专利名称：基于视频车号识别的动车组身份确认系统的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及铁路电子设备，具体地说是涉及一种基于视频车号识别的动车组身份确认系统。
背景技术：
根据中国高速铁路网建设规划，全国省会及铁路枢纽城市在不断建设为动车组配套的动车组检修基地或动车运用所。动车组检修基地或动车运用所由下列几部分组成咽喉、存车厂、洗车线、一级修库、二级修库、三四级修库、五级修库。在动车组车辆养护和检修过程中被分为一级修运行4000公里或48小时进行一次全面运用检修；二级修运行3万公里或30天进行一次专项检修；三级修累计运行45万公里或1年；四级修累计运行90万公里或3年；五级修累计运行180万公里或6年；考察中国已经在建的北京、上海、武汉和广州4个动车组检修基地，都有以下共同的特点1.规模庞大，布局合理(北京动车检修基地占地1800亩)；2.检修车辆众多(存车能力70列、各级检修能力20列)；3.检修车型(CRH1、CRH2、CRH3、CRH5、CRH380A 等)较多；4.车辆在检修基地或动车所内调车频繁；5.气候条件差异较大；为了能够对动车组的身份进行识别，在时速250公里的动车组的车底安装了有源 RFID (射频识别)标签卡，然后在动车组经过的咽喉、各个维修长的轨道上安装相应的标签读取设备(AEI)来完成对动车组身份的确认。但使用AEI来完成对动车组身份的确认有以下缺点1. AEI设备昂贵，安装复杂；新造时速350公里的动车组因控车系统(CTC-3)使用应答器，因此车底没有车号标签，从而导致布局合理无法读取车号。
发明内容本实用新型所要解决的技术问题在于提供一种基于视频车号识别的动车组身份确认系统，该系统可以完成对经过当前轨道的动车组车身侧面车号的识别，然后将车号以 ASCII码格式通过通信线路发送到控制中心。本实用新型是通过以下技术方案解决上述技术问题的一种基于视频车号识别的动车组身份确认系统，包括高速摄像机、FPGA系统、复数个DSP单元组成的DSP陈列、应用处理器系统，以及电源系统，所述高速摄像机连接到FPGA系统，每个DSP单元分别连接到FPGA 系统，FPGA系统连接到应用处理器系统。该实用新型进一步具体为所述应用处理器系统内部包括SD卡、硬盘、光源控制器、IXD、状态LED、按键、TTS 系统及扬声器、实时时钟、ADC、开关量输入端口、通信接口。还包括补光LED光源以及光强传感器，补光LED光源、光强传感器均连接到应用处理器系统。还包括红外位置传感器以及超声位置传感器，红外位置传感器、超声位置传感器均连接到应用处理器系统。还包括以太网转光纤芯片、光纤收发模组、光纤接口，所述光纤接口通过光纤收发模组连接到以太网转光纤芯片，所述以太网转光纤芯片连接到应用处理器系统。所述通信接口包括RS232接口 4个、以太网接口 1个、CAN接口 2个、无线数据通信接口 1个。本实用新型的优点是使用高速数字摄像机实时拍摄轨道上图像，当有动车组经过时，其车身侧面的车号信息也会出现在图像画面中，该装置完成对动车组车号的识别，然后以ASCII格式将动车组车号信息通过通信信道传输到控制中心，完成对动车组运动方向的判断，并将判断结果发送到控制中心。
图1为本实用新型基于视频车号识别的动车组身份确认系统结构框图。
具体实施方式
下面参照附图结合实施例对本实用新型作进一步的描述，以使本领域的技术人员可以更好的理解本实用新型并能予以实施，但所举实施例不作为对本实用新型的限定。请参阅图1所示，本实用新型基于视频车号识别的动车组身份确认系统包括高速摄像机、FPGA系统、复数个DSP (数字信号处理)单元组成的DSP陈列、应用处理器系统、补光LED光源、光强传感器、红外位置传感器、超声位置传感器、以太网转光纤芯片、光纤收发模组、光纤接口、电源系统。所述高速摄像机连接到FPGA (现场可编程门阵列)系统，每个DSP单元分别连接到FPGA系统，FPGA系统连接到应用处理器系统，补光LED光源、光强传感器、红外位置传感器、超声位置传感器、以太网转光纤芯片均连接到应用处理器系统，所述光纤接口通过光纤收发模组连接到以太网转光纤芯片。所述应用处理器系统内部包括SD卡、硬盘、光源控制器、IXD、状态LED、按键、TTS 系统及扬声器、实时时钟、ADC (模数转换器)、开关量输入端口、通信接口。所述通信接口包括RS232接口 4个、以太网接口 1个、CAN接口 2个、无线数据通信接口 1个。所述补光LED 光源连接到应用处理器系统的光源控制器，所述光强传感器以及红外位置传感器连接到应用处理器系统的ADC，所述超声位置传感器连接到应用处理器系统的开关量输入端口，以太网转光纤芯片接到应用处理器系统的以太网接口。该基于视频车号识别的动车组身份确认系统的各部分功能描述如下。高速摄像机该部分完成了外部图像的拍摄功能，将外部的自然环境图像信息转换为灰度数字图像信息。该部分与FPGA系统通过8 16条视频并行数据总线连接，同时还有以下同步信号行同步、场同步、数据时钟。FPGA系统该部分完成了对高速摄像机图像数据的获取，将接收到的灰度图像转换为可以后续并行操作的图像数据存储格式，并完成图像数据的数字滤波功能，实时测量外部光强，然后根据得到的当前光强通过光源控制器控制补光LED光源是否开启。该部分与高速摄像机系统通过8 16条视频并行数据总线连接，同时还有以下同步信号行同步、 帧同步、数据时钟。该部分与DSP陈列过8 16条并行视频总线连接，同时是还有以下同步信号1条行同步、10条帧同步、数据时钟。DSP陈列该部分接收FPGA系统预处理过的图像数据，进行后续复杂滤波和识别处理。SD卡完成系统数据库的存储；完成系统重要历史数据的存储；完成系统工作参数的存储；完成对测试图像的存储。硬盘完成原始图像的存储。光源控制器接收FPGA发送来的光源控制信号；通过控制相关的电子开关或者继电器实现对补光LED光源的开关控制。IXD 显示系统自检信息；显示系统拍摄的实时图像；显示系统工作状态信息。状态LED 显示系统工作状态；显示测试信息。按键该按键由多个功能按键和一个自检按键组成。功能按键用来调整系统工作状态、设置系统工作参数；自检按键用来完成对系统的自检操作。TTS系统及扬声器接收来自DSP陈列的文本信息，然后通过TTS合成芯片进行合成，然后经过功率放大器后将声音信息输送到扬声器进行输出。系统中需要播放的信息有 识别结果；自检信息；工作状态。通信接口 RS232接口作用连接PC，用作调试和终端显示使用；用来与其他串行设备互联。以太网接口 系统调试；传输高速数据。CAN接口 传输系统自检信息；传输识别结果；接收控制中心的控制命令。无线数据通信接口 用来连接无线测试终端；用来传输高速数据。补光LED光源该补光LED光源开启后可以补充因光照不足而带来的识别困难等问题。光强传感器该光强传感器实时测量外部光强，并将光强信息转换为数据信息，然后输送给FPGA系统。红外位置传感器红外位置传感器是使用红外线探测前方是否有动车存在，当前方有动车存在时，其输出高电平，通知DSP陈列进行车号确认工作。电源系统电源系统提供该系统需要的电能供应。该电源系统为外部输入12、8V 直流电，其通过DC-DC转换成LED补光等需要的12V、系统数字电路需要的5V、3. 3V。该系统工作模式自检模式系统上电后进入自检模式，自检模式为检查系统中各部件是否能够正常工作。并通过语音进行自检结果的播报。光线自校正模式系统自检模式结束后进入光线自校正模式，光线自校正模式的目的是根据外部光照的实际情况实时调整告诉摄像机的曝光时间、增益，以获得较为理想的质量的图像。[0054]识别模式自开始拍摄图像时，所有拍摄到的图像均被输送到DSP陈列中，由DSP 陈列进行识别处理，并输出识别结果。识别模式下当前帧图像中有车号信息，但因为光照、 天气等原因导致无法识别任何车号信息时，系统将当前帧图像信息添加日期、时间、位置信息后通过通信接口单元发送到控制中心，进行人工车号确认。人工检查模式人工检查模式是指人工在摄像头前面的轨道上放置该装置配备的人工检查标定牌，然后按下无线测试终端的人工检查按键或者该装置的人工检查按键，然后系统会通过扬声器播放识别结果。该基于视频车号识别的动车组身份确认系统工作过程如下所述系统上电后，系统进入自检流程，自检完毕后通过语音播报自检结果。如果自检正常，系统则进入实时拍摄和识别流程。系统每拍摄一副图像都要进行当前图像的亮度检测，同时会通过光强传感器进一步获得环境光照状态，然后系统会在拍摄下一帧数据前进行高速摄像机的曝光时间和增益的调节，以达到拍摄的图像质量最佳。图像数据从高速摄像机通过8 16条数据总线和2条同步线输出到FPGA系统， FPGA系统会首先将图像数据进行亮度统计处理，以计算出当前环境的亮度信息，然后通过对亮度信息模式的计算，得出当前调节摄像头的曝光时间和增益具体系数，同时将该系数在下一帧数据采集前，通过SPI 口发送给高速摄像机系统。FPGA系统将获的图像数据进行冗余比特消除，形成真正对识别有用的灰度图像数据，然后将整幅图像截取系统设定有用的窗口部分，一般常用设置为图像上半幅。然后对截取的窗口数据进行处理，以减少系统整体负荷和去除无用数据。然后FPGA系统将截取的窗内数据进行中值滤波。最终FPGA系统将形成的数据通过DSP并行数据端口输送的DSP陈列中。在该DSP陈列中由多块多核DSP单元组成并行DSP处理阵列。每个DSP单元负责处理某一帧序列。例如系统可以根据实际识别运算复杂度可以有5块DSP单元组成DSP陈列，那么第一块识别第一帧、第二块识别第二帧、第三块识别第三帧、第四块识别第四帧、第五块识别第五帧，然后第一块识别第六帧，依次类推。以实现系统对识别连续运算的需求。FPGA将视频数据发送到并行视频总线上，该并行视频总线会与每个DSP单元的视频输入接口连接，同时数据时钟也会与每个DSP单元的数据时钟输入连接；不同序号的帧同步、行同步信号不同。系统上电后会先检查系统中存在多少块DSP单元，然后对DSP单元进行排队，FPGA 系统会给每个DSP单元分配各自的帧同步、行同步信号。然后系统会将内置的标准测试数据逐次发送到每个DSP单元中，如果在规定的时间内，FPGA没有收到该DSP单元的识别回复，则FPGA认为该DSP单元异常，则重新进行排队，同时将有问题的DSP单元隔离出系统， 不再为其分配帧、行同步信号。系统在识别过程每发送一帧数据到DSP陈列，同时会监测该DSP单元是否有识别结果输出，如果没有任何结果输出，则立即将该DSP陈列隔离出去，同时重新配置各DSP单元对应的视频序列。每个DSP识别完毕后将识别结果放入到识别结果存储FIFO (先进先出)中等待数据综合DSP单元来读取。[0068]数据综合DSP单元读取到各DSP单元识别结果，然后进行加入时间标记和DSP单元信息，统一形成识别结果数据包。数据综合DSP单元将识别结果数据包进行综合后，通过CAN总线单元将数据发送出去，同时等待CAN总线汇集器的反馈结果。如果CAN总线汇集器在规定的时间内返回接收成功响应，则数据综合DSP删除识别结果；如果没有收到CAN总线汇集器的响应，则将存储当前识别结果信息。数据综合DSP单元内的识别步骤包括步骤1 输入的灰度序列640*480，为了提高算法效率，可以设置识别区域(只能更改高度区域)，高度最好不要低于160，否则会影响识别结果；步骤2 对识别区域进行中值滤波，提高图像的对比度；步骤3:局部阈值滤波步骤4 将识别区域游程编码，按相同像素结合游程，形成连通域，并根据连通域的个数建立索引；步骤5 根据实验参数，筛选有效连通域得到候选区(η个)，并根据它的范围和索引值(1、)，切片，进行模板匹配；步骤6 当候选区个数大于4时，进行聚类，得到合理的排列；若小于4，继续识别也得不到好的结果；步骤7 检查模式识别的错误率，如果过高，则用神经元重新识别该候选区；步骤8 若识别结果判断为车头或者车尾，重复5)筛选小的连通域来识别车号的下标；虽然以上描述了本实用新型的具体实施方式
，但是熟悉本技术领域的技术人员应当理解，我们所描述的具体的实施例只是说明性的，而不是用于对本实用新型的范围的限定，熟悉本领域的技术人员在依照本实用新型的精神所作的等效的修饰以及变化，都应当涵盖在本实用新型的权利要求所保护的范围内。
权利要求1.一种基于视频车号识别的动车组身份确认系统，其特征在于包括高速摄像机、 FPGA系统、复数个DSP单元组成的DSP陈列、应用处理器系统，以及电源系统，所述高速摄像机连接到FPGA系统，每个DSP单元分别连接到FPGA系统，FPGA系统连接到应用处理器系统。
2.如权利要求1所述的基于视频车号识别的动车组身份确认系统，其特征在于所述应用处理器系统内部包括SD卡、硬盘、光源控制器、IXD、状态LED、按键、TTS系统及扬声器、实时时钟、ADC、开关量输入端口、通信接口。
3.如权利要求1或2所述的基于视频车号识别的动车组身份确认系统，其特征在于 还包括补光LED光源以及光强传感器，补光LED光源、光强传感器均连接到应用处理器系统。
4.如权利要求1或2所述的基于视频车号识别的动车组身份确认系统，其特征在于 还包括红外位置传感器以及超声位置传感器，红外位置传感器、超声位置传感器均连接到应用处理器系统。
5.如权利要求1或2所述的基于视频车号识别的动车组身份确认系统，其特征在于 还包括以太网转光纤芯片、光纤收发模组、光纤接口，所述光纤接口通过光纤收发模组连接到以太网转光纤芯片，所述以太网转光纤芯片连接到应用处理器系统。
6.如权利要求2所述的基于视频车号识别的动车组身份确认系统，其特征在于所述通信接口包括RS232接口 4个、以太网接口 1个、CAN接口 2个、无线数据通信接口 1个。
专利摘要本实用新型公开了一种基于视频车号识别的动车组身份确认系统，包括高速摄像机、FPGA系统、复数个DSP单元组成的DSP阵列、应用处理器系统，以及电源系统。所述高速摄像机连接到FPGA系统，每个DSP单元分别连接到FPGA系统，FPGA系统连接到应用处理器系统。本实用新型的优点是使用高速数字摄像机实时拍摄轨道上图像，当有动车组经过时，其车身侧面的车号信息也会出现在图像画面中，该装置完成对动车组车号的识别，然后以ASCII格式将动车组车号信息通过通信信道传输到控制中心，完成对动车组运动方向、车号、端别及辆数的判断，并将判断结果发送到控制中心。
文档编号B61L25/00GK202098436SQ20112017866
公开日2012年1月4日 申请日期2011年5月31日 优先权日2011年5月31日
发明者刘湘毅, 张永强 申请人:合肥安迅铁道应用技术有限公司