基于機(jī)器視覺的公路車流量檢測(cè)系統(tǒng)

摘要：  智能交通系統(tǒng)中需要的關(guān)鍵數(shù)據(jù)為道路的占有率、車流量、行車速度等。本文介紹了基于TMS320DM642的數(shù)字圖像車流量檢測(cè)系統(tǒng)，闡明了該嵌入式視覺系統(tǒng)的硬件組成原理及軟件結(jié)構(gòu)和車流量檢測(cè)算法。系統(tǒng)與現(xiàn)有的信號(hào)機(jī)聯(lián)調(diào)測(cè)試，證明其穩(wěn)定可靠、識(shí)別率高、體積小、成本低、實(shí)時(shí)性好，能實(shí)時(shí)檢測(cè)十字路口道路的車流量信息。
關(guān)鍵詞：TMS320DM642；數(shù)字視頻處理；車流量檢測(cè)；智能交通系統(tǒng)；虛擬線圈

引言

　　隨著人口數(shù)量的增長(zhǎng)，給交通帶來的壓力越來越大，智能交通系統(tǒng)成為近些年研究的熱點(diǎn)。車流量檢測(cè)是智能交通的基礎(chǔ)部分，在系統(tǒng)中占有重要地位。目前有多種方法檢測(cè)車流量，例如:電磁感應(yīng)裝置法和車流信息的超聲波檢測(cè)法。而實(shí)際上，前進(jìn)中的車輛速度、種類始終變化，所以普遍存在反射信號(hào)不穩(wěn)定，測(cè)量誤差大的問題。與以上方法相比，基于視頻的車流量檢測(cè)方法具有許多優(yōu)點(diǎn)：從視頻圖像中提取可靠信息，完成道路交通的監(jiān)視工作，可提高道路、車輛的自動(dòng)化程度；交通監(jiān)視控制系統(tǒng)中安裝的視頻攝像機(jī)比安裝其它傳感器更經(jīng)濟(jì)、且破壞性低；實(shí)際道路交通系統(tǒng)中已經(jīng)安裝了許多攝像機(jī)用于道路交通監(jiān)視和控制，可一舉兩得。

　　現(xiàn)有的傳統(tǒng)視頻檢測(cè)方法基于工控機(jī)，其算法成熟，且已形成相關(guān)產(chǎn)品。但其也有缺點(diǎn)：一是由于通用CPU沒有專用的硬件乘法器，故很難實(shí)現(xiàn)圖像的時(shí)實(shí)性處理。二是采用通用工控機(jī)，運(yùn)行Windows系統(tǒng)，成本高，要時(shí)刻關(guān)心機(jī)器有沒死機(jī)，系統(tǒng)有沒感染病毒，操作系統(tǒng)的補(bǔ)丁升級(jí)等問題?；谝陨蟽牲c(diǎn)，本文提出了基于TMS320DM642(下簡(jiǎn)稱DM642 )的嵌入式圖像識(shí)別方案，解決了存在的問題。
　　
車流量檢測(cè)系統(tǒng)的原理與組成

　　車流量檢測(cè)系統(tǒng)的工作原理

　　車流量檢測(cè)系統(tǒng)是由視頻采集、車流量數(shù)字視頻信號(hào)處理、不同環(huán)境下車流量檢測(cè)算法、以及車流量檢測(cè)結(jié)果輸出等幾部分組成。數(shù)字圖像采集部分的核心芯片是TVP5150，它可將模擬視頻信號(hào)轉(zhuǎn)換為數(shù)字視頻信號(hào)。DM642運(yùn)行圖像算法對(duì)采集進(jìn)來的圖像進(jìn)行數(shù)字圖像處理。車流量數(shù)字視頻檢測(cè)算法白天主要是使用改進(jìn)后的幀差法進(jìn)行運(yùn)動(dòng)檢測(cè)，夜間使用車燈檢測(cè)法。按照車道將采集到的公路圖像化分為四部分，每部分對(duì)應(yīng)一條車道。在每條車道中開設(shè)一個(gè)虛擬線圈(指圖像中一個(gè)矩形檢測(cè)區(qū)域，統(tǒng)稱為虛擬線圈)，當(dāng)有車壓過虛擬線圈時(shí)會(huì)引起虛擬線圈內(nèi)像素值發(fā)生變化。根據(jù)此變化控制I/O口產(chǎn)生每條車道的相應(yīng)脈沖，處理后發(fā)出脈沖給公路交通信號(hào)機(jī)，控制交通燈，從而達(dá)到實(shí)現(xiàn)智能交通的目的。同時(shí)，可以通過網(wǎng)絡(luò)將車流量信息傳到監(jiān)控中心。
車流量檢測(cè)系統(tǒng)硬件

　　DM642是德州儀器公司專門為多路視頻輸入輸出設(shè)計(jì)的數(shù)字信號(hào)處理芯片。其運(yùn)算功能強(qiáng)大，建立在第二代高性能超長(zhǎng)指令字結(jié)構(gòu)上，可以8條指令并行執(zhí)行，使這款芯片非常適用于數(shù)字圖像處理。考慮到實(shí)際工作的要求和系統(tǒng)的穩(wěn)定性，將DM642的主頻設(shè)置為600MHz。根據(jù)實(shí)際應(yīng)用環(huán)境和嵌入式系統(tǒng)的需要，系統(tǒng)除了擴(kuò)展了系統(tǒng)必須的存儲(chǔ)器部分和視頻采集回放部分外，主要擴(kuò)展了多路數(shù)字I/O和異步串口以及網(wǎng)絡(luò)接口功能，方便系統(tǒng)與外部通信。具體硬件實(shí)物如圖1所示。說明如下：外擴(kuò)SDRAM，容量為4M