基于CMOS模擬視頻信號的車流量檢測方法技術

本發明專利技術涉及一種基于CMOS模擬視頻信號的車流量檢測方法，屬于信號處理技術、控制技術、工業測控技術，是將CMOS攝像頭原始信號通過門限電路經比例放大后，同場同步、行同步信號一起傳入FPGA芯片，FPGA實現對圖像時序的控制并通過對流量檢測區的先后兩幀圖像的高電平脈沖數目的比較做出是否有車輛通過的判定；其特征在于：不需要進行A/D轉換，將CMOS模擬視頻信號僅通過簡單的門限和放大電路就直接對其進行處理；利用FPGA硬件邏輯運算高度并行性的特點，設計簡單高效的圖像處理算法，實現了對二值圖像序列的車流信息提取，將圖像處理算法硬件化，不需要計算機或DSP等核心處理器，系統實時性能好，可擴展性強。

【技術實現步驟摘要】

本專利技術 涉及一種基于CMOS模擬視頻信號的車流量檢測方法，屬于信號處理技術、 控制技術、工業測控技術。
技術介紹
近年來我國的城市交通事業得到了長足的發展，但道路建設、交通網管等基礎設 施建設需要大量資金，建設周期也長，其發展的速度遠遠低于交通工具的增加速度，且發達 地區的人口密度大，車輛人均擁有量較高，造成城市交通塞車堵車現象嚴重，路口安裝車流 量檢測系統，可以幫助交通管理部門了解各個路口的車量通行情況，合理安排車輛流向，及 時疏導交通，緩解堵車、塞車現象，并對城市道路建設提供了詳盡的數據，因此，交通管理部 門對路口車流量進行監控，對城市交通的聯網控制具有重要的指導作用，對城市道路建設 規劃等都有著重要的意義。對交通路口車流量情況進行檢測的方法包括早期的人工計數方法，基于雷達射頻 信號的方法，基于電磁信號進行檢測的方法以及基于視頻信號的檢測方法等。這其中由于 基于視頻的檢測方法具有在成本、檢測效率及精度等方面的優勢而得到了越來越廣泛的應用。現有的基于視頻信號的檢測方法其實現方式大致分為以下兩類①基于工控計算機的車流量視頻檢測方案，該類系統利用安裝在公路、指定的道 路上或在移動車輛上的工控機作為圖像處理單元，通過判斷視頻圖像的檢測區內是否有無 車輛通行并統計單位時間通過的車輛數來確定車流量大小；由于其工作環境為野外或路 口，信號、圖像、傳輸等模塊完全按工業級標準設計，所以投資較大；此外，該系統在實際運 行時穩定性差的缺點導致了其實用性能并不理想；②基于DSP+FPGA的視頻檢測方案，該系統是以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，FPGA將采集的圖像數據存儲在外擴RAM存儲器中，DSP 從RAM中讀取圖像并進行處理。這種實現方式造價較低，可靠性高，但實時性差。FPGA芯片 具有硬件邏輯處理速度快的特點，可以高速控制對圖像的采集，但是DSP要實現對數字圖 像的處理則需要相對多的時間，雖然新一代DSP芯片的時鐘頻率已經有所提高，但與FPGA 相比兩者運行速度的不匹配造成了整個系統的處理效率低下。加之DSP芯片還要實現對視 頻采集的管理、對數字圖像的處理和對RAM讀寫的控制，導致了這類系統遠不能滿足工程 實際實時性的要求。
技術實現思路
為避免現有技術的實時性差、投入過大的缺陷，本專利技術提出了一種基于CMOS模擬 視頻信號的車流量檢測方法，該方法將CMOS攝像頭原始信號通過門限電路經比例放大后， 同場同步、行同步信號一起傳入FPGA芯片，FPGA實現對圖像時序的控制并通過對流量檢 測區的先后兩幀圖像的高電平脈沖數目的比較做出是否有車輛通過的判定，將判定結果在給定時間段內進行計數，則將計數結果除以給定時間就可以作為單位時間段內的車流量數 據；本專利技術解決其技術問題所采用的技術方案基于CMOS模擬視頻信號的車流量檢測方法，其特點是包括以下步驟(a)在道路圖像中選擇一塊車道區域作為車輛通行的檢測區，通過預先調試確定 其像素位置參數，將其存入FPGA的寄存器變量中。檢測區域的選取可以多樣，其寬度大致 為單車道在圖像中所占寬度，長度大致為平均車量長度；(b)將CMOS攝像頭原始模擬視頻流分為兩路，一路通過視頻分離芯片獲得場同步 和行同步信號，另一路通過門限電路和放大器電路進行二值化，獲得CMOS圖像脈沖信號。 由于行場同步和消隱信號的電平要遠遠小于圖像信號，因此通過門限電路進行二值化的脈 沖中必定不包含其成分，從而有效消除了同步和消隱信號對圖像脈沖的影響；(c)CMOS攝像頭的同一幀視頻信號分為兩場，FPGA在處理的時候，通過場控開關 僅只對其中的一場進行處理(例如奇場)；在一場視頻信號到來時，將行場同步信號和圖像 脈沖傳給FPGA芯片，利用按照步驟(a)確定的車流檢測控制參數，在奇數幀到來時，對落入 車流量檢測區的圖像脈沖進行計數，將計數結果ODD存入FPGA寄存器；當偶數幀到來時，同 樣對落入檢測區的圖像脈沖進行計數。根據系統的調試結果確定閾值T，當偶數幀計數結束 時將其值EVEN與奇數幀的計數結果進行比較，若滿足lEVEN-ODDl彡T，則判定當前時刻無 車輛通過，否則認為當前時刻檢測區圖像發生了顯著變化，此時判定當前時刻有車輛通過， 車流量計數值加一；(d)將步驟(b) (C)在一段時間循環，即得到了某時段在路口的車流量數據。本專利技術的有益效果是不需要進行A/D轉換，將CMOS攝像頭模擬視頻信號僅通 過簡單的門限和放大電路就直接對其進行處理，設計新穎獨特，具有創新性；利用FPGA硬 件邏輯運算高度并行性的特點，設計簡單高效的圖像處理算法，實現了對二值圖像序列的 車流信息提取，將圖像處理算法硬件化，不需要計算機或DSP等核心處理器，系統實時性能 好，可擴展性強；系統可根據需求由用戶自行設置門限電路的電阻和計數時間段，具有很大 靈活性；相對于在DSP內進行圖像處理的方式，處理速度大大提高；相對于在工控機內處理 的方式，可靠性大大提高，而成本大大降低。下面結合附圖和實施例對本專利技術做進一步說明。附圖說明附圖1是本專利技術基于CMOS模擬視頻信號的車流量檢測方法總體結構圖。附圖2是本專利技術基于CMOS模擬視頻信號的車流量檢測方法FPGA芯片模塊設計 圖。附圖3是本專利技術基于CMOS模擬視頻信號的車流量檢測方法實施例圖。附圖4是本專利技術基于CMOS模擬視頻信號的車流量檢測方法算法流程圖。具體實施例方式在本系統的具體實現過程中，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；視頻同步信號分離芯片型號為LM1881，它能從CMOS攝像頭信號中提取行同步脈沖、場同步脈沖和奇偶場等時序信息，并將它們轉換成TTL電平直接輸 給FPGA端口 ；FPGA采用美國Altera公司的Cyclone系列FPGA中的EP1C12芯片，該芯片 內部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邏輯控制的需要。通過 調整如附圖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 初始化后，EP1C12通過檢測輸入的場同步、行同步信號尋找到一場圖像的開始，接著根據預 先設置的參數判斷每一像素是否在檢測區內；若是，在奇數幀，對其高電平脈沖進行計數， 并將計數結果存入ODD寄存器；在偶數幀，進行同樣的操作，并根據預先設置的差異閾值T 判斷是否lEVEN-ODDl彡T，若是則判定當前時刻無車輛通過，否則認為當前時刻檢測區圖 像發生了顯著變化，此時判定當前時刻有車輛通過，車流量計數值加一；重復上述的步驟直到達到系統給定的車流量檢測時段。此時，車流量計數值即為 該時段的車流量數據，最后通過RS232接口將該時段的車流量信息向外傳輸。權利要求1.一種基于CMOS模擬視頻信號的車流量檢測方法，其特征在于將CMOS攝像頭模擬 視頻信號通過門限電路經比例放大后，同場同步行同步信號一起輸入FPGA芯片，FPGA通過 對車流量檢測區先后兩幀圖像的高電平脈沖數目的比較做出是否有車輛通過的判定；其特 征在于該方法直接對CMOS模擬視頻信號進行處理，不需要預先對其進行A/D轉換。2.根據權利要求1所述的一種基于CMOS模擬視頻信號的車流量檢測方法，其特征在于 包括以下本文檔來自技高網...

【技術保護點】
一種基于ＣＭＯＳ模擬視頻信號的車流量檢測方法，其特征在于：將ＣＭＯＳ攝像頭模擬視頻信號通過門限電路經比例放大后，同場同步行同步信號一起輸入ＦＰＧＡ芯片，ＦＰＧＡ通過對車流量檢測區先后兩幀圖像的高電平脈沖數目的比較做出是否有車輛通過的判定；其特征在于：該方法直接對ＣＭＯＳ模擬視頻信號進行處理，不需要預先對其進行Ａ／Ｄ轉換。

【技術特征摘要】

【專利技術屬性】
技術研發人員：史忠科，王闖，賀瑩，
申請(專利權)人：西安費斯達自動化工程有限公司，
類型：發明
國別省市：87