“電子眼”充當交通監控排頭兵

近年來，隨著城市的發展，機動車數量不斷增加，各種交通違章、交通事故也隨之增多。與此同時，由于交通管理機構的警力有限，不可能全部依靠人力對所有路段、路口實施全天候、全方位的管理，因此，使用現代化的科學技術手段來管理交通勢在必行。

選擇合適芯片

確保系統性能

在交通監控中，圖像采集和處理是其中的核心技術之一。最近幾年，隨著電子技術和計算機技術的進步，數字圖像技術也得到了長足的發展，尤其是伴隨著近年集成電路設計技術和工藝水平的提高，CMOS傳感器的發展和利用有了質的飛躍，其低成本、低耗電以及集成度特性在圖像處理上得到了充分發揮。

在當前嵌入式視頻應用方面，可以選擇的處理芯片種類較多，它們各有優缺點。為了滿足交通監控的需要，在選擇處理芯片時，建議還是選擇那些有較強的運算能力、可實現較大尺寸的視頻編解碼，可運行實時操作系統，具備較強的復雜控制功能；產品集成化好，性價比高，具有較強的可編程性，并能適應不同產品開發周期需求的處理器。

美國德州儀器公司（TI）達芬奇（DaVinci）技術交通監控圖像處理系統，就比較適合用于具有DSP和ARM的雙核結構，能夠很好地處理ARM與DSP之間協同工作的問題，同時使ARM與DSP能各自發揮自己的功能，大幅度提升采集圖像的質量輸出，而且便于系統集成和應用開發。

與其他系統相比，基于達芬奇平臺上的CMOS圖像采集處理系統能夠以較高幀率獲取圖像、進行圖像縮放處理及按比例輸出，且功耗低，可以應用于國內不同條件下交通監控系統。

該系統主要包括圖像采集與處理兩部分，首先由CPLD（復雜可編程邏輯控件）先將CMOS的數字信號乒乓式存儲到兩片SRAM（靜態RAM）中，再通過EDMA（增強型直接內存存取）的方式交付達芬奇平臺進行處理。

軟硬結合

保障系統穩定

達芬奇技術集成了DSP可編程數字信號處理器內核以及ARM處理器內核的片上系統( SOC )。在此技術體系中，ARM處理器內核運行一般的嵌入式操作系統（嵌入式Linux或WinCE），執行系統硬件資源的管理、提供良好的人機交互界面、處理各種數據采集、傳輸、存儲等任務。而DSP則用來實現數字運算算法，完成多媒體數據的核心處理任務，如視頻數據的壓縮與解壓縮等。通過使用達芬奇技術較好地處理了ARM與DSP之間協同工作的問題， 使它們能夠各自發揮自己功能。該技術提供了包括數字視頻評估模塊在內的一整套軟件系統、開發工具等，使利用此項技術可以高效地開發出數字多媒體應用系統。系統原理見圖示。

該系統軟件部分分為：CPLD邏輯控制程序設計和基于達芬奇平臺的程序設計。其中，CPLD邏輯控制程序設計包括整體控制模塊、數據采集模塊、SRAM讀寫控制模塊；達芬奇平臺程序設計包括DSP上電自加載程序、DSP初始化程序、ARM的圖形處理程序、I2C串口配置程序和EDMA數據傳輸程序。

由于CMOS采用隔行掃描方式，分為奇數場和偶數場分別傳輸，數字化以后仍然保持格式不變，因此在將數據保存到SRAM之前，采用雙線性差值算法，可以將奇數場和偶數場的數據還原成一幅完整的圖像，形成標準的RGB色彩模式，確保后續系統的采樣讀取。

該套系統圖像處理程序系統初始化模塊實現包括與中斷相關的初始化、外部存儲器接口初始化及平臺各工作模塊初始化。對CMOS進行相關寄存器配置時，該系統采用雙向數據線SDA和時鐘線SCL組成的IIC總線技術，通過集電極開路門以“線與”的方式進行總線連接。

（作者單位：王元達，清華大學-Intel聯合研究中心；曹洋，中國科學技術大學自動化系；董淵，清華大學計算機系）

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交通監控發展現狀

美國從上世紀60年代初就開始了對交通監控方面的研究。之后，歐洲、日本等也相繼加入了這一行列。經過幾十年的發展，美國、歐洲、日本已成為世界交通監控研究的三大基地。目前，其他一些國家和地區在這方面的研究規模也相當大，如澳大利亞、韓國、新加坡、中國香港等。可以說，一個新的交通監控產業正在全球形成，發展規模和速度驚人，并逐步向高度智能化、網絡化方向發展。

目前，交通監控系統可分為以下三種：閉路電視監控方式，這是最早在高速公路上實現的監控手段。利用閉路電視和長延時錄像機進行監視和錄像，主要用于收費站。其優點是造價比較便宜，缺點是完全人工操作，勞動強度和工作量大；車道收費監控方式，車道收費監控可對車道出現的異常情況進行圖像捕獲，并實現了直接在車道控制機上進行圖像采集，同時避免了人為因素的干擾，大大提高了捕獲率；道路交通監控方式，這是一種比較新的監控方式，監控系統需要實現的功能包括：及時采集交通流、交通環境和主要交通設施狀態的各種信息；對高速公路實現全程、實時、不間斷的監控；根據已掌握的信息，迅速做出有針對性的處理和優化控制方案；建立多種信息發布渠道，為用戶提供信息服務等。

中國對交通數字化監控的研究發展起步較晚。上世紀70年代以來，先后從國外引進、消化了一些項目，并進行了一些交通監控或相關基礎項目的研究和應用。最初主要是進行城市交通信號控制試驗研究；上世紀80年代中至90年代初，在一些大城市引進和實施了城市交通信號控制系統，實現了一些高速公路監控系統、高等級公路電子收費系統和路邊信息服務系統；90年代中期以來，我國開始研究交通監控系統發展戰略，并重視交通信息網絡的建設。但是，由于交通監控系統總體投資不足，導致覆蓋面比較狹窄，僅部分公路有相對較好的應用。此外，我國交通監控系統的一些圖像處理技術還不成熟，核心技術大多還依賴于從國外引進。