一种基于fpga的智能交通信号灯系统及其控制方法
【技术领域】
[0001] 本发明设及一种基于FPGA的智能交通信号灯系统及其控制方法，属于公共交通设 施技术领域。
【背景技术】
[0002] 随着城市的发展，虽然道路会建的越来越宽，但是行驶的车辆也会越多。在上下班 的高峰期时，在交通路口容易出现直行同一车道大量车辆排队等候通过，而左转的却排队 的较少，运样就会出现资源不合理分配的状况。自从交通信号灯被发明并投入实用后，随着 电子技术的不断发展，信号灯也不断被改进，增加更多的功能，从而更加智能化，然而现今 大多数的交通信号灯就是简单地进行红、绿、绿灯和转向及直行的指示和倒计时显示，变更 车道信号指令是需要人员去发送并且事前需要人员通过监控观察判断并选择事先设定好 的模式，且需要对交通设施系统电路进行改进，运种方法不仅不便捷而且工作量大，实时性 差，不能根据实时路面车辆情况自动改变信号灯指示，因此智能的交通信号灯系统的出现 将会成为缓解此问题的一个重要方法。
【发明内容】
[0003] 为解决现有技术的不足，本发明的目的在于提供一种基于FPGA的智能交通信号灯 系统及其控制方法，可W根据实时路况缓解交通排队堵塞问题，并且该方案简化了视频图 像处理系统的结构，更加便捷化，灵活性高，提高了图像处理的速率实现了图像的实时处理 与判定。
[0004] 为了实现上述目标，本发明采用如下的技术方案：
[000引一种基于FPGA的智能交通信号灯系统，其特征是，包括PC机、图像处理模块、显示 模块、时钟晶振和通信模块;所述图像处理模块包括CM0姻像传感器、SDRAM和FPGA忍片;所 述CMOS图像传感器用于采集路面车辆状况图像，并存储到SDRAM中；所述FPGA忍片从SDRAM 中读取图像，并将采集到的实时视频图像信息传输到PC机上显示;所述显示模块包括倒数 计时显示模块和信号灯方向显示模块;所述FPGA忍片根据SDRAM中的图像判定检测到的排 队车辆数目，并向信号灯方向显示模块发出控制信息进行相应的显示工作;所述通信模块 包括W太网控制器和W太网络;所述W太网控制器通过W太网络与PC机连接;所述FPGA忍 片通过W太网控制器、W太网络与PC机进行数据传输;所述时钟晶振用于系统计时并在倒 数计时显示模块上显示。
[0006] 前述的基于FPGA的智能交通信号灯系统，其特征是，所述W太网控制器采用 ENC28J60 忍片。
[0007] 前述的基于FPGA的智能交通信号灯系统，其特征是，所述FPGA忍片采用 EP4CE15F17C8N 忍片。
[000引前述的基于FPGA的智能交通信号灯系统，其特征是，所述SDRAM采用Hynix型号为 HY57V283220T的32Bit SDRAM。
[0009] -种基于FPGA的智能交通信号灯系统的控制方法，其特征是，包括如下步骤：
[0010] 1)从SDRAM中读取存储的图像进行图像增强预处理；
[0011] 2)进行中值滤波的平滑处理，并将有效信息提取；
[0012] 3)采用Sobel边缘检测算法提取出图像中的特征边缘，在边缘提取时根据阔值判 定后进行二值化去噪；
[0013] 4)去噪之后的图像进行膨胀使之丢失部分连接起来，并进行腐蚀算法处理；
[0014] 5)将特征图像细化，进行投影特征提取；
[0015] 6)检测判定是否有车辆；
[0016] 7)对于步骤5)处理后的图像，通过延时获取Ξ帖图像进行Ξ帖差法判定车辆是否 在排队等候；
[0017] 8)输出变更车道转向的指令。
[0018] 本发明所达到的有益效果：1.在不影响系统的性能的条件下，单独采用FPGA作为 处理与控制比采用人工控制或者其他控制单元在结构上更加简单并且具备可移植性好，灵 活性高等优点，使整个交通信号灯系统更加紧凑、高效;2.采用W太网通信代替传统的串口 或USB通信模式，其传输速率高、兼容性高、长距离传输误码率低、稳定性高、自由组网和便 于扩展等优点，能够克服串口通信和USB通信中存在的缺点，统控制灵活简单、可视化强、开 发成本低;3.采用Sobel边缘检测算法的判定车辆是否存在的方法来取代基于频域的检测 方法、基于背景差别法的检测方法、基于纹理特征的检测方法，其运算量较小，简单有效并 且可W边缘噪声模糊程度;4.采用Ξ帖差法判定车辆是否静止排队等候，比背景差法、光流 法运算量较小，速度较快满足实时性的要求，并且适应性强。
【附图说明】
[0019] 图1是本系统的系统框图；
[0020] 图2是FPGA忍片与W太网控制器的引脚连接图；
[0021] 图3是图像处理部分的流程图；
[0022] 图4是使用本系统的路面示意图。
【具体实施方式】
[0023] 下面结合附图对本发明作进一步描述。W下实施例仅用于更加清楚地说明本发明 的技术方案，而不能W此来限制本发明的保护范围。
[0024] 为了实现本发明的优良性能，将选用Altera切clone IV系列的EP4CE15F17C8N作 为处理控制忍片，15000个逻辑单元，166个用户10,性价比较高，能够有效地并且高速地处 理采集到的图像数据并进行数据的发送，而且便于调试。选用型号为ENC28J60忍片作为W 太网控制器进行数据传输，该忍片是28脚独立W太网控制器，支持全双功和半双工模式，兼 容性好，传输速率高W保证系统的实时性，高效性。选用Sobel边缘检测算法作为图像处理 的从而来判定车辆的是否存在，该算法是滤波算子的形式，用于提取边缘，可W利用快速卷 积函数，运算量较小，简单有效，因此被广泛地应用在图像特征提取中。采用Ξ帖差法判定 车辆是否静止排队等候，该方法运算量较小，处理速度快，能够很好的满足系统对实时性的 要求。
[0025] 如图4所示，在交通信号灯等候区是只有直行和左转，2个正常直行车道和1个正常 左转车道，还有一个根据路面车流量的状况可W变更的车道，右转有个专口的转弯口，因此 不需要右转信号指示灯。
[0026] 如图2所示是图像算法处理模块，该模块数据量较大，且要保证处理的实时性，所 W选择切clone IV系列的EP4CE15F17C8N，该忍片性价比较高，处理速度快，I/O接口多，灵 活性高。采用Hynix型号为肌57V283220T的32Bit SDRAM，共有4Banks*lM*32Bit的资源，作 为视频图像的内存，首先从SDRAM中读取存储的图像进行图像增强预处理，下一步进行平滑 处理（中值滤波），然后就要将有效信息提取出来，再就进行Sobel边缘检测算法提取出图