專(zhuān)利名稱(chēng)：：基于fpga的嵌入式超速視頻檢測(cè)方法
技術(shù)領(lǐng)域：
：本發(fā)明涉及一種超速視頻檢測(cè)方法，特別是一種基于FPGA的嵌入式超速視頻檢測(cè)方法。
背景技術(shù)：
：超速行駛是誘發(fā)高速公路交通事故的主要原因之一，為了增加道路資源的利用效率，保護(hù)生命與財(cái)產(chǎn)安全，減少由超速引發(fā)的交通事故，自動(dòng)超速違章檢測(cè)系統(tǒng)必須能在線精確的檢測(cè)出超速車(chē)輛；傳統(tǒng)的車(chē)速檢測(cè)技術(shù)方法有第一種，利用地埋感應(yīng)線圈檢測(cè)車(chē)輛是否超速，缺點(diǎn)是線圈必須固定，修理或安裝需中斷交通；影響路面壽命，易被重型車(chē)輛、路面修理等損壞；第二種，利用微波檢測(cè)技術(shù)在檢測(cè)路面上投影檢測(cè)區(qū)域檢測(cè)車(chē)輛是否超速；缺點(diǎn)是單車(chē)道檢測(cè)，放置不當(dāng)讀數(shù)被其他車(chē)的速度代替，無(wú)線電波、車(chē)外型變化導(dǎo)致較大誤差；第三種，利用固定在高速公路等限速路段一側(cè)的激光測(cè)速儀對(duì)機(jī)動(dòng)車(chē)輛的行駛速度進(jìn)行測(cè)量；缺點(diǎn)是激光束會(huì)對(duì)人眼造成極為嚴(yán)重的傷害；其性能指標(biāo)要求高，同時(shí)在使用中必須人工操控，因此無(wú)法應(yīng)用于自動(dòng)檢測(cè)；基于視頻檢測(cè)及圖像處理的車(chē)速檢測(cè)技術(shù)方法，利用工控機(jī)、DSP圖像采集卡等設(shè)備實(shí)現(xiàn)車(chē)速檢測(cè)，由于目前圖像處理算法復(fù)雜并且工控機(jī)系統(tǒng)無(wú)法對(duì)圖像進(jìn)行并行處理，系統(tǒng)在線性差，系統(tǒng)功耗大、系統(tǒng)花費(fèi)大難以實(shí)現(xiàn)多路大尺寸圖像在線高速處理和判斷；文獻(xiàn)“公開(kāi)號(hào)是CN101692310A的中國(guó)專(zhuān)利”公開(kāi)一種智能交通綜合視頻監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，包括至少一個(gè)高清網(wǎng)絡(luò)數(shù)字?jǐn)z像機(jī)、視頻監(jiān)控工控主機(jī)、線圈車(chē)輛檢測(cè)器和/或雷達(dá)裝置以及高清智能交通行為監(jiān)視單元。高清網(wǎng)絡(luò)數(shù)字?jǐn)z像機(jī)負(fù)責(zé)拍攝車(chē)道高清圖像或高清視頻并將圖像或視頻暫存并分揀；視頻監(jiān)控工控主機(jī)負(fù)責(zé)接收高清網(wǎng)絡(luò)數(shù)字?jǐn)z像機(jī)發(fā)送的高清圖像或視頻，通過(guò)對(duì)圖像或視頻進(jìn)行分區(qū)處理，結(jié)合其他外部輸入條件進(jìn)行違法行為監(jiān)測(cè)；該工控主機(jī)包括視頻采集卡、嵌入式微控制器和連接PCI板卡接口的繼電器；線圈車(chē)輛檢測(cè)器和/或雷達(dá)裝置負(fù)責(zé)檢測(cè)車(chē)輛的行駛速度；高清智能交通行為監(jiān)視單元中的系統(tǒng)超速自動(dòng)監(jiān)測(cè)模塊負(fù)責(zé)對(duì)所有通行車(chē)輛的車(chē)速進(jìn)行監(jiān)測(cè)，判斷是否有車(chē)輛超過(guò)規(guī)定的速度，若發(fā)現(xiàn)有車(chē)輛超速，則進(jìn)行抓拍，以便提供超速違法行為的證據(jù)。上述技術(shù)不足之處是基于線圈車(chē)輛檢測(cè)器和/或雷達(dá)裝置的車(chē)速檢測(cè)設(shè)備價(jià)格都較昂貴，線圈車(chē)輛檢測(cè)器線圈必須固定，修理或安裝需中斷交通；影響路面壽命，易被重型車(chē)輛、路面修理等損壞；雷達(dá)裝置為單車(chē)道檢測(cè)，放置不當(dāng)讀數(shù)被其他車(chē)的速度代替，無(wú)線電波、車(chē)外型變化導(dǎo)致較大誤差；由于上述測(cè)速方法不能自動(dòng)獲得超速車(chē)輛車(chē)牌號(hào)碼等違章照片證據(jù)，無(wú)法起到法律監(jiān)督效用，必須使用攝像機(jī)、計(jì)算機(jī)等設(shè)備實(shí)現(xiàn)車(chē)輛抓拍并由此使得產(chǎn)品且價(jià)格昂貴、系統(tǒng)功耗大。
發(fā)明內(nèi)容為了克服現(xiàn)有的智能交通綜合視頻監(jiān)測(cè)系統(tǒng)功耗大的不足，本發(fā)明提供一種基于FPGA的嵌入式超速視頻檢測(cè)方法。該方法采用FPGA在線對(duì)多路圖像進(jìn)行并行處理，實(shí)現(xiàn)對(duì)大尺寸圖像在線高速處理和判斷；通過(guò)高速(XD等監(jiān)視路面區(qū)域，選定圖像中的一個(gè)臨近邊界監(jiān)視區(qū)域，用于檢測(cè)有無(wú)車(chē)輛進(jìn)入檢測(cè)區(qū)，直接由FPGA按照幀差法檢測(cè)，當(dāng)有車(chē)輛進(jìn)入該區(qū)域時(shí)，F(xiàn)PGA將連續(xù)自動(dòng)定時(shí)記錄多幀圖像，采用圖像分割等方法獲得被檢測(cè)車(chē)輛在不同幀的圖像中的中心位置，通過(guò)不同幀的位置、時(shí)間判斷有無(wú)超速，如有超速則對(duì)FPGA中保存的某一幀圖像壓縮記錄或傳輸，可以降低系統(tǒng)功耗。本發(fā)明解決其技術(shù)問(wèn)題所采用的技術(shù)方案一種基于FPGA的嵌入式超速視頻檢測(cè)方法，其特點(diǎn)是包括下述步驟(a)通過(guò)多個(gè)PAL制式的(XD攝像機(jī)對(duì)高速公路指定檢測(cè)區(qū)域以200Mhz高速時(shí)鐘進(jìn)行監(jiān)控并對(duì)圖像進(jìn)行處理；當(dāng)前幀圖像與存入SRAM中的上一幀圖像作絕對(duì)差分進(jìn)行圖像預(yù)處理，對(duì)CCD圖像解碼、將相鄰兩幀圖像中指定的同一區(qū)域在FPGA進(jìn)行比較，獲得有無(wú)超速車(chē)輛經(jīng)過(guò)的信息；(b)直接用FPGA進(jìn)行圖像閾值分割，幀間差法通過(guò)對(duì)視頻流中每幀與前一幀圖像中所選區(qū)域xe(Xl，x2),yG(Yl,y2)做差獲取當(dāng)前圖像的幀差圖，選取閾值Td判斷該幀有多少像素發(fā)生變化以判斷該幀是否有車(chē)輛經(jīng)過(guò)；計(jì)算將圖像各像素分成目標(biāo)類(lèi)CQ={xI0彡X彡32}和背景類(lèi)Ci={xI33彡X彡255}，當(dāng)C(t)=1時(shí)，第t幀圖像中有車(chē)輛經(jīng)過(guò)監(jiān)測(cè)區(qū)域；(c)通過(guò)FPGA在線處理，判斷車(chē)輛是否超速并確定車(chē)輛在圖像中位置；首先當(dāng)有車(chē)輛經(jīng)過(guò)檢測(cè)區(qū)域時(shí)CCD車(chē)輛檢測(cè)模塊發(fā)信息給控制模塊并告知哪一車(chē)道有車(chē)并給出車(chē)輛中心位置；然后控制模塊開(kāi)始計(jì)時(shí)；通過(guò)計(jì)算下一幀圖像中車(chē)輛中心位置確定車(chē)輛的位移，進(jìn)而確定車(chē)速并判斷車(chē)輛是否超速；車(chē)輛中心位置由下式確定式中，V(x，y)是圖像中像素點(diǎn)的取值，a，b，c，d是圖像的邊界坐標(biāo)；(d)檢測(cè)到車(chē)輛超速后控制模塊停止計(jì)時(shí)器、記錄計(jì)時(shí)器值計(jì)算超速車(chē)輛車(chē)速及車(chē)輛在圖像中位置；車(chē)輛車(chē)速計(jì)算公式是V=L/Tt=(nXD)/Tt式中，D是監(jiān)測(cè)區(qū)域內(nèi)圖像中每行之間距離；n是不同時(shí)刻車(chē)輛中心之間距離；Tt是FPGA內(nèi)部編程實(shí)現(xiàn)計(jì)時(shí)器計(jì)時(shí)；(e)通過(guò)FPGA獲得超速車(chē)輛車(chē)速、抓拍圖像及事發(fā)時(shí)間地點(diǎn)的信息發(fā)送給無(wú)線傳輸模塊，并通過(guò)GPRS網(wǎng)絡(luò)將信息傳輸給監(jiān)控站。本發(fā)明的有益結(jié)果是由于采用了FPGA在線對(duì)多路圖像進(jìn)行并行處理，實(shí)現(xiàn)了對(duì)大尺寸圖像在線高速處理和判斷；通過(guò)高速C⑶等監(jiān)視路面區(qū)域，選定圖像中的一個(gè)臨近邊界監(jiān)視區(qū)域，用于檢測(cè)有無(wú)車(chē)輛進(jìn)入檢測(cè)區(qū)，直接由FPGA按照幀差法檢測(cè)，當(dāng)有車(chē)輛進(jìn)入該區(qū)域時(shí)，F(xiàn)PGA將連續(xù)自動(dòng)定時(shí)記錄多幀圖像，采用圖像分割等方法獲得被檢測(cè)車(chē)輛在不同幀的圖像中的中心位置，通過(guò)不同幀的位置、時(shí)間判斷有無(wú)超速，如有超速則對(duì)FPGA中保存的某一幀圖像壓縮記錄或傳輸。由于本發(fā)明直接采用FPGA處理全部圖像采集和圖像分割計(jì)算，利用FPGA對(duì)圖像的并行處理能力、對(duì)8位至16位數(shù)據(jù)的快速處理能力，實(shí)現(xiàn)了多路圖像的快速處理和超速檢測(cè)，并且快速保存或傳輸超速圖像，不需要其它核心處理單元，故系統(tǒng)功耗得到了降低。下面結(jié)合附圖和實(shí)施例對(duì)本發(fā)明作詳細(xì)說(shuō)明。圖1是本發(fā)明方法所用系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)圖；圖2是圖1中FPGA的硬件框圖；圖3是本發(fā)明方法目標(biāo)中心計(jì)算邏輯圖；圖4是本發(fā)明方法流程圖。具體實(shí)施例方式參照?qǐng)D14，本發(fā)明方法用系統(tǒng)由多路攝像機(jī)、FPGA核心板、無(wú)線傳輸設(shè)備組成(1)多路攝像機(jī)采用Mintron彩色(XD攝像機(jī)，通過(guò)將其安裝在道路兩側(cè)固定架上并將25幀/秒的視頻流圖像以PAL制式的模擬信號(hào)形式傳輸給FPGA核心板實(shí)現(xiàn)對(duì)高速公路監(jiān)測(cè)區(qū)域的在線圖像采集；(2)FPGA核心板為系統(tǒng)的數(shù)據(jù)處理設(shè)備，由于系統(tǒng)必須對(duì)每路視頻流的每幀圖像進(jìn)行分析處理，因此選Altera公司型號(hào)為EP1C12的FPGA作為核心處理器；由于FPGA掉電后無(wú)法保存程序，因此通過(guò)ALTERA公司型號(hào)為EPCS4的flash存儲(chǔ)器實(shí)現(xiàn)掉電后FPGA程序存儲(chǔ)，當(dāng)系統(tǒng)上電后FPGA自動(dòng)將EPCS4中保存的程序?qū)懭隖PGA中并開(kāi)始工作；要獲得清晰車(chē)牌必須對(duì)整幅圖像每幀都進(jìn)行存儲(chǔ)，而FPGA內(nèi)部RAM為只有240Kbit，因此選用ISSI公司的IS61LV10248高速8位RAM作為圖像存儲(chǔ)器；由于攝像機(jī)輸出為模擬信號(hào)，而一般FPGA都是數(shù)字接口，所以選用PHILIPS公司的SAA7113H專(zhuān)用視頻A/D轉(zhuǎn)換芯片，其輸出信號(hào)是YUV4:2:2格式數(shù)字信號(hào)；為實(shí)現(xiàn)將超速抓拍圖像及相關(guān)信息傳輸給監(jiān)控站,選用Maxim公司的MAX3232芯片實(shí)現(xiàn)RS232接口，通過(guò)RS232接口FPGA通過(guò)UART總線傳輸協(xié)議將超速抓拍圖像及相關(guān)信息傳輸給無(wú)線傳輸設(shè)備；(3)無(wú)線傳輸設(shè)備由廣州領(lǐng)拓電子科技公司的型號(hào)為L(zhǎng)T501HWDTUMODEM的無(wú)線傳輸模塊組成，實(shí)現(xiàn)通過(guò)GPRS網(wǎng)絡(luò)將當(dāng)前獲得的超速車(chē)輛車(chē)速、抓拍圖像及事發(fā)時(shí)間地點(diǎn)等信息傳輸給監(jiān)控站。FPGA通過(guò)VerilogHDL硬件描述語(yǔ)言編程實(shí)現(xiàn)如下模塊IIC模塊、基于圖像處理的車(chē)輛檢測(cè)模塊、控制模塊、UART模塊和外部SRAM總線接口模塊；IIC模塊實(shí)現(xiàn)IIC總線傳輸協(xié)議，在系統(tǒng)上電啟動(dòng)后通過(guò)IIC總線對(duì)視頻A/D轉(zhuǎn)換芯片SAA7113H進(jìn)行參數(shù)配置，在配置完畢后啟動(dòng)圖像處理模塊開(kāi)始監(jiān)控監(jiān)測(cè)區(qū)域；基于圖像處理的車(chē)輛檢測(cè)模塊首先對(duì)視頻A/D轉(zhuǎn)換芯片數(shù)據(jù)總線上的8位YUV4:2:2格式的視頻數(shù)據(jù)流進(jìn)行分析，解析出數(shù)字圖像信息；然后將圖像數(shù)據(jù)在線存入高速8位內(nèi)部RAM中，并通過(guò)幀間差法對(duì)其進(jìn)行處理并判斷監(jiān)測(cè)區(qū)域是否有車(chē)輛及車(chē)輛在圖像中的中心位置；最后通過(guò)不同幀之間車(chē)輛的位移及花費(fèi)時(shí)間計(jì)算車(chē)輛車(chē)速并判斷是否超速；控制模塊通過(guò)基于圖像處理的車(chē)輛檢測(cè)模塊發(fā)送的信號(hào)判斷經(jīng)過(guò)監(jiān)測(cè)區(qū)域的車(chē)輛的是否超速，如果沒(méi)有超速車(chē)輛檢測(cè)模塊繼續(xù)工作，如果有車(chē)輛超速則暫停超速車(chē)輛檢測(cè)模塊、壓縮抓拍到超速車(chē)輛的圖像、并通知UART模塊傳輸數(shù)據(jù)；UART模塊實(shí)現(xiàn)UART總線傳輸協(xié)議，在獲知車(chē)輛超速后將抓拍超速車(chē)輛圖像及其車(chē)速通過(guò)串口傳送至GPRS無(wú)線收發(fā)模塊，傳輸完畢后重新啟動(dòng)圖像處理模塊，使系統(tǒng)重新開(kāi)始監(jiān)控檢測(cè)區(qū)域；外部SRAM總線接口模塊通過(guò)控制模塊控制哪一模塊與外部SRAM總線連接并對(duì)外部SRAM所存圖像進(jìn)行處理。FPGA通過(guò)VerilogHDL硬件描述語(yǔ)言編程實(shí)現(xiàn)了基于FPGA的嵌入式超速視頻檢測(cè)，下面詳細(xì)敘述實(shí)現(xiàn)方法1)對(duì)(XD圖像解碼、將相鄰兩幀圖像中指定的同一區(qū)域在FPGA進(jìn)行比較，獲得有無(wú)超速車(chē)輛經(jīng)過(guò)的信息；通過(guò)在高速公路道路邊架設(shè)多個(gè)PAL制式的CCD攝像機(jī)對(duì)高速公路指定檢測(cè)區(qū)域以200Mhz高速時(shí)鐘進(jìn)行監(jiān)控并對(duì)圖像進(jìn)行處理；當(dāng)前幀圖像與存入SRAM中的上一幀圖像作絕對(duì)差分以實(shí)現(xiàn)圖像預(yù)處理。差分結(jié)果與固定閾值進(jìn)行比較，大于閾值為有車(chē)輛像素點(diǎn)，否則為無(wú)車(chē)輛像素點(diǎn)；2)直接用FPGA進(jìn)行圖像閾值分割，為進(jìn)一步處理奠定基礎(chǔ)；幀間差法通過(guò)對(duì)視頻流中每幀與前一幀圖像中所選區(qū)域xe(Xl，X2)，yG(yi，y2)做差獲取當(dāng)前圖像的幀差圖，選取合適的閾值Td判斷該幀有多少像素發(fā)生變化并通過(guò)選取合適的閾值T。判斷該幀是否有車(chē)輛經(jīng)過(guò)；通過(guò)幀差將背景像素值集中在(0，32)范圍內(nèi)，目標(biāo)車(chē)輛像素基本大于32。由此實(shí)現(xiàn)將圖像各像素分成目標(biāo)類(lèi)CQ=32}和背景類(lèi)(^={x|33^x^255}并選取Td=32；根據(jù)FPGA幀差直方圖看出當(dāng)有車(chē)輛進(jìn)入監(jiān)測(cè)區(qū)域時(shí)車(chē)輛像素?cái)?shù)遠(yuǎn)大于14萬(wàn)個(gè)。運(yùn)用P-分位數(shù)(p-tile)閾值分割法通過(guò)上述實(shí)驗(yàn)分析確定T。=14000；計(jì)算當(dāng)C(t)=1時(shí)說(shuō)明第t幀圖像中有車(chē)輛經(jīng)過(guò)監(jiān)測(cè)區(qū)域。選取不同Td值，通過(guò)對(duì)比可驗(yàn)證p-tile閾值分割法能很好的定位車(chē)輛并消除陰影。FPGA通過(guò)p-分位數(shù)法選取Td并獲得當(dāng)前幀的二值化圖像實(shí)現(xiàn)圖像閾值分割，當(dāng)C(t)=1時(shí)說(shuō)明第t幀圖像中有車(chē)輛經(jīng)過(guò)監(jiān)測(cè)區(qū)域；3)通過(guò)FPGA在線處理，判斷車(chē)輛是否超速并確定車(chē)輛在圖像中位置；首先當(dāng)有車(chē)輛經(jīng)過(guò)檢測(cè)區(qū)域時(shí)CCD車(chē)輛檢測(cè)模塊發(fā)信息給控制模塊并告知哪一車(chē)道有車(chē)并計(jì)算出車(chē)輛中心位置；然后控制模塊開(kāi)始計(jì)時(shí)；通過(guò)計(jì)算下一幀圖像中車(chē)輛中心位置可計(jì)算出車(chē)輛的位移，進(jìn)而計(jì)算車(chē)速并判斷車(chē)輛是否超速。如果超速則發(fā)信息給控制模塊告知車(chē)輛超速。寄存器、加法器、除法器及選擇器等都為FPGA內(nèi)部硬件資源，F(xiàn)PGA通過(guò)VerilogHDL硬件描述語(yǔ)言將目標(biāo)中心計(jì)算算法用FPGA內(nèi)部硬件資源實(shí)現(xiàn)，其目的是使目標(biāo)中心計(jì)算模塊與其它處理模塊相互獨(dú)立，在時(shí)間上并行工作，保證在圖像采集過(guò)程中計(jì)算目標(biāo)中心，當(dāng)圖像采集完成后目標(biāo)中心也計(jì)算完畢。通過(guò)FPGA直接提取目標(biāo)中心；目標(biāo)中心的計(jì)算公式為式中V(x，y)為圖像中像素點(diǎn)的取值，a,b，c,d為圖像的邊界坐標(biāo)，計(jì)算中心需要做三次加法兩次除法，求Mx，My,M的加法運(yùn)算在圖像采集時(shí)同步完成，除法運(yùn)算在圖像采集完成后并行進(jìn)行，中心坐標(biāo)可以在圖像采集完成后延遲一個(gè)除法周期后輸出，保證在圖像采集過(guò)程中計(jì)算目標(biāo)中心，當(dāng)圖像采集完成后目標(biāo)中心也計(jì)算完畢。4)通過(guò)FPGA抓拍包含超速車(chē)輛車(chē)型及車(chē)牌號(hào)的圖像并精確測(cè)出超速車(chē)輛車(chē)速；檢測(cè)到車(chē)輛超速后控制模塊停止計(jì)時(shí)器、記錄計(jì)時(shí)器值計(jì)算超速車(chē)輛車(chē)速及車(chē)輛在圖像中位置。車(chē)速計(jì)算公式為V=L/T；通過(guò)使用檢測(cè)區(qū)域而不是檢測(cè)線可以更精確的計(jì)算車(chē)輛行駛速度V。通過(guò)實(shí)地測(cè)量監(jiān)測(cè)區(qū)域內(nèi)圖像中每行之間距離D可以精確得到。由于車(chē)速較快，不可能每次都是車(chē)頭剛好壓到檢測(cè)線，因此檢測(cè)線法無(wú)法準(zhǔn)確得知車(chē)輛的精確位置。通過(guò)監(jiān)測(cè)區(qū)域法當(dāng)檢測(cè)到車(chē)輛經(jīng)過(guò)時(shí)車(chē)還在監(jiān)測(cè)區(qū)域內(nèi)，由此可計(jì)算出不同時(shí)刻車(chē)輛中心之間距離n行并計(jì)算出L=nXD。FPGA內(nèi)部編程實(shí)現(xiàn)計(jì)時(shí)器計(jì)時(shí)為T(mén)t，精度為0.25(ms)。視頻A/D轉(zhuǎn)換接口芯片輸出YUV4:2:2PAL制式數(shù)字信號(hào)鐘頻率為27MHZ，精度為us級(jí)。每幀共625線，每場(chǎng)50HZ每幀25HZ。每線所占時(shí)間為IY=1/(625*25)=0.064ms秒。車(chē)輛車(chē)速計(jì)算公式為:V=L/Tt=(nXD)/Tt。5)通過(guò)FPGA將獲得的超速車(chē)輛車(chē)速、抓拍圖像及事發(fā)時(shí)間地點(diǎn)等信息發(fā)送給無(wú)線傳輸模塊并通過(guò)GPRS網(wǎng)絡(luò)將信息傳輸給監(jiān)控站；系統(tǒng)通過(guò)FPGA編程實(shí)現(xiàn)UART模塊通過(guò)串口將超速車(chē)輛車(chē)速、抓拍圖像及事發(fā)時(shí)間地點(diǎn)等信息傳輸給廣州領(lǐng)拓電子科技公司的型號(hào)為L(zhǎng)T501HWDTUMODEM的無(wú)線傳輸模塊；通過(guò)該無(wú)線模塊及GPRS網(wǎng)絡(luò)等將信息傳輸給監(jiān)控站，監(jiān)控站可及時(shí)通過(guò)超速車(chē)輛車(chē)速并抓拍到清晰車(chē)牌號(hào)實(shí)施監(jiān)控處罰。系統(tǒng)工作流程如下①系統(tǒng)上電后FPGA自啟動(dòng)將EPCS4中保存的程序?qū)懭隖PGA中并開(kāi)始工作；②FPGA實(shí)現(xiàn)IIC總線傳輸協(xié)議，在系統(tǒng)上電啟動(dòng)后通過(guò)IIC總線對(duì)視頻A/D轉(zhuǎn)換芯片SAA7113H進(jìn)行參數(shù)配置，在配置完畢后啟動(dòng)圖像處理模塊；③FPGA應(yīng)用數(shù)字圖像處理技術(shù)實(shí)現(xiàn)多路圖像的快速處理和超速檢測(cè)并判斷進(jìn)入監(jiān)測(cè)區(qū)域車(chē)輛是否超速；④當(dāng)檢測(cè)到有車(chē)輛超速時(shí)，F(xiàn)PGA通過(guò)圖像方式抓拍超速車(chē)輛的車(chē)型及車(chē)牌號(hào)并對(duì)圖像進(jìn)行壓縮；⑤FPGA實(shí)現(xiàn)UART總線傳輸協(xié)議，通過(guò)串口、無(wú)線傳輸模塊及GPRS網(wǎng)絡(luò)將當(dāng)前獲得的超速車(chē)輛車(chē)速、抓拍圖像及事發(fā)時(shí)間地點(diǎn)等信息傳輸給監(jiān)控站；⑥數(shù)據(jù)通過(guò)串口傳輸完畢后對(duì)FPGA內(nèi)部參數(shù)復(fù)位，使其從新開(kāi)始檢測(cè)是否有車(chē)輛超速；系統(tǒng)運(yùn)用FPGA的并行處理能力通過(guò)對(duì)多路25幀/秒的720X576視頻流在線處理實(shí)現(xiàn)了在線、經(jīng)濟(jì)的高性能的超速監(jiān)測(cè)系統(tǒng)。實(shí)驗(yàn)證明該系統(tǒng)能精確的測(cè)量超速車(chē)輛車(chē)速并抓拍到清晰車(chē)牌號(hào)。權(quán)利要求一種基于FPGA的嵌入式超速視頻檢測(cè)方法，其特征在于包括下述步驟(a)通過(guò)多個(gè)PAL制式的CCD攝像機(jī)對(duì)高速公路指定檢測(cè)區(qū)域以200Mhz高速時(shí)鐘進(jìn)行監(jiān)控并對(duì)圖像進(jìn)行處理；當(dāng)前幀圖像與存入SRAM中的上一幀圖像作絕對(duì)差分進(jìn)行圖像預(yù)處理，對(duì)CCD圖像解碼、將相鄰兩幀圖像中指定的同一區(qū)域在FPGA進(jìn)行比較，獲得有無(wú)超速車(chē)輛經(jīng)過(guò)的信息；(b)直接用FPGA進(jìn)行圖像閾值分割，幀間差法通過(guò)對(duì)視頻流中每幀與前一幀圖像中所選區(qū)域x∈(x1，x2)，y∈(y1，y2)做差獲取當(dāng)前圖像的幀差圖，選取閾值Td判斷該幀有多少像素發(fā)生變化以判斷該幀是否有車(chē)輛經(jīng)過(guò)；將圖像各像素分成目標(biāo)類(lèi)C0＝{x|0≤x≤32}和背景類(lèi)C1＝{x|33≤x≤255}，計(jì)算<mrow><msub><mi>I</mi><mi>d</mi></msub><mrow><mo>(</mo><mi>x</mi><mo>,</mo><mi>y</mi><mo>,</mo><mi>t</mi><mo>)</mo></mrow><mo>=</mo><mfencedopen='{'close=''><mtable><mtr><mtd><mn>1</mn><mo>,</mo><mo>|</mo><mi>I</mi><mrow><mo>(</mo><mi>x</mi><mo>,</mo><mi>y</mi><mo>,</mo><mi>t</mi><mo>)</mo></mrow><mo>-</mo><mi>I</mi><mrow><mo>(</mo><mi>x</mi><mo>,</mo><mi>y</mi><mo>,</mo><mi>t</mi><mo>-</mo><mn>1</mn><mo>)</mo></mrow><mo>|</mo><mo>≥</mo><msub><mi>T</mi><mi>d</mi></msub></mtd></mtr><mtr><mtd><mn>0</mn><mo>,</mo><mo>|</mo><mi>I</mi><mrow><mo>(</mo><mi>x</mi><mo>,</mo><mi>y</mi><mo>,</mo><mi>t</mi><mo>)</mo></mrow><mo>-</mo><mi>I</mi><mrow><mo>(</mo><mi>x</mi><mo>,</mo><mi>y</mi><mo>,</mo><mi>t</mi><mo>-</mo><mn>1</mn><mo>)</mo></mrow><mo>|</mo><mo><</mo><msub><mi>T</mi><mi>d</mi></msub></mtd></mtr></mtable></mfenced></mrow><mrow><mi>C</mi><mrow><mo>(</mo><mi>t</mi><mo>)</mo></mrow><mo>=</mo><mfencedopen='{'close=''><mtable><mtr><mtd><mn>1</mn><mo>,</mo><munderover><mi>Σ</mi><mrow><mi>x</mi><mo>=</mo><msub><mi>x</mi><mn>1</mn></msub></mrow><msub><mi>x</mi><mn>2</mn></msub></munderover><munderover><mi>Σ</mi><mrow><mi>y</mi><mo>=</mo><msub><mi>y</mi><mn>1</mn></msub></mrow><msub><mi>y</mi><mn>2</mn></msub></munderover><msub><mi>I</mi><mi>d</mi></msub><mrow><mo>(</mo><mi>x</mi><mo>,</mo><mi>y</mi><mo>,</mo><mi>t</mi><mo>)</mo></mrow><mo>≥</mo><msub><mi>T</mi><mi>c</mi></msub></mtd></mtr><mtr><mtd><mn>0</mn><mo>,</mo><munderover><mi>Σ</mi><mrow><mi>x</mi><mo>=</mo><msub><mi>x</mi><mn>1</mn></msub></mrow><msub><mi>x</mi><mn>2</mn></msub></munderover><munderover><mi>Σ</mi><mrow><mi>y</mi><mo>=</mo><msub><mi>y</mi><mn>1</mn></msub></mrow><msub><mi>y</mi><mn>2</mn></msub></munderover><msub><mi>I</mi><mi>d</mi></msub><mrow><mo>(</mo><mi>x</mi><mo>,</mo><mi>y</mi><mo>,</mo><mi>t</mi><mo>)</mo></mrow><mo><</mo><msub><mi>T</mi><mi>c</mi></msub></mtd></mtr></mtable></mfenced></mrow>當(dāng)C(t)＝1時(shí)，第t幀圖像中有車(chē)輛經(jīng)過(guò)監(jiān)測(cè)區(qū)域；(c)通過(guò)FPGA在線處理，判斷車(chē)輛是否超速并確定車(chē)輛在圖像中位置；首先當(dāng)有車(chē)輛經(jīng)過(guò)檢測(cè)區(qū)域時(shí)CCD車(chē)輛檢測(cè)模塊發(fā)信息給控制模塊并告知哪一車(chē)道有車(chē)并給出車(chē)輛中心位置；然后控制模塊開(kāi)始計(jì)時(shí)；通過(guò)計(jì)算下一幀圖像中車(chē)輛中心位置確定車(chē)輛的位移，進(jìn)而確定車(chē)速并判斷車(chē)輛是否超速；車(chē)輛中心位置由下式確定<mrow><mfencedopen='['close=']'><mtable><mtr><mtd><mover><mi>x</mi><mo>‾</mo></mover></mtd></mtr><mtr><mtd><mover><mi>y</mi><mo>‾</mo></mover></mtd></mtr></mtable></mfenced><mo>=</mo><mfencedopen='['close=']'><mtable><mtr><mtd><msub><mi>M</mi><mi>x</mi></msub><mo>/</mo><mi>M</mi></mtd></mtr><mtr><mtd><msub><mi>M</mi><mi>y</mi></msub><mo>/</mo><mi>M</mi></mtd></mtr></mtable></mfenced><mo>=</mo><mfencedopen='['close=']'><mtable><mtr><mtd><munderover><mi>Σ</mi><mrow><mi>y</mi><mo>=</mo><mi>c</mi></mrow><mi>d</mi></munderover><munderover><mi>Σ</mi><mrow><mi>x</mi><mo>=</mo><mi>a</mi></mrow><mi>b</mi></munderover><mi>xV</mi><mrow><mo>(</mo><mi>x</mi><mo>,</mo><mi>y</mi><mo>)</mo></mrow><mo>/</mo><munderover><mi>Σ</mi><mrow><mi>y</mi><mo>=</mo><mi>c</mi></mrow><mi>d</mi></munderover><munderover><mi>Σ</mi><mrow><mi>x</mi><mo>=</mo><mi>a</mi></mrow><mi>b</mi></munderover><mi>V</mi><mrow><mo>(</mo><mi>x</mi><mo>,</mo><mi>y</mi><mo>)</mo></mrow></mtd></mtr><mtr><mtd><munderover><mi>Σ</mi><mrow><mi>y</mi><mo>=</mo><mi>c</mi></mrow><mi>d</mi></munderover><munderover><mi>Σ</mi><mrow><mi>x</mi><mo>=</mo><mi>a</mi></mrow><mi>b</mi></munderover><mi>yV</mi><mrow><mo>(</mo><mi>x</mi><mo>,</mo><mi>y</mi><mo>)</mo></mrow><mo>/</mo><munderover><mi>Σ</mi><mrow><mi>y</mi><mo>=</mo><mi>c</mi></mrow><mi>d</mi></munderover><munderover><mi>Σ</mi><mrow><mi>x</mi><mo>=</mo><mi>a</mi></mrow><mi>b</mi></munderover><mi>V</mi><mrow><mo>(</mo><mi>x</mi><mo>,</mo><mi>y</mi><mo>)</mo></mrow></mtd></mtr></mtable></mfenced></mrow>式中，V(x，y)是圖像中像素點(diǎn)的取值，a，b，c，d是圖像的邊界坐標(biāo)；(d)檢測(cè)到車(chē)輛超速后控制模塊停止計(jì)時(shí)器、記錄計(jì)時(shí)器值計(jì)算超速車(chē)輛車(chē)速及車(chē)輛在圖像中位置；車(chē)輛車(chē)速計(jì)算公式是V＝L/Tt＝(n×D)/Tt式中，D是監(jiān)測(cè)區(qū)域內(nèi)圖像中每行之間距離；n是不同時(shí)刻車(chē)輛中心之間距離；Tt是FPGA內(nèi)部編程實(shí)現(xiàn)計(jì)時(shí)器計(jì)時(shí)；(e)通過(guò)FPGA獲得超速車(chē)輛車(chē)速、抓拍圖像及事發(fā)時(shí)間地點(diǎn)的信息發(fā)送給無(wú)線傳輸模塊，并通過(guò)GPRS網(wǎng)絡(luò)將信息傳輸給監(jiān)控站。全文摘要本發(fā)明公開(kāi)了一種基于FPGA的嵌入式超速視頻檢測(cè)方法，其目的是解決現(xiàn)有的智能交通綜合視頻監(jiān)測(cè)系統(tǒng)功耗大的技術(shù)問(wèn)題。技術(shù)方案是通過(guò)多個(gè)PAL制式的CCD攝像機(jī)對(duì)高速公路指定檢測(cè)區(qū)域以200Mhz高速時(shí)鐘進(jìn)行監(jiān)控并對(duì)圖像進(jìn)行處理；直接用FPGA進(jìn)行圖像閾值分割，判斷車(chē)輛是否超速并確定車(chē)輛在圖像中位置；抓拍包含超速車(chē)輛車(chē)型及車(chē)牌號(hào)的圖像并精確測(cè)出超速車(chē)輛車(chē)速；獲得的超速車(chē)輛車(chē)速、抓拍圖像及事發(fā)時(shí)間地點(diǎn)等信息發(fā)送給無(wú)線傳輸模塊并通過(guò)GPRS網(wǎng)絡(luò)將信息傳輸給監(jiān)控站。由于本發(fā)明直接采用FPGA處理全部圖像采集和圖像分割計(jì)算，利用FPGA對(duì)圖像的并行處理能力，實(shí)現(xiàn)了多路圖像的快速處理和超速檢測(cè)，不需要其它核心處理單元，故系統(tǒng)功耗得到了降低。文檔編號(hào)G08G1/054GK101853576SQ201010196308公開(kāi)日2010年10月6日申請(qǐng)日期2010年6月10日優(yōu)先權(quán)日2010年6月10日發(fā)明者付建群,史忠科申請(qǐng)人:西北工業(yè)大學(xué)