敘述嵌入式車牌識別系統的設計及實現
敘述嵌入式車牌識別系統的設計及實現。隨著我國國民經濟的高速發(fā)展,國內高速公路、城市道路、停車場建設越來越多,對交通控制、安全管理的要求也日益提高,智能交通系統(IntelligentTransportationSystems,簡稱ITS)已成為當前交通管理發(fā)展的主要方向,而車牌識別(LicensePlateRecognition,簡稱LPR)系統技術作為智能交通系統的核心,起著舉足輕重的作用,它在高速公路、城市道路和停車場等項目管理中占有無可取代的重要地位[1-2]。
本文所研究的車牌識別系統,正是在這樣的背景下提出來的,對于目前LPR作為ITS中的核心關鍵技術,具有相當大的理論和現實意義。本系統所設計的是一個基于DSP和FPGA的嵌入式車牌識別系統[3-4],該系統不同于傳統的車牌識別系統,具體實現過程將在下文詳細描述。
2、系統結構設計
傳統的車牌識別系統主要采用攝像頭、視頻采集卡、工控機幾個主要模塊搭建出來的方法來實現,其優(yōu)勢是實現容易,但是成本高、實時性不強、安裝和維護不便。而在本文系統設計中,摒棄了傳統的模式,采用TI公司的TMS320C6713B高性能(強大的并行運算能力)DSP作為識別算法的運行硬件平臺,Altera公司性價比很高的Cyclone系列EP1C12Q240型號的FPGA作為協調整個系統的工作與相關的圖像采集及控制,再加上一些外圍器件(FLASH、SDRAM等)共同構成本嵌入式車牌識別系統硬件平臺。與傳統的車牌識別系統不同,該系統無需計算機即可實現車牌圖像的采集、識別、輸出結果,具有識別性能高、環(huán)境適應性強、安裝維護簡單、成本低等特點。其中采用以DSP和FPGA作為核心的系統設計最大優(yōu)點是結構靈活、通用性強、適合于模塊化設計,從而能夠實現高效率的算法和實時控制;同時其開發(fā)過程可以并行進行。
2.1視頻輸入模塊
目前,世界上實際應用的電視信號制式主要有NTSC制、PAL制和SECAM制3種,世界上大多數國家采用PAL制,我國也采用PAL制,此系統采用的攝像頭輸出的視頻信號就是標準的PAL制式。
PAL電視制式規(guī)定,場掃描頻率為50Hz,每秒掃描25幀圖像,車牌識別,每幀包括奇、偶兩場圖像,每幀圖像的掃描行數為625行。電視信號由“圖像信號”和確保同步的“復合同步信號”以及消除掃描逆程回掃線的“復合消隱信號”等輔助信號構成。PAL制電視信號轉化為數字視頻信號后,一般輸出數據格式符合ITU656YUV4:2:2標準,輸出一幀圖像的625行數據中,其中有效圖像數據占572行,其他為場消隱信號;同樣,每行有效的圖像數據也只有720個象素。
本系統中輸入是PAL制式的模擬圖像數據,必須要經過A/D轉換才能供后續(xù)系統處理。此系統選用的視頻解碼芯片(A/D)是Philips公司的SAA7113H[5],支持標準的PAL制式視頻信號輸入。輸入可以為4路CVBS或2路S視頻(Y/C)信號,通過內部寄存器的不同配置可以對輸入進行轉換,輸出8位VPO總線及一些場、行同步控制信號,其中輸出圖像數據為標準的ITU656YUV4:2:2格式。SAA7113H內部具有一系列寄存器,可以配置為不同的參數,對色度、亮度等的控制都是通過對相應寄存器改寫不同的值,寄存器的讀寫需要通過I2C總線進行。由于TMS320C6713有自帶的I2C總線接口,所以系統設計里,利用DSP通過I2C總線對SAA7113H進行配置控制,簡易了系統的設計[6]。
SAA7113H的VPO[7:0]總線以及RTS0、RTS1、LLCLK與FPGA相連,通過DSP的I2C總線把其中的RTS1、RTS0分別配置成場、行同步信號,只有在行場同步信號都同時有效時,才是有效的圖像數據輸出,否則一般為圖像的消隱信號。此時我們只要根據LLC時鐘來對VPO總線上的數據來采集即可得到完整的圖像數據(720*572大小)。經過實際操作,通過DSP的I2C總線對其進行正確配置,然后由Verilog編寫的FPGA程序來進行圖像數據的采樣,再用QuartusII自帶的SignalTapIILogicAnalyzer(邏輯分析儀)對波形進行相應的分析,驗證了系統中一些重要的信號,結果顯示是正確可行的。2.2DSP功能模塊
DSP作為本系統的核心芯片,主要有兩方面的關鍵技術:一是DSP硬件平臺的搭建;二是DSP程序的開發(fā),包括DSP的算法移植及底層驅動編寫。
2.2.1DSP硬件搭建
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