基于达芬奇的超速抓拍系统的设计与实现

摘要:随着道路车辆的日渐增多,超速而引起的交通事故数量不断上升,对超速检测系统的要求越来越高,针对目前超速抓拍系统存在的一些问题,提出了一种基于达芬奇6446和3G无线通信技术的新型超速抓拍系统,以达芬奇的ARM核心作为,并搭配嵌入式Linux操作系统,采用达芬奇的DSP处理器进行高速的图像处理,开发了应用程序,并在实际应用中验证了该方案的可行性。

关键词:超速抓拍;达芬奇;嵌入式Linux;3G无线通信;S3雷达

中图分类号:TP391.4 文献表示码:A文章编号:1009-3044(2010)11-2740-02

Design and Impliment of DaVinci-based Detection Over Speed Snapping System

GAO Xu, JIA Man-lei

(Nanyang Institude of Technology, Nanyang 473004, China)

Abstract: With more and more vehicles on road, the number of traffic accidents caused by speeding is rising, that makes increasing demands of speed detection systems. Take account to the problems of current systems, bring up the DaVinci6446 and 3G based over speed snapping system, which depends on DaVinci's ARM core drived by an embedded Linux operating system, as the central control module, which uses DaVinci's DSP to achieve high-speed image processing. Develop the application, and the verify of the application is feasible in practice.

Key words: over-speed snapping; DaVinci; embedded Linux operating; third generation wireless comunication; Stalker Speed Sensor Radar

随着社会的快速发展,车辆的数目在急剧增加,道路交通已经成为最重要的地面运输方式,交通事故不断上升,超速而引发的交通事故尤为严重。要维护道路交通安全,仅靠有限的警力很难做到,必须向科技要“警力”,而建设“超速抓拍”系统是道路交通管理的必然趋势。

然而目前的超速抓拍系统,大多采用工控机作为控制模块,用有线网或局域无线网络通信,用硬盘存储超速车辆数据,设备暴漏在恶劣的外部环境中,容易导致工控机死机,不能保证24小时连续工作,并且在没有有线网的道路上通信难以实现[1]。

鉴于目前系统存在的问题,同时考虑嵌入式系统的数字信号处理能力有限,本文提出了一种基于达芬奇DM6446以及3G无线通讯技术的新型超速抓拍系统。

1 系统组成

本系统主要由视频背景重建模块、前端抓拍控制模块、无线传输模块和中央控制模块四部分组成:1)背景重建模块:通过达芬奇DM6446的高速视频端口从相机读取视频帧,并通过达芬奇的DSP高速处理器进行基于像素的背景帧统计,重建背景;2)前端抓拍模块:前端抓拍模块通过美国S3警用雷达检测来往车辆速度,超速时,将前景和背景比对来检测车辆到达相机视野的合适位置,处理并保存当前图片;3)无线传输模块:无线传输模块负责及时准确的将违章数据从前端抓拍模块传输到远程交通指挥中心;4)中央控制模块:中央控制模块负责协调各模块的数据传输,并负责各模块协调、并行运行,如图1所示。

2 视频背景重建模块

现有视频运动检测所使用的背景减法,它需要建立一个称为背景的参考帧。建立背景时,每个像素都被单独对待,通过在每个像素上建立该像素的背景模型,从而建立并维持了一幅背景参考帧,本文采用能更全面更准确地描述背景的高斯混合背景模型法重建背景[2-3]。

整个视频背景中的每个像素点背景重建算法如下算法所示:

输入:一个背景点(x,y)处以往历史序列X及该点待检测的灰度值Xt,其中Xi,i=1,2,…,m;

输出:该点是否要加入背景点(x,y)的统计序列中;

步骤1:若概率查找表LookupTab不存在就建立并初始化为空,如果概率阈值threshold不存在,则赋以事先配置的值,例如0.8。

步骤2:计算当前像素灰度值|Xt-Xi|,记为V。

步骤3:在查找表中查找有无入口为V所对应的概率值,如果有则取出该点的统计概率并记为Pxt转步骤6;

步骤4:根据式子计算,其中,m为所有|Xi-Xi-1| 的中值。

步骤5:将Pxt根据V作为入口插入到查找表中(查找表以V的值作为哈希入口)。

步骤6:计算Flag = Pxt>threshold。

步骤7:如果Flag为真值,则认为本像素点属于背景像素,需要添加到背景序列X中,m增加一,同时更新背景模型,包括方差和均值,否则属于前景像素,不添加到背景序列X中。

当当前帧的每个像素点都经过本算法处理,就重建了剔除前景运动物体后的真实背景。

3 前端抓拍模块

前端抓拍模块由两个视频中的虚拟线圈检测器和速度检测器构成。当速度检测器从雷达获得了实时车辆速度数据,并判断满足限速条件时,则将当前视频帧和即时背景进行差运算,得到前景帧,判断前景帧中的车辆位置是否在虚拟线圈范围之内的合适位置,若是则此违章车辆已经落入了当前相机的视野之内,则进行当前帧图片的处理和保存,并传递给无线传输模块进行传输。

4 无线传输模块

无线传输模块主要考虑如下几点:传输速度,传输距离,抗干扰能力,功耗,性价比等。在本系统中,虽然要求传输的是图片和少量的通信信息,但由于前端抓拍模块可以将拍摄到的违章照片事先存储起来,并不要求实时性,因此对传输速度要求不高,对于传输距离,在实际应用部署中,前端机与交通控制中心距离较远。综合以上几点考虑,本系统在设计中采用了华为EC1260 3G EVDO无线3G通讯模块,使用中国电信evdo网络,CDMA 2000 1xEV-DO(3g)制式,下行3.1Mbps,上行1.8Mbps,频率800MHz,只要有中国电信基站的地方都可以使用,无需考虑距离问题,满足了系统要求。另外该模块采用usb2.0 host接口,在Linux操作系统内核2.6.18以上可以使用,内核定制时候支持本模块即可,简化了系统设计。

5 中央控制模块

5.1 硬件结构设计

今年来,超速抓拍系统多采用工控机,软件系统多采用Windows或Linux操作系统,存在实时性差,易死机,采用的CPU发热量大,难抗高温,体积不易缩小,即使是嵌入式系统,在对大量图像的实时处理方面也是难以满足要求的,针对目前系统存在的不足,我们选择TI公司生产的达芬奇DM6446作为微处理器[4],内部集成丰富的外部设备资源,使用于需求外设资源丰富、高性能、功耗低、存储容量比较大、工作环境恶劣等工业控制方面,可以很好的满足本系统的要求,系统硬件框架图如图2所示。