CN102081847B - 基于fpga的车辆越线自动监测及压缩传输 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种基于FPGA的车辆越线自动监测及压缩传输系统，属于电子及通信技术、工业测控技术、视频图像处理技术；该系统依靠单个FPGA芯片完成对图像的采集控制及车辆越线行为的检测；根据具体应用环境将CCD图像中车道线附近的区域设置为越线检测区，以相邻两帧图像作为一基本检测循环，将解码芯片依次输出的奇数帧和偶数帧图像中的检测区域像素进行比较，根据两者的差异大小及事先在FPGA中设置的阈值做出有无车辆违章越线的判定；当发现违规车辆时，将包含车辆信息的下一帧图像送入视频压缩芯片，并发送到远程控制中心；其突出的优点是：不需要计算机或DSP等核心处理单元，系统结构简单、稳定性好、处理速度高。
Description
技术领域
本发明涉及一种基于FPGA的车辆越线自动监测及压缩传输系统，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，实现对车辆违章越线行为的自动监测。
背景技术
随着机动车辆不断增长，交通密度大幅提高，交通事故频发，这已成为城市交通管理工作中的突出问题。其中，由交通路口和高速路上的违章越线行为而引发的交通事故是比较常见的一类问题。交通路口的违章越线行为会严重扰乱交通秩序，容易导致车辆碰撞、追尾等交通事故的发生；而车辆在高速路上行驶，由于车速更快，违章越线更容易引起与相邻车道的车辆碰撞，从而导致连环追尾，甚至车毁人亡恶性交通事故的发生。为此迫切需要采用各种高新技术，在城市交通路口及高速路段对车辆越线进行监测，并将违章车辆的相关信息传输至交通管理部门，为其进行交通管制提供依据，有助于限制车辆越线行为的发生，进而减少交通事故的发生。
传统的违章越线人工监测方法实施比较困难，而且既耗人力又比较危险；采用地感线圈检测方式，需向地下埋设感应线圈，施工量大，路面一旦变更则需要重埋线圈，且易受工作环境影响，可靠性低；红外与激光检测在理论上是一种检测精度很高的方式，但其造价昂贵，同时激光检测会对人眼造成极大的伤害；微波监测技术也由于微波泄漏对人体造成危害而受到制约。
随着计算机高性能处理器、大容量存储器及图像处理技术的快速发展，实时动态图像处理技术得以发展，基于视频的检测方法也成为违章越线自动监测的一种有效的手段。现在很多文献报导的DSP+FPGA视频检测方案都是以DSP来代替工控机，实现对视频采集管理、图像处理和违章判定等，但由于图像信号维数高，实时处理时对处理器处理速度、存储器的容量要求高，而实际上这类系统的处理速度还不能满足工程实际的要求。
本发明提出了一种基于FPGA的车辆越线自动监测及压缩传输系统，采用基于硬件逻辑的图像越线检测方法对违章越线行为进行监测，为交管部门提供车辆违章越线的证据。
发明内容
为避免现有技术实时性差、可靠性低的缺陷，本发明提供一种基于FPGA的车辆越线自动监测及压缩传输系统，该系统依靠单个FPGA芯片完成对图像的采集控制及车辆越线行为的检测。首先根据具体应用环境将CCD图像中车道线附近的区域设置为越线检测区，以相邻两帧图像作为一基本检测循环，对解码芯片依次输出的奇数帧和偶数帧图像中的监测区域像素进行比较，根据两者的差异大小及事先在FPGA中设置的阈值做出有无车辆违章越线的判定；当发现违规车辆时，将包含车辆信息的下一帧图像送入视频压缩芯片，并发送到远程控制中心。其突出的优点是：不需要计算机或DSP等核心处理单元，系统结构简单、稳定性好、处理速度高；
本发明解决其技术问题所采用的技术方案：一种基于FPGA的车辆越线自动监测及压缩传输系统，其特点是包括以下步骤：
(a)将道路图像中靠近车道线的区域设置为越线检测区，通过调试确定其位置参数，并预先存入FPGA寄存器，作为识别像素是否在检测区的控制参数；
(b)对由步骤(a)确定的车辆越界检测区域，将奇数帧图像中的每个像素值送入累加器，并对像素数进行计数，将累加结果暂存；在偶数帧到来时，将检测区域各点像素值取反，送入累加器进行累加；偶数帧累加结束时，根据累加结果和像素计数值，计算检测区域的平均像素差值FK；
(c)将上述计算得到的平均像素差值FK与根据调试选定的阈值T进行比较。若|FK|≤T，则判定当前时刻无车辆越过道路标志线，否则判定当前时刻有车辆违规越界，此时在下一帧图像到来时将其送入图像压缩芯片，并记录违章时间、违章地点等信息，将其一并发送到远程控制中心。同时，算法转到步骤(b)进行下一次监测。
系统可以为交管部门提供违章越线车辆的详细信息，如颜色、车型及车辆行驶路段、行驶方向、违章时间、违章地点以及违法车辆越线情况等详细信息；
违章车辆的图像信息可以通过网络自动传输，与中心服务器实时通讯，将违法信息(违法图像和相关信息)及时传至交通管理中心进行处理；系统接口开放，具备良好的可拓展性和兼容性。
本发明的有益效果是：基于FPGA的车辆越线自动监测及压缩传输系统可以对车辆违章越线行为进行实时监测，并将违章车辆的图像压缩传输至远程控制中心，为交通管理部门进行交通管制提供依据。由于FPGA具有硬件电路实现的快速性和稳定性，使用其对违章越线行为进行动态监测可以大大提高系统性能。
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的车辆越线自动监测及压缩传输系统原理图。
附图2是本发明基于FPGA的车辆越线自动监测及压缩传输系统实施例。
附图3是本发明基于FPGA的车辆越线自动监测及压缩传输系统程序框图。
具体实施方式
在系统的具体实现过程中，FPGA采用美国Altera公司的Cyclone系列的EP1C12芯片。该芯片密集度达12060个LE单元，完全能够满足图像处理算法和系统逻辑控制的需要；169个用户可用I/O端口满足系统实现图像采集和存储的多个芯片连接要求。视频采集单元采用CCD，它可以把现场图像采集进来并送给A/D转化芯片作进一步处理；A/D芯片采用PHILIPS公司的7113H芯片，7113H芯片有4个模拟通道，通过分时采集4路的图像信号，分时进行处理，可以通过编程选择7113H的转换模式，通过I2C总线进行编程，完成7113H的初始化工作，信号的输出格式也由I2C总线进行控制，采用CCIR601的4:2:2格式。视频压缩采用WINBOND公司的W9968CF芯片进行处理，该芯片采用ISO/IEC 10918-1JPEG标准进行压缩，输出为YCbCr4:2:2或YCbCr4:2:0格式。
系统初始化后，EP1C12控制CCD开始采集，此时视频解码芯片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。根据地址判断该像素是否在图像的检测区内；若是，在奇数帧，将像素值直接加入累加器，并计数值加一；在偶数帧，先将其取反再加入累加器；当两帧图像处理完后，根据累加结果和计数值计算出检测区平均像素差值FK；
根据系统调试确定帧差阈值T，若满足|FK|＞T，则说明在两帧时间内，该检测区域发生明显变化，有车辆违章越线。此时将下一帧到来的图像送入图像压缩芯片，并通过外围接口发送到远程控制中心。
Claims (2)
1.一种基于FPGA的车辆越线自动监测及压缩传输系统，该系统依靠单个FPGA芯片完成对图像的采集控制及车辆越线行为的检测，首先根据具体应用环境将CCD图像中车道线附近的区域设置为越线检测区，以相邻两帧图像作为一个基本检测循环，将解码芯片依次输出的奇数帧和偶数帧图像中的检测区域像素进行比较，根据两者的差异大小及事先在FPGA中设置的阈值做出有无车辆违章越线的判定；当发现违规车辆时，将包含车辆信息的下一帧图像送入视频压缩芯片，并发送到远程控制中心，其特征在于监测过程包括以下步骤：
(a)将道路图像中靠近车道线的区域设置为越线检测区，通过调试确定其位置参数，并预先存入FPGA寄存器，作为识别像素是否在检测区的控制参数；
(b)对步骤(a)确定的车辆越线检测区域，将其奇数帧图像中的各点像素值送入累加器，并对像素数进行计数，将累加结果暂存；在偶数帧到来时，将检测区域各点像素值取反，送入累加器进行累加；偶数帧累加结束时，根据累加结果和像素计数值，计算检测区域的平均像素差值FK；
(c)将上述计算得到的平均像素差值FK与根据调试选定的阈值T进行比较，若|FK|≤T，则判定当前时刻无车辆越过道路标志线，否则判定当前时刻有车辆违规越线，此时在下一帧图像到来时将其送入图像压缩芯片，并记录违章时间、违章地点信息，将其一并发送到远程控制中心，同时，转到步骤(b)进行下一次监测。
2.如权利要求1所述的基于FPGA的车辆越线自动监测及压缩传输系统，其特征在于：系统可以对车辆违章越线行为进行实时监测，并将车辆的违章地点、违章时间及违章车辆的图像信息传输至远程控制中心，为交通管理部门进行交通管制提供依据。
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