基于NiosⅡ軟核的車輛牌照識別系統研制

智能交通管理系統是21 世紀道路交通管理的發展趨勢。利用網絡和GPRS 通信, 牌照自動識別監控系統能夠自動、實時地檢測車輛、識別汽車牌照, 從而實現道路交通智能化管理。由于傳統的PC機+ 算法的設計結構體積大, 不能滿足便攜的要求, 更不適合露天使用; 而采用通用的DSP 芯片組成的系統, 外圍電路較復雜, 設計與調試都要較長的時間, 且系統的可擴展性不好。利用32 位Nios Ⅱ軟核處理器在FPGA 上完成設計, 減小了系統的體積, 而且在PC機上開發的程序可移植到Nios Ⅱ處理器上, 實現了片上系統。采用Nios Ⅱ處理器的自定義指令, 用硬件實現部分算法, 大大提高了數據的處理速度, 保證了較好的實時性。在外圍電路不變的情況下, 通過更新FPGA 內部的電路設計, 能使系統功能升級和增強。下面介紹一種基于Nios Ⅱ軟核的車輛牌照識別系統的自行研制。

1 　系統功能設計

車輛牌照自動識別監控系統根據具體應用場合可以定制為不同的功能, 而且不同的功能只需要在Nios 中寫入相應的C 語言程序即可, 無需重做硬件板, 非常方便。下面就其在高速公路收費站中的應用進行功能設計。

1) 圖像采集　在收費站處, 攝像頭監視通道口車輛來往情況, 當車輛過來時, FPGA 系統板捕捉到地感線圈由于磁場的變化而產生的觸發信號, 來控制采集卡采集車輛圖像。采用地感線圈的優點上檢測正確率高(只有車輛經過時, 地感線圈才會產生觸發信號) , 這時可以保證抓到的圖像中有車輛牌照信息。

2) 牌照識別　采集到圖像后就要進行牌照區域的提取, 其中以包括圖像的彩色圖到灰度圖變換、灰度拉伸、牌照區域分割、牌照幾何位置的調整等。牌照區域提取后再進行牌照圖像二值化、牌照字符分割以及牌照字符的識別。

3) 數據通信　根據實際情況選擇用以太網或GPRS 把識別結果發送到主控制站。在有以太網連接的條件下優先選用以太網連接, 可以提供相對較高的傳輸速率和可靠性, 在沒有以太網連接的條件下選用GPRS 連接進行通信。

2 　系統構成與實現

本系統中的硬件包括GPRS 模塊、高分辨率CCD 攝像機、CCD 自動亮度控制器、視頻采集卡、FP2GA 系統板。系統的硬件結構如圖1 所示, 可以看到在一片FPGA 中包含了Nios Ⅱ處理器、SRAM 控制器、SDRAM 控制器、UART 以及采集卡控制器和外擴SRAM 控制器、用戶指令模塊。這也正體現了NiosⅡ的優勢, 將很多資源集中在FPGA 中, 根據用戶的需要來定制, 更改也變得非常容易。



圖1 　系統硬件框圖
　　
要從牌照區域提取得到最終的牌照, 需用到大量的數字圖像處理算法, 其實現過程如圖2 所示。牌照字符的識別采用的是BP 算法。由于本系統工作過程對實時性要求較高, 因此采用eCos嵌入式可配置實時操作系統對系統中的多任務進行管理。



圖2 　牌照提取過程
　　
3 結語

利用32 位Nios Ⅱ軟核處理器在FPGA 完成設計, 減小了系統的體積, 而且在PC 機上開發的程序可移植到Nios Ⅱ處理器上,實現了片上系統。采用Nios Ⅱ處理器的自定義指令, 用硬件實現部分算法, 大大提高了數據的處理速度, 保證了較好的實時性。所以用FPGA 開發的車輛牌照自動識別監控系統不僅可以用于收費站、停車場等固定安裝場合,而且可裝載于警車上, 也可現場臨時固定, 具有良好的靈活性和機動性。在城市道路巡邏中, 可以停靠在任意的監控地點, 隨時發現過往車輛中任何欠費違規車輛, 對過往車輛進行稽查管理。

在系統的設計方案里, 筆者考慮了2 種通信方式, 即以太網方式和GPRS 方式, 以方便用戶根據實際情況選用。突破了地域的限制, 使用范圍也更廣闊。