基于RAM?MS320C6x的高速套牌車(chē)檢測(cè)識(shí)別系統(tǒng)設(shè)計(jì)

摘 要： 針對(duì)高速路上套牌車(chē)的檢測(cè)準(zhǔn)確性不高的問(wèn)題，設(shè)計(jì)并實(shí)現(xiàn)了一種基于RAM?MS320C6x的視覺(jué)高速路上套牌車(chē)檢測(cè)識(shí)別系統(tǒng)。系統(tǒng)采用以高性能、高集成度、低功耗系列的FPGA為核心的圖像采集模塊對(duì)高速套牌車(chē)圖像進(jìn)行采集及預(yù)處理操作，將經(jīng)FPGA預(yù)處理后的高速套牌車(chē)圖像數(shù)據(jù)傳輸至雙口RAM中，數(shù)字信號(hào)處理器TMS320C6x接收到從雙口RAM傳遞的信息后對(duì)高速套牌車(chē)圖像數(shù)據(jù)進(jìn)行數(shù)據(jù)庫(kù)比對(duì)等處理并進(jìn)行智能識(shí)別，實(shí)現(xiàn)高速套牌車(chē)的快速準(zhǔn)確檢測(cè)和識(shí)別。軟件設(shè)計(jì)過(guò)程中，對(duì)基于RAM?MS320C6x的高速套牌車(chē)檢測(cè)識(shí)別系統(tǒng)進(jìn)行了詳細(xì)分析，并給出了高速套牌車(chē)檢測(cè)識(shí)別的程序代碼實(shí)現(xiàn)，仿真實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明所設(shè)計(jì)系統(tǒng)具有很強(qiáng)的準(zhǔn)確性和實(shí)用性。

關(guān)鍵詞： 雙口RAM； 高速套牌車(chē)； 圖像識(shí)別； 圖像數(shù)據(jù)傳輸

中圖分類(lèi)號(hào)： TN710?34； F127 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼： A 文章編號(hào)： 1004?373X（2016）10?0065?04

Design of RAM?MS320C6x?based detection system for recognizing high?speed

fake?licensed cars

LIU Lingxia1， MA Xiaojun1， SONG Qiang2，3

（1. School of Software Engineering， Anyang Normal University， Anyang 455000， China；

2. College of Computer Science and Information Engineering， Anyang Institute of Technology， Anyang 455000， China；

3. Information Engineering College， Wuhan University of Technology，Wuhan 430000， China）

Abstract： In view of the low accuracy detection for fake?licensed cars in highway， a RAM?MS320C6x?based visual detection system for recognizing fake?licensed cars on highway was designed and implemented. A high performance， high integration， low power consumption FPGA is taken as the core image acquisition module in the system to acquire the images of high?speed fake?licensed cars and execute the preprocessing operations， and the of the high?speed fake?licensed cars’ image data preprocessed by FPGA is transmitted to the dual?port RAM. The digital signal processor TMS320C6x compares high?speed fate?licensed car image data with the data in database for data matching and intelligent identification according to the information received from the dual?port RAM to realize the rapid and accurate detection of the high?speed fake?licensed cars. In the software design process， the high?speed fake?licensed car detection system based on RAM?MS320C6x is analyzed in detail. The high?speed fake?licensed car detection identification code is given in this paper. The simulation experimental results show that the system has high accuracy and practicability.

Keywords： dual?port RAM； high?speed fake?licensed car； image identification； image data transmission

0 引 言

隨著社會(huì)經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，我國(guó)高速公路的通車(chē)?yán)锍毯蛙?chē)流量增長(zhǎng)迅速。然而高速公路上套牌車(chē)的出現(xiàn)，不僅為交通管理帶來(lái)了難度，使國(guó)家稅收減少，也是造成事故數(shù)量和傷亡率逐年增加的原因之一[1?3]。如何快速識(shí)別高速公路的套牌車(chē)已成為交通管理部門(mén)亟待解決的問(wèn)題[4?5]。高速套牌車(chē)是高速公路交通中最關(guān)鍵的事件表現(xiàn)形式。其一是因?yàn)楦咚偕宪?chē)輛行使速度快，不易捕捉車(chē)牌號(hào)等信息，這為交通事故發(fā)生后，套牌車(chē)問(wèn)責(zé)帶來(lái)了麻煩。其二是套牌車(chē)很多是冒充國(guó)家公務(wù)車(chē)，這在很大程度上使得國(guó)家交通稅收減少，如果是套用個(gè)人牌照，將給車(chē)主帶來(lái)?yè)p失[6?8]。因此，高速套牌車(chē)的實(shí)時(shí)檢測(cè)與識(shí)別是降低高速公路交通事故傷亡和損失的有效手段，成為相關(guān)學(xué)者研究的重點(diǎn)課題[9?10]。本文設(shè)計(jì)并實(shí)現(xiàn)了基于RAM?MS320C6x的高速套牌車(chē)檢測(cè)識(shí)別系統(tǒng)，為高速交通的高效控制提供可靠的保證。

1 系統(tǒng)的總體架構(gòu)

本文系統(tǒng)的總體結(jié)構(gòu)主要包括操作面板、數(shù)據(jù)緩沖模塊、視頻解碼模塊、電源模塊、圖像采集模塊、數(shù)字信號(hào)處理器模塊、雙口RAM接口以及套牌車(chē)檢測(cè)識(shí)別模塊等。系統(tǒng)總體結(jié)構(gòu)如圖1所示。

2 系統(tǒng)關(guān)鍵模塊的硬件設(shè)計(jì)

2.1 圖像采集模塊的硬件設(shè)計(jì)

系統(tǒng)通過(guò)圖像采集模塊對(duì)高速套牌車(chē)圖像的采集及預(yù)處理操作。由于基于RAM?MS320C6x的高速套牌車(chē)檢測(cè)識(shí)別系統(tǒng)中采集數(shù)據(jù)量較大，所以在對(duì)圖像采集模塊進(jìn)行設(shè)計(jì)的過(guò)程中，設(shè)計(jì)了以大容量FPGA的實(shí)時(shí)高速套牌車(chē)圖像采集模塊，依據(jù)其控制邏輯實(shí)現(xiàn)方式靈活的優(yōu)勢(shì)，實(shí)現(xiàn)高速套牌車(chē)圖像的高速采集。圖像采集模塊的硬件設(shè)計(jì)如圖2所示，該模塊主要包括A/D轉(zhuǎn)換模塊、幀存模塊以及核心控制模塊。

圖像采集模塊的核心是高性能、高集成度、低功耗系列的FPGA。該芯片首先完成對(duì)A/D轉(zhuǎn)換模塊輸出數(shù)據(jù)流的預(yù)處理；再通過(guò)幀存儲(chǔ)把經(jīng)預(yù)處理后的數(shù)據(jù)保存在合理幀存內(nèi)；最后對(duì)高速套牌車(chē)圖像處理檢測(cè)模塊的接口進(jìn)行管理，通過(guò)圖像處理檢測(cè)模塊讀取幀存中的數(shù)據(jù)后，解除幀存的管理權(quán)。

系統(tǒng)采用CCD攝像機(jī)對(duì)高速套牌車(chē)圖像進(jìn)行采集，由于CCD通常以標(biāo)準(zhǔn)PAL形式輸出，所以，在輸入到該模塊之前，需首先對(duì)其進(jìn)行A/D轉(zhuǎn)換操作。A/D變換選用的是由飛利浦公司生產(chǎn)的視頻A/D芯片SAA7111，其內(nèi)部鎖相環(huán)技術(shù)的集成大大降低了設(shè)計(jì)的復(fù)雜度。幀存模塊選用雙幀存結(jié)構(gòu)，由幀存A和幀存B組成，而幀存A和幀存B由兩片IDT7Iv424SRAM組成，可儲(chǔ)存一幀分辨率為720×576的YUV圖像數(shù)據(jù)，其采用的存儲(chǔ)結(jié)構(gòu)可使高速套牌車(chē)圖像數(shù)據(jù)的采集和預(yù)處理同時(shí)進(jìn)行，增強(qiáng)了系統(tǒng)整體運(yùn)行效率。

2.2 TMS320C6x處理模塊的硬件設(shè)計(jì)

本文系統(tǒng)采用數(shù)字信號(hào)處理器TMS320C6x主要對(duì)圖像采集模塊發(fā)送的圖像數(shù)字信號(hào)進(jìn)行處理與識(shí)別。TMS320C6x系列是由Ti公司生產(chǎn)的一種高性能先進(jìn)VLIW（Very Long Instruotion Word）體系結(jié)構(gòu)的產(chǎn)品，TMS320C6x處理模塊的硬件設(shè)計(jì)如圖3所示。

在圖3中，套牌車(chē)數(shù)字信號(hào)處理器TMS320C6x中有一個(gè)可實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)處理的數(shù)據(jù)通道，其中包含四個(gè)功能單元，主要負(fù)責(zé)邏輯、位移、乘法、加法以及數(shù)據(jù)尋址等操作。數(shù)據(jù)尋址單元D主要用于寄存器組和存儲(chǔ)器組間的信息傳輸。數(shù)據(jù)通道的四個(gè)功能單元自身均配有數(shù)據(jù)總線(xiàn)，從而完成與另一側(cè)寄存器的連接，實(shí)現(xiàn)寄存器組間的信息傳遞。依據(jù)EMIF訪(fǎng)問(wèn)的內(nèi)存空間，將TMS320C6x的片內(nèi)內(nèi)存和片外內(nèi)存均設(shè)置成32位地址空間，從而實(shí)現(xiàn)訪(fǎng)問(wèn)。實(shí)際上，片內(nèi)內(nèi)存是由片上程序空間與片上數(shù)據(jù)空間組成的。對(duì)于片上程序空間而言，因?yàn)槭艿街噶铋L(zhǎng)度的影響，通常以256 b的數(shù)據(jù)長(zhǎng)度進(jìn)行訪(fǎng)問(wèn)；而片上數(shù)據(jù)空間能夠訪(fǎng)問(wèn)8 b，16 b和32 b的數(shù)據(jù)。

2.3 套牌車(chē)數(shù)據(jù)緩存模塊的硬件設(shè)計(jì)

系統(tǒng)中的接口部分采用雙口RAM作為圖像緩存區(qū)，用于傳遞高速套牌車(chē)圖像數(shù)據(jù)。雙口RAM的讀/寫(xiě)能力很強(qiáng)，能夠同時(shí)對(duì)兩個(gè)端口進(jìn)行處理，也可獨(dú)立訪(fǎng)問(wèn)其內(nèi)部RAM資源。雙口RAM中通常存在一個(gè)總線(xiàn)強(qiáng)占優(yōu)先級(jí)比較器，如果不同時(shí)訪(fǎng)問(wèn)同一個(gè)存儲(chǔ)單元，則優(yōu)先發(fā)送地址的CPU會(huì)具有上述單元當(dāng)前的訪(fǎng)問(wèn)優(yōu)先權(quán)，而剩余的地址和讀/寫(xiě)信號(hào)將被屏蔽。套牌車(chē)數(shù)據(jù)緩存模塊的硬件設(shè)計(jì)如圖4所示。

圖4中，IDT7024是由IDT公司生產(chǎn)的高速4K×16 b雙口RAM。可將其作為16位雙口RAM，也可將兩個(gè)IDT7O24組合在一起構(gòu)成主從系統(tǒng)，使得套牌車(chē)數(shù)據(jù)線(xiàn)增至32 b，也可達(dá)到更寬。通過(guò)上述操作構(gòu)成的雙口RAM不需要其他附加邏輯，能夠單獨(dú)高速運(yùn)行。

系統(tǒng)中的寫(xiě)入信號(hào)、讀取信號(hào)以及地址信號(hào)都是通過(guò)FPGA形成的，把經(jīng)FPGA預(yù)處理后的高速套牌車(chē)圖像數(shù)據(jù)傳輸至雙口RAM中，如果存儲(chǔ)器空間無(wú)法繼續(xù)保存數(shù)據(jù)，則通過(guò)FPGA產(chǎn)生中斷信號(hào)對(duì)數(shù)字信號(hào)處理器進(jìn)行通知，數(shù)字信號(hào)處理器接收到中斷信號(hào)后把高速套牌車(chē)圖像數(shù)據(jù)傳輸至內(nèi)部存儲(chǔ)區(qū)進(jìn)行處理。

3 軟件設(shè)計(jì)

本文設(shè)計(jì)的基于RAM?MS320C6x的高速套牌車(chē)檢測(cè)識(shí)別系統(tǒng)的軟件，是在Microsoft Visual C++ 6.0集成開(kāi)發(fā)環(huán)境下，通過(guò)C/C++程序設(shè)計(jì)語(yǔ)言編程設(shè)計(jì)的，用于實(shí)現(xiàn)高速套牌車(chē)檢測(cè)識(shí)別，本軟件系統(tǒng)可在 Windows XP與Windows Vista下運(yùn)行，具體的軟件程序設(shè)計(jì)流程如下所述。

3.1 套牌車(chē)檢測(cè)識(shí)別模塊軟件流程設(shè)計(jì)

經(jīng)過(guò)分析與實(shí)地測(cè)試，套牌車(chē)檢測(cè)識(shí)別模塊的具體流程設(shè)計(jì)如下：

（1） 對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行初始化處理。首先對(duì)高速套牌車(chē)圖像進(jìn)行采集同時(shí)得到圖像數(shù)據(jù)，然后通過(guò)CCD攝像機(jī)對(duì)高速公路的車(chē)輛運(yùn)行進(jìn)行攝像同時(shí)發(fā)送至圖像數(shù)據(jù)處理器，從而得到高速套牌車(chē)圖像的數(shù)據(jù)信息。

（2） 對(duì)采集到的高速套牌車(chē)原始圖像進(jìn)行中值濾波處理，獲取分辨率更高的圖像信息。

（3） 對(duì)經(jīng)濾波處理后的高速套牌車(chē)圖像進(jìn)行圖像分割處理，若經(jīng)分割處理后套牌車(chē)圖像的目標(biāo)與背景差別明顯，則當(dāng)前閾值為最佳閾值，也就是分割成功，繼續(xù)進(jìn)行步驟（4）；否則，重新進(jìn)行步驟（3），直至找到最佳閾值。

（4） 得到套牌車(chē)最佳閾值后，對(duì)高速套牌車(chē)圖像的邊緣輪廓進(jìn)行提取，從而實(shí)現(xiàn)高速套牌車(chē)的檢測(cè)識(shí)別，套牌車(chē)檢測(cè)識(shí)別模塊軟件流程圖如圖5所示。

3.2 套牌車(chē)檢測(cè)識(shí)別模塊程序?qū)崿F(xiàn)

在VC++ 6.0中通過(guò)OpenCV進(jìn)行程序設(shè)計(jì)，同時(shí)調(diào)用套牌車(chē)圖像處理函數(shù)。OpenCV主要由4個(gè)頭文件組成：cv.h，cvaux.h，highgui.h和cxcore.h。對(duì)OpenCV函數(shù)進(jìn)行調(diào)用的過(guò)程中，必須在文件中加上OpenCV的4個(gè)頭文件，否則在編寫(xiě)程序時(shí)會(huì)產(chǎn)生錯(cuò)誤。

對(duì)套牌車(chē)圖像進(jìn)行采集：

# include \"graphical interface.h\"

# include

CDocumentSeek PictureDocument；

CCluster DocumentMonicker；

//設(shè)置高速套牌車(chē)圖像文件的名稱(chēng)

CCluster PictureDocumentSite；

bool DocumentHave = PictureDocument.SeekDocument（_T（\"D：//OFFLINE //*.bmp\"），0）；

//在給出路徑中找到全部bmp文件，如果返回非0，則運(yùn)行成功

int i=0；

while（DocumentHave）

{

DocumentHave = PictureDocument.SeekNextDocument（）；

if（PictureDocument.IsDots（））

{

DocumentMonicker = PictureDocument.GetDocumentMonicker（）； //得到高速套牌車(chē)圖像文件名稱(chēng)

PictureDocumentSite = \"D：/OFFLINE /\" + DocumentMonicker； //獲取高速套牌車(chē)圖像文件路徑

Ppicture[i] = cvLoadPicture（PictureDocumentSite，0）；

//讀取高速套牌車(chē)圖像文件，0表示套牌車(chē)灰度圖像

pOriImg[i] = cvPastePicture（pImg[i]）；

//復(fù)制高速套牌車(chē)圖像

if（pImg[i]） AfxMessageBox（\"load Picture document defeated！\"）；

}

}；

CvMeasure ImgMeasure；

element3=cvInnovativeConstructionElementEx；

ImgMeasure.breadth = PICTURE_BREADTH；

//高速套牌車(chē)圖像的寬度

ImgMeasure.altitude = PICTURE_ALTITUDE；

//高速套牌車(chē)圖像的高度

ThePicture = cvInnovativePicture （ImgMeasure，IPL_DEPTH_8U，PICTURE_CHANNELS）；

cvStable（pPicture[i]，pPicture[i]，CV_MEDIAN）；

cvSpande（pPicture[i]，pPicture[i]，element3，1）；

cvCorrosion （pPicture[i]，pPicture[i]，element31，1）；

cvSetPictureROI（pPicture[i]，cvRect（0，0， PICTURE_BREADTH，

PICTURE_ALTITUDE））；

對(duì)檢測(cè)結(jié)果進(jìn)行顯示：

cvMonickerdWindow（ \"Picture\"， 1 ）； //創(chuàng)建窗口

cvDisplayPicture（ \"Picture\"， pPicture[0] ）；//顯示套牌車(chē)圖像

cvWaitKey（0）； //等待按鍵

cvReleasePicture（pPicture[i]）； //釋放內(nèi)存

cvDestroyWindow（ \"Picture\" ）； //銷(xiāo)毀窗口

在基于RAM?MS320C6x的高速套牌車(chē)檢測(cè)識(shí)別算法具體實(shí)現(xiàn)過(guò)程中，調(diào)用了OpenCV函數(shù)庫(kù)，從而使程序更加簡(jiǎn)潔，使用更加方便。

4 實(shí)驗(yàn)與分析

本文選用某高速公路的一段監(jiān)控視頻作為實(shí)驗(yàn)的樣本數(shù)據(jù)。實(shí)驗(yàn)中程序在主頻為116 GHz，內(nèi)存為1 GB的AM?DTurion64處理器環(huán)境下運(yùn)行，圖像處理能力為10 f/s。圖6所示的是高速套牌車(chē)的真實(shí)情況，圖6中紅框中的車(chē)即為高速套牌車(chē)。

分析圖7、圖8可知，通過(guò)本文系統(tǒng)檢測(cè)識(shí)別高速套牌車(chē)的準(zhǔn)確性遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于傳統(tǒng)系統(tǒng)，驗(yàn)證了本文系統(tǒng)的有效性。由圖可以看出，采用本文系統(tǒng)進(jìn)行高速套牌車(chē)檢測(cè)識(shí)別，得到的識(shí)別率明顯高于傳統(tǒng)系統(tǒng)，充分驗(yàn)證了本文系統(tǒng)的有效性。

針對(duì)隨機(jī)抽取的10輛高速路套牌車(chē)進(jìn)行檢測(cè)，分別對(duì)本文系統(tǒng)和傳統(tǒng)系統(tǒng)運(yùn)算時(shí)間、檢測(cè)誤差進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，實(shí)驗(yàn)結(jié)果分別如圖9、圖10所示。

從圖9、圖10實(shí)驗(yàn)結(jié)果可得中，本文系統(tǒng)的運(yùn)算效率優(yōu)于傳統(tǒng)系統(tǒng)，提高22%左右，檢測(cè)誤差在2%以?xún)?nèi)。實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)說(shuō)明本文系統(tǒng)在高速路上進(jìn)行套牌車(chē)檢測(cè)時(shí)能夠確保檢測(cè)系統(tǒng)工作的高效性、準(zhǔn)確性，具有重要的應(yīng)用價(jià)值。

5 結(jié) 論

本文設(shè)計(jì)并實(shí)現(xiàn)了一種基于RAM?MS320C6x的高速套牌車(chē)檢測(cè)識(shí)別系統(tǒng)。系統(tǒng)采用以高性能、高集成度、低功耗系列的FPGA為核心的圖像采集模塊對(duì)高速套牌車(chē)圖像進(jìn)行采集及預(yù)處理操作，將經(jīng)FPGA預(yù)處理后的高速套牌車(chē)圖像數(shù)據(jù)傳輸至雙口RAM中，數(shù)字信號(hào)處理器TMS320C6x接收到從雙口RAM傳遞的信息后對(duì)高速套牌車(chē)圖像數(shù)據(jù)進(jìn)行處理，從而實(shí)現(xiàn)高速套牌車(chē)的檢測(cè)和識(shí)別。軟件設(shè)計(jì)過(guò)程中，對(duì)基于RAM?MS320C6x的高速套牌車(chē)檢測(cè)識(shí)別系統(tǒng)進(jìn)行了詳細(xì)分析，并給出了高速套牌車(chē)檢測(cè)識(shí)別的程序代碼，仿真實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，本文系統(tǒng)具有很強(qiáng)的可行性和實(shí)用性。

參考文獻(xiàn)

[1] 湯一平，葉永杰，朱藝華，等.智能全方位視覺(jué)傳感器及其應(yīng)用研究[J].傳感技術(shù)學(xué)報(bào)，2007，20（6）：1316?1320.

[2] 湯一平，柳圣軍，周超，等.多視覺(jué)信息融合的內(nèi)河航道智能監(jiān)控系統(tǒng)[J].中國(guó)圖象圖形學(xué)報(bào)，2008，13（8）：1608?1616.

[3] 張偉，韓一明，吳新玲.基于FPGA的高速數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的設(shè)計(jì)[J].電力科學(xué)與工程，2002（3）：46?49.

[4] 葉亭，吳開(kāi)華，馬莉，等.一種基于線(xiàn)陣CCD技術(shù)印刷電路板膠片的尺寸及缺陷在線(xiàn)檢測(cè)方法[J].光學(xué)與光電技術(shù)，2008，6（2）：74?77.

[5] 王燁青，楊永躍.機(jī)器視覺(jué)在流水線(xiàn)條形碼識(shí)別中的應(yīng)用[J].電子測(cè)量與儀器學(xué)報(bào)，2006，20（6）：102?105.

[6] 譚墍元，吳成東，周蕓，等.智能圖像監(jiān)控系統(tǒng)異常目標(biāo)檢測(cè)算法研究[J].機(jī)電工程，2009，26（3）：12?15.

[7] 馬玉真，胡亮，方志強(qiáng)，等.計(jì)算機(jī)視覺(jué)檢測(cè)技術(shù)的發(fā)展及應(yīng)用技術(shù)研究[J].濟(jì)南大學(xué)學(xué)報(bào)（自然科學(xué)版），2004，18（3）：222?227.

[8] 羅小賓，殷國(guó)富，陳珂，等.基于計(jì)算機(jī)視覺(jué)的產(chǎn)品自動(dòng)檢測(cè)系統(tǒng)的研究[J].計(jì)算機(jī)工程與應(yīng)用，2004，40（3）：201?202.

[9] 魏亞孰.基于圖像處理技術(shù)的汽車(chē)鑰匙齒形碼識(shí)別研究[J].電腦知識(shí)與技術(shù)，2011（10）：6946?6947.

[10] 徐志剛，高鵬，鐘華君，等.遙感影像中高速公路的Hough變換提取方法[J].科技通報(bào)，2013（11）：52?55.