《電子技術(shù)應(yīng)用》
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基于DSP的車輛狀態(tài)視頻檢測系統(tǒng)
現(xiàn)代電子技術(shù)
孫海軍,毛漢領(lǐng),黃振峰 廣西大學(xué)
摘要: 論述了視頻檢測在智能交通領(lǐng)域的應(yīng)用,分析了目前交通信號機(jī)系統(tǒng)存在的不足。提出了以TMS320F2812為核心的視頻圖像運(yùn)動目標(biāo)檢測方案,并進(jìn)行了方案的同步信號分離電路、系統(tǒng)總體結(jié)構(gòu)設(shè)計,以及信號采樣和數(shù)據(jù)處理的軟件設(shè)計。實驗表明該解決方案設(shè)計達(dá)到了預(yù)期目標(biāo),具有較高的準(zhǔn)確性。
Abstract:
Key words :

摘要:論述了視頻檢測在智能交通領(lǐng)域的應(yīng)用,分析了目前交通信號機(jī)系統(tǒng)存在的不足。提出了以TMS320F2812為核心的視頻圖像運(yùn)動目標(biāo)檢測方案,并進(jìn)行了方案的同步信號分離電路、系統(tǒng)總體結(jié)構(gòu)設(shè)計,以及信號采樣和數(shù)據(jù)處理的軟件設(shè)計。實驗表明該解決方案設(shè)計達(dá)到了預(yù)期目標(biāo),具有較高的準(zhǔn)確性。
關(guān)鍵詞:交通控制;視頻檢測;運(yùn)動目標(biāo)檢測;DSP;TMS320F2812


     視頻圖像檢測與處理技術(shù)在智能交通(ITS)領(lǐng)域中的應(yīng)用研究已引起了國內(nèi)外學(xué)者廣泛關(guān)注,已形成許多研究熱點(diǎn)。目前交通領(lǐng)域視頻檢測技術(shù)主要用于車速、車型、車流量檢測,車牌檢測,智能泊車系統(tǒng)、安全監(jiān)控等方面,有成熟的視頻檢測產(chǎn)品。但在路口交通方案解決、提高路口交通效率方面應(yīng)用較少。
    目前城市交通路口應(yīng)用較多的是感應(yīng)線圈檢測方式,但其安裝、維修不便,對道路有破壞,成本高昂。其他可應(yīng)用的檢測方式,諸如超聲波檢測準(zhǔn)確性不高,易受干擾;微波檢測產(chǎn)品的成本較高。
    本文設(shè)計了基于TMS320F2812的路口車輛狀態(tài)視頻檢測系統(tǒng),實時檢測路口車輛狀態(tài),并將結(jié)果反饋回路口信號控制機(jī),便于信號機(jī)優(yōu)化路口信號燈的運(yùn)行方案。

1 基于視頻檢測的解決方案
1.1 方案的提出
    目前大多數(shù)城市所使用的交通控制機(jī)系統(tǒng),路口的紅綠燈運(yùn)行方案基本是固定的。這樣就會出現(xiàn)一種情況,即在某時刻某方向無車,該方向依然是綠燈。若無車的情況可以及時檢測并反饋到控制機(jī),則可以提高交通效率,對此提出了基于TMS320F2812的交通路口車輛狀態(tài)視頻檢測系統(tǒng)。
1.2 系統(tǒng)工作原理
    系統(tǒng)工作原理圖如圖1所示,圖中監(jiān)控攝像機(jī)安裝于路口斑馬線之前約70 m處(視路口車流量而定,繁忙路口則遠(yuǎn);反之則近),視頻信號由DSP本身自帶的A/D模塊進(jìn)行采樣和處理,依據(jù)處理結(jié)果輸出一個高低電平信號,此信號由路口的控制機(jī)在對應(yīng)路口通行方向為綠燈時進(jìn)行查詢并記錄。記錄一段時間(數(shù)周或數(shù)月)之后,便可以依據(jù)記錄結(jié)果統(tǒng)計優(yōu)化信號燈運(yùn)行方案。由于圖像檢測的數(shù)據(jù)處理量較大,實時性要求高,因此系統(tǒng)設(shè)計的處理核心采用TMS320F2812DSP數(shù)字信號處理器。

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2 系統(tǒng)硬件設(shè)計
2.1 復(fù)合視頻信號
    CCD攝像機(jī)輸出完整的視頻信號是1 Vp-p的復(fù)合模擬信號,包括圖像信號、同步信號、消隱信號、槽脈沖和均衡脈沖信號。一場圖像時間為20 ms,其中各脈沖寬度如下:行同步4.7 μs;場同步160μs;均衡脈沖2.35μs.槽脈沖4.7 μs;場消隱脈沖1 612μs;行消隱12μs。因此,需要將場消隱信號分離出來作為每一場圖像采集的觸發(fā)信號。
2.2 場同步信號分離電路
    LM1881N是一款視頻同步信號分離芯片,主要用于NTSC,PAL,SECAM制式,幅度為0.5~2 Vp-p之間的視頻同步信號分離。LM1881N應(yīng)用電路圖如圖2所示。

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    用示波器觀察信號Vout的波形圖,如圖3所示。

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2.3 圖像處理系統(tǒng)
    系統(tǒng)設(shè)計圖像處理核心為TMS320F2812DSP處理器。實驗中將奇偶場同步信號Vout(圖3中的方波信號)接入TMS320F2812的I/O口,使用查詢中斷的方式觸發(fā)A/D采樣。連接原理圖如圖4所示。

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    如圖3和圖4所示,TMS320F2812在程序初始化后即查詢I/O口引腳信號,在同步信號的上升沿A/D模塊開始采樣CCD攝像機(jī)接入的圖像信號。對應(yīng)每場圖像采樣時間不超過18.4 ms。

3 系統(tǒng)軟件設(shè)計
3.1 信號采集方案特點(diǎn)
    根據(jù)系統(tǒng)的目的要求,系統(tǒng)只需實時檢測路面是否有車輛經(jīng)過即可,而無需檢測車速、加速度、車流量等。即不需要采集全副圖像數(shù)據(jù)進(jìn)行處理,只需采集足夠多的像素點(diǎn)進(jìn)行處理就可以判斷是否有運(yùn)動目標(biāo)的存在。這樣就可以大大降低數(shù)據(jù)處理量和節(jié)約時間,提高系統(tǒng)檢測速度。
3.2 運(yùn)動目標(biāo)檢測算法
    基于視頻圖像的運(yùn)動目標(biāo)檢測方法有多種分類,目前常用的主要有幀差法、背景減法和基于光流的方法。本文采用背景減法和幀差法相結(jié)合的處理方法。
    檢測方法的步驟:

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    式中:M×N表示采集圖像大小,數(shù)值表示檢測區(qū)像素數(shù);k表示的是連續(xù)采集的圖像場數(shù),為得到較好的背景圖像閾值,k值需足夠大;如果M,N,k值足夠大,即M×N×k的值夠大,則求得的統(tǒng)計閾值Th越合適。
    (6)對S1(x,y),S2(x,y)進(jìn)行統(tǒng)計和比較,求差值,若差值超過一定值,則表示有運(yùn)動目標(biāo)存在;反之,無運(yùn)動目標(biāo)。數(shù)據(jù)采集和處理流程如圖5所示。

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4 實驗和分析
    在實驗室條件下進(jìn)行實驗,參數(shù)k取200,M×N取570采樣值,即M×N×k值取為114 000;每個Th更新周期N取300;背景為固定背景,運(yùn)動目標(biāo)為行人,光線充足且無直射和閃爍。實驗結(jié)果記錄如表1所示,S1,S2分別表示S1(x,y),S2(x,y)。

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    表1進(jìn)行多次實驗,統(tǒng)計實驗結(jié)果表明,在無運(yùn)動目標(biāo)狀態(tài)下,S1(x,y),S2(x,y)值最大不超過100,且有95.3%分布在90以內(nèi);在有運(yùn)動目標(biāo)狀態(tài)下,S1(x,y),S2(x,y)值一般超過120,且有96.6%超過110。因此,可以將100和110作為判斷是否存在運(yùn)動目標(biāo)的門檻值。
    同時,實驗運(yùn)動目標(biāo)的大小、速度,M×N取值大小都會影響檢測結(jié)果。運(yùn)動目標(biāo)越大,M×N取值越大則檢測結(jié)果越好,但是數(shù)據(jù)處理量增加會使單次檢測時間增加。

5 結(jié)語
    本解決方案達(dá)到了預(yù)期目標(biāo),實現(xiàn)了對交通路口車輛狀態(tài)的判斷功能,運(yùn)用于交通控制機(jī)可以有效地提高路口通行效率。方案在應(yīng)用中對現(xiàn)有道路無破壞性,安裝方便,成本較低。此外,提高系統(tǒng)的數(shù)據(jù)處理能力和可靠性,使用更好的圖像處理方法來提高檢測的準(zhǔn)確性和靈敏度也是研究的重點(diǎn)之一。
 

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