CN102081848A - 基于fpga的车辆违章停放自动监测及压缩传输 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种基于FPGA的车辆违章停放自动监测及压缩传输系统，属于信号处理技术、通信技术、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，实现对检测区域违章车辆停放的自动检测和图像远程发送。系统可以根据具体应用环境确定CCD视频图像中的监测区域，首先当启动监测时保存感兴趣区域的背景图像，接着在每一帧到来时根据当前帧与背景帧的差异做出是否有车辆进入的判定，当判定有车辆进入时启动定时器，若在定时周期内差异持续存在，则判定监测区域有车辆违章停放，此时将包含违章停放车辆信息的下一帧图像通过专用图像压缩芯片进行压缩并传输至远程控制中心。

Description

基于FPGA的车辆违章停放自动监测及压缩传输

技术领域

本发明涉及一种基于FPGA的车辆违章停放自动监测及压缩传输系统，属于信号处理技术、通信技术、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，实现对检测区域违章车辆停放的自动检测和图像远程发送。

背景技术

近年来随着国家经济实力的增强，我国的城市交通事业已得到了长足的发展，人均车辆占有率也大幅度得到提高。但是由于道路建设、交通网管等基础设施建设需要大量资金，且建设周期长，其发展的速度仍远远低于交通工具的增加速度，从而导致交通事故交通堵塞愈来愈频繁地发生，这不仅危害人民群众的生命财产安全，而且使国家蒙受不必要的经济损失；在这其中，车辆的违章无序停放是影响交通安全的重要因素之一，它扰乱正常的交通秩序，导致道路拥堵和交通堵塞，也是很多交通事故的直接诱因。

目前，对于车辆违章停放的检测尚无有效的方法，大多通过人工对禁止停车区域的定时定点巡视来发现违章车辆，接着人工记录违章车辆的车牌等信息，并通过罚单等方式通知违章车主。这种监测方式不仅要耗费大量的人力成本，而且工作效率低，实时性差，并带有很大的主观性和随机性，不利于对车辆违章停放的及时规范治理。

发明内容

为避免现有监测方式效率低下，实时性差的缺陷，本发明提出了一种基于FPGA的车辆违章停放自动监测及压缩传输系统，这种监测系统通过CCD获得车辆禁止停放区域的视频图像，并依靠单个FPGA芯片完成对图像的采集控制和违章停放车辆的信号检测。该系统可以根据具体应用环境确定CCD视频图像中的监测区域，首先当启动监测时保存感兴趣区域的背景图像，接着在每一帧到来时根据当前帧与背景帧的差异作出是否有车辆进入的判定，当判定有车辆进入时启动定时器，若在定时周期内差异持续存在，则判定监测区域有车辆违章停放，此时将包含违章停放车辆信息的下一帧图像通过专用图像压缩芯片进行压缩并传输至远程控制中心。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案：基于FPGA的车辆违章停放自动监测及压缩传输系统，其特点是包括以下步骤：

(a)根据摄像头的安装位置在视场中选择一块区域作为车辆违章停放的监测区。启动监测后，首先将第一帧图像作为背景帧送入累加器进行累加，并将感兴趣区域的累加和保存在寄存器中，记为BK；

(b)接下来当每一帧到来时，同样将感兴趣区域送入累加器并保存像素累加和FK。根据系统的调试结果确定阈值T，若满足|FK-BK|≤T，则判定无车辆进入监测区，当前背景无变化，否则判定当前时刻有车辆进入监测区域，此时启动FPGA硬件定时器；

(c)设置定时器的定时周期SPAN，并对接下来的每一帧图像根据阈值T进行的监测结果进行统计，若定时周期内对每一帧图像持续判定为|FK-BK|≤T，则说明确实有车辆在监测区域内停放；否则判定进入监测区域的是行人或者路过的车辆，此时终止定时器并转入步骤(b)重新进行监测；

(d)若根据步骤(c)判定确实有车辆违章停放，则在下一帧到来时将其送入图像压缩芯片进行压缩并将其发送到远程控制中心。同时，用当前帧更新BK并转到步骤(b)进行下一次监测。

本发明的有益效果是：利用FPGA硬件逻辑运算高度并行性的特点，设计简单高效的图像处理算法，实现了对车辆禁停区域违章停放车辆的实时监测，不需要计算机或DSP等核心处理器，系统实时性能好，可扩展性强；同时，当检测到有车辆进入监测区后，系统进一步利用定时器对车辆是否确实违章停放进行确认，避免了行人以及偶然路过车辆的干扰，大大提高了系统的监测可靠性；此外，违章车辆监测系统可根据具体应用需求由用户自行设置定时周期和阈值等参数，具有较高的灵活性。

下面结合附图和实施例对本发明做进一步说明。

附图说明

附图1是本发明基于FPGA的车辆违章停放自动监测及压缩传输系统总体结构图。

附图2是本发明基于FPGA的车辆违章停放自动监测及压缩传输系统FPGA芯片内部模块逻辑图。

附图3是本发明基于FPGA的车辆违章停放自动监测及压缩传输系统实施例图。

附图4是本发明基于FPGA的车辆违章停放自动监测及压缩传输系统算法流程图。

具体实施方式

在本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YCbCr 4:2:2或YCbCr 4:2:0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。系统根据地址判断该像素是否在图像的监测区内；当第一帧图像到来时，判断像素点是否在监测区，若是，则将其送入累加器；当监测区像素累加结束后，将累加结果BK存入背景寄存器。在后续帧图像到来时，同样将监测区域的像素值进行累加得到FK，根据FK和BK的绝对值差和阈值T判断当前时刻是否有车辆进入监测区域；若满足|FK-BK|≤T，则判定无车辆进入监测区，此时仅清空累加器而不进行其他处理，并等待进行下一帧的检测；否则判定监测区视场发生了明显变化，此时启动FPGA硬件定时器。

若在定时器定时周期内对每一帧到来的图像都判定视场明显变化，则断定确实有车辆进入监测区并违章停放，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。否则若定时周期内满足|FK-BK|≤T的图像帧达到一定的比例，则断定先前监测到的视场变化属于行人或者路过车辆的随机干扰，而将其忽视。

若最终判定的结果为有车辆违章停放，则用当前的累加和FK对BK进行更新，以避免当前检测到的违章车辆对以后帧检测的干扰，同时程序进入下一轮循环；否则，程序直接进入下一轮循环。

Claims (2)

1.一种基于FPGA的车辆违规停放自动监测及压缩传输系统，系统可以根据具体应用环境确定CCD视频图像中的监测区域，首先当启动监测时保存感兴趣区域的背景图像，接着在每一帧到来时根据当前帧与背景帧的差异作出是否有车辆进入的判定，当判定有车辆进入时启动定时器，若在定时周期内差异持续存在，则判定监测区域有车辆违章停放，此时将包含违章停放车辆信息的下一帧图像通过专用图像压缩芯片进行压缩并传输至远程控制中心。其特征在于：系统基于CCD视频图像信号并利用单个FPGA芯片完成对图像的采集控制和违章停放车辆的信号检测，不需要工控机或DSP等核心处理单元。 

2.如权利要求1所述的基于FPGA的车辆违章停放自动监测及压缩传输系统，其特征在于包括以下步骤：

(a)根据摄像头的安装位置在视场中选择一块区域作为车辆违章停放的监测区。启动监测后，首先将第一帧图像作为背景帧送入累加器进行累加，并将感兴趣区域的累加和保存在寄存器中，记为BK；

(b)接下来当每一帧到来时，同样将感兴趣区域送入累加器并保存像素累加和FK。根据系统的调试结果确定阈值T，若满足|FK-BK|≤T，则判定无车辆进入监测区，当前背景无变化，否则判定当前时刻有车辆进入监测区域，此时启动FPGA硬件定时器；

(c)设置定时器的定时周期SPAN，并对接下来的每一帧图像根据阈值T进行的检测结果进行统计，若定时周期内对每一帧图像持续判定为|FK-BK|≤T，则说明确实有车辆在监测区域内停放；否则判定进入监测区域的是行人或者路过的车辆，此时终止定时器并转入步骤(b)重新进行监测；

(d)若根据步骤(c)判定确实有车辆违章停放，则在下一帧到来时将其送入图像压缩芯片进行压缩并将其发送到远程控制中心。同时，用当前帧更新BK并转到步骤(b)进行下一次监测。 

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