摘 要： 針對高速路上套牌車的檢測準(zhǔn)確性不高的問題，設(shè)計并實(shí)現(xiàn)了一種基于RAM?MS320C6x的視覺高速路上套牌車檢測識別系統(tǒng)。系統(tǒng)采用以高性能、高集成度、低功耗系列的FPGA為核心的圖像采集模塊對高速套牌車圖像進(jìn)行采集及預(yù)處理操作，將經(jīng)FPGA預(yù)處理后的高速套牌車圖像數(shù)據(jù)傳輸至雙口RAM中，數(shù)字信號處理器TMS320C6x接收到從雙口RAM傳遞的信息后對高速套牌車圖像數(shù)據(jù)進(jìn)行數(shù)據(jù)庫比對等處理并進(jìn)行智能識別，實(shí)現(xiàn)高速套牌車的快速準(zhǔn)確檢測和識別。軟件設(shè)計過程中，對基于RAM?MS320C6x的高速套牌車檢測識別系統(tǒng)進(jìn)行了詳細(xì)分析，并給出了高速套牌車檢測識別的程序代碼實(shí)現(xiàn)，仿真實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明所設(shè)計系統(tǒng)具有很強(qiáng)的準(zhǔn)確性和實(shí)用性。

關(guān)鍵詞： 雙口RAM； 高速套牌車； 圖像識別； 圖像數(shù)據(jù)傳輸

中圖分類號： TN710?34； F127 文獻(xiàn)標(biāo)識碼： A 文章編號： 1004?373X（2016）10?0065?04

Design of RAM?MS320C6x?based detection system for recognizing high?speed

fake?licensed cars

LIU Lingxia1， MA Xiaojun1， SONG Qiang2，3

（1. School of Software Engineering， Anyang Normal University， Anyang 455000， China；

2. College of Computer Science and Information Engineering， Anyang Institute of Technology， Anyang 455000， China；

3. Information Engineering College， Wuhan University of Technology，Wuhan 430000， China）

Abstract： In view of the low accuracy detection for fake?licensed cars in highway， a RAM?MS320C6x?based visual detection system for recognizing fake?licensed cars on highway was designed and implemented. A high performance， high integration， low power consumption FPGA is taken as the core image acquisition module in the system to acquire the images of high?speed fake?licensed cars and execute the preprocessing operations， and the of the high?speed fake?licensed cars’ image data preprocessed by FPGA is transmitted to the dual?port RAM. The digital signal processor TMS320C6x compares high?speed fate?licensed car image data with the data in database for data matching and intelligent identification according to the information received from the dual?port RAM to realize the rapid and accurate detection of the high?speed fake?licensed cars. In the software design process， the high?speed fake?licensed car detection system based on RAM?MS320C6x is analyzed in detail. The high?speed fake?licensed car detection identification code is given in this paper. The simulation experimental results show that the system has high accuracy and practicability.

Keywords： dual?port RAM； high?speed fake?licensed car； image identification； image data transmission

0 引 言

隨著社會經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，我國高速公路的通車?yán)锍毯蛙嚵髁吭鲩L迅速。然而高速公路上套牌車的出現(xiàn)，不僅為交通管理帶來了難度，使國家稅收減少，也是造成事故數(shù)量和傷亡率逐年增加的原因之一[1?3]。如何快速識別高速公路的套牌車已成為交通管理部門亟待解決的問題[4?5]。高速套牌車是高速公路交通中最關(guān)鍵的事件表現(xiàn)形式。其一是因?yàn)楦咚偕宪囕v行使速度快，不易捕捉車牌號等信息，這為交通事故發(fā)生后，套牌車問責(zé)帶來了麻煩。其二是套牌車很多是冒充國家公務(wù)車，這在很大程度上使得國家交通稅收減少，如果是套用個人牌照，將給車主帶來損失[6?8]。因此，高速套牌車的實(shí)時檢測與識別是降低高速公路交通事故傷亡和損失的有效手段，成為相關(guān)學(xué)者研究的重點(diǎn)課題[9?10]。本文設(shè)計并實(shí)現(xiàn)了基于RAM?MS320C6x的高速套牌車檢測識別系統(tǒng)，為高速交通的高效控制提供可靠的保證。

1 系統(tǒng)的總體架構(gòu)

本文系統(tǒng)的總體結(jié)構(gòu)主要包括操作面板、數(shù)據(jù)緩沖模塊、視頻解碼模塊、電源模塊、圖像采集模塊、數(shù)字信號處理器模塊、雙口RAM接口以及套牌車檢測識別模塊等。系統(tǒng)總體結(jié)構(gòu)如圖1所示。

2 系統(tǒng)關(guān)鍵模塊的硬件設(shè)計

2.1 圖像采集模塊的硬件設(shè)計

系統(tǒng)通過圖像采集模塊對高速套牌車圖像的采集及預(yù)處理操作。由于基于RAM?MS320C6x的高速套牌車檢測識別系統(tǒng)中采集數(shù)據(jù)量較大，所以在對圖像采集模塊進(jìn)行設(shè)計的過程中，設(shè)計了以大容量FPGA的實(shí)時高速套牌車圖像采集模塊，依據(jù)其控制邏輯實(shí)現(xiàn)方式靈活的優(yōu)勢，實(shí)現(xiàn)高速套牌車圖像的高速采集。圖像采集模塊的硬件設(shè)計如圖2所示，該模塊主要包括A/D轉(zhuǎn)換模塊、幀存模塊以及核心控制模塊。

圖像采集模塊的核心是高性能、高集成度、低功耗系列的FPGA。該芯片首先完成對A/D轉(zhuǎn)換模塊輸出數(shù)據(jù)流的預(yù)處理；再通過幀存儲把經(jīng)預(yù)處理后的數(shù)據(jù)保存在合理幀存內(nèi)；最后對高速套牌車圖像處理檢測模塊的接口進(jìn)行管理，通過圖像處理檢測模塊讀取幀存中的數(shù)據(jù)后，解除幀存的管理權(quán)。

系統(tǒng)采用CCD攝像機(jī)對高速套牌車圖像進(jìn)行采集，由于CCD通常以標(biāo)準(zhǔn)PAL形式輸出，所以，在輸入到該模塊之前，需首先對其進(jìn)行A/D轉(zhuǎn)換操作。A/D變換選用的是由飛利浦公司生產(chǎn)的視頻A/D芯片SAA7111，其內(nèi)部鎖相環(huán)技術(shù)的集成大大降低了設(shè)計的復(fù)雜度。幀存模塊選用雙幀存結(jié)構(gòu)，由幀存A和幀存B組成，而幀存A和幀存B由兩片IDT7Iv424SRAM組成，可儲存一幀分辨率為720×576的YUV圖像數(shù)據(jù)，其采用的存儲結(jié)構(gòu)可使高速套牌車圖像數(shù)據(jù)的采集和預(yù)處理同時進(jìn)行，增強(qiáng)了系統(tǒng)整體運(yùn)行效率。

2.2 TMS320C6x處理模塊的硬件設(shè)計

本文系統(tǒng)采用數(shù)字信號處理器TMS320C6x主要對圖像采集模塊發(fā)送的圖像數(shù)字信號進(jìn)行處理與識別。TMS320C6x系列是由Ti公司生產(chǎn)的一種高性能先進(jìn)VLIW（Very Long Instruotion Word）體系結(jié)構(gòu)的產(chǎn)品，TMS320C6x處理模塊的硬件設(shè)計如圖3所示。

在圖3中，套牌車數(shù)字信號處理器TMS320C6x中有一個可實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)處理的數(shù)據(jù)通道，其中包含四個功能單元，主要負(fù)責(zé)邏輯、位移、乘法、加法以及數(shù)據(jù)尋址等操作。數(shù)據(jù)尋址單元D主要用于寄存器組和存儲器組間的信息傳輸。數(shù)據(jù)通道的四個功能單元自身均配有數(shù)據(jù)總線，從而完成與另一側(cè)寄存器的連接，實(shí)現(xiàn)寄存器組間的信息傳遞。依據(jù)EMIF訪問的內(nèi)存空間，將TMS320C6x的片內(nèi)內(nèi)存和片外內(nèi)存均設(shè)置成32位地址空間，從而實(shí)現(xiàn)訪問。實(shí)際上，片內(nèi)內(nèi)存是由片上程序空間與片上數(shù)據(jù)空間組成的。對于片上程序空間而言，因?yàn)槭艿街噶铋L度的影響，通常以256 b的數(shù)據(jù)長度進(jìn)行訪問；而片上數(shù)據(jù)空間能夠訪問8 b，16 b和32 b的數(shù)據(jù)。

2.3 套牌車數(shù)據(jù)緩存模塊的硬件設(shè)計

系統(tǒng)中的接口部分采用雙口RAM作為圖像緩存區(qū)，用于傳遞高速套牌車圖像數(shù)據(jù)。雙口RAM的讀/寫能力很強(qiáng)，能夠同時對兩個端口進(jìn)行處理，也可獨(dú)立訪問其內(nèi)部RAM資源。雙口RAM中通常存在一個總線強(qiáng)占優(yōu)先級比較器，如果不同時訪問同一個存儲單元，則優(yōu)先發(fā)送地址的CPU會具有上述單元當(dāng)前的訪問優(yōu)先權(quán)，而剩余的地址和讀/寫信號將被屏蔽。套牌車數(shù)據(jù)緩存模塊的硬件設(shè)計如圖4所示。

圖4中，IDT7024是由IDT公司生產(chǎn)的高速4K×16 b雙口RAM?？蓪⑵渥鳛?6位雙口RAM，也可將兩個IDT7O24組合在一起構(gòu)成主從系統(tǒng)，使得套牌車數(shù)據(jù)線增至32 b，也可達(dá)到更寬。通過上述操作構(gòu)成的雙口RAM不需要其他附加邏輯，能夠單獨(dú)高速運(yùn)行。

系統(tǒng)中的寫入信號、讀取信號以及地址信號都是通過FPGA形成的，把經(jīng)FPGA預(yù)處理后的高速套牌車圖像數(shù)據(jù)傳輸至雙口RAM中，如果存儲器空間無法繼續(xù)保存數(shù)據(jù)，則通過FPGA產(chǎn)生中斷信號對數(shù)字信號處理器進(jìn)行通知，數(shù)字信號處理器接收到中斷信號后把高速套牌車圖像數(shù)據(jù)傳輸至內(nèi)部存儲區(qū)進(jìn)行處理。

3 軟件設(shè)計

本文設(shè)計的基于RAM?MS320C6x的高速套牌車檢測識別系統(tǒng)的軟件，是在Microsoft Visual C++ 6.0集成開發(fā)環(huán)境下，通過C/C++程序設(shè)計語言編程設(shè)計的，用于實(shí)現(xiàn)高速套牌車檢測識別，本軟件系統(tǒng)可在 Windows XP與Windows Vista下運(yùn)行，具體的軟件程序設(shè)計流程如下所述。

3.1 套牌車檢測識別模塊軟件流程設(shè)計

經(jīng)過分析與實(shí)地測試，套牌車檢測識別模塊的具體流程設(shè)計如下：

（1） 對系統(tǒng)進(jìn)行初始化處理。首先對高速套牌車圖像進(jìn)行采集同時得到圖像數(shù)據(jù)，然后通過CCD攝像機(jī)對高速公路的車輛運(yùn)行進(jìn)行攝像同時發(fā)送至圖像數(shù)據(jù)處理器，從而得到高速套牌車圖像的數(shù)據(jù)信息。

（2） 對采集到的高速套牌車原始圖像進(jìn)行中值濾波處理，獲取分辨率更高的圖像信息。

（3） 對經(jīng)濾波處理后的高速套牌車圖像進(jìn)行圖像分割處理，若經(jīng)分割處理后套牌車圖像的目標(biāo)與背景差別明顯，則當(dāng)前閾值為最佳閾值，也就是分割成功，繼續(xù)進(jìn)行步驟（4）；否則，重新進(jìn)行步驟（3），直至找到最佳閾值。

（4） 得到套牌車最佳閾值后，對高速套牌車圖像的邊緣輪廓進(jìn)行提取，從而實(shí)現(xiàn)高速套牌車的檢測識別，套牌車檢測識別模塊軟件流程圖如圖5所示。

3.2 套牌車檢測識別模塊程序?qū)崿F(xiàn)

在VC++ 6.0中通過OpenCV進(jìn)行程序設(shè)計，同時調(diào)用套牌車圖像處理函數(shù)。OpenCV主要由4個頭文件組成：cv.h，cvaux.h，highgui.h和cxcore.h。對OpenCV函數(shù)進(jìn)行調(diào)用的過程中，必須在文件中加上OpenCV的4個頭文件，否則在編寫程序時會產(chǎn)生錯誤。

對套牌車圖像進(jìn)行采集：

# include \"graphical interface.h\"

# include

CDocumentSeek PictureDocument；

CCluster DocumentMonicker；

//設(shè)置高速套牌車圖像文件的名稱

CCluster PictureDocumentSite；

bool DocumentHave = PictureDocument.SeekDocument（_T（\"D：//OFFLINE //*.bmp\"），0）；

//在給出路徑中找到全部bmp文件，如果返回非0，則運(yùn)行成功

int i=0；

while（DocumentHave）

{

DocumentHave = PictureDocument.SeekNextDocument（）；

if（PictureDocument.IsDots（））

{

DocumentMonicker = PictureDocument.GetDocumentMonicker（）； //得到高速套牌車圖像文件名稱

PictureDocumentSite = \"D：/OFFLINE /\" + DocumentMonicker； //獲取高速套牌車圖像文件路徑

Ppicture[i] = cvLoadPicture（PictureDocumentSite，0）；

//讀取高速套牌車圖像文件，0表示套牌車灰度圖像

pOriImg[i] = cvPastePicture（pImg[i]）；

//復(fù)制高速套牌車圖像

if（pImg[i]） AfxMessageBox（\"load Picture document defeated！\"）；

}

}；

CvMeasure ImgMeasure；

element3=cvInnovativeConstructionElementEx；

ImgMeasure.breadth = PICTURE_BREADTH；

//高速套牌車圖像的寬度

ImgMeasure.altitude = PICTURE_ALTITUDE；

//高速套牌車圖像的高度

ThePicture = cvInnovativePicture （ImgMeasure，IPL_DEPTH_8U，PICTURE_CHANNELS）；

cvStable（pPicture[i]，pPicture[i]，CV_MEDIAN）；

cvSpande（pPicture[i]，pPicture[i]，element3，1）；

cvCorrosion （pPicture[i]，pPicture[i]，element31，1）；

cvSetPictureROI（pPicture[i]，cvRect（0，0， PICTURE_BREADTH，

PICTURE_ALTITUDE））；

對檢測結(jié)果進(jìn)行顯示：

cvMonickerdWindow（ \"Picture\"， 1 ）； //創(chuàng)建窗口

cvDisplayPicture（ \"Picture\"， pPicture[0] ）；//顯示套牌車圖像

cvWaitKey（0）； //等待按鍵

cvReleasePicture（pPicture[i]）； //釋放內(nèi)存

cvDestroyWindow（ \"Picture\" ）； //銷毀窗口

在基于RAM?MS320C6x的高速套牌車檢測識別算法具體實(shí)現(xiàn)過程中，調(diào)用了OpenCV函數(shù)庫，從而使程序更加簡潔，使用更加方便。

4 實(shí)驗(yàn)與分析

本文選用某高速公路的一段監(jiān)控視頻作為實(shí)驗(yàn)的樣本數(shù)據(jù)。實(shí)驗(yàn)中程序在主頻為116 GHz，內(nèi)存為1 GB的AM?DTurion64處理器環(huán)境下運(yùn)行，圖像處理能力為10 f/s。圖6所示的是高速套牌車的真實(shí)情況，圖6中紅框中的車即為高速套牌車。

分析圖7、圖8可知，通過本文系統(tǒng)檢測識別高速套牌車的準(zhǔn)確性遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于傳統(tǒng)系統(tǒng)，驗(yàn)證了本文系統(tǒng)的有效性。由圖可以看出，采用本文系統(tǒng)進(jìn)行高速套牌車檢測識別，得到的識別率明顯高于傳統(tǒng)系統(tǒng)，充分驗(yàn)證了本文系統(tǒng)的有效性。

針對隨機(jī)抽取的10輛高速路套牌車進(jìn)行檢測，分別對本文系統(tǒng)和傳統(tǒng)系統(tǒng)運(yùn)算時間、檢測誤差進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，實(shí)驗(yàn)結(jié)果分別如圖9、圖10所示。

從圖9、圖10實(shí)驗(yàn)結(jié)果可得中，本文系統(tǒng)的運(yùn)算效率優(yōu)于傳統(tǒng)系統(tǒng)，提高22%左右，檢測誤差在2%以內(nèi)。實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)說明本文系統(tǒng)在高速路上進(jìn)行套牌車檢測時能夠確保檢測系統(tǒng)工作的高效性、準(zhǔn)確性，具有重要的應(yīng)用價值。

5 結(jié) 論

本文設(shè)計并實(shí)現(xiàn)了一種基于RAM?MS320C6x的高速套牌車檢測識別系統(tǒng)。系統(tǒng)采用以高性能、高集成度、低功耗系列的FPGA為核心的圖像采集模塊對高速套牌車圖像進(jìn)行采集及預(yù)處理操作，將經(jīng)FPGA預(yù)處理后的高速套牌車圖像數(shù)據(jù)傳輸至雙口RAM中，數(shù)字信號處理器TMS320C6x接收到從雙口RAM傳遞的信息后對高速套牌車圖像數(shù)據(jù)進(jìn)行處理，從而實(shí)現(xiàn)高速套牌車的檢測和識別。軟件設(shè)計過程中，對基于RAM?MS320C6x的高速套牌車檢測識別系統(tǒng)進(jìn)行了詳細(xì)分析，并給出了高速套牌車檢測識別的程序代碼，仿真實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，本文系統(tǒng)具有很強(qiáng)的可行性和實(shí)用性。

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