基于機器視覺的公路車流量檢測系統(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)和車流量檢測算法。系統(tǒng)與現(xiàn)有的信號機聯(lián)調(diào)測試，證明其穩(wěn)定可靠、識別率高、體積小、成本低、實時性好，能實時檢測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；智能交通系統(tǒng)；虛擬線圈

引言

　　隨著人口數(shù)量的增長，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。車流量檢測是智能交通的基礎(chǔ)部分，在系統(tǒng)中占有重要地位。目前有多種方法檢測車流量，例如:電磁感應(yīng)裝置法和車流信息的超聲波檢測法。而實際上，前進中的車輛速度、種類始終變化，所以普遍存在反射信號不穩(wěn)定，測量誤差大的問題。與以上方法相比，基于視頻的車流量檢測方法具有許多優(yōu)點：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、車輛的自動化程度；交通監(jiān)視控制系統(tǒng)中安裝的視頻攝像機比安裝其它傳感器更經(jīng)濟、且破壞性低；實際道路交通系統(tǒng)中已經(jīng)安裝了許多攝像機用于道路交通監(jiān)視和控制，可一舉兩得。

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

　　車流量檢測系統(tǒng)的工作原理

　　車流量檢測系統(tǒng)是由視頻采集、車流量數(shù)字視頻信號處理、不同環(huán)境下車流量檢測算法、以及車流量檢測結(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轉(zhuǎn)換為數(shù)字視頻信號。DM642運行圖像算法對采集進來的圖像進行數(shù)字圖像處理。車流量數(shù)字視頻檢測算法白天主要是使用改進后的幀差法進行運動檢測，夜間使用車燈檢測法。按照車道將采集到的公路圖像化分為四部分，每部分對應(yīng)一條車道。在每條車道中開設(shè)一個虛擬線圈(指圖像中一個矩形檢測區(qū)域，統(tǒng)稱為虛擬線圈)，當有車壓過虛擬線圈時會引起虛擬線圈內(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機，控制交通燈，從而達到實現(xiàn)智能交通的目的。同時，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)計的數(shù)字信號處理芯片。其運算功能強大，建立在第二代高性能超長指令字結(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?？紤]到實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)實際應(yīng)用環(huán)境和嵌入式系統(tǒng)的需要，系統(tǒng)除了擴展了系統(tǒng)必須的存儲器部分和視頻采集回放部分外，主要擴展了多路數(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。具體硬件實物如圖1所示。說明如下：外擴SDRAM，容量為4M