文档介绍：视频交通信息检测研究及其 DSP 硬件实现
摘要
交通问题日益突出的今天要求尽快推进智能交通系统(Intelligent Transportation
Systems)的建设,而交通信息检测系统(Traffic Inforamation Detection Systems)则
是整个智能交通系统的基础。正是交通信息检测系统所输出的各项交通流参数,为
上层的智能交通系统支持和决策系统提供了数据支持和分析基础,从而缓建整个城
市交通流的密度。
因此为了向交通管理部门提供准确、及时的交通流信息,设计一个有效且灵活
的交通信息检测系统势在必行。本文首先比较了当前所使用的各种检测方式,选择
了性能优异的视频检测方式,然后再分析比较了目前国内外比较成熟的交通视频检
测系统结构,提出了一种新的基于数字信号处理器(DSP)的视频交通信息检测系
统,这种系统将极大地减少检测系统体积并极大地增强系统的灵活性和扩展性。随
后本文讨论了系统的硬件设计原理及 PCB 布线等难点。在实现了硬件设计之后,又
分析了系统 DSP 端和 PC 端的软件设计,即 DSP 端开发的嵌入式软件系统,以及在
此基础上将运行的虚拟环检测算法,而在 PC 端则开发了用户界面以方便用户与
DSP 端的交互。针对 DSP 视频检测的具体实现,本文提出了基于边缘信息提取的虚
拟环检测方法,而且在边缘提取的算法上提出了一种基于形态学和信息熵的自适应
边缘检测算法,这种算法的优势在于其运算量小但准确性高,十分适合在 DSP 这种
嵌入式处理器上运用。
本文的主要工作和创新点如下:
1) 视频检测系统组织结构的创新:相对于传统的视频检测系统,本文提出的视
频交通检测系统由于使用了 DSP 这种嵌入式处理器因而大幅度减少了检测板
卡体积,同时也可以将若干块视频检测板卡集中安置在一个机柜中,而每块
检测板卡也可并行接入多个摄像头,这样在交通监控中心就可以很方便地同
时检测并监控多个交通车道。对于每块检测卡来说,它通过以太网与监控中
心的主机相连,这样用户即可在主机上的用户界面上获得交通车道实时视频
图像,同时设定感兴趣的目标检测区域,发送检测指令,然后获得检测后的
交通流参数信息,最后在此基础之上进行相应的交通路网控制指令。
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2) 硬件设计实现的创新:在硬件实现本文提出的视频交通信息检测系统的过程
中,本文提出了采用 TI 公司的高端产品 TMS320DM642。这款 DSP 产品是
专门针对数字媒体应用的数字信号处理器,拥有丰富的外设如视频接口、
I2C 控制器和以太网模块,这样就可以实现与周围芯片的无缝连接,既减少
了芯片间逻辑连接的复杂度,又减少了系统使用的芯片数量,增强了系统在
高频工作条件下电磁兼容性能。另一方面,简化的硬件设计为后续的软件开
发提供了减少开发周期的可能,由于整个硬件系统以 DSP 为核心,因此在开
发板卡的底层驱动程序以及嵌入式操作系统 DSP/BIOS 之时都易于实现,减
少了开发时间。
3) 虚拟环检测算法的创新:在交通流视频检测算法方面,本文在综合比较各种
检测算法之后提出了基于边缘信息提取的虚拟环检测算法。虚拟环的检测方
式减少了图像处理时的运算区域以及相应的运算量,而采用边缘信息来判断
车流存在与否则是因为相对于背景图像,车辆自身的边缘信息更为丰富,且
边缘信息不受外界光线变换的影响,因此只要比较当前帧与背景帧的边缘信
息即可准确判断是否有车辆通过虚拟环。在边缘检测算法的选取上,本文提
出了基于形态学和信息熵的自适应边缘检测算法,即通过形态学的腐蚀和膨
胀操作将边缘信息增强一倍,然后利用信息熵原理得到最佳二值化阈值,最
后分割图像得到边缘信息。这种虚拟环检测算法简单有效,运算量小,十分
适于在 DSP 上实现。
关键词:智能交通系统、数字信号处理器、视频检测、嵌入式 Web 服务器、
虚拟环、边缘检测
II
Research on Video Detection of Traffic flow and its
Hardware Implementation with DSP
ABSTRACT
Nowadays, the increasing problems of traffic speed up the implementation of
intelligent transportation system, in which the traffic information detection system is the
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