“電子眼”充當(dāng)交通監(jiān)控排頭兵

近年來(lái)，隨著城市的發(fā)展，機(jī)動(dòng)車(chē)數(shù)量不斷增加，各種交通違章、交通事故也隨之增多。與此同時(shí)，由于交通管理機(jī)構(gòu)的警力有限，不可能全部依靠人力對(duì)所有路段、路口實(shí)施全天候、全方位的管理，因此，使用現(xiàn)代化的科學(xué)技術(shù)手段來(lái)管理交通勢(shì)在必行。

選擇合適芯片

確保系統(tǒng)性能

在交通監(jiān)控中，圖像采集和處理是其中的核心技術(shù)之一。最近幾年，隨著電子技術(shù)和計(jì)算機(jī)技術(shù)的進(jìn)步，數(shù)字圖像技術(shù)也得到了長(zhǎng)足的發(fā)展，尤其是伴隨著近年集成電路設(shè)計(jì)技術(shù)和工藝水平的提高，CMOS傳感器的發(fā)展和利用有了質(zhì)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(fā)揮。

在當(dāng)前嵌入式視頻應(yīng)用方面，可以選擇的處理芯片種類(lèi)較多，它們各有優(yōu)缺點(diǎn)。為了滿(mǎn)足交通監(jiān)控的需要，在選擇處理芯片時(shí)，建議還是選擇那些有較強(qiáng)的運(yùn)算能力、可實(shí)現(xiàn)較大尺寸的視頻編解碼，可運(yùn)行實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)，具備較強(qiáng)的復(fù)雜控制功能；產(chǎn)品集成化好，性?xún)r(jià)比高，具有較強(qiáng)的可編程性，并能適應(yīng)不同產(chǎn)品開(kāi)發(fā)周期需求的處理器。

美國(guó)德州儀器公司（TI）達(dá)芬奇（DaVinci）技術(shù)交通監(jiān)控圖像處理系統(tǒng)，就比較適合用于具有DSP和ARM的雙核結(jié)構(gòu)，能夠很好地處理ARM與DSP之間協(xié)同工作的問(wèn)題，同時(shí)使ARM與DSP能各自發(fā)揮自己的功能，大幅度提升采集圖像的質(zhì)量輸出，而且便于系統(tǒng)集成和應(yīng)用開(kāi)發(fā)。

與其他系統(tǒng)相比，基于達(dá)芬奇平臺(tái)上的CMOS圖像采集處理系統(tǒng)能夠以較高幀率獲取圖像、進(jìn)行圖像縮放處理及按比例輸出，且功耗低，可以應(yīng)用于國(guó)內(nèi)不同條件下交通監(jiān)控系統(tǒng)。

該系統(tǒng)主要包括圖像采集與處理兩部分，首先由CPLD（復(fù)雜可編程邏輯控件）先將CMOS的數(shù)字信號(hào)乒乓式存儲(chǔ)到兩片SRAM（靜態(tài)RAM）中，再通過(guò)EDMA（增強(qiáng)型直接內(nèi)存存取）的方式交付達(dá)芬奇平臺(tái)進(jìn)行處理。

軟硬結(jié)合

保障系統(tǒng)穩(wěn)定

達(dá)芬奇技術(shù)集成了DSP可編程數(shù)字信號(hào)處理器內(nèi)核以及ARM處理器內(nèi)核的片上系統(tǒng)( SOC )。在此技術(shù)體系中，ARM處理器內(nèi)核運(yùn)行一般的嵌入式操作系統(tǒng)（嵌入式Linux或WinCE），執(zhí)行系統(tǒng)硬件資源的管理、提供良好的人機(jī)交互界面、處理各種數(shù)據(jù)采集、傳輸、存儲(chǔ)等任務(wù)。而DSP則用來(lái)實(shí)現(xiàn)數(shù)字運(yùn)算算法，完成多媒體數(shù)據(jù)的核心處理任務(wù)，如視頻數(shù)據(jù)的壓縮與解壓縮等。通過(guò)使用達(dá)芬奇技術(shù)較好地處理了ARM與DSP之間協(xié)同工作的問(wèn)題， 使它們能夠各自發(fā)揮自己功能。該技術(shù)提供了包括數(shù)字視頻評(píng)估模塊在內(nèi)的一整套軟件系統(tǒng)、開(kāi)發(fā)工具等，使利用此項(xiàng)技術(shù)可以高效地開(kāi)發(fā)出數(shù)字多媒體應(yīng)用系統(tǒng)。系統(tǒng)原理見(jiàn)圖示。

該系統(tǒng)軟件部分分為：CPLD邏輯控制程序設(shè)計(jì)和基于達(dá)芬奇平臺(tái)的程序設(shè)計(jì)。其中，CPLD邏輯控制程序設(shè)計(jì)包括整體控制模塊、數(shù)據(jù)采集模塊、SRAM讀寫(xiě)控制模塊；達(dá)芬奇平臺(tái)程序設(shè)計(jì)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(shù)據(jù)傳輸程序。

由于CMOS采用隔行掃描方式，分為奇數(shù)場(chǎng)和偶數(shù)場(chǎng)分別傳輸，數(shù)字化以后仍然保持格式不變，因此在將數(shù)據(jù)保存到SRAM之前，采用雙線(xiàn)性差值算法，可以將奇數(shù)場(chǎng)和偶數(shù)場(chǎng)的數(shù)據(jù)還原成一幅完整的圖像，形成標(biāo)準(zhǔn)的RGB色彩模式，確保后續(xù)系統(tǒng)的采樣讀取。

該套系統(tǒng)圖像處理程序系統(tǒng)初始化模塊實(shí)現(xiàn)包括與中斷相關(guān)的初始化、外部存儲(chǔ)器接口初始化及平臺(tái)各工作模塊初始化。對(duì)CMOS進(jìn)行相關(guān)寄存器配置時(shí)，該系統(tǒng)采用雙向數(shù)據(jù)線(xiàn)SDA和時(shí)鐘線(xiàn)SCL組成的IIC總線(xiàn)技術(shù)，通過(guò)集電極開(kāi)路門(mén)以“線(xiàn)與”的方式進(jìn)行總線(xiàn)連接。

（作者單位：王元達(dá)，清華大學(xué)-Intel聯(lián)合研究中心；曹洋，中國(guó)科學(xué)技術(shù)大學(xué)自動(dòng)化系；董淵，清華大學(xué)計(jì)算機(jī)系）

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交通監(jiān)控發(fā)展現(xiàn)狀

美國(guó)從上世紀(jì)60年代初就開(kāi)始了對(duì)交通監(jiān)控方面的研究。之后，歐洲、日本等也相繼加入了這一行列。經(jīng)過(guò)幾十年的發(fā)展，美國(guó)、歐洲、日本已成為世界交通監(jiān)控研究的三大基地。目前，其他一些國(guó)家和地區(qū)在這方面的研究規(guī)模也相當(dāng)大，如澳大利亞、韓國(guó)、新加坡、中國(guó)香港等。可以說(shuō)，一個(gè)新的交通監(jiān)控產(chǎn)業(yè)正在全球形成，發(fā)展規(guī)模和速度驚人，并逐步向高度智能化、網(wǎng)絡(luò)化方向發(fā)展。

目前，交通監(jiān)控系統(tǒng)可分為以下三種：閉路電視監(jiān)控方式，這是最早在高速公路上實(shí)現(xiàn)的監(jiān)控手段。利用閉路電視和長(zhǎng)延時(shí)錄像機(jī)進(jìn)行監(jiān)視和錄像，主要用于收費(fèi)站。其優(yōu)點(diǎn)是造價(jià)比較便宜，缺點(diǎn)是完全人工操作，勞動(dòng)強(qiáng)度和工作量大；車(chē)道收費(fèi)監(jiān)控方式，車(chē)道收費(fèi)監(jiān)控可對(duì)車(chē)道出現(xiàn)的異常情況進(jìn)行圖像捕獲，并實(shí)現(xiàn)了直接在車(chē)道控制機(jī)上進(jìn)行圖像采集，同時(shí)避免了人為因素的干擾，大大提高了捕獲率；道路交通監(jiān)控方式，這是一種比較新的監(jiān)控方式，監(jiān)控系統(tǒng)需要實(shí)現(xiàn)的功能包括：及時(shí)采集交通流、交通環(huán)境和主要交通設(shè)施狀態(tài)的各種信息；對(duì)高速公路實(shí)現(xiàn)全程、實(shí)時(shí)、不間斷的監(jiān)控；根據(jù)已掌握的信息，迅速做出有針對(duì)性的處理和優(yōu)化控制方案；建立多種信息發(fā)布渠道，為用戶(hù)提供信息服務(wù)等。

中國(guó)對(duì)交通數(shù)字化監(jiān)控的研究發(fā)展起步較晚。上世紀(jì)70年代以來(lái)，先后從國(guó)外引進(jìn)、消化了一些項(xiàng)目，并進(jìn)行了一些交通監(jiān)控或相關(guān)基礎(chǔ)項(xiàng)目的研究和應(yīng)用。最初主要是進(jìn)行城市交通信號(hào)控制試驗(yàn)研究；上世紀(jì)80年代中至90年代初，在一些大城市引進(jìn)和實(shí)施了城市交通信號(hào)控制系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)了一些高速公路監(jiān)控系統(tǒng)、高等級(jí)公路電子收費(fèi)系統(tǒng)和路邊信息服務(wù)系統(tǒng)；90年代中期以來(lái)，我國(guó)開(kāi)始研究交通監(jiān)控系統(tǒng)發(fā)展戰(zhàn)略，并重視交通信息網(wǎng)絡(luò)的建設(shè)。但是，由于交通監(jiān)控系統(tǒng)總體投資不足，導(dǎo)致覆蓋面比較狹窄，僅部分公路有相對(duì)較好的應(yīng)用。此外，我國(guó)交通監(jiān)控系統(tǒng)的一些圖像處理技術(shù)還不成熟，核心技術(shù)大多還依賴(lài)于從國(guó)外引進(jìn)。