基于图像的交叉口信息检测系统研究

论文摘要

实时获取交叉口交通信息量对城市交通进行自适应感应控制，对解决现代城市交通问题具有十分重要的意义。然而，现在广泛用于交通自适应感应控制的交通信息检测设备无论是在安装维护方面还是在检测技术方面，都存在很大缺陷。论文针对这一问题，设计了一种基于图像的多相位交通信息并行采集、分时处理的检测系统；根据车辆排队图像特点，从适应性角度分析和比较了两种典型处理方法，并在此基础上通过仿真试验验证了算法的有效性。具体来说，论文完成的主要内容有： （1） 针对交叉口信息检测需求，采用一种基于DSP+FPGA系统结构实现多相位交通信息检测的设计方案；结合高频电路抗干扰设计，完成系统硬件电路板并调试。 （2） 针对系统功能需求，设计了DSPs基本模块、外部存储器和视频解码芯片的配置程序，并根据多相位图像采集及存取实现需要，在FPGA中完成了并行采集控制逻辑和同步信号VREF模拟；通过优化采集及存储程序设计，实现行、点优化相结合的采集方式，解决了单路双帧图像数据存储、隔行采集逐行存储以及存储地址和读写信号生成等问题。 （3） 通过仿真试验完成了单、双帧图像处理算法在交通信息获取方面的适应性讨论，确定了采用以背景差法为基础的处理算法；通过分别采用迭代阈值图像分割法和最大类间方差法（Otsu）求取阈值进行车队图像提取，印证算法的有效性；设计车道两侧背景剔除，水平投影以及车头车尾边界搜索等程序，确保对车辆排队长度的精确提取。 最后结合本次设计经验，对系统升级做了进一步展望。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 目录
• 第一章 绪论
• 1.1 选题背景及意义
• 1.2 交通信号控制系统的发展
• 1.3 现代信号机信息获取方法以及存在问题
• 1.4 论文的主要工作及章节安排
• 1.4.1 论文主要工作
• 1.4.2 章节安排
• 第二章 理论基础
• 2.1 视频信号基本概念
• 2.1.1 模拟视频信号
• 2.1.2 数字视频信号
• 2.2 图像处理的基础
• 2.2.1 数字图像基本概念
• 2.2.2 背景更新
• 2.2.3 图像阈值分割
• 2.2.4 数学形态学
• 第三章 系统硬件设计
• 3.1 城市交通信号控制系统结构
• 3.2 多相位交叉口信息提取系统结构及设计思想
• 3.2.1 核心处理器选型
• 3.2.2 采集方式论证
• 3.2.3 数据采集的优化
• 3.2.4 通信方式选择
• 3.3 系统各模块具体实现
• 3.3.1 视频解码模块设计
• 3.3.2 FPGA及外围电路设计
• 3.3.3 处理器模块设计
• 3.3.4 存储器空间设计
• 3.3.5 电源模块设计
• 3.3.6 复位及监控模块设计
• 3.3.7 时钟电路设计
• 3.3.8 通信模块设计
• 3.3.9 系统组成结构及信号流程
• 3.4 系统电路与抗干扰设计
• 3.5 本章小结
• 第四章 系统软件设计与调试
• 4.1 系统整体程序设计
• 4.2 系统配置程序设计
• 4.2.1 DSP初始化配置设计
• 4.2.2 外部存储器配置设计
• 4.2.3 视频解码芯片初始化配置设计
• 4.3 系统逻辑控制程序设计
• 4.3.1 采集控制功能实现
• 4.3.2 帧存控制逻辑实现
• 4.4 系统调试
• 4.4.1 系统各个模块调试
• 4.4.2 系统综合调试
• 4.5 本章小结
• 第五章 交通信息检测算法
• 5.1 车队图像提取方法
• 5.1.1 基于单帧图像的 Otsu多阈值处理算法
• 5.1.2 基于背景差的单阈值处理算法
• 5.2 基于背景差的算法实现和有效性验证
• 5.2.1 背景更新
• 5.2.2 利用阈值分割进行车队提取
• 5.2.3 车道两侧背景剔除及数学形态学处理
• 5.2.4 车队边界信息提取
• 5.3 算法的快速性分析及处理结果应用
• 5.4 本章总结
• 第六章 总结与展望
• 6.1 论文工作总结
• 6.2 展望
• 致谢
• 参考文献
• 发表论文情况及主要参与工作