CN102044155B - 基于fpga的车辆外形尺寸图像检测分析装置 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种基于FPGA的车辆外形尺寸图像检测分析装置，属于电子及通信技术、工业测控技术、视频图像处理技术。采用CCD摄像机对道路交通车辆进行视频图像采集，其特征在于：由FPGA控制图像的采集及存储，并运行相邻帧相减、阈值分割、边缘检测等图像处理算法，对车辆外形进行实时检测，最终根据图像平面参数与世界坐标之间的对应关系解算出车辆的实际车长、车宽与车高，其突出的优点是：不需要计算机或DSP等核心处理单元，能够保障图像质量无损，传输速度快，实时性能强，可扩展性强，兼容性好等，具有广泛的应用和研究价值。

Description

基于FPGA的车辆外形尺寸图像检测分析装置

技术领域

本发明涉及一种基于FPGA的车辆外形尺寸图像检测分析装置，属于电子及通信技术、工业测控技术、视频图像处理技术，是利用FPGA芯片作为数字图像的采集和处理单元，实现对车辆外形的检测。

背景技术

随着社会经济的迅速发展，机动车拥有量急剧增加，交通密度的大幅提高，道路交通超负荷运行状况不断突显，车辆拥挤堵塞，交通事故频发现象日趋严重，这已成为城市管理工作中突出的社会问题。在这其中，由车辆外形尺寸导致的交通问题可大致分为以下几种：①司机目测不准或目测不到车辆之间及车辆与其它物体之间的距离；②影响其后车辆的运行；③通过桥涵等交通设施的可能性；④路面宽度能否允许车辆并行；⑤超大外形尺寸的车辆装载的货物也较大，能否通过具有较小承受力的桥梁或其它交通设施等等。为此迫切需要采用各种高新技术，在城市交通中对车辆外形进行准确检测，综合路况、车流等多种因素进行管理调度来解决交通问题，避免由此而造成的交通事故或对交通设施的破坏。同时也可以给交管部门提供实时的道路交通统计信息，方便车辆管理和交警调度，而且可以加速交管部门对紧急事件的反应速度，这对国民经济的发展，人民的安定生活以及城市的建设和规划都会造成深远的影响，也正是当今城市交通智能化管理建设进程中的研究热点。

目前，交通管理部门一般采用人工目测的办法检查车辆高度和宽度，效率很低，误差较大，难于实现自动化和高速分类管理。也有通过红外射线进行检测，但设备成本过高，同类检测器之间存在信号干扰问题，降低了系统的可靠性。

发明内容

为避免现有技术可靠性差、准确率低的缺陷，本发明提供一种基于FPGA的车辆外形尺寸图像检测分析装置，采用CCD摄像机对道路交通车辆进行视频图像采集，由FPGA直接控制图像的采集及存储，并运行相邻帧求差、阈值分割、边缘检测等图像处理算法，对车辆外形进行实时检测，最终根据图像平面参数与世界坐标之间的对应关系解算出车辆的实际车长、车宽与车高，其突出的优点是：不需要计算机或DSP等核心处理单元，能够保障图像质量无损，传输速度快，实时性能强，可扩展性强，兼容性好等，具有广泛的应用和研究价值。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案：一种基于FPGA的车辆外形尺寸图像检测分析装置，其特点是包括以下步骤：

(a)CCD摄像机按设定的时间间隔采集图像序列，FPGA读入预先选定的检测区域内的各点像素值，并将连续读入的两幅图像各点像素值求差；

(b)采用阈值分割法对差值图像进行处理，提取车辆外形轮廓；

(c)通过边缘像素的搜索得到给定方向的车辆图像的一个外接矩形，根据图像平面参数与现实世界之间的对应关系选择适当的物像比例系数，解算出到车辆的实际外形尺寸；车身实际长度

车身实际高度车身实际宽度W＝K×(x_b-x_a)；其中L_a为龙门架到检测区域距离；H_c为摄像机安装高度；a为轮廓图像中最左端像素点，其坐标为(x_a，y_a)；b为轮廓图像中最右端像素点，其坐标为(x_b，y_b)；c为轮廓图像中最下端像素点，其坐标为(x_c，y_c)；d为轮廓图像中最上端像素点，其坐标为(x_d，y_d)；K为比例系数；k为透视作用系数；

(d)视频输入信号分三路CCD摄像机采集，分别用以提取车辆的正视、侧视及俯视图，分三路进行计算，最终结果取三路平均值。

本发明的有益效果是：基于FPGA的车辆外形尺寸图像检测分析装置可以对进入限高限宽交通道路的车辆外形进行提前检测，提供车辆长宽高尺寸数据，为交通管理部门自动化管理车辆提供查询和检索依据。由于FPGA具有硬件电路实现的快速性和稳定性，使用其进行车辆外形的动态检测可以大大提高系统性能，能有效克服人工测量所带来的较大误差，同时与红外测量相比，其稳定性也大为增强。

表1：本发明与现有技术比较表

	人工系统	红外检测	本系统
				显示视频图像	不能	不能	可以
成本	同	低	低
				功耗	无	中	低
视频采集	不能	不能	可以
				显示驱动接口	无	无	数字
显示控制器	无	无	一般
				误差	大	小	小
稳定性	较差	好	好

下面结合附图和实施例对本发明作详细说明。

附图说明

附图1是本发明基于FPGA的车辆外形尺寸图像检测分析装置原理图；

附图2是本发明基于FPGA的车辆外形尺寸图像检测分析装置实施原理图；

附图3是本发明基于FPGA的车辆外形尺寸图像检测分析装置程序框图。

具体实施方式

参照附图，本实施例包括以下部分。视频采集单元：用于获取交通道路视频流；视频解码单元：将CCD采集的模拟视频信号转换为数字视频信号；图像缓存单元：用于存储检测区域图像；FPGA控制处理单元：对图像进行采集和处理的控制逻辑，其中包括图像序列求差模块、车辆轮廓提取模块、车形尺寸计算模块。输出单元：输出车辆的外形尺寸数据。

在本系统的具体实现过程中，FPGA采用Alter公司的EP1C12芯片，视频解码芯片采用PHILIPS公司的SAA7113H芯片，同时在FPGA上外扩一块IS61LV10248型号的SRAM作为图像的缓存。

系统初始化后，EP1C12按设置的时间间隔控制CCD摄像机开始采集，视频解码芯片SAA7113H将CCD输出的模拟视频信号数字化，并向FPGA提供数字视频数据、像素时钟LLC以及同步信号，这些信号驱动EP1C12中的逻辑程序产生地址，并将SRAM中的前一帧图像像素值与当前帧像素值求差，差值图像经过阈值分割、边缘提取，最终计算得出车辆的长宽高外形数据，并将其输出。

参照图2，实施例采用三路CCD摄像机分别从正视、侧视及俯视三个方向对交通道路图像进行采集，所采集的模拟信号按上述方法进行处理，分别计算得出对应方向的外形尺寸。从正视图得到车辆的高度和宽度数据；从侧视图得到车辆的高度和长度数据；从俯视图得到车辆的长度和宽度数据；对检测到的三组数据进行加权平均得出具有可靠的和精确的车辆外形尺寸。

Claims (1)

1.一种基于FPGA的车辆外形尺寸图像检测分析装置，采用CCD摄像机对道路交通车辆进行视频图像采集，其特征在于：由FPGA控制图像的采集及存储，并运行相邻帧求差、阈值分割、边缘检测图像处理算法，对车辆外形进行实时检测，最终根据图像平面参数与世界坐标之间的对应关系解算出车辆的实际车长、车宽与车高，其特征在于检测过程包括以下步骤：

(a)CCD摄像机按设定的时间间隔采集图像序列，FPGA读入预先选定的检测区域内的各点像素值，并将连续读入的两幅图像各点像素值求差；

(b)采用阈值分割法对差值图像进行处理，提取车辆外形轮廓；

(c)通过边缘像素的搜索得到给定方向的车辆图像的一个外接矩形，根据图像平面参数与现实世界之间的对应关系选择适当的物像比例系数，解算出到车辆的实际外形尺寸；车身实际长度 $L=K\×k\×(\frac{y_a+y_b}{2}-y_d);$ 车身实际高度 $H=K\×\frac{\sqrt{H_c^2+L_a^2}\×(y_c-\frac{y_a+y_b}{2})}{L_a};$ 车身实际宽度W＝K×(x_b-x_a)；其中L_a为龙门架到检测区域距离；H_c为摄像机安装高度；a为轮廓图像中最左端像素点，其坐标为(x_a，y_a)；b为轮廓图像中最右端像素点，其坐标为(x_b，y_b)；c为轮廓图像中最下端像素点，其坐标为(x_c，y_c)；d为轮廓图像中最上端像素点，其坐标为(x_d，y_d)；K为比例系数；k为透视作用系数；

(d)视频输入信号分三路CCD摄像机采集，分别用以提取车辆的正视、侧视及俯视图，分三路进行计算，最终结果取三路平均值。

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