基于FPGA高清视频车辆检测系统的设计与实现

论文摘要

随着汽车数量的急剧增加,城市交通状况日益受到人们的重视。如何有效地进行交通管理,已经成为社会所关注的焦点。基于数字图像处理的交通管理和监控系统有别于传统的感应线圈方法,具有处理速度快、安装维护便捷且费用较低、可监视范围广、可获取更多种类的交通参数等诸多优点,已越来越受到人们的重视。本文实现了一种基于图像处理方法的车辆检测系统。在分析了基于PC构架和DSP处理器的视频检测系统的弊端的基础上,从可靠性、稳定性、实时性和开发成本等因素考虑,提出了以FPGA芯片作为中央处理器的嵌入式并行数据处理系统的设计方案。采用摄像头拍摄的道路视频,再利用FPGA进行处理,极大的增加了车辆检测的方便性和灵活性。本系统采用模块化的硬件设计方法,构建了基于FPGA视频车辆检测系统的平台。系统由CMOS图像传感器模块、DDR2 SDRAM帧缓存模块、图像预处理及分析检测模块等组成,较好地解决了图像采集、视频分析等问题,并为以后系统功能的扩展奠定了良好的基础。在算法方面,研究了基于视频的视频车辆检测算法,重点讨论如何用FPGA实现背景差分法,提高图像检测速度。在实现方面,研究了这些视频车辆检测算法如何在FPGA系统上硬件实现。本系统FPGA设计采用Verilog HDL语言实现,并对各个模块给出了状态机及时序设计,进行了功能仿真和性能分析。结果表明本视频车辆检测系统具有较高的检测精度,通过FPGA加速有效地提高了检测速度,具有良好的实时性。

论文目录

• 中文摘要
• Abstract
• 第一章 绪论
• 1.1 课题背景及研究意义
• 1.2 国内外研究的现状及难点
• 1.2.1 国内外视频车辆检测技术研究的现状
• 1.2.2 国内外视频车辆检测系统硬件平台状况
• 1.3 论文研究的主要内容
• 第二章 视频车辆检测理论
• 2.1 视频车辆检测系统框架
• 2.2 视频车辆检测预处理
• 2.2.1 帧差法
• 2.2.2 背景差法
• 2.2.3 非监督分割法
• 2.3 车辆检测模块
• 2.3.1 阈值法
• 2.3.2 检测线法
• 2.3.3 边缘检测法
• 2.3.4 时域运动估计法
• 2.3.5 模型法
• 2.4 车辆跟踪模块
• 2.5 本章小结
• 第三章 视频车辆检测系统硬件平台设计
• 3.1 硬件系统总体需求及设计
• 3.1.1 视频车辆检测系统应用示例
• 3.1.2 视频车辆检测系统设计
• 3.2 Spartan3a dsp 的结构
• 3.3 基于FPGA 的视频检测系统硬件的设计
• 3.3.1 电源电路的设计
• 3.3.2 系统复位电路
• 3.3.3 系统时钟电路
• 3.3.4 FPGA 配置电路及JTAG 电路
• 3.4 前端图像采集CMOS 图像传感器
• 3.4.1 CMOS 图像传感器
• 3.4.2 CMOS sensor 模块设计
• 3.5 DDR2 存储电路设计
• 3.5.1 DDR2 硬件电路设计
• 3.5.2 DDR2 PCB 布线设计
• 3.6 VGA 显示接口
• 3.7 本章小结
• 第四章 FPGA IP Core 设计
• 4.1 FPGA 设计开发流程
• 4.2 FPGA 内部模块设计
• 4.3 背景相减分离模块的设计
• 4.3.1 背景相减分离模块结构设计
• 4.3.2 背景相减分离模块状态机
• 4.4 DDR2 控制器模块设计
• 4.4.1 用户界面接口模块设计
• 4.4.2 读写数据接口
• 4.4.3 DDR2 控制模块
• 4.4.4 DDR2 控制器时序设计
• 4.4.5 综合后性能及占用资源
• 4.5 CMOS 图像传感器接口模块的设计
• 4.5.1 CMOS 图像传感器初始化模块设计
• 4.5.2 图像数据采集模块设计
• 4.6 本章小结
• 第五章 总结与展望
• 5.1 本文主要研究工作
• 5.2 本文研究工作展望
• 参考文献
• 致谢