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  • 一種車輛狀態視頻檢測系統的設計和實現 2017/10/22 10:26:43

  • 在交通迅猛發展的今天,隨著經濟的發展和科技進步,迅捷、高效的車輛科學管理和疏通就越來越重要,而這些都離不開車輛檢測。目前在車輛檢測系統方面,視頻檢測經過十幾年的發展技術上已經相當成熟,其與線圈檢測技術相比所具有的優越性和高性價比已得到業內人士的公認,代表了未來車輛檢測領域的發展和應用方向。一個交通自動控制系統,不管是采用點控、線控、還是面控方式都離不開車輛檢測器。像任何現代工業控制系統中使用的檢測器一樣,一個先進的實時自適應控制系統,如果離開能夠反映現場實際情況的檢測手段,就難以想像會實現一個合理的、最優的控制過程。

    目前國內外大中城市交通控制系統,其計算機的操作程序需要通過埋設在十字路口的數十個檢測器提供的數據,包括某方向通過的車輛數量、車輛種類、車速、流量、阻車長度、不同車道、不同方向等等,以這些數據隨時對原有程序進行實時修正,以獲得最佳的控制效果。而目前使用的常規車輛檢測器,無論是環形線圈式、超聲波式、光電式、壓電式等均存在著工作壽命、使用環境及可靠性問題。國內有些城市在交通自動控制系統建設中, 從搞交通流調查、路口勘查、交通工程設計、埋設管線到施工完畢,人力、物力、財力己投入相當數量,而開通幾年后,因檢測器本身質量,加上氣候、地下環境變化等因素的影響,致使大部分檢測器不能正常工作,使得計算機系統失去了"眼睛",只能按設計程序運行,從而造成受控路口經常發生綠燈方向無車、紅燈方向等車的現象,使交通參與者--司機和騎車人牢騷不斷,這種現象給許多交通工程與控制管理技術人員帶來煩惱。

    本文設計了基于TMS320F2812的路口車輛狀態視頻檢測系統,實時檢測路口車輛狀態,并將結果反饋回路口信號控制機,便于信號機優化路口信號燈的運行方案。

    1 基于視頻檢測的解決方案

    1.1 方案的提出

    目前大多數城市所使用的交通控制機系統,路口的紅綠燈運行方案基本是固定的。這樣就會出現一種情況,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,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視頻檢測系統。

    1.2 系統工作原理

    系統工作原理圖如圖1所示,圖中監控攝像機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;反之則近),視頻信號由DSP本身自帶的A/D模塊進行采樣和處理,依據處理結果輸出一個高低電平信號,此信號由路口的控制機在對應路口通行方向為綠燈時進行查詢并記錄。記錄一段時間(數周或數月)之后,便可以依據記錄結果統計優化信號燈運行方案。由于圖像檢測的數據處理量較大,實時性要求高,因此系統設計的處理核心采用TMS320F2812DSP數字信號處理器。

    2 系統硬件設計

    2.1 復合視頻信號

    CCD攝像機輸出完整的視頻信號是1 Vp-p的復合模擬信號,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應用電路圖如圖2所示。


    用示波器觀察信號Vout的波形圖,如圖3所示。


    2.3 圖像處理系統

    系統設計圖像處理核心為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A/D采樣。連接原理圖如圖4所示。


    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攝像機接入的圖像信號。對應每場圖像采樣時間不超過18.4 ms.

    3 系統軟件設計

    3.1 信號采集方案特點

    根據系統的目的要求,系統只需實時檢測路面是否有車輛經過即可,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據進行處理,只需采集足夠多的像素點進行處理就可以判斷是否有運動目標的存在。這樣就可以大大降低數據處理量和節約時間,提高系統檢測速度。

    3.2 運動目標檢測算法

    基于視頻圖像的運動目標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合的處理方法。

    檢測方法的步驟:

    式中:M×N表示采集圖像大小,數值表示檢測區像素數;k表示的是連續采集的圖像場數,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,則求得的統計閾值Th越合適。

    (6)對S1(x,y),S2(x,y)進行統計和比較,求差值,若差值超過一定值,則表示有運動目標存在;反之,無運動目標。數據采集和處理流程如圖5所示。

    4 實驗和分析

    在實驗室條件下進行實驗,參數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,運動目標為行人,光線充足且無直射和閃爍。實驗結果記錄如表1所示,S1,S2分別表示S1(x,y),S2(x,y)。


    表1進行多次實驗,統計實驗結果表明,在無運動目標狀態下,S1(x,y),S2(x,y)值最大不超過100,且有95.3%分布在90以內;在有運動目標狀態下,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動目標的門檻值。

    同時,實驗運動目標的大小、速度,M×N取值大小都會影響檢測結果。運動目標越大,M×N取值越大則檢測結果越好,但是數據處理量增加會使單次檢測時間增加。

    5 結語

    由于MS320F2812視頻車輛檢測系統的使用,取代了傳統的在道路埋設線圈檢測器的復雜施工,減少了工程費用,提高了檢測精度和系統的可靠性,使原有的交通監視系統除仍能完成現場監視外,賦予了新的功能,國外已經推廣應用。筆者相信,隨著我國經濟的發展和交通事業的進步,該系統在我國的交通控制和管理領域必將得到推廣應用。




    來源:LILI
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