专利名称：基于cmos模拟视频信号的车流量检测方法
技术领域：
本发明 涉及一种基于CMOS模拟视频信号的车流量检测方法，属于信号处理技术、 控制技术、工业测控技术。
背景技术：
近年来我国的城市交通事业得到了长足的发展，但道路建设、交通网管等基础设 施建设需要大量资金，建设周期也长，其发展的速度远远低于交通工具的增加速度，且发达 地区的人口密度大，车辆人均拥有量较高，造成城市交通塞车堵车现象严重，路口安装车流 量检测系统，可以帮助交通管理部门了解各个路口的车量通行情况，合理安排车辆流向，及 时疏导交通，缓解堵车、塞车现象，并对城市道路建设提供了详尽的数据，因此，交通管理部 门对路口车流量进行监控，对城市交通的联网控制具有重要的指导作用，对城市道路建设 规划等都有着重要的意义。对交通路口车流量情况进行检测的方法包括早期的人工计数方法，基于雷达射频 信号的方法，基于电磁信号进行检测的方法以及基于视频信号的检测方法等。这其中由于 基于视频的检测方法具有在成本、检测效率及精度等方面的优势而得到了越来越广泛的应用。现有的基于视频信号的检测方法其实现方式大致分为以下两类①基于工控计算机的车流量视频检测方案，该类系统利用安装在公路、指定的道 路上或在移动车辆上的工控机作为图像处理单元，通过判断视频图像的检测区内是否有无 车辆通行并统计单位时间通过的车辆数来确定车流量大小；由于其工作环境为野外或路 口，信号、图像、传输等模块完全按工业级标准设计，所以投资较大；此外，该系统在实际运 行时稳定性差的缺点导致了其实用性能并不理想；②基于DSP+FPGA的视频检测方案，该系统是以FPGA作为图像采集的逻辑控制单 元，DSP作为视频图像的处理核心，FPGA将采集的图像数据存储在外扩RAM存储器中，DSP 从RAM中读取图像并进行处理。这种实现方式造价较低，可靠性高，但实时性差。FPGA芯片 具有硬件逻辑处理速度快的特点，可以高速控制对图像的采集，但是DSP要实现对数字图 像的处理则需要相对多的时间，虽然新一代DSP芯片的时钟频率已经有所提高，但与FPGA 相比两者运行速度的不匹配造成了整个系统的处理效率低下。加之DSP芯片还要实现对视 频采集的管理、对数字图像的处理和对RAM读写的控制，导致了这类系统远不能满足工程 实际实时性的要求。
发明内容
为避免现有技术的实时性差、投入过大的缺陷，本发明提出了一种基于CMOS模拟 视频信号的车流量检测方法，该方法将CMOS摄像头原始信号通过门限电路经比例放大后， 同场同步、行同步信号一起传入FPGA芯片，FPGA实现对图像时序的控制并通过对流量检 测区的先后两帧图像的高电平脉冲数目的比较做出是否有车辆通过的判定，将判定结果在给定时间段内进行计数，则将计数结果除以给定时间就可以作为单位时间段内的车流量数 据；本发明解决其技术问题所采用的技术方案基于CMOS模拟视频信号的车流量检测方法，其特点是包括以下步骤(a)在道路图像中选择一块车道区域作为车辆通行的检测区，通过预先调试确定 其像素位置参数，将其存入FPGA的寄存器变量中。检测区域的选取可以多样，其宽度大致 为单车道在图像中所占宽度，长度大致为平均车量长度；(b)将CMOS摄像头原始模拟视频流分为两路，一路通过视频分离芯片获得场同步 和行同步信号，另一路通过门限电路和放大器电路进行二值化，获得CMOS图像脉冲信号。 由于行场同步和消隐信号的电平要远远小于图像信号，因此通过门限电路进行二值化的脉 冲中必定不包含其成分，从而有效消除了同步和消隐信号对图像脉冲的影响；(c)CMOS摄像头的同一帧视频信号分为两场，FPGA在处理的时候，通过场控开关 仅只对其中的一场进行处理(例如奇场)；在一场视频信号到来时，将行场同步信号和图像 脉冲传给FPGA芯片，利用按照步骤(a)确定的车流检测控制参数，在奇数帧到来时，对落入 车流量检测区的图像脉冲进行计数，将计数结果ODD存入FPGA寄存器；当偶数帧到来时，同 样对落入检测区的图像脉冲进行计数。根据系统的调试结果确定阈值T，当偶数帧计数结束 时将其值EVEN与奇数帧的计数结果进行比较，若满足lEVEN-ODDl彡T，则判定当前时刻无 车辆通过，否则认为当前时刻检测区图像发生了显著变化，此时判定当前时刻有车辆通过， 车流量计数值加一；(d)将步骤(b) (C)在一段时间循环，即得到了某时段在路口的车流量数据。本发明的有益效果是不需要进行A/D转换，将CMOS摄像头模拟视频信号仅通 过简单的门限和放大电路就直接对其进行处理，设计新颖独特，具有创新性；利用FPGA硬 件逻辑运算高度并行性的特点，设计简单高效的图像处理算法，实现了对二值图像序列的 车流信息提取，将图像处理算法硬件化，不需要计算机或DSP等核心处理器，系统实时性能 好，可扩展性强；系统可根据需求由用户自行设置门限电路的电阻和计数时间段，具有很大 灵活性；相对于在DSP内进行图像处理的方式，处理速度大大提高；相对于在工控机内处理 的方式，可靠性大大提高，而成本大大降低。下面结合附图和实施例对本发明做进一步说明。
附图1是本发明基于CMOS模拟视频信号的车流量检测方法总体结构图。附图2是本发明基于CMOS模拟视频信号的车流量检测方法FPGA芯片模块设计 图。附图3是本发明基于CMOS模拟视频信号的车流量检测方法实施例图。附图4是本发明基于CMOS模拟视频信号的车流量检测方法算法流程图。
具体实施例方式在本系统的具体实现过程中，摄像头采用l/30mni Vision CMOS传感芯片，镜头大 小3. 6mm，其分辨率为320线；视频同步信号分离芯片型号为LM1881，它能从CMOS摄像头信号中提取行同步脉冲、场同步脉冲和奇偶场等时序信息，并将它们转换成TTL电平直接输 给FPGA端口 ；FPGA采用美国Altera公司的Cyclone系列FPGA中的EP1C12芯片，该芯片 内部LE单元多，外围用户可用I/O 口多，完全能够满足图像处理算法和系统逻辑控制的需要。通过 调整如附图3所示门限电路的电阻Rl和R2，可以改变其门限输出阈值。系统 初始化后，EP1C12通过检测输入的场同步、行同步信号寻找到一场图像的开始，接着根据预 先设置的参数判断每一像素是否在检测区内；若是，在奇数帧，对其高电平脉冲进行计数， 并将计数结果存入ODD寄存器；在偶数帧，进行同样的操作，并根据预先设置的差异阈值T 判断是否lEVEN-ODDl彡T，若是则判定当前时刻无车辆通过，否则认为当前时刻检测区图 像发生了显著变化，此时判定当前时刻有车辆通过，车流量计数值加一；重复上述的步骤直到达到系统给定的车流量检测时段。此时，车流量计数值即为 该时段的车流量数据，最后通过RS232接口将该时段的车流量信息向外传输。
权利要求
1.一种基于CMOS模拟视频信号的车流量检测方法，其特征在于将CMOS摄像头模拟 视频信号通过门限电路经比例放大后，同场同步行同步信号一起输入FPGA芯片，FPGA通过 对车流量检测区先后两帧图像的高电平脉冲数目的比较做出是否有车辆通过的判定；其特 征在于该方法直接对CMOS模拟视频信号进行处理，不需要预先对其进行A/D转换。
2.根据权利要求1所述的一种基于CMOS模拟视频信号的车流量检测方法，其特征在于 包括以下步骤(a)在道路图像中选择一块车道区域作为车辆通行的检测区，通过预先调试确定其像 素位置参数，将其存入FPGA的寄存器变量中。检测区域的选取可以多样，其宽度大致为单 车道在图像中所占宽度，长度大致为平均车量长度；(b)将CMOS摄像头原始模拟视频流分为两路，一路通过视频分离芯片获得场同步和行 同步信号，另一路通过门限电路和放大器电路进行二值化，获得CMOS图像脉冲信号。由于 行场同步和消隐信号的电平要远远小于图像信号，因此通过门限电路进行二值化的脉冲中 必定不包含其成分，从而有效消除了同步和消隐信号对图像脉冲的影响；(c)CMOS摄像头的同一帧视频信号分为两场，FPGA在处理的时候，通过场控开关仅只 对其中的一场进行处理(例如奇场)；在一场视频信号到来时，将行场同步信号和图像脉冲 传给FPGA芯片，利用按照步骤(a)确定的车流检测控制参数，在奇数帧到来时，对落入车流 量检测区的图像脉冲进行计数，将计数结果ODD存入FPGA寄存器；当偶数帧到来时，同样对 落入检测区的图像脉冲进行计数。根据系统的调试结果确定阈值T，当偶数帧计数结束时将 其值EVEN与奇数帧的计数结果进行比较，若满足lEVEN-ODDl彡T，则判定当前时刻无车辆 通过，否则认为当前时刻检测区图像发生了显著变化，此时判定当前时刻有车辆通过，车流 量计数值加一；(d)将步骤(b)(c)在一段时间循环，即得到了某时段在路口的车流量数据。
3.根据权利要求2所述的一种基于CMOS模拟视频信号的车流量检测方法，其特征在 于系统利用FPGA硬件逻辑运算高度并行性的特点，设计简单高效的图像处理算法，实现 了对二值图像序列的车流信息提取，将图像处理算法硬件化，不需要计算机或DSP等核心 处理器，系统实时性能好，可扩展性强；系统可根据需求由用户自行设置门限电路的电阻和 计数时间段，具有很大灵活性。
全文摘要
本发明涉及一种基于CMOS模拟视频信号的车流量检测方法，属于信号处理技术、控制技术、工业测控技术，是将CMOS摄像头原始信号通过门限电路经比例放大后，同场同步、行同步信号一起传入FPGA芯片，FPGA实现对图像时序的控制并通过对流量检测区的先后两帧图像的高电平脉冲数目的比较做出是否有车辆通过的判定；其特征在于不需要进行A/D转换，将CMOS模拟视频信号仅通过简单的门限和放大电路就直接对其进行处理；利用FPGA硬件逻辑运算高度并行性的特点，设计简单高效的图像处理算法，实现了对二值图像序列的车流信息提取，将图像处理算法硬件化，不需要计算机或DSP等核心处理器，系统实时性能好，可扩展性强。
文档编号G08G1/04GK102081849SQ20091021919
公开日2011年6月1日 申请日期2009年11月27日 优先权日2009年11月27日
发明者史忠科, 王闯, 贺莹 申请人:西安费斯达自动化工程有限公司