專利名稱：基于cmos模擬視頻信號(hào)的車流量檢測(cè)方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明 涉及一種基于CMOS模擬視頻信號(hào)的車流量檢測(cè)方法，屬于信號(hào)處理技術(shù)、 控制技術(shù)、工業(yè)測(cè)控技術(shù)。
背景技術(shù)：
近年來(lái)我國(guó)的城市交通事業(yè)得到了長(zhǎng)足的發(fā)展，但道路建設(shè)、交通網(wǎng)管等基礎(chǔ)設(shè) 施建設(shè)需要大量資金，建設(shè)周期也長(zhǎng)，其發(fā)展的速度遠(yuǎn)遠(yuǎn)低于交通工具的增加速度，且發(fā)達(dá) 地區(qū)的人口密度大，車輛人均擁有量較高，造成城市交通塞車堵車現(xiàn)象嚴(yán)重，路口安裝車流 量檢測(cè)系統(tǒng)，可以幫助交通管理部門了解各個(gè)路口的車量通行情況，合理安排車輛流向，及 時(shí)疏導(dǎo)交通，緩解堵車、塞車現(xiàn)象，并對(duì)城市道路建設(shè)提供了詳盡的數(shù)據(jù)，因此，交通管理部 門對(duì)路口車流量進(jìn)行監(jiān)控，對(duì)城市交通的聯(lián)網(wǎng)控制具有重要的指導(dǎo)作用，對(duì)城市道路建設(shè) 規(guī)劃等都有著重要的意義。對(duì)交通路口車流量情況進(jìn)行檢測(cè)的方法包括早期的人工計(jì)數(shù)方法，基于雷達(dá)射頻 信號(hào)的方法，基于電磁信號(hào)進(jìn)行檢測(cè)的方法以及基于視頻信號(hào)的檢測(cè)方法等。這其中由于 基于視頻的檢測(cè)方法具有在成本、檢測(cè)效率及精度等方面的優(yōu)勢(shì)而得到了越來(lái)越廣泛的應(yīng)用?，F(xiàn)有的基于視頻信號(hào)的檢測(cè)方法其實(shí)現(xiàn)方式大致分為以下兩類①基于工控計(jì)算機(jī)的車流量視頻檢測(cè)方案，該類系統(tǒng)利用安裝在公路、指定的道 路上或在移動(dòng)車輛上的工控機(jī)作為圖像處理單元，通過(guò)判斷視頻圖像的檢測(cè)區(qū)內(nèi)是否有無(wú) 車輛通行并統(tǒng)計(jì)單位時(shí)間通過(guò)的車輛數(shù)來(lái)確定車流量大?。挥捎谄涔ぷ鳝h(huán)境為野外或路 口，信號(hào)、圖像、傳輸?shù)饶K完全按工業(yè)級(jí)標(biāo)準(zhǔn)設(shè)計(jì)，所以投資較大；此外，該系統(tǒng)在實(shí)際運(yùn) 行時(shí)穩(wěn)定性差的缺點(diǎn)導(dǎo)致了其實(shí)用性能并不理想；②基于DSP+FPGA的視頻檢測(cè)方案，該系統(tǒng)是以FPGA作為圖像采集的邏輯控制單 元，DSP作為視頻圖像的處理核心，F(xiàn)PGA將采集的圖像數(shù)據(jù)存儲(chǔ)在外擴(kuò)RAM存儲(chǔ)器中，DSP 從RAM中讀取圖像并進(jìn)行處理。這種實(shí)現(xiàn)方式造價(jià)較低，可靠性高，但實(shí)時(shí)性差。FPGA芯片 具有硬件邏輯處理速度快的特點(diǎn)，可以高速控制對(duì)圖像的采集，但是DSP要實(shí)現(xiàn)對(duì)數(shù)字圖 像的處理則需要相對(duì)多的時(shí)間，雖然新一代DSP芯片的時(shí)鐘頻率已經(jīng)有所提高，但與FPGA 相比兩者運(yùn)行速度的不匹配造成了整個(gè)系統(tǒng)的處理效率低下。加之DSP芯片還要實(shí)現(xiàn)對(duì)視 頻采集的管理、對(duì)數(shù)字圖像的處理和對(duì)RAM讀寫的控制，導(dǎo)致了這類系統(tǒng)遠(yuǎn)不能滿足工程 實(shí)際實(shí)時(shí)性的要求。

發(fā)明內(nèi)容
為避免現(xiàn)有技術(shù)的實(shí)時(shí)性差、投入過(guò)大的缺陷，本發(fā)明提出了一種基于CMOS模擬 視頻信號(hào)的車流量檢測(cè)方法，該方法將CMOS攝像頭原始信號(hào)通過(guò)門限電路經(jīng)比例放大后， 同場(chǎng)同步、行同步信號(hào)一起傳入FPGA芯片，F(xiàn)PGA實(shí)現(xiàn)對(duì)圖像時(shí)序的控制并通過(guò)對(duì)流量檢 測(cè)區(qū)的先后兩幀圖像的高電平脈沖數(shù)目的比較做出是否有車輛通過(guò)的判定，將判定結(jié)果在給定時(shí)間段內(nèi)進(jìn)行計(jì)數(shù)，則將計(jì)數(shù)結(jié)果除以給定時(shí)間就可以作為單位時(shí)間段內(nèi)的車流量數(shù) 據(jù)；本發(fā)明解決其技術(shù)問題所采用的技術(shù)方案基于CMOS模擬視頻信號(hào)的車流量檢測(cè)方法，其特點(diǎn)是包括以下步驟(a)在道路圖像中選擇一塊車道區(qū)域作為車輛通行的檢測(cè)區(qū)，通過(guò)預(yù)先調(diào)試確定 其像素位置參數(shù)，將其存入FPGA的寄存器變量中。檢測(cè)區(qū)域的選取可以多樣，其寬度大致 為單車道在圖像中所占寬度，長(zhǎng)度大致為平均車量長(zhǎng)度；(b)將CMOS攝像頭原始模擬視頻流分為兩路，一路通過(guò)視頻分離芯片獲得場(chǎng)同步 和行同步信號(hào)，另一路通過(guò)門限電路和放大器電路進(jìn)行二值化，獲得CMOS圖像脈沖信號(hào)。 由于行場(chǎng)同步和消隱信號(hào)的電平要遠(yuǎn)遠(yuǎn)小于圖像信號(hào)，因此通過(guò)門限電路進(jìn)行二值化的脈 沖中必定不包含其成分，從而有效消除了同步和消隱信號(hào)對(duì)圖像脈沖的影響；(c)CMOS攝像頭的同一幀視頻信號(hào)分為兩場(chǎng)，F(xiàn)PGA在處理的時(shí)候，通過(guò)場(chǎng)控開關(guān) 僅只對(duì)其中的一場(chǎng)進(jìn)行處理(例如奇場(chǎng))；在一場(chǎng)視頻信號(hào)到來(lái)時(shí)，將行場(chǎng)同步信號(hào)和圖像 脈沖傳給FPGA芯片，利用按照步驟(a)確定的車流檢測(cè)控制參數(shù)，在奇數(shù)幀到來(lái)時(shí)，對(duì)落入 車流量檢測(cè)區(qū)的圖像脈沖進(jìn)行計(jì)數(shù)，將計(jì)數(shù)結(jié)果ODD存入FPGA寄存器；當(dāng)偶數(shù)幀到來(lái)時(shí)，同 樣對(duì)落入檢測(cè)區(qū)的圖像脈沖進(jìn)行計(jì)數(shù)。根據(jù)系統(tǒng)的調(diào)試結(jié)果確定閾值T，當(dāng)偶數(shù)幀計(jì)數(shù)結(jié)束 時(shí)將其值EVEN與奇數(shù)幀的計(jì)數(shù)結(jié)果進(jìn)行比較，若滿足lEVEN-ODDl彡T，則判定當(dāng)前時(shí)刻無(wú) 車輛通過(guò)，否則認(rèn)為當(dāng)前時(shí)刻檢測(cè)區(qū)圖像發(fā)生了顯著變化，此時(shí)判定當(dāng)前時(shí)刻有車輛通過(guò)， 車流量計(jì)數(shù)值加一；(d)將步驟(b) (C)在一段時(shí)間循環(huán)，即得到了某時(shí)段在路口的車流量數(shù)據(jù)。本發(fā)明的有益效果是不需要進(jìn)行A/D轉(zhuǎn)換，將CMOS攝像頭模擬視頻信號(hào)僅通 過(guò)簡(jiǎn)單的門限和放大電路就直接對(duì)其進(jìn)行處理，設(shè)計(jì)新穎獨(dú)特，具有創(chuàng)新性；利用FPGA硬 件邏輯運(yùn)算高度并行性的特點(diǎn)，設(shè)計(jì)簡(jiǎn)單高效的圖像處理算法，實(shí)現(xiàn)了對(duì)二值圖像序列的 車流信息提取，將圖像處理算法硬件化，不需要計(jì)算機(jī)或DSP等核心處理器，系統(tǒng)實(shí)時(shí)性能 好，可擴(kuò)展性強(qiáng)；系統(tǒng)可根據(jù)需求由用戶自行設(shè)置門限電路的電阻和計(jì)數(shù)時(shí)間段，具有很大 靈活性；相對(duì)于在DSP內(nèi)進(jìn)行圖像處理的方式，處理速度大大提高；相對(duì)于在工控機(jī)內(nèi)處理 的方式，可靠性大大提高，而成本大大降低。下面結(jié)合附圖和實(shí)施例對(duì)本發(fā)明做進(jìn)一步說(shuō)明。


附圖1是本發(fā)明基于CMOS模擬視頻信號(hào)的車流量檢測(cè)方法總體結(jié)構(gòu)圖。附圖2是本發(fā)明基于CMOS模擬視頻信號(hào)的車流量檢測(cè)方法FPGA芯片模塊設(shè)計(jì) 圖。附圖3是本發(fā)明基于CMOS模擬視頻信號(hào)的車流量檢測(cè)方法實(shí)施例圖。附圖4是本發(fā)明基于CMOS模擬視頻信號(hào)的車流量檢測(cè)方法算法流程圖。
具體實(shí)施例方式在本系統(tǒng)的具體實(shí)現(xiàn)過(guò)程中，攝像頭采用l/30mni Vision CMOS傳感芯片，鏡頭大 小3. 6mm，其分辨率為320線；視頻同步信號(hào)分離芯片型號(hào)為L(zhǎng)M1881，它能從CMOS攝像頭信號(hào)中提取行同步脈沖、場(chǎng)同步脈沖和奇偶場(chǎng)等時(shí)序信息，并將它們轉(zhuǎn)換成TTL電平直接輸 給FPGA端口 ；FPGA采用美國(guó)Altera公司的Cyclone系列FPGA中的EP1C12芯片，該芯片 內(nèi)部LE單元多，外圍用戶可用I/O 口多，完全能夠滿足圖像處理算法和系統(tǒng)邏輯控制的需要。通過(guò) 調(diào)整如附圖3所示門限電路的電阻Rl和R2，可以改變其門限輸出閾值。系統(tǒng) 初始化后，EP1C12通過(guò)檢測(cè)輸入的場(chǎng)同步、行同步信號(hào)尋找到一場(chǎng)圖像的開始，接著根據(jù)預(yù) 先設(shè)置的參數(shù)判斷每一像素是否在檢測(cè)區(qū)內(nèi)；若是，在奇數(shù)幀，對(duì)其高電平脈沖進(jìn)行計(jì)數(shù)， 并將計(jì)數(shù)結(jié)果存入ODD寄存器；在偶數(shù)幀，進(jìn)行同樣的操作，并根據(jù)預(yù)先設(shè)置的差異閾值T 判斷是否lEVEN-ODDl彡T，若是則判定當(dāng)前時(shí)刻無(wú)車輛通過(guò)，否則認(rèn)為當(dāng)前時(shí)刻檢測(cè)區(qū)圖 像發(fā)生了顯著變化，此時(shí)判定當(dāng)前時(shí)刻有車輛通過(guò)，車流量計(jì)數(shù)值加一；重復(fù)上述的步驟直到達(dá)到系統(tǒng)給定的車流量檢測(cè)時(shí)段。此時(shí)，車流量計(jì)數(shù)值即為 該時(shí)段的車流量數(shù)據(jù)，最后通過(guò)RS232接口將該時(shí)段的車流量信息向外傳輸。
權(quán)利要求
1.一種基于CMOS模擬視頻信號(hào)的車流量檢測(cè)方法，其特征在于將CMOS攝像頭模擬 視頻信號(hào)通過(guò)門限電路經(jīng)比例放大后，同場(chǎng)同步行同步信號(hào)一起輸入FPGA芯片，F(xiàn)PGA通過(guò) 對(duì)車流量檢測(cè)區(qū)先后兩幀圖像的高電平脈沖數(shù)目的比較做出是否有車輛通過(guò)的判定；其特 征在于該方法直接對(duì)CMOS模擬視頻信號(hào)進(jìn)行處理，不需要預(yù)先對(duì)其進(jìn)行A/D轉(zhuǎn)換。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種基于CMOS模擬視頻信號(hào)的車流量檢測(cè)方法，其特征在于 包括以下步驟(a)在道路圖像中選擇一塊車道區(qū)域作為車輛通行的檢測(cè)區(qū)，通過(guò)預(yù)先調(diào)試確定其像 素位置參數(shù)，將其存入FPGA的寄存器變量中。檢測(cè)區(qū)域的選取可以多樣，其寬度大致為單 車道在圖像中所占寬度，長(zhǎng)度大致為平均車量長(zhǎng)度；(b)將CMOS攝像頭原始模擬視頻流分為兩路，一路通過(guò)視頻分離芯片獲得場(chǎng)同步和行 同步信號(hào)，另一路通過(guò)門限電路和放大器電路進(jìn)行二值化，獲得CMOS圖像脈沖信號(hào)。由于 行場(chǎng)同步和消隱信號(hào)的電平要遠(yuǎn)遠(yuǎn)小于圖像信號(hào)，因此通過(guò)門限電路進(jìn)行二值化的脈沖中 必定不包含其成分，從而有效消除了同步和消隱信號(hào)對(duì)圖像脈沖的影響；(c)CMOS攝像頭的同一幀視頻信號(hào)分為兩場(chǎng)，F(xiàn)PGA在處理的時(shí)候，通過(guò)場(chǎng)控開關(guān)僅只 對(duì)其中的一場(chǎng)進(jìn)行處理(例如奇場(chǎng))；在一場(chǎng)視頻信號(hào)到來(lái)時(shí)，將行場(chǎng)同步信號(hào)和圖像脈沖 傳給FPGA芯片，利用按照步驟(a)確定的車流檢測(cè)控制參數(shù)，在奇數(shù)幀到來(lái)時(shí)，對(duì)落入車流 量檢測(cè)區(qū)的圖像脈沖進(jìn)行計(jì)數(shù)，將計(jì)數(shù)結(jié)果ODD存入FPGA寄存器；當(dāng)偶數(shù)幀到來(lái)時(shí)，同樣對(duì) 落入檢測(cè)區(qū)的圖像脈沖進(jìn)行計(jì)數(shù)。根據(jù)系統(tǒng)的調(diào)試結(jié)果確定閾值T，當(dāng)偶數(shù)幀計(jì)數(shù)結(jié)束時(shí)將 其值EVEN與奇數(shù)幀的計(jì)數(shù)結(jié)果進(jìn)行比較，若滿足lEVEN-ODDl彡T，則判定當(dāng)前時(shí)刻無(wú)車輛 通過(guò)，否則認(rèn)為當(dāng)前時(shí)刻檢測(cè)區(qū)圖像發(fā)生了顯著變化，此時(shí)判定當(dāng)前時(shí)刻有車輛通過(guò)，車流 量計(jì)數(shù)值加一；(d)將步驟(b)(c)在一段時(shí)間循環(huán)，即得到了某時(shí)段在路口的車流量數(shù)據(jù)。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的一種基于CMOS模擬視頻信號(hào)的車流量檢測(cè)方法，其特征在 于系統(tǒng)利用FPGA硬件邏輯運(yùn)算高度并行性的特點(diǎn)，設(shè)計(jì)簡(jiǎn)單高效的圖像處理算法，實(shí)現(xiàn) 了對(duì)二值圖像序列的車流信息提取，將圖像處理算法硬件化，不需要計(jì)算機(jī)或DSP等核心 處理器，系統(tǒng)實(shí)時(shí)性能好，可擴(kuò)展性強(qiáng)；系統(tǒng)可根據(jù)需求由用戶自行設(shè)置門限電路的電阻和 計(jì)數(shù)時(shí)間段，具有很大靈活性。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種基于CMOS模擬視頻信號(hào)的車流量檢測(cè)方法，屬于信號(hào)處理技術(shù)、控制技術(shù)、工業(yè)測(cè)控技術(shù)，是將CMOS攝像頭原始信號(hào)通過(guò)門限電路經(jīng)比例放大后，同場(chǎng)同步、行同步信號(hào)一起傳入FPGA芯片，F(xiàn)PGA實(shí)現(xiàn)對(duì)圖像時(shí)序的控制并通過(guò)對(duì)流量檢測(cè)區(qū)的先后兩幀圖像的高電平脈沖數(shù)目的比較做出是否有車輛通過(guò)的判定；其特征在于不需要進(jìn)行A/D轉(zhuǎn)換，將CMOS模擬視頻信號(hào)僅通過(guò)簡(jiǎn)單的門限和放大電路就直接對(duì)其進(jìn)行處理；利用FPGA硬件邏輯運(yùn)算高度并行性的特點(diǎn)，設(shè)計(jì)簡(jiǎn)單高效的圖像處理算法，實(shí)現(xiàn)了對(duì)二值圖像序列的車流信息提取，將圖像處理算法硬件化，不需要計(jì)算機(jī)或DSP等核心處理器，系統(tǒng)實(shí)時(shí)性能好，可擴(kuò)展性強(qiáng)。
文檔編號(hào)G08G1/04GK102081849SQ20091021919
公開日2011年6月1日 申請(qǐng)日期2009年11月27日 優(yōu)先權(quán)日2009年11月27日
發(fā)明者史忠科, 王闖, 賀瑩 申請(qǐng)人:西安費(fèi)斯達(dá)自動(dòng)化工程有限公司