模块、时钟模块、程序存储器、内存、PATA接口；视频采集模块和视频输入接口连接；输入输出模块和RS232串口A连接、输入输出模块和RS232串口B连接；网络模块和网络接口连接；电源模块和以下这些部分连接：DSP处理器、视频采集模块、输入输出模块、网络模块、时钟模块、程序存储器、内存，并由电源模块向这些部分提供各部分所需的电源；主控板的功能如下：视频图像采集，视频图像压缩，控制云台进行旋转，调节图像采集器采集参数，采集参数是指镜头的焦距、采集速率、ISO数值、采集分辨率，接收图像处理板发给的监测区域光照度数据，控制补光设备处于开启或处于关闭，接收信号采集模块的信号，接收图像处理板发给的车辆处于违法状态的信号，接收图像处理板发给的车辆已经违法的信号，控制图像采集器输出视频或者采集图片，将图像采集器采集的图片传输到主控板，记录违法数据，记录录像文件，控制记录设备记录数据，向外部系统传输记录数据，记录数据是指违法数据和录像文件；DSP处理器是主控板的数字信号处理器，其功能是实现主控板的数字信号处理；视频采集模块将PAL制式的视频信号变换成数字数据；输入输出模块实现DSP处理器和信号采集模块之间的通信，并实现DSP处理器和补光驱动模块之间的通信；网络模块实现DSP处理器和路由器之间的通信；时钟模块提供DSP处理器所需的基准时间信号；程序存储器用于存储DSP处理所需的程序；内存用于存储DSP处理所需的数据；PATA接口用于连接记录设备；视频输入接口用于接入图像采集器的视频信号；RS232串口A用于接入信号采集模块的信号；RS232串口B用于连接补光驱动模块；网络接口用于连接路由器。

系统中的图像处理板由以下部分组成：DSP处理器、视频采集模块、输入输出模块、网络模块、程序存储器、内存、视频输入接口、RS232串口、网络接口和电源模块组成；其中：DSP处理器和以下部分连接：视频采集模块、输入输出模块、网络模块、程序存储器、内存；视频采集模块和视频输入接口连接；输入输出模块和RS232串口连接；网络模块和网络接口连接；电源模块和以下这些部分连接：DSP处理器、视频采集模块、输入输出模块、网络模块、程序存储器、内存，并由电源模块向这些部分提供各部分所需的电源；图像处理板的功能如下：视频图像采集，视频图像处理，接收信号采集模块的信号，识别车辆，向主控板发出车辆处于违法状态的信号，向主控板发出车辆已经违法的信号，计算监测区域的光照度，向主控板发出监测区域光照度数据；计算监测区域的光照度是指用图像采集器采集的监测区域图像的平均亮度计算出监测区域的光照度；DSP处理器是图像处理板的数字信号处理器，其功能是实现图像处理板的数字信号处理；视频采集模块将PAL制式的视频信号变换成数字数据；输入输出模块实现DSP处理器和信号采集模块之间的通信；网络模块实现DSP处理器和路由器之间的通信；程序存储器用于存储DSP处理所需的程序；内存用于存储DSP处理所需的数据；视频输入接口用于接入图像采集器的视频信号；RS232串口用于接入信号采集模块的信号；网络接口用于连接路由器。

本系统的主要组成部分的技术参数如下：

(1)图像采集器的技术参数是：视频输出：PAL制式的视频，水平分辨率≥240线；采集图片的分辨率：≥水平1280×垂直960；最大采集速率≤20ms；接口：一个以上USB接口和两个以上视频输出接口；最低光照度≥10Lux；镜头：固定焦距镜头或1倍以上变动焦距镜头；

(2)主控板的技术参数是：DSP处理器：处理能力≥4800MIPS、工作频率≥600MHZ、SDRAM4M×64位、Flash 4M×8位；接口：一个以上网络接口和两个以上串口和一个以上视频输入接口以及一个以上PATA接口；视频采集分辨率：≥水平160×垂直120，采样位数≥5位；压缩视频流图像的分辨率：≥水平88×垂直72，视频流图像的压缩格式是H.264压缩编码格式；

(3)图像处理板的技术参数是：DSP处理器：处理能力≥4800MIPS、工作频率≥600MHZ、SDRAM 4M×64位、Flash 4M×8位；接口：一个以上网络接口和一个以上串口以及一个以上视频输入接口；视频采集分辨率：≥水平160×垂直120，采样位数≥5位；

(4)记录设备的技术参数是：容量≥320GB以上的硬盘；

(5)信号采集模块的技术参数是：实时采集交通灯输出的电压或电流信号并分别通过通信口将采集的信号内容实时发送给图像处理板和主控板；通信口：两个以上串口；

(6)补光驱动模块的技术参数是：当图像采集器采集范围的监测区域上光照度小于图像采集器最低照度时，主控板控制补光驱动模块使补光设备处于开启，否则主控板控制补光驱动模块使补光设备处于关闭；

(7)补光设备的技术参数是：输出可见光，输出可见光的光照度使图像采集器采集范围的监测区域上的光照度≥图像采集器的最低照度；

(8)云台的技术参数是：室外二维旋转云台，水平方向旋转角度不小于60°，垂直方向旋转角度向上不小于0°，垂直方向旋转角度向下不小于20°；最大负载：不低于3kg；

(9)云台驱动模块的技术参数是：能驱动云台进行水平方向旋转和垂直方向旋转，有一个以上串口；

(10)控制板的技术参数是：控制板在主控板控制下输出信号到云台驱动模块控制云台进行水平方向旋转和垂直方向旋转；控制板在主控板控制下输出信号到图像采集器，控制图像采集器输出视频信号或进行图片采集，控制板在主控板控制下输出信号到图像采集器，使主控板将图像采集器采集的图片传输到主控板；控制板在主控板控制下输出信号到图像采集器，调节图像采集器的采集参数，采集参数是指镜头的焦距、采集速率、ISO数值、采集分辨率；通信口：一个以上RS232串口和一个以上USB口以及一个以上网络接口；

(11)路由器的技术参数是：支持标准：IEEE 802.3(10Base-T)和IEEE 802.3u(100Base-TX)；一个WAN接口：10/100M RJ-45接口连接DSL/CABLE Modem，和三个以上LAN接口：10/100M交换端口；

(12)系统的工作温度：-20℃～+70℃；

(13)系统的平均功耗：≤30W。

单机连接方式记录的数据存储在该系统的记录设备上。

联网连接方式记录的数据第一种存储方式：记录的数据存储在该系统的记录设备上；第二种存储方式：由该系统的主控板通过路由器将所记录的数据传输到外部系统的记录设备上。

本发明的实质性特点是用主控板取代现有系统中的普通计算机，用图像处理板取代现有系统中的采集卡，本发明的显著进步是：

◇能向用户提供≥120小时的H.264编码格式实时的视频流录像数据，现有的系统无实时录像数据。

◇本发明的系统平均功耗≤30W，使用费用低，节能降耗；现有的系统相对于主控板中的处理设备是普通计算机的系统，计算机平均功率为200W，功耗大，使用费用高。

◇本发明的系统工作温度：-20℃～+70℃，能在环境温度变化较大的场合使用；现有的系统的工作温度为：0℃～50℃，不适合在温度变化较大的环境下工作。

本发明的系统的有益效果是：监测与记录车辆违法行为的图像是同一个图像采集器采集的，该系统的图像采集器既能输出监测场景的视频流又可采集高分辨率的图片；该图像采集器安装在一个云台上，通过旋转云台可以监测与记录其它车道的车辆违法行为；本系统记录的证据是两张以上图片和一个记录车辆违法过程的视频流，同时这些图片还可以记录交通信号，其证据具有一致性和完整性；本系统能监测与记录监测区域内行驶的车辆，包括在两条车道中间行驶的车辆，并能清晰地记录车辆号牌；本系统即可以监测记录车辆闯红灯违法行为，还可以监测记录车辆其它违法行为，如违禁转向、压实线行驶、在禁驶车道行驶、越线行驶、超速、逆行、非正常停车等车辆违法行为；系统使用费用低，节能降耗；能在环境温度变化较大的场合使用；本系统记录的长时间实时的视频流录像数据为违法交通事故处理提供了有力的证据，为案件侦破提供了有效的线索。

附图说明

图1：是本发明的固定式的单机连接方式结构图

图中，单机连接方式由图像采集器、主控板、图像处理板、记录设备、交通灯信号、信号采集模块、补光设备、补光驱动模块、固定架、控制板和路由器组成；图像采集器安装在固定架上。

图2：是本发明的旋转式的单机连接方式结构图

图中，单机连接方式由图像采集器、主控板、图像处理板、记录设备、交通灯信号、信号采集模块、补光设备、补光驱动模块、云台、云台驱动模块、控制板和路由器组成；图像采集器安装在云台上，通过主控板和控制板控制云台驱动模块使云台旋转达到改变监测区域的目的。

图3：是本发明的固定式的联网连接方式结构图

图中，联网连接方式由图像采集器、主控板、图像处理板、记录设备、交通灯信号、信号采集模块、补光设备、补光驱动模块、固定架、控制板、路由器和外部系统组成；图像采集器安装在固定架上。

图4：是本发明的旋转式的联网连接方式结构图

图中，联网连接方式由图像采集器、主控板、图像处理板、记录设备、交通灯信号、信号采集模块、补光设备、补光驱动模块、云台、云台驱动模块、控制板、路由器和外部系统组成；图像采集器安装在云台上，通过主控板和控制板控制云台驱动模块使云台旋转达到改变监测区域的目的。

图5：是本发明的系统中主控板的结构图

图中，系统中的主控板由DSP处理器、视频采集模块、输入输出模块、网络模块、时钟模块、程序存储器、内存、PATA接口、视频输入接口、RS232串口A、RS232串口B、网络接口和电源模块组成。

图6：是本发明的系统中图像处理板的结构图

图中，系统中的图像处理板均由DSP处理器、视频采集模块、输入输出模块、网络模块、程序存储器、内存、视频输入接口、RS232串口、网络接口和电源模块组成。

图7：是本发明单机连接方式或联网连接方式的处理流程图

图中，监测区域的设置是在图像采集器采集的范围上设置一个以上监测子区域，并对每个监测子区域建立一个坐标系和设置交通违法线，监测子区域是用一条以上的线围成的一个封闭区域，交通违法线为一条以上线段，这些线段所围区域或者这些线段和监测子区域边界线所围区域在监测子区域中形成一个以上禁行区；图像采集是将图像采集器的视频图像连续采集到图像处理板，图像处理板比较不同组的图像的差异，如不同组的图像无差异，则继续采集图像；如有差异，则识别这些差异中有无车辆，如无车辆，则继续采集图像；如有车辆，则判断车辆是否正常行驶；如车辆正常行驶，则继续采集图像；如车辆非正常行驶，则记录违法数据；非正常行驶是指车辆在禁行区内移动；记录违法数据是指生成违法数据和记录违法数据；违法数据是指车辆违法图片和车辆违法视频流文件；生成违法数据是指生成车辆违法图片和生成车辆违法视频流文件；生成车辆违法图片是指，图像处理板根据识别车辆得到的车辆位置、车辆移动方向和移动量，如车辆在禁行区内移动，则由图像处理板将车辆处于违法状态的信号发给主控板，主控板用图像采集器的视频图像生成记录该车辆违法位置的图片；如车辆在禁行区内继续移动并且车辆已经违法，则由图像处理板将车辆已经违法的信号发给主控板，主控板用以下两种方法之一进行处理，方法一：主控板控制图像采集器采集高分辨率的图片，并且主控板将这高分辨率的图片从图像采集器传输到主控板；再由主控板用记录该车辆违法位置的图片和高分辨率的图片生成车辆违法图片；方法二：主控板用图像采集器的视频图像生成记录该车辆另一个违法位置的图片；主控板控制图像采集器采集高分辨率的图片，并且主控板将这高分辨率的图片从图像采集器传输到主控板；再由主控板用记录该车辆两个违法位置的图片和高分辨率的图片生成车辆违法图片；生成车辆违法视频流文件是指主控板对车辆违法这段时间的视频流图像进行实时压缩处理生成车辆违法视频流文件，视频流的压缩格式是H.264压缩编码格式；记录违法数据是指由主控板控制记录设备记录下这些违法数据。

图8：是本发明的系统传输违法数据的处理流程图

图中，外部系统首先查询系统有无记录违法数据；如有，则判断是否能传输这些数据，如能传输，则由主控板通过路由器将记录设备中所记录的违法数据传输到外部系统中。违法数据是指车辆违法图片和车辆违法视频流文件。

图9：是本发明的系统传输录像文件的处理流程图

图中，外部系统先设定所需录像文件的时间段，外部系统再查询所设定时间段里有无录像文件；如无则结束处理；如有，则判断是否能传输这些文件；如能传输，则由主控板通过路由器将记录设备中所记录的录像文件传输到外部系统中，在传输过程中，外部系统需查询是否完成传输，如完成则结束传输，否则继续传输。录像文件是指实时压缩的视频流录像文件，录像文件由一系列多个单元录像文件中，每个单元录像文件记录的录像时间长度≥1分钟；录像是指实时压缩的视频流图像的录像，视频流图像的压缩格式是H.264压缩编码格式。

具体实施方式

下面结合附图，详细叙述本发明的系统的具体实施方式：

在交通路口L型杆上安装的监测车辆违法行为的嵌入式系统，该系统由以下部分组成：图像采集器、主控板、图像处理板、记录设备、交通灯信号、信号采集模块、补光设备、补光驱动模块、云台、云台驱动模块、控制板、路由器和外部系统。其中：(1)图像采集器是一台高清晰摄像机，图像采集器有两个视频输出接口和一个USB口；一个视频输出接口接到主控板，另一个视频输出接口接到图像处理板；USB口接到控制板；图像采集器的镜头是一个3倍变焦镜头；图像采集图片的分辨率为240万象素；(2)主控板由DSP处理器、视频采集模块、输入输出模块、网络模块、时钟模块、程序存储器、内存、PATA接口、视频输入接口、RS232串口A、RS232串口B、网络接口和电源模块组成；其中：DSP处理器：处理能力4800MIPS、工作频率600MHZ、SDRAM 4M×64位、Flash 4M×8位；该板的网络接口和路由器的LAN端口连接，RS232串口A和信号采集模块连接，RS232串口B和补光驱动模块连接，PATA接口和记录设备连接；(3)图像处理卡由DSP处理器、视频采集模块、输入输出模块、网络模块、程序存储器、内存、视频输入接口、RS232串口、网络接口和电源模块组成；其中：DSP处理器：处理能力4800MIPS、工作频率600MHZ、SDRAM 4M×64位、Flash 4M×8位；该板的网络接口和路由器的LAN端口连接，RS232串口和信号采集模块连接，(4)记录设备是一个320GB的硬盘；(5)信号采集模块将交通灯红灯信号输出的电压实时采集并分别通过RS232串口将信号内容实时发送给图像处理板和主控板；交通灯红灯的信号输出接到信号采集模块；(6)补光设备输出可见光，输出可见光的光照度使图像采集器采集范围的监测区域上的光照度≥图像采集器的最低照度；补光设备和补光驱动模块连接；(7)补光驱动模块当图像采集器采集范围的监测区域上光照度小于图像采集器最低照度时，主控板控制补光驱动模块使补光设备处于开启，否则主控板控制补光驱动模块使补光设备处于关闭；(8)云台是一个室外二维旋转云台，水平方向旋转角度不小于60°，垂直方向旋转角度向上不小于0°，垂直方向旋转角度向下不小于20°；最大负载：不低于3kg；(9)云台驱动模块是能驱动云台进行水平方向旋转和垂直方向旋转的模块；(10)控制板的接口是一个RS232串口和一个USB口以及一个网络接口；RS232串口和云台驱动模块连接，USB口和图像采集器连接，网络接口和路由器连接；控制板在主控板控制下通过RS232串口输出信号到云台驱动模块，控制云台进行水平方向旋转和垂直方向旋转；在识别车辆时，控制板在主控板控制下通过USB口输出信号到图像采集器，控制图像采集器输出视频图像信号；在有车辆违法需要记录车辆违法数据时，控制板在主控板控制下通过USB口输出信号到图像采集器，控制图像采集器进行图片采集，并将采集的图片通过USB口传输到主控板；控制板在主控板控制下通过USB口输出信号到图像采集器，调节图像采集器的采集参数，采集参数是指镜头的焦距、采集速率、ISO值、采集分辨率，如可调节图像采集器镜头为2倍焦距，采集速率为1/250秒，ISO直为100，采集分辨率为240万象素；(11)路由器是一个支持IEEE 802.3(10Base-T)和IEEE 802.3u(100Base-TX)标准；有一个WAN接口：10/100M RJ-45接口连接DSL/CABLE Modem，和四个LAN接口：10/100M交换端口的路由器；(12)外部系统是交通管理部门的计算机系统。

图像采集器安装在云台上；高清晰摄像机既可输出PAL制式的视频流，又可采集240万象素的图片；图像处理板实时地将每帧视频图像转变成图像处理板处理所用的红色、绿色、蓝色三个二维图像阵列，每个阵列水平方向有320个点，垂直方向有240个点，每个点的亮度值范围[0，255]；图像处理板用这些二维图像阵列的数字数据进行图像处理，车辆识别和计算采集区域的平均亮度；主控板实时地将每帧视频图像转变成主控板处理所用的红色、绿色、蓝色三个二维图像阵列，每个阵列水平方向有320个点，垂直方向有240个点，每个点的亮度值范围[0，255]；主控板用这些二维图像阵列的数字数据进行图像压缩；压缩视频的分辨率：水平352×垂直288。

图像处理板计算监测区域图像上的光照度，并由图像处理板通过路由器向主控板发出这个光照度数据；当图像采集器采集范围的监测区域上光照度小于图像采集器最低照度时，主控板控制补光驱动模块使补光设备处于开启，否则主控板控制补光驱动模块使补光设备处于关闭。

监测区域设置为一个监测子区域，该子区域是一个梯形区域，该区域水平方向覆盖三条车道，其中最右边的车道为非机动车道，区域左边线位于这三条车道最左边车道线上，区域右边线位于这三条车道最右边车道线上；垂直方向从停车线后方6米至停车线前方24米；建立的坐标系是直角坐标系，坐标系的X轴是梯形区域的底边线，Y轴是梯形区域的左边线；交通违法线是一条直线，该线位于停车线上，该线和该区域左边线、右边线将该区域分出一个禁行区，该禁行区是Y向从交通违法线至监测子区域的前端边线，X向为监测子区域左边线至右边线的区域；该禁行区是时间禁行区域；在红灯期间，不允许车辆穿越交通违法线到该禁行区行驶。

主控板在内存中始终保存5秒压缩的视频流数据，5秒时间是从当前时刻前5秒至当前时刻；图像处理板计算本帧图像和前帧图像的差异，并从这些差异中判断有无移动物体，如有移动物体则计算每个移动物体的大小和形状，如一个移动物体的大小和形状符合车辆的大小和形状，就判断该移动物体是车辆，如果该车辆前端进入监测子区域，就计算该车辆前边Y向中点的坐标，如果该车辆后端进入监测子区域就计算该车辆后边线Y向中点的坐标；如果该车辆继续移动则不断计算出它的前边线Y向中点坐标和后边线Y向中点坐标；如果该车辆是在红灯期间行驶，则当车辆前边线Y向中点坐标值越过交通违法线时，就由图像处理板通过路由器将有车辆处于违法状态的信号发给主控板，由主控板记录下车辆这个位置的一幅视频图像的图片，该图片作为车辆违法前的图片，同时该时刻T作为记录后5秒视频流的起始时刻；当车辆后边线Y向中点坐标值越过交通违法线时，再由图像处理板通过路由器将有车辆已经违法的信号发给主控板，则由主控板通过路由器和控制板控制高清晰摄像机采集一幅240万象素的图片，并由主控板通过路由器和控制板将该幅图片传输到主控板；该图片作为车辆违法后的图片和车辆号牌图片；同时主控板对T时刻前5秒的视频流和T时刻后5秒的这10秒时间的视频流图像进行实时压缩处理生成该车辆违法视频流文件，视频流压缩格式是H.264压缩编码格式。由于高清晰摄像机采集的图片象素是240万象素，所以这个图像采集器至少同时可以监测与记录6条车道的车辆违法行为，即使车辆在监测范围内的两条车道中间违法行驶，该系统也能有效监测并能清晰地记录下车辆号牌。

主控板将视频流图像数据实时进行压缩处理并生成视频流录像文件；录像文件是一系列多个单元录像文件，每个单元录像文件记录的录像时间长度1分钟；录像是指实时压缩的视频流图像的录像，视频流图像的压缩格式是H.264压缩编码格式；主控板将视频流录像以1分钟为一个时间段形成一个单元录像文件，并将每个单元录像文件保存到记录设备即320GB的硬盘中；本系统记录的录像时间长度为120小时，记录时间的终点是系统最后有效运行的时刻。

记录的车辆违法行为的证据是两张图片和10秒钟视频流文件，其中一张记录的是车辆前端位于停车线前的图片，另一张记录的是车辆后端位于停车线后并有清晰车辆号牌的图片，这两张图片记录的场景是完全一致的，同时这些图片还记录了交通灯处于红灯的状态；10秒钟视频流记录了车辆闯红灯前5秒和闯红灯后5秒视频图像，视频流的压缩格式为H.264；该视频流完整的记录下车辆闯红灯的全过程；所以这些记录的证据具有一致性和完整性。当外部系统要求传输这个违法数据时，主控板通过路由器将记录设备中所记录的这些违法数据传输到外部系统的硬盘上。

当外部系统要求传输本系统记录的录像文件时，主控板通过路由器将记录设备中所记录的这些压缩视频流图像的录像文件传输到外部系统的硬盘上。

因为监测区域上最右边的车道是一条非机动车道，所以该系统也能监测与记录下车辆在非机动车道上行驶的违法行为。

由于图像采集器安装在云台上，所以主控板控制云台驱动模块使云台旋转就可以达到监测与记录其它车道上车辆违法行为的目的。

由于本系统提供了长达120小时实时的录像文件为交通事故处理提供了有力的证据，为案件侦破提供了有效的线索。

Claims (10)

1.一种监测车辆违法行为的嵌入式系统，包括：图像采集器、记录设备、交通灯信号、信号采集模块、补光设备、补光驱动模块、云台或固定架、云台驱动模块、控制板和外部系统，来实现监测与记录车辆违法行为，其特征在于，还包括主控板、图像处理板、路由器；监测车辆违法行为的嵌入式系统实现的步骤如下：

(1)系统连接方式：选择使用单机连接方式或使用联网连接方式两者之一；

所述的使用单机连接的方式是：图像采集器和主控板连接，图像采集器和图像处理板连接；主控板和路由器连接，主控板和信号采集模块连接，主控板和补光驱动模块连接，主控板和记录设备连接；图像处理板和路由器连接，图像处理板和信号采集模块连接；交通灯信号和信号采集模块连接；补光设备和补光驱动模块连接；控制板和路由器连接，控制板和图像采集器连接；图像采集器是安装在固定架上或是安装在云台上，当图像采集器安装在云台上时，控制板和云台驱动模块连接；

所述的使用联网连接的方式是：图像采集器和主控板连接，图像采集器和图像处理板连接；主控板和路由器连接，主控板和信号采集模块连接，主控板和补光驱动模块连接，主控板和记录设备连接；图像处理板和路由器连接，图像处理板和信号采集模块连接；交通灯信号和信号采集模块连接；补光设备和补光驱动模块连接；控制板和路由器连接；控制板和图像采集器连接；图像采集器是安装在固定架上或是安装在云台上，当图像采集器安装在云台上时，控制板和云台驱动模块连接；外部系统和路由器连接，外部系统是监测车辆违法行为的嵌入式系统以外的交通管理部门的计算机系统；

(2)监测区域设置：在图像采集器采集的范围上设置一个监测区域，该区域是一个以上监测子区域，并对每个监测子区域建立一个坐标系和设置交通违法线，每个监测子区域均是用一条以上的线围成的一个封闭区域，交通违法线为一条以上线段，这些线段所围区域，或者这些线段和监测子区域边界线所围区域在监测子区域中形成一个以上禁行区，禁行区是指禁行区域和时间禁行区域；禁行区域是指禁止车辆穿越交通违法线行驶的区域，时间禁行区域是指在交通信号限制时禁止车辆穿越交通违法线行驶的区域；

(3)图像采集：图像采集器连续采集图像源的视频图像，并将这些图像同时输入到主控板和图像处理板；主控板将这些图像的每幅图像分别变换成一组用于主控板处理所用的数字数据；图像处理板将这些图像的每幅图像分别变换成一组用于图像处理板处理所用的数字数据；

(4)识别车辆：根据监测子区域内的物体移动产生的图像差异和图像中车辆的形状，图像处理板将车辆与非移动物体以及其它移动物体相区别，并计算车辆的位置、车辆的移动方向和移动量；图像差异是指当监测子区域内物体移动时在不同组数据中产生的数据数值大小的差异；

(5)记录违法数据：记录违法数据是指生成违法数据和记录违法数据；违法数据是指车辆违法图片和车辆违法视频流文件；生成违法数据是指生成车辆违法图片和生成车辆违法视频流文件；生成车辆违法图片是指，图像处理板根据识别车辆得到的车辆位置、车辆移动方向和移动量，如车辆在禁行区内移动，则由图像处理板将车辆处于违法状态的信号发给主控板，主控板用图像采集器的视频图像生成记录该车辆违法位置的图片；如车辆在禁行区内继续移动并且车辆已经违法，则由图像处理板将车辆已经违法的信号发给主控板，主控板用以下两种方法之一进行处理，方法一：主控板控制图像采集器采集高分辨率的图片，并且主控板将这高分辨率的图片从图像采集器传输到主控板；再由主控板用记录该车辆违法位置的图片和高分辨率的图片生成车辆违法图片；方法二：主控板用图像采集器的视频图像生成记录该车辆另一个违法位置的图片；主控板控制图像采集器采集高分辨率的图片，并且主控板将这高分辨率的图片从图像采集器传输到主控板；再由主控板用记录该车辆两个违法位置的图片和高分辨率的图片生成车辆违法图片；生成车辆违法视频流文件是指主控板对车辆违法这段时间的视频流图像进行实时压缩处理生成车辆违法视频流文件，视频流的压缩格式是H.264压缩编码格式；记录违法数据是指由主控板控制记录设备记录下这些违法数据；

(6)记录录像文件：记录录像文件是指生成录像文件和记录录像文件；录像文件是一系列多个单元录像文件，每个单元录像文件记录的录像时间长度≥1分钟；录像是指实时压缩的视频流图像的录像，视频流图像的压缩格式是H.264压缩编码格式；生成录像文件是指主控板对视频流图像进行实时压缩处理生成录像文件；记录录像文件是指由主控板控制记录设备记录下这些录像文件；

(7)补光设备的设置：当监测区域光照度小于图像采集器最低照度时，由主控板控制补光驱动模块使补光设备处于开启，否则主控板控制补光驱动模块使补光设备处于关闭；补光设备输出可见光，输出可见光的光照度使图像采集器采集范围的监测区域上的光照度≥图像采集器的最低照度。

2.根据权利要求1所述的一种监测车辆违法行为的嵌入式系统，其特征在于，所述的嵌入式系统的记录违法数据的步骤：设定记录的违法数据是两张图片，则一张图片记录车辆违法的一个位置，另一张图片记录车辆违法的另一个位置以及该违法车辆的号牌。

3.根据权利要求1所述的一种监测车辆违法行为的嵌入式系统，其特征在于，所述的嵌入式系统的记录违法数据的步骤：设定记录的违法数据是三张图片，则一张图片记录车辆违法的一个位置，另一张图片记录车辆违法的另一个位置，还有一张图片记录该违法车辆的号牌。

4.根据权利要求1所述的一种监测车辆违法行为的嵌入式系统，其特征在于，所述的嵌入式系统的记录违法数据还包括一个记录车辆违法过程的视频流文件；记录车辆违法过程的视频流文件是指记录车辆违法这段时间的压缩视频流图像的文件，视频流图像压缩的格式是H.264压缩编码格式。

5.根据权利要求1所述的一种监测车辆违法行为的嵌入式系统，其特征在于，所述的嵌入式系统的监测与记录车辆违法行为的图片是用同一个图像采集器采集的。

6.根据权利要求2或3所述的一种监测车辆违法行为的嵌入式系统，其特征在于，所述的嵌入式系统的记录违法车辆号牌的图片是大于120万象素的图片，该图片和记录车辆违法位置图片的图像范围是一致的。

7.根据权利要求1所述的一种监测车辆违法行为的嵌入式系统，其特征在于，所述的嵌入式系统的记录录像文件的步骤：记录的录像文件是记录时间长度≥120小时的录像文件，记录时间的终点是系统最后有效运行的时刻，录像文件是一系列多个单元录像文件，每个单元录像文件记录的录像时间长度≥1分钟；录像是指实时压缩的视频流图像的录像，视频流图像的压缩格式是H.264压缩编码格式。

8.根据权利要求1所述的一种监测车辆违法行为的嵌入式系统，其特征在于，所述的嵌入式系统中的主控板由以下部分组成：DSP处理器、视频采集模块、输入输出模块、网络模块、时钟模块、程序存储器、内存、PATA接口、视频输入接口、RS232串口A、RS232串口B、网络接口和电源模块组成；其中：DSP处理器和以下部分连接：视频采集模块、输入输出模块、网络模块、时钟模块、程序存储器、内存、PATA接口；视频采集模块和视频输入接口连接；输入输出模块和RS232串口A连接、输入输出模块和RS232串口B连接；网络模块和网络接口连接；电源模块和以下这些部分连接：DSP处理器、视频采集模块、输入输出模块、网络模块、时钟模块、程序存储器、内存，并由电源模块向这些部分提供各部分所需的电源；主控板的功能如下：视频图像采集，视频图像压缩，控制云台进行旋转，调节图像采集器采集参数，采集参数是指镜头的焦距、采集速率、ISO数值、采集分辨率，接收图像处理板发给的监测区域光照度数据，控制补光设备处于开启或处于关闭，接收信号采集模块的信号，接收图像处理板发给的车辆处于违法状态的信号，接收图像处理板发给的车辆已经违法的信号，控制图像采集器输出视频或者采集图片，将图像采集器采集的图片传输到主控板，记录违法数据，记录录像文件，控制记录设备记录数据，向外部系统传输记录数据，记录数据是指违法数据和录像文件；[8-1]DSP处理器是主控板的数字信号处理器，其功能是实现主控板的数字信号处理；[8-2]视频采集模块将PAL制式的视频信号变换成数字数据；[8-3]输入输出模块实现DSP处理器和信号采集模块之间的通信，并实现DSP处理器和补光驱动模块之间的通信；[8-4]网络模块实现DSP处理器和路由器之间的通信；[8-5]时钟模块提供DSP处理器所需的基准时间信号；[8-6]程序存储器用于存储DSP处理所需的程序；[8-7]内存用于存储DSP处理所需的数据；[8-8]PATA接口用于连接记录设备；[8-9]视频输入接口用于接入图像采集器的视频信号；[8-10]RS232串口A用于接入信号采集模块的信号；[8-11]RS232串口B用于连接补光驱动模块；[8-12]网络接口用于连接路由器。

9.根据权利要求1所述的一种监测车辆违法行为的嵌入式系统，其特征在于，所述的嵌入式系统中的图像处理板由以下部分组成：DSP处理器、视频采集模块、输入输出模块、网络模块、程序存储器、内存、视频输入接口、RS232串口、网络接口和电源模块组成；其中：DSP处理器和以下部分连接：视频采集模块、输入输出模块、网络模块、程序存储器、内存；视频采集模块和视频输入接口连接；输入输出模块和RS232串口连接；网络模块和网络接口连接；电源模块和以下这些部分连接：DSP处理器、视频采集模块、输入输出模块、网络模块、程序存储器、内存，并由电源模块向这些部分提供各部分所需的电源；图像处理板的功能如下：视频图像采集，视频图像处理，接收信号采集模块的信号，识别车辆，向主控板发出车辆处于违法状态的信号，向主控板发出车辆已经违法的信号，计算监测区域的光照度，向主控板发出监测区域光照度数据；计算监测区域的光照度是指用图像采集器采集的监测区域图像的平均亮度计算出监测区域的光照度；[9-1]DSP处理器是图像处理板的数字信号处理器，其功能是实现图像处理板的数字信号处理；[9-2]视频采集模块将PAL制式的视频信号变换成数字数据；[9-3]输入输出模块实现DSP处理器和信号采集模块之间的通信；[9-4]网络模块实现DSP处理器和路由器之间的通信；[9-5]程序存储器用于存储DSP处理所需的程序；[9-6]内存用于存储DSP处理所需的数据；[9-7]视频输入接口用于接入图像采集器的视频信号；[9-8]RS232串口用于接入信号采集模块的信号；[9-9]网络接口用于连接路由器。

10.根据权利要求1所述的一种监测车辆违法行为的嵌入式系统，其特征在于：

(1)图像采集器的技术参数是：视频输出：PAL制式的视频，水平分辨率≥240线；采集图片的分辨率：≥水平1280×垂直960；最大采集速率≤20ms；接口：一个以上USB接口和两个以上视频输出接口；最低光照度≥10Lux；镜头：固定焦距镜头或1倍以上变动焦距镜头；

(2)主控板的技术参数是：DSP处理器：处理能力≥4800MIPS、工作频率≥600MHZ、SDRAM4M×64位、Flash 4M×8位；接口：一个以上网络接口和两个以上串口和一个以上视频输入接口以及一个以上PATA接口；视频采集分辨率：≥水平160×垂直120，采样位数≥5位；压缩视频流图像的分辨率：≥水平88×垂直72，视频流图像的压缩格式是H.264压缩编码格式；

(3)图像处理板的技术参数是：DSP处理器：处理能力≥4800MIPS、工作频率≥600MHZ、SDRAM 4M×64位、Flash 4M×8位；接口：一个以上网络接口和一个以上串口以及一个以上视频输入接口；视频采集分辨率：≥水平160×垂直120，采样位数≥5位；

(4)记录设备的技术参数是：容量≥320GB以上的硬盘；

(5)信号采集模块的技术参数是：实时采集交通灯输出的电压或电流信号并分别通过通信口将采集的信号内容实时发送给图像处理板和主控板；通信口：两个以上串口；

(6)补光驱动模块的技术参数是：当图像采集器采集范围的监测区域上光照度小于图像采集器最低照度时，主控板控制补光驱动模块使补光设备处于开启，否则主控板控制补光驱动模块使补光设备处于关闭；

(7)补光设备的技术参数是：输出可见光，输出可见光的光照度使图像采集器采集范围的监测区域上的光照度≥图像采集器的最低照度；

(8)云台的技术参数是：室外二维旋转云台，水平方向旋转角度不小于60°，垂直方向旋转角度向上不小于0°，垂直方向旋转角度向下不小于20°；最大负载：不低于3kg；

(9)云台驱动模块的技术参数是：能驱动云台进行水平方向旋转和垂直方向旋转，有一个以上串口；

(10)控制板的技术参数是：控制板在主控板控制下输出信号到云台驱动模块控制云台进行水平方向旋转和垂直方向旋转；控制板在主控板控制下输出信号到图像采集器，控制图像采集器输出视频信号或进行图片采集，控制板在主控板控制下输出信号到图像采集器，使主控板将图像采集器采集的图片传输到主控板；控制板在主控板控制下输出信号到图像采集器，调节图像采集器的采集参数，采集参数是指镜头的焦距、采集速率、ISO数值、采集分辨率；通信口：一个以上RS232串口和一个以上USB口以及一个以上网络接口；

(11)路由器的技术参数是：支持标准：IEEE 802.3(10Base-T)和IEEE 802.3u(100Base-TX)；一个WAN接口：10/100M RJ-45接口连接DSL/CABLE Modem，和三个以上LAN接口：10/100M交换端口；

(12)系统的工作温度：-20℃～+70℃；

(13)系统的平均功耗：≤30W。

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