動(dòng)態(tài)信息提取在車(chē)流量檢測(cè)方面的應(yīng)用

　　摘要：為了有效緩解交通壓力，對(duì)智能交通的車(chē)流量檢測(cè)進(jìn)行了研究。常用的電磁感應(yīng)裝置法和超聲波檢測(cè)法普遍存在反射信號(hào)不穩(wěn)定，測(cè)量誤差大等問(wèn)題。利用動(dòng)態(tài)信息提取法從視頻中提取可靠信息，完成道路交通的監(jiān)視工作，可提高道路、車(chē)輛的自動(dòng)化程度；交通監(jiān)控系統(tǒng)中安裝的視頻攝像機(jī)比其它傳感器更便捷，省去了二次安裝，且安全系數(shù)高。經(jīng)驗(yàn)證該設(shè)計(jì)易于實(shí)現(xiàn)圖像的時(shí)實(shí)性處理且成本低，穩(wěn)定性高，在交通檢測(cè)領(lǐng)域具有廣泛的實(shí)用價(jià)值。
　　關(guān)鍵字：動(dòng)態(tài)信息 信息提取 車(chē)流量 智能檢測(cè)
　　中圖分類(lèi)號(hào)：TP39 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1672-3791(2011)09(b)-0000-00
　　
　　1 引言
　　1.1基于視頻的智能交通系統(tǒng)簡(jiǎn)介
　　視頻交通流檢測(cè)及車(chē)輛識(shí)別系統(tǒng)是一種利用圖象處理技術(shù)實(shí)現(xiàn)對(duì)交通目標(biāo)檢測(cè)和識(shí)別的計(jì)算機(jī)處理系統(tǒng)。對(duì)道路交通狀況信息與交通目標(biāo)的各種行為（如違章超速，停車(chē)，超車(chē)等等）進(jìn)行實(shí)時(shí)檢測(cè)，實(shí)現(xiàn)自動(dòng)統(tǒng)計(jì)、計(jì)算交通路段上行駛車(chē)輛的數(shù)量、行駛速度以及識(shí)別劃分車(chē)輛的類(lèi)別等各種交通參數(shù)，達(dá)到有效監(jiān)測(cè)道路交通狀況信息的作用。同時(shí)，將檢測(cè)和識(shí)別到的交通信息存儲(chǔ)起來(lái)，為分析和交通管理提供依據(jù)。視頻交通流量檢測(cè)及車(chē)輛識(shí)別系統(tǒng)是一個(gè)集圖象處理系統(tǒng)和信息管理系統(tǒng)為一體的綜合系統(tǒng)。其目標(biāo)是代替人去處理和理解信息，實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)性、靈活性和精確性[1]。
　　1.2汽車(chē)流量檢測(cè)方法簡(jiǎn)介
　　由于白天和晚上路面光強(qiáng)變化非常大，這對(duì)算法的適應(yīng)性提出了更高的要求，為了能全天得到車(chē)流量的信息，所以整個(gè)算法將白天和晚上分別開(kāi)來(lái)處理。白天車(chē)流量檢測(cè)算法已經(jīng)在工控機(jī)上成熟應(yīng)用，不再贅述。晚上的路面能見(jiàn)度比較低，算法主要是對(duì)車(chē)燈的識(shí)別。在晚上，車(chē)燈有很強(qiáng)的亮度，所以只要能正確的檢測(cè)到車(chē)燈就可以進(jìn)行車(chē)輛的測(cè)量。算法的干擾來(lái)自路面對(duì)車(chē)燈發(fā)出來(lái)的光線的反射。通過(guò)使用Matlab仿真可發(fā)現(xiàn)，二值化去噪以后，圖像的亮斑基本上是車(chē)燈的形狀，而路面反光區(qū)向前發(fā)散，據(jù)此可以通過(guò)檢測(cè)窗上亮斑的形狀特征來(lái)識(shí)別車(chē)燈和路面反光區(qū)[2]。
　　2系統(tǒng)方案的設(shè)計(jì)
　　2.1系統(tǒng)構(gòu)成
　　通過(guò)攝象機(jī)將道路交通流圖像捕捉下來(lái)，再將這些捕捉到的序列圖像送入計(jì)算機(jī)進(jìn)行圖象處理、圖象分析和圖象理解，從而得到交通流數(shù)據(jù)和交通狀況等交通信息，系統(tǒng)的基本工作流程如圖1所示。
　　
　　
　　2.2 功能模塊概述
　　2.2.1動(dòng)態(tài)信息提取
　　視頻圖像采集主要采用兩種方式：一種是以專(zhuān)用的數(shù)據(jù)采集卡，配合PC機(jī)的各種高速數(shù)據(jù)總線如PCI，USB2.0，firewire1394等采集數(shù)據(jù)。另一種方法是基于嵌p/z3TCMNt1eKdD7rt6r/5g==入式DSP和FPGA的采集方法。通過(guò)FPGA或CPLD的控制和調(diào)度，利用DSP的數(shù)據(jù)通道來(lái)采集數(shù)據(jù)。嵌入式平臺(tái)具有便攜性好，成本較低的優(yōu)勢(shì)，越來(lái)越多的應(yīng)用到數(shù)字圖像處理的各個(gè)領(lǐng)域。
　　2.2.2采集系統(tǒng)的構(gòu)成以及動(dòng)態(tài)目標(biāo)提取
　　系統(tǒng)信息提取包括了圖像采集、圖像處理以及圖像傳輸3個(gè)部分。從 CCD攝像頭捕捉到的模擬視頻信號(hào)經(jīng)過(guò)視頻A/D芯片SAA7111A的模數(shù)轉(zhuǎn)換，由 CPLD 控制寫(xiě)入片外高速大容量幀存儲(chǔ)器中儲(chǔ)存，直到一幀圖像存儲(chǔ)完畢，CPLD交出總線。此時(shí)，DSP芯片TMS320VC5416從幀存儲(chǔ)器中讀取1 幀圖像，然后應(yīng)用圖像處理算法對(duì)整幅圖像進(jìn)行處理。處理完畢后，TMS320VC5416通過(guò)HPI接口與PC機(jī)連接實(shí)現(xiàn)圖像數(shù)據(jù)的傳輸。DSP程序存儲(chǔ)在外部FLASH中，主要包括 DSP初始化、啟動(dòng)圖像采集、JPEG處理、串行數(shù)據(jù)和并行數(shù)據(jù)的傳輸?shù)却a。系統(tǒng)上電后以16位并行引導(dǎo)方式將程序?qū)?DSP 片內(nèi) RAM 中運(yùn)行。主程序在DSP中運(yùn)行，根據(jù)不同的任務(wù)，可編制相應(yīng)的程序，完成圖像處理的算法[3]。
　　2.2.3 SAA7111A芯片簡(jiǎn)介
　　SAA7111A具有四路模擬輸入和內(nèi)部模擬信號(hào)源選擇，并帶有兩路模擬抗混疊濾波器，具有梳狀濾波器功能，可自行進(jìn)行行、場(chǎng)同步檢測(cè)，自動(dòng)進(jìn)行50/60HZ場(chǎng)頻的檢測(cè)，自動(dòng)進(jìn)行PAL制式與NSTL制式之間的轉(zhuǎn)換，數(shù)據(jù)輸出格式多樣式，可通過(guò)總線接受外部控制器的完全控制。SAA7111A在上電之后并不是立即采集模擬信號(hào)進(jìn)行A/D轉(zhuǎn)換，而必須由DSP通過(guò)總線對(duì)其內(nèi)部寄存器進(jìn)行初始化以后才能正常工作。
　　2.2.4 TMS320VC5416芯片簡(jiǎn)介
　　該視頻圖像采集系統(tǒng)的核心是DSP，采用的DSP芯片為T(mén)MS320VC5416，它是一款性能優(yōu)越的定點(diǎn)數(shù)字信號(hào)處理芯片，其片內(nèi)共有8條總線(1條程序存儲(chǔ)器總線，3條數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器總線和 4 條地址總線)；對(duì)程序內(nèi)存和數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器使用分離式總線，這樣可以同時(shí)取指令和操作數(shù)，提高運(yùn)行效率和通用性。運(yùn)行速度快，指令周期為6.25ns，運(yùn)算能力為160 MIPS。片內(nèi)集成有高達(dá)128k×16b的片內(nèi)RAM ，并具有8M的外部存儲(chǔ)器尋址能力。TMS320VC5416 還提供6通道DMA 控制器，3 個(gè)多通道緩沖串口，8/16位改進(jìn)的主機(jī)接口和1個(gè)16位定時(shí)器。高度專(zhuān)業(yè)化的指令系統(tǒng)，提供了快速運(yùn)算和優(yōu)化的高級(jí)語(yǔ)言操作[4]。
　　2.2.5 數(shù)字邏輯控制部分設(shè)計(jì)
　　CPLD接收SAA7111A輸出的圖像數(shù)據(jù)信號(hào)和同步時(shí)鐘信號(hào)，在內(nèi)部編程實(shí)現(xiàn)有效圖像信號(hào)的采集和地址譯碼以及產(chǎn)生切換選擇信號(hào)。幀存儲(chǔ)器選用高速、低功耗的CY7C1041V33 作為外部靜態(tài)SRAM，其內(nèi)存大小為256k×16bit。可預(yù)先設(shè)置 SAA7111A 輸出一幀圖像大小為720×572象素。采樣時(shí)鐘LLC2 頻率為13.5MHz，每一個(gè)時(shí)鐘周期輸出一個(gè)采樣點(diǎn)的A/D轉(zhuǎn)換值。圖像采集處理系統(tǒng)需要對(duì)SAA7111A輸出的大小為720×572的數(shù)字圖像“斬頭去尾”，取中間512×512圖像數(shù)據(jù)進(jìn)行存儲(chǔ)，則地址發(fā)生器單元主要完成如下功能：在SAA7111A輸出中間512×512有效圖像數(shù)據(jù)時(shí)產(chǎn)生 0～3FFFFH的地址，且與SAA7111A的圖像數(shù)據(jù)信號(hào)同步(頻率為13.5MHz)。根據(jù)SAA7111A的同步信號(hào)時(shí)序，地址發(fā)生器首先利用SAA7111A輸出的象素時(shí)鐘信號(hào)、行同步信號(hào)以及場(chǎng)同步信號(hào)，產(chǎn)生存儲(chǔ)一場(chǎng)大小為256×512的圖像數(shù)據(jù)所需的0～1FFFFH的地址(Q[16..0])，然后利用其奇偶場(chǎng)標(biāo)識(shí)信號(hào)RTS0取反，作為地址發(fā)生器的最高位地址Q(chēng)[17]，控制將奇場(chǎng)數(shù)據(jù)存儲(chǔ)在幀內(nèi)存的低128k空間，偶場(chǎng)數(shù)據(jù)存儲(chǔ)在幀內(nèi)存的高128k空間。圖2為簡(jiǎn)化后的CPLD硬件設(shè)計(jì)圖。
　　
　　
　　由圖可知，系統(tǒng)上電后DSP的XF引腳為低電平，使HCOUNT模塊的EN引腳為低電平，保證輸出Q端為低電平，這樣ADDBUILD模塊的CLR引腳為低電平，無(wú)論VREF、HREF、CREF如何改變，輸出地址值都是為0。獲取1幅圖像時(shí)，由C5416的XF引腳為高電平，觸發(fā)HCOUNT模塊，這樣在VREF、HREF、CREF、RTS0波形的作用下，可以完成完整的1幀圖像數(shù)字化后存儲(chǔ)在SRAM 中。
　　3圖像采集系統(tǒng)軟件流程
　　系統(tǒng)的軟件流程圖如圖3所示，系統(tǒng)上電初始化，DSP通過(guò)軟件模擬 I2C總線時(shí)序，設(shè)置SAA7111A的工作方式； DSP即發(fā)送開(kāi)始采集指令給CPLD，雙方通過(guò)HOLD、HOLDA握手信號(hào)實(shí)現(xiàn)總線控制權(quán)的交接。此時(shí)DSP工作在HOLD模式，CPLD獲得總線控制權(quán)，并打開(kāi)SAA7111A的輸出，對(duì)SAA7111A采集到的視頻數(shù)據(jù)進(jìn)行寫(xiě)控制。當(dāng)一幀數(shù)據(jù)寫(xiě)入幀緩存后，CPLD關(guān)閉SAA7111A的視頻輸出，放棄總線控制權(quán)，并發(fā)送中斷信號(hào)給DSP；DSP重新獲得控制權(quán)，對(duì)采集到的視頻數(shù)據(jù)處理、向PC機(jī)串口或并口傳輸。DSP處理完畢后重新發(fā)開(kāi)始采集命令，繼續(xù)采集下一幀[5]。
　　
　　4 結(jié)論
　　該系統(tǒng)充分利用CPLD的靈活性，實(shí)現(xiàn)了圖像采集處理系統(tǒng)中的采集控制、總線管理。同時(shí)由于圖像采集系統(tǒng)中采集控制單元CPLD的可在線編程能力，給系統(tǒng)的重構(gòu)提供了可能。經(jīng)過(guò)模擬驗(yàn)證，該系統(tǒng)在交通檢測(cè)領(lǐng)域具有廣泛的實(shí)用價(jià)值。
　　參考文獻(xiàn)
　　[1]計(jì)文平;郭寶龍.基于虛擬線圈的光流法車(chē)流量檢測(cè)[J].計(jì)算