基于FPGA+嵌入式处理器的违章车辆视频检测系统

0 引 言

随着我国经济的发展，机动车辆不断地增长，现有道路等硬件设施的增长已经满足不了日益膨胀的交通问题，智能交通系统（Intelligent Transportation System,ITS）越来越受重视。

所谓智能交通系统（ITS）就是将先进的信息技术、数据通信传输技术、电子传感技术以及计算机处理技术等有效地集成运用于整个地面交通管理系统而建 立的一种在大范围内、全方位发挥作用的、实时、准确、高效的综合交通运输管理系统。近年来，ITS在城市交通管理方面得到了普遍应用，在缓解道路交通、防 范交通违章及事故发生等方面获得了良好的效果。本文针对ITS应用，特别是电子警察系统的应用，提出了车辆违章视频检测方案，以适应ITS的发展需求。

1 电子警察系统

电子警察主要是针对机动车在路口闯红灯这种极易造成恶性事故的交通违章现象进行自动监测记录，做到了无人值守，不间断监测，证据充分正确，提高交通执法的准确性和效率。传统典型的电子警察系统通常是由系统控制、违章车辆检测、拍摄、传输以及辅助配套设备等几部分组成。

目前，一般电子警察系统主要采用环形线圈感应器、以增强型PC为基础的工控机（IPC）平台控制的模式。环形线圈的安装不便、容易受损坏，IPC对 室外环境的适应差等缺点，给电子警察正常稳定运行及维护工作造成极大的困难。因此，车辆违章检测技术对电子警察的高精度、大面积推广有很大的影响，是电子 警察系统中重要的一部分，是交通管理系统中不可缺少的组成部分。

2 现有车辆违章检测技术

车辆检测器是交通管理系统中不可缺少的组成部分，主要是通过数据采集和设备监视等方式，向监控系统中的信息处理和信息发布单元提供各种交通参数，作 为监控中心分析、判断、发出信息和提出控制方案的主要依据。常用的交通车辆检测器主要包括环行线圈检测器、超声波或微波（雷达波）检测器、红外线检测器、 视频检测器等。

比较几种检测方法可以知道，超声波或微波（雷达波）检测器和红外线检测器使用的条件比较苛刻，使用比较少，主要用于人工检测方式。目前最普遍的、经常用的是环行线圈视频检测器，但是视频车辆检测器与感应线圈等检测器相比，具有如下的技术特点：

（1）视频检测器安装与维护方便，无需开挖路面，对道路交通的影响很小。

（2）视频车辆检测器能检测较大的交通场景面积，单台摄像机就可同时监测多个车道，从而减少传感器的安装数目，并可进行大范围内的车辆跟踪。

（3）能提供绝大多数的交通参数信息，包括车流量、单车速度、平均车速、车间距等。

（4）获得的视频及图像信息很直观，是人机可读的，还可以加以保存。从而为监控人员进行相关操作提供了参考。

3 嵌入式视频检测系统

根据交通违章管理的要求和系统主要功能，对交通视频检测系统进行了研究并形成了可行方案。其思想是将视频摄像头安装在路杆上并对下面的路况进行监 视，捕获的数字化视频信息由现场进行图像处理，再传送到交通管理中心。同时，选取基于嵌入式系统的电子警察视频检测的模式来实现对传统电子警察系统的改 进，此电子警察系统的构成如图1所示。

图1 基于嵌入式系统的电子警察系统构成

由图1可以看出，基于嵌入式系统的电子警察主要由三部分组成：视频采集部分、图像处理与系统控制部分、网络传输部分。

3.1 视频采集单元

从CCD摄像头的光电转换器件得到的视频信号都是模拟信号，将模拟电视信号变成数字电视信号要经过模/数（A/D）转换过程。模/数转换包含三个过 程，即取样、量化及编码。其中，取样的目的是将时间上连续的模拟信号变成时间上离散的信号，量化是将幅度上连续的取样值变成幅度上离散的取样值，而编码的 作用是将离散化的取样值编成二进制数码。经取样、量化、编码所得到的数字信号即为视频PCM 信号。

在进行视频处理时，从摄像头输入模拟信号，这些全电视信号构成极为复杂，因而对视频信号进行A/D转换的电路也非常复杂，Philips公司将这些 非常复杂的A/D转换电路集成到了一块芯片中，从而生产出功能强大的视频输入处理芯片SAA7113,为视频信号的数字化应用提供了极大的方便。

SAA7113是一种视频解码芯片，它可以输入4路模拟视频信号，通过内部寄存器的不同配置可以对4路输入进行转换，输入4路CVBS或2路S视频 （Y/C）信号，输出8位VPO数据总线。通过设置寄存器的值，可以输出标准的ITU-R BT656,YUV 4∶2∶2格式。

SAA7113具有双通道模拟预处理电路，包括信号源选择，两个模拟抗混迭滤波器和模/数转换器，一个自动钳位和增益控制电路，一个时钟发生电路 （CGC），一个数字多