专利名称：基于dsp的视频测速系统的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及汽车测速技术领域，具体涉及ー种利用DSP技术实现视频测量车速的方法。
技术背景目前，现有智能交通系统中对车辆进行测速的方法主要有线圈测速、激光测速、雷达测速等。感应线圈测速，只能用于固定点监测，測量重复性较低，数据波动性较大，且对路面有一定破坏；激光测速的工作原理是建立在光波测距的基础上，利用对运动物体的多次测距与时间之比，得出其运动速度，激光测速方法对测速的角度要求都非常高，在实际运用中存在一定局限。手持式雷达测速仪，人为误差较大，无违法证据采集功能；部分雷达测速仪，微波发射波束较宽，易被电子狗探測，抗干扰效果不佳。另外上述测试方法，不能实时传输到现场处罚点，为现场执法带来极大不便。
发明内容本实用新型的目的是克服现有技术存在的上述不足，提供一种基于DSP的视频测速系统，可以实现快速、实时地对运动目标进行速度測量，不仅可以对单车道进行速度测量，而且还可以对多车道进行速度測量，有利于降低生产成本，具有重大的生产实践意义。本实用新型提供的基于DSP的视频测速系统，包括依次串接的信号采集单元、视频解码器、数据缓存通道、DSP处理模块、视频编码器和接ロ単元。信号采集单元，为CCD图像传感器，用于采集来自于外部世界的图像，并将其传递给视频解码器；CCD内部的工作原理是CCD图像传感器中，各光敏単元的信号电荷同时传到相应位上的移位寄存单元，然后再依次通过移位传送到视频输出线上。视频解码器，用于将所采集到的模拟视频图像信号转变成数字视频信号，并将其送到数据缓存通道；包括输入电路和视频解码芯片；输入电路是可滤波的模拟前端电路；视频解码芯片，选用芯片VP5150视频解码芯片，是TI公司的高性能混合信号视频解码器，可将标准的模拟视频信号转换成标准的数字视频信号，并与输入电路相连接，可接受两路复合视频信号输入和一路超级视频信号输入。数据缓存通道，是ー种先进先出的存储器，即FIFO器件，用于接收视频解码器所发送的数字视频信号，解决DSP处理模块与视频解码器之间因为速度差异引起的时序匹配问题，然后将其传递给DSP处理模块；视频解码器作为系统中的外设，相对于DSP芯片来说速度太慢，采用FIFO存储器后，可以先把视频解码器传送来的数据送往FIFO存储器，一旦达到FIFO存储器设置的数据量后，FIFO存储器再向DSP发出中断申请，这样省去了 DSP花在等待与查询的时间，中断次数也得以减小，从而提高了整体速度。DSP处理模块，为DSP微处理器芯片，通过引脚的选择以及软件的编程来实现对通道的选择，以及对数据的判断运算操作。用于接收数据缓存通道所输出的数字视频信号，并采用帧差分法对目标进行检測，采用卡尔曼滤波跟踪算法来对车辆进行跟踪。根据所检测到的运动轨迹确定所需帧图像的像素点的多标，通过确定不同帧运动物体的位置图像及帧间的时间差，利用图像坐标与世界坐标的转换，可得到运动目标的实际距离，从而获得运动目标的速度。视频编码器，用于编码DSP处理模块所处理的数据信息，包括输出电路和视频编码芯片；输出电路是可滤波的模拟输出电路，是编码器的前置电路；所述的视频编码芯片采用SAA7105H芯片，支持PAL和NTSC格式的视频编码输出；同时可提供分辨率为1208X1024的VGA视频输出，可直接驱动PC显示器；最大分辨率1920X1080P的高清视频输出。接ロ単元，用于将所处理的数据信息送往计算机当中。信号采集单元使用摄像头作为图像采集设备，摄像头输出的模拟信号为亮度信号和同步信号的混合信号，其中亮度信号为图像信号的原始输入；同步信号被视频解码芯片分离后，用于控制图像数据的采集。 视频输入处理该部分采用集成视频解码芯片，将模拟视频信号转换成数字视频信号，同时输出从模拟视频信号中分离出同步信号和由芯片内部的时钟发生器产生的像素时钟。视频输入处理芯片由DSP通过接ロ完成初始化操作。数据缓存FIFO :该部分作用是完成图像数据的暂存，解决DSP与视频解码芯片之间因为速度差异引起的时序匹配问题。处理模块该部分采用的是高速的DSP芯片，对数字视频信号进行相关处理。由于图像数据量比较大，所以选用容量较大和成本较低的SDRAM来存储数据。此SDRAM通过EMIF总线挂接到DSP的CEO空间。采用FLASH的程序存储，用于固化DSP的应用程序。FLASH被分配到了 DSP的CEI空间。视频输出处理该部分采用集成视频编码芯片，完成图像数据的采集和复原。视频输出处理芯片由DSP通过接ロ完成初始化操作。通讯接ロ 该部分用于向上位PC机传送图像数据或是图像处理结果，采用串行总线接ロ芯片实现系统与PC机之间的串ロ通讯。本实用新型的优点和有益效果视频测速是以图像处理、计算机视觉、模式识别等技术为理论基础，通过处理、分析，提取视频图像中的车辆信息，最终转化成车辆在现实道路上的信息而达到测速目的的。随着图像处理、计算机视觉技术的长足发展和广泛应用，视频测速技术作为智能交通系统的重要组成部分，受到广泛关注，己成为热门的研究课题。视频测速相对其他测速方法有以下优点I、设备安装无需破坏路面，且易安装、易维护；2、成本低，抗电子干扰，使用寿命长，而且扩展性强，利于二次开发；3、发掘的信息量大，可以进行多车道、多车辆的并行测速；4、采集的数据易于存储，大大有利于事后的分析处理。与现有技术相比较，本实用新型提供的基于DSP芯片的具有测速功能的视频测速系统，可以在高动态的环境下測量汽车速度，并通在汽车速度測量方面具有广阔的应用前景，具有重大的生产实践意义。
图I为本发明提供的一种基于DSP的视频测速系统的结构示意图；图2为本发明提供的一种视频解码器的可滤波的模拟前端电路图；图3为本发明提供的一种视频编码器的可滤波的模式输出电路；图4为本发明提供的一种基于DSP的视频测速系统的具体组成结构示意图；图5为本发明提供的ー种采用改进的对称差分方法具体示意图。
具体实施方式
一、基于DSP的视频测速系统的结构如图I所示，包括依次串接的信号采集单元101、视频解码器102、数据缓存通道103、DSP处理模块104、视频编码器105和接ロ单元106。其中信号采集单元101，用于采集来自于外部世界的图像信号，并将其传递给视频解码器 102 ；该信号采集单元101 —般是CXD图像传感器；所述CCD图像传感器101中，各光敏単元的信号电荷同时传到相应位上的移位寄存单元，然后再依次通过移位传送到视频输出线上。在本实用新型中，上述CXD图像传感器101的主要技术要求为512X512像元帧转移可见光(XD，其像元尺寸为4iimX4iim，总像元数为231(H) X 217 (V)，分辨率为水平200TV线，垂直160TV线(都是理论值)，功耗5mW。视频解码器102，与信号采集单元101相连接，用于将所采集到的模拟视频图像信号转变成数字视频信号，并将其送到数据缓存通道103 ；图2为本发明提供的一种视频解码器的可滤波的模拟前端电路图。參见图2，该电路图可将数字视频信号进行滤波，井能提供视频解码器所需的输入电平。在本实用新型中，如图4所示，视频解码器102包括输入电路1021和视频解码芯片1022，其中所述输入电路1021，可滤波的模拟前端电路；所述视频解码芯片1022，选用ー款高性能的视频解码芯片，可将标准的模拟视频信号转换成标准的数字视频信号，并与输入电路1021相连接，可接受两路复合视频信号输入和一路超级视频信号输入；在本实用新型中，外部视频信号输入范围一般为1VPP，所以使用前一定要将视频信号的输入范围调整到与视频解码芯片相一致的视频信号输入范围。数据缓存通道103，与视频解码器102相连接，用于接收视频解码器102所发送的数字视频信号，解决DSP处理模块104与视频解码器102之间因为速度差异引起的时序匹配问题，然后将其传递给DSP处理模块104 ；在本实用新型中，所述数据缓存通道103是ー种先进先出的存储器，视频解码器102作为系统中的外设，相对与DSP芯片来说速度太慢，采用FIFO存储器后，可以先把视频解码器传送来的数据送往FIFO存储器，一旦达到FIFO存储器设置的数据量后，FIFO存储器再向DSP发出中断申请，这样省去了 DSP花在等待与查询的时间，中断次数也得以减小，从而提高了整体速度。需要说明的是，在本实用新型中，对FIFO器件的选择要求主要考虑以下几个方面采用同步还是异步FIFO，FIFO工作频率，FIFO深度和宽。由于同步FIFO在FIFO的设计方面以他的快速和易操作优点正逐步取代异步FIFO，因此采用同步的FIFO，与DSP的接ロ采用异步方式。DSP处理模块104，与数据缓存通道103相连接，用于接收数据缓存通道103所输出的数字视频信号，执行相应的算法来对图像进行处理。在本实用新型中，所述DSP处理模块104即为微处理器，微处理器主要是通过软件的编程来实现对通道的选择以及对数据的判断运算等操作的。在本实用新型中，微处理器単元的性能对图像的处理性能有至关重要的影响。一般而言，微处理器性能越高，图像处理的越好、越迅速，越适合于实际应用。本实用新型的处理模块104优选为采用DSP微处理器，该微处理器具有性能高、体积小、功耗低、成本低的特点，从而选择DSP微处理器来设计本实用新型的视频测速系统。视频编码器105，与DSP处理模块104相连接，用于编码DSP处理模块104所处理的数据信息(如数字图像信息)。图3为本发明提供的一种视频编码器的可滤波的模式输出电路。參见图3，该电路图可将视频编码器处理好的信号进行滤波。在本实用新型中，视频编码器105包括输出电路1051和视频编码芯片1052，其中所述输入电路1051，视频编码器的前置电路，可滤波的模式输出电路；所述视频编码芯片，同时可提供分辨率为1280X 1024的VGA视频输出，可直接驱动PC显示器；最大分辨率1920X 1080P的高清视频输出。接ロ単元106，与视频编码器相连接，用于将所处理的数据信息送往计算机当中。ニ、视频测速系统涉及的检测与跟踪算法运动目标检测基本算法帧间差分法、背景差分法和光流法。帧间差分法是利用视频图像序列中连续两帧或几帧的图像差异来进行运动检測。背景差分法是利用当前帧图像与背景图像的差分来检测运动区域。光流法检测运动目标的基本原理是通过给图像中的每ー个像素点赋予ー个速度矢量，从而形成ー个图像运动场。本文选取以帧间差分法作为基础的一种改进算法，作为本文进行运动目标检测的基础算法。该算法以帧间差分法作为基础，并结合改进的对称差分法和投影技术来对运动目标进行快速定位和区域选择，实时性强，受外界条件变化的影响小，对于运动缓慢的目标也有很好的检测效果，克服了传统算法在某一方面的不足。下面详细介绍该算法。设输入的灰度图像序列为F= {fk(x, y), X ^ N, y ^ M, k = 0,1, 2, . . . }式中(x，y)为NXM像素空间里的一个像素点的坐标，fk(x，y)为第k帧图像中(X，y)点的灰度值。在采集序列图像的基础上，对图像进行时态差分，以确定运动目标所在区域，设差分序列图像为D，其定义为[0064]D= {dk(x, y), X ^ M, k = 0,1, 2. . . }式中dk(x，y)为第k帧差分图像中(X，y)点的灰度值，根据帧间差分法的原理可知，dk(x, y) = fk(x, y) -f^ (x, y)通过选择适当的阈值对差分图像进行ニ值化，可将差分图像序列转化为ニ值图像序列。 R= {rk(x, y), X ^ N, y ^ M, k = 0,1, 2, . . . }
f 1,J, (x, y) > T诉，少)=/バ、T
卡尔曼滤波器初始化时，即算法检测到一个新的运动目标进入场景时，第一帧检测得到的运动目标位置(X(l，y。)，代替滤波器状态方程中的x，y ;运动目标的Vx，Vy可以设置为O。卡尔曼滤波器的状态方程为X (k+1) = X (k) +Vx (k) A t+Qx (k)X (k+1) = X (k) +Vx (k) A t+Qx (k)其中，x(k+l)分别为下一时刻运动目标中心的速度。其观测量的观测方程为Xs (k) = X (k) +Rx (k) ys (k) = y(k)+Ry(k)Vxs (k) = Vx (k) +Rx (k)Vys (k) = Vy (k) +Ry (k)利用预测的目标位置和匹配捜索来确定目标的位置，如果在搜索范围内只有ー个运动目标，那么就可以认为检测到的目标就是被跟踪的目标，可以省却了目标匹配。在捜索范围内存在不止ー个目标的情况下要按照模板匹配的最小距离准则来确定被跟踪目标。搜索到运动目标后就要根据当前新的目标图像和目标位置来更新正在跟踪的运动目标的模板和位置坐标。摄像机的标定，这里我们使用一种简单而实用的标定方法，不需要确定摄像机的任何參数，通过标定确定路面距离和图像像素距离的函数曲线，利用线性插值确定非标定点的实际距离。标定是在摄像机静止的情况下进行的，利用待标定的摄像机拍摄ー组图像，每幅图像中的目标与摄像机的实际距离预先測量好。利用手工或者自动检测的方法确定目标底部距离图像底部的像素距离，从而得到实际距离与像素距离的函数曲线，当然将间隔距离减小，增加标定点数，能够提高测距的精度。在进行车辆测距时，通过车辆检测算法自动得到车辆底部到图像底部的像素距离，对于标定点可以直接得到实际距离，而非标定点的实际距离采用线性插值的方法确定。以上所述仅是本实用新型的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本实用新型原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本实用新型的保护范围。
权利要求1.一种基于DSP的视频测速系统，其特征在于该系统包括依次串接的信号采集单元、视频解码器、数据缓存通道、DSP处理模块、视频编码器和接ロ単元。
2.根据权利要求I所述的基于DSP的视频测速系统，其特征在于所述的信号采集单元为CXD图像传感器。
3.根据权利要求I所述的基于DSP的视频测速系统，其特征在于所述的视频解码器包括输入电路和视频解码芯片； 所述的输入电路是可滤波的模拟前端电路； 所述的视频解码芯片选用芯片VP5150，是TI公司的高性能混合信号视频解码器。
4.根据权利要求I所述的基于DSP的视频测速系统，其特征在于所述的数据缓存通道是ー种先进先出的存储器，即FIFO器件。
5.根据权利要求I所述的基于DSP的视频测速系统，其特征在于所述的DSP处理模块为DSP微处理器芯片。
6.根据权利要求I所述的基于DSP的视频测速系统，其特征在于所述的视频编码器包括输出电路和视频编码芯片； 所述的输出电路是可滤波的模拟输出电路，是编码器的前置电路； 所述的视频编码芯片采用SAA7105H芯片，支持PAL和NTSC格式的视频编码输出；同时可提供分辨率为1208X1024的VGA视频输出，可直接驱动PC显示器；最大分辨率·1920 X 1080P的高清视频输出。
专利摘要一种基于DSP的视频测速系统。该系统包括依次串接的信号采集单元、视频解码器、数据缓存通道、DSP处理模块、视频编码器和接口单元。本实用新型以计算机视觉和模式识别科学为理论依据，并辅以多种工程学标准的高科技新型光机电一体化系统。利用视频信号对一定对象进行测量的设计思想本身就是一种具有科学前瞻性的探索，其产品化的意义更为重大，解决了众多接触式和非接触式测量的难题。与现有技术相比较，本实用新型提供的基于DSP芯片的具有测速功能的视频测速系统，可以在高动态的环境下测量汽车速度，并通在汽车速度测量方面具有广阔的应用前景，具有重大的生产实践意义。
文档编号G01P3/36GK202404111SQ201120458860
公开日2012年8月29日 申请日期2011年11月18日 优先权日2011年11月18日
发明者何宏, 李丽, 黄兴 申请人:天津理工大学