[发明专利]基于FPGA的多车道超速检测系统

说明书

技术领域

本发明涉及一种基于FPGA的多车道超速检测系统，属于工业测控技术、视频图像处理技术，是利用FPGA芯片作为两路数字图像的采集和处理单元，来实现对违章超速车辆的信号检测和图像远程发送。

背景技术

交通安全是交通工程永恒的研究课题，一直倍受国内外有关人士的高度重视。近年来我国的交通事业得到了长足的发展，与此同时，交通工具也以前所未有的速度增加，从而导致交通事故愈来愈频繁地发生，这不仅危害人民群众的生命财产安全，而且使国家蒙受不必要的经济损失；影响交通安全的因素很多，其中超速行驶的车辆是引发交通事故的最主要原因之一。因此通过超速检测来限制车辆的行驶速度是减少交通事故、维护交通安全的有效手段。

目前国内外常用的超速检测技术有以下几种：

①地感线圈测速，该方式根据车辆经过平行线圈的速度判断是否超速，需向地下埋设感应线圈，施工量大，路面一旦变更则需要重埋线圈。因工作环境为野外，为保证系统的运行可靠性，在设计时应考虑防风尘、防雨雪、抗高温、抗严寒等工作特性，及停电、死机等故障的自动启动的功能；因而该方法实现复杂，不易操作；

②雷达超速监视系统，即利用雷达信号实现监视超速车辆的目的，在很多公路上可以看到雷达测速区的大牌；然而，在雷达测速区以外，对超速车辆无法监视；而且，雷达测速无法直接得到超速车辆的车牌号；在气候不好的情况下，雷达测速的误差有时达到20％；易受天气影响，测量精度低；

③红外线与激光检测，该方法在理论上是一种检测精度很高的方式，但面临路口多道路、多车辆和多行人的情况，点测量的效率无法满足监管要求。同时激光检测会对人眼造成极大的伤害；

④基于视频检测的CCD超速监视系统，视频检测系统是通过对视频图像的检测来判断有无超速行驶的车辆；由于系统需要安装在公路或指定的道路上或在移动车辆上，工作环境为野外，路口计算机采用工控机，信号、图像传输系统所有设计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，稳定性能不十分理想而导致实用性能不十分理想；

⑤基于DSP+FPGA视频检测方案，现在很多文献报导的DSP+FPGA视频检测方案都是以DSP来代替工控机，实现对视频采集管理、图象处理、超速判定等；由于图象读取、存储等原因，这些系统速度不能满足工程实际要求。

发明内容

为避免现有技术实时性差、投入过大等缺陷，本发明提供一种基于FPGA的多车道超速检测系统，设置检测起点和检测终点两类模拟视频信号源，模拟视频信号经视频解码芯片输出数字视频信号，FPGA借助自身及扩展的存储空间，对图像进行处理及管理控制，每个车道的检测起点和终点都按照两帧图像作为一基本循环，第一帧图像的指定检测区域与第二帧检测区域相比较，根据两者的差异大小和在FPGA中设置的阈值做出有无车辆通过，分别检测机动车辆驶入起点区和驶出终点区的时间，当某车道检测起点有车辆通过时，记录图象和车辆进入监视区的时间，然后检测该车道检测终点有无车辆通过，记录车辆离开该车道监视终点的时间，FPGA根据起点与终点距离及在该距离内的行驶时间进行超速判定，若超速则将违章车辆图象压缩后与速度、时间等相关违章信息存储或发送至远程监控中心，若车辆没有超速，进行下一轮循环并覆盖图象记录区域。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案：基于FPGA的多车道超速检测系统，其特点是包括以下步骤：

(a)在图像中选择一块车道区域作为车辆通行的检测区，在奇数帧到来时将在检测区中的每一像素值送入累加器，对像素数进行计数，并将累加结果暂存；在偶数帧到来时，将其检测区域每一像素值取反，然后送入累加器；偶数帧累加结束时，根据累加结果和像素计数值，计算感兴趣区域的平均像素差值FK。在非检测区按照亮暗度的不同级别取10个不同的像素点，根据两帧中这些像素点的累加结果计算平均背景差值BK。根据系统的应用场合确定合适的阈值T，若满足|FK-BK|＞T，则判定当前时刻无车辆通过；

(b)将两摄像头架设在固定长度的超速监视区域两端，首先监视区入口处的摄像头工作，运行步骤(a)所述的车辆检测算法，若检测到车辆通过，则启动软件定时器开始计时并通过选择开关切换到超速监视区出口的摄像头开始工作；

(c)当在出口端再次检测到车辆通过时，记录此时计时器的值，并与保证车辆不超速的临界时间比较，若计时值小于临界时间，则得出该车辆超速的结论，此时将出口端拍摄的违章车辆图像压缩，并存储在存储介质中。同时，再次切换选择开关到入口处的摄像头工作，进行下一辆车的超速检测。