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基于FPGA的隧道行车检测系统实现

夏磊  
【摘要】:智能交通建设是“十三五”规划的交通建设重点工程项目,隧道交通智能化管理系统是智能交通建设的研究课题之一,要实现隧道交通智能化管理系统,就必须以实时并准确的检测到隧道行驶车辆的信息为前提。而FPGA具有大量可配置逻辑资源、并行处理及流水线操作等特点,能实现对视频图像实时处理。所以研究基于FPGA的隧道行车检测跟踪系统具有很强的实用价值及现实意义。本文的主要目的是以Xilinx Spartan6系列的XC6SLX45TM开发板为核心处理器,实现隧道行车检测跟踪系统,主要工作如下:(1)介绍了目标检测跟踪技术的常用算法和国内外发展现状,并仿真对比了光流法、帧间差分法、GMM背景差分法和ViBe算法的检测效果和检测速度。在MATLAB中基于GMM背景差分法、卡尔曼滤波和匈牙利匹配的算法实现了隧道行车的检测与跟踪。(2)详细研究了基于FPGA的隧道行车检测跟踪系统的设计方法,然后采用自顶向下的设计思路,将系统分为视频图像采集模块、DDR3读写控制模块、目标检测跟踪模块及VGA显示模块四大模块。通过Verilog HDL硬件描述语言编程实现了视频图像采集模块、DDR3读写控制模块和VGA显示模块,搭建了基于FPGA的隧道行车检测跟踪实时处理硬件平台。(3)基于帧间差分法和包围盒算法实现了目标检测跟踪模块,利用FPGA并行处理机制、流水线操作、兵乓操作、异步时钟同步等方式,完成了帧间差分模块、中值滤波模块、形态学处理模块、Sobel边缘检测模块和包围盒模块在FPGA上的硬件设计,实现了基于FPGA的隧道行车检测跟踪系统。(4)对基于FPGA的隧道行车检测跟踪系统进行了板级测试,测试结果表明:基于FPGA的隧道行车检测跟踪系统,可以实现隧道行车的检测跟踪,帧频为30fps,满足实时性要求,但是不能实现多目标检测。


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