[发明专利]一种基于FPGA的智能交通信号灯系统及其控制方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种基于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

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，这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，这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

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，可以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。

为了实现上述目标，本发明采用如下的技术方案：

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CMOS图像传感器、SDRAM和FPGA芯片；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芯片从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芯片根据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；所述通信模块包括以太网控制器和以太网络；所述以太网控制器通过以太网络与PC机连接；所述FPGA芯片通过以太网控制器、以太网络与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。

前述的基于FPGA的智能交通信号灯系统，其特征是，所述以太网控制器采用ENC28J60芯片。

前述的基于FPGA的智能交通信号灯系统，其特征是，所述FPGA芯片采用EP4CE15F17C8N芯片。

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32BitSDRAM。

一种基于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：

1)从SDRAM中读取存储的图像进行图像增强预处理；

2)进行中值滤波的平滑处理，并将有效信息提取；

3)采用Sobel边缘检测算法提取出图像中的特征边缘，在边缘提取时根据阈值判定后进行二值化去噪；

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；

5)将特征图像细化，进行投影特征提取；

6)检测判定是否有车辆；

7)对于步骤5)处理后的图像，通过延时获取三帧图像进行三帧差法判定车辆是否在排队等候；

8)输出变更车道转向的指令。

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.采用以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，简单有效并且可以边缘噪声模糊程度；4.采用三帧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

图1是本系统的系统框图；

图2是FPGA芯片与以太网控制器的引脚连接图；

图3是图像处理部分的流程图；

图4是使用本系统的路面示意图。

具体实施方式