CN102262726A - 基于fpga多核的车牌识别系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种基于FPGA多核的车牌识别系统，包括至少五个软核，所有软核挂载在FPGA共享缓冲上，并通过共享缓冲实现数据交互，相邻软核之间通过快速点对点连接总线实现命令交互；依据所实现的功能不同，所有软核被划分归类为四个模块，分别为：对输入的图像进行增强、二值化及灰度化处理的图像预处理模块；定位车牌在图像中的所在区域的车牌定位模块；对车牌所在区域进行分割的车牌分割模块；对分割所得每个子区域上的字符进行识别的字符识别模块；将识别的字符排列成串，得到车牌号的同步合成模块。本发明系统采用多核系统，核间通过共享缓冲实现数据交互，通过FSL实现指令交互，处理速度加快，而且结构简单，制造成本低。

Description

基于FPGA多核的车牌识别系统

技术领域

本发明涉及多核处理器技术，尤其涉及一种基于FPGA多核的车牌识别系统。

背景技术

传统的单核处理器处理模式是单任务串行处理，为了提高处理速度只能增加主频，而主频的提高是有限制的，并且增加了功耗。多核处理器很好地解决了这些问题，多核处理器采用并行处理模式，多任务并行处理，可以在低主频的情况下提高处理速度，并且降低功耗。

在智能交通领域，车牌识别是一个重要的组成部分，其在交通监控系统、车辆自动收费系统、车流量检测站等交通自动化系统中有着相当广泛的应用。近年来，随着技术的发展，各种车牌识别系统层出不穷。然而，目前市场上现有的车牌识别系统由于其自身的设计缺陷，致使生产成本提高、无法广泛应用。

中国专利申请200720173787.7公开了一种车牌识别系统，该系统由多个视频采集单元和多个车牌识别单元以及一个总成处理单元构成，每个车道对应一个视频采集单元，每个视频采集单元将视频数据传给对应的处理单元，最后将结果传给总成处理单元，输出部分车牌识别结果。

中国专利申请200910077746.1公开了一种车牌识别系统，由线圈组、车辆检测模块、车牌识别模块、前端模块、网络传输模块组成。通过采用一体化设计，减少了由于系统复杂性带来的系统维护困难，提高了系统稳定性和可靠性，降低了维护成本。

上述两个专利共同优点是都能对路面车牌进行识别，能够应用于智能交通中的车牌识别。其缺陷之处在于以下四个方面：

1、上述专利中的车牌识别模块采用单处理器架构，即采集进来的图像信号经处理后进入单处理器，然后进行各种特定算法处理。实践中多数监控场景需要处理较大的数据量，且要求用多种算法对输入的图像数据处理，因此处理器的运算效能要求较高，而单处理器的缺陷在于因硬件结构受限致使功能单一，无法提高处理速度；

2、上述专利中的车牌识别系统不支持多车牌识别，每个识别模块一次只能识别一个车牌，无法满足实际处理时有多车同时经过的问题。

3、上述专利中的车牌识别系统无法满足实时性要求，从检测到有车经过到识别出车辆需要一段反应和处理时间，实际应用时需要对过往车辆实时监测。

4、上述专利中的车牌识别系统过于复杂，成本较高，集成了许多模块，既提高了投入成本，也加大了维护负担。

发明内容

本发明提供了一种基于FPGA多核的车牌识别系统，解决了传统系统采用单处理器，处理速度慢，无法同时识别多个车牌，而且系统复杂，成本较高的问题

一种基于FPGA多核的车牌识别系统，包括至少五个软核，所有软核挂载在FPGA共享缓冲上，并通过共享缓冲实现数据交互，相邻软核之间通过快速点对点连接总线实现命令交互；依据所实现的功能不同，所有软核被划分归类为五个模块，分别为：

图像预处理模块，对输入的图像进行增强、二值化及灰度化处理；

车牌定位模块，定位车牌在图像中的所在区域；

车牌分割模块，对车牌所在区域进行分割，分割所得的每个子区域包含一个字符；

字符识别模块，对每个子区域上的字符进行识别；

同步合成模块，将识别的字符排列成串，得到车牌号。

系统可以采用XILINX公司的MicroBlaze软核搭建，并根据实际情况进行扩展。

所述的图像预处理模块包含两个软核，同步合成处理模块包含一个软核，车牌定位模块、车牌分割模块、车牌识别模块包含的软核数目相同，可以进行动态重构。

本发明系统采用多核系统，核间通过共享缓冲实现数据交互，通过FSL实现指令交互，处理速度加快，而且结构简单，制造成本低。

附图说明

图1为本发明系统核间通信示意图；

图2为本发明系统的结构示意图；

图3为本发明系统识别流程图。

图4为本发明系统中车牌定位模块的流程图；

图5为本发明系统中车牌分割模块的流程图；

图6为本发明系统中字符识别模块的流程图。

具体实施方式

如图2所示，一种基于FPGA多核的车牌识别系统，采用XILINX公司的MicroBlaze软核进行搭建，总共包括15个软核C1～C15。如图1所示，所有软核挂载在FPGA共享缓冲上，共享所有的外设资源。即所有软核通过共享缓冲方式实现数据交互，相邻核之间通过FSL总线进行命令交互。

该系统根据软核的功能不同，划分归类为五个模块，分别为图像预处理模块、车牌定位模块、车牌分割模块、字符识别模块和同步合成模块，识别过程如图3所示，具体如下：

系统首先检查是否有新的数据需要进行处理，如果没有则等待，如果有新的图像数据输入，则进行下一步处理。

软核C1对输入图形进行增强，包括去去雾，去雨雪等操作，它的输出数据通过共享缓冲放置到缓冲区上，并通过FSL发送消息到软核C2上。

软核C2对输入数据进行二值化和灰度化操作，并将整个图像分为四个区域，将处理后的图像放置在共享缓冲区，同时通过FSL发送消息到构成车牌定位模块的软核C3～C6。

软核C3～C6接收到消息后，分别对图像的四个区域进行车牌定位操作，每个软核运行的算法一致，如图4所示，车牌定位操作的过程如下：

首先根据C2写入到每个共享缓冲中的结果对其进行水平定位、垂直定位操作以获取车牌大致的区域位置；接下来进行车牌的颜色判断操作，主要是区分出蓝色和黄色车牌；根据识别出的颜色结果进行车牌细定位，从而获取车牌精准的区域位置，最终定位出结果。然后将定位结果放置在共享缓冲区，并通过FSL发送消息到构成车牌分割模块的软核C7～C10上。

软核C7～C10收到消息后，分别对软核C3～C6定位的车牌所在区域进行分割操作，软核对车牌所在区域进行分割，如图5所示，车牌分割操作的过程如下：

首先根据C3～C6写入到每个共享缓冲中的定位结果进行垂直投影并根据投影的波谷确定分割的位置；去除分割位置中不是字符的位置，然后判断分割结果的对错，正确即对车牌中的字符进行归一化操作，否则加大二值化阈值进行二次分割。二次分割成功后则进行归一化处理，否则分割结束。最后将归一化的结果放置在共享缓冲区，同时通过FSL发送消息到构成字符识别模块的软核C11～C14上。

C11～C14接收到FSL消息后，分别对软核C7～C10分割所得的子区域的字符利用神经网络进行识别，如图6所示，车牌识别操作的过程如下：

首先通过同时读入data文件(神经网络数据)和共享缓冲中字符的归一化结果，对字符所属汉字、英文字母或阿拉伯数字的分类结果进行计算并设置置信度，将得到的置信度排序并利用识别函数进行识别。取出其中最大置信度所对应的字符，从而确定最终的识别结果。将识别结果通过FSL发送消息到构成同步合成模块的软核C15，软核C15再对识别结果进行统一处理，将单个车牌所在区域的字符排列串联，输出车牌号码。

Claims (3)

1.一种基于FPGA多核的车牌识别系统，其特征在于，包括至少五个软核，所有软核挂载在FPGA共享缓冲上，并通过共享缓冲实现数据交互，相邻软核之间通过快速点对点连接总线实现命令交互；依据所实现的功能不同，所有软核被划分归类为五个模块，分别为：

图像预处理模块，对输入的图像进行增强、二值化及灰度化处理；

车牌定位模块，定位车牌在图像中的所在区域；

车牌分割模块，对车牌所在区域进行分割，分割所得的每个子区域包含一个字符；

字符识别模块，对每个子区域上的字符进行识别；

同步合成模块，将识别的字符排列成串，得到车牌号。

2.根据权利要求1所述的车牌识别系统，其特征在于，所述的图像预处理模块包含两个软核。

3.根据权利要求1所述的车牌识别系统，其特征在于，所述的图像同步合成处理模块包含一个软核。

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