基于NiosⅡ軟核的車輛牌照識(shí)別系統(tǒng)研制

智能交通管理系統(tǒng)是21 世紀(jì)道路交通管理的發(fā)展趨勢(shì)。利用網(wǎng)絡(luò)和GPRS 通信, 牌照自動(dòng)識(shí)別監(jiān)控系統(tǒng)能夠自動(dòng)、實(shí)時(shí)地檢測(cè)車輛、識(shí)別汽車牌照, 從而實(shí)現(xiàn)道路交通智能化管理。由于傳統(tǒng)的PC機(jī)+ 算法的設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)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(tǒng), 外圍電路較復(fù)雜, 設(shè)計(jì)與調(diào)試都要較長(zhǎng)的時(shí)間, 且系統(tǒng)的可擴(kuò)展性不好。利用32 位Nios Ⅱ軟核處理器在FPGA 上完成設(shè)計(jì), 減小了系統(tǒng)的體積, 而且在PC機(jī)上開(kāi)發(fā)的程序可移植到Nios Ⅱ處理器上, 實(shí)現(xiàn)了片上系統(tǒng)。采用Nios Ⅱ處理器的自定義指令, 用硬件實(shí)現(xiàn)部分算法, 大大提高了數(shù)據(jù)的處理速度, 保證了較好的實(shí)時(shí)性。在外圍電路不變的情況下, 通過(guò)更新FPGA 內(nèi)部的電路設(shè)計(jì), 能使系統(tǒng)功能升級(jí)和增強(qiáng)。下面介紹一種基于Nios Ⅱ軟核的車輛牌照識(shí)別系統(tǒng)的自行研制。

1 　系統(tǒng)功能設(shè)計(jì)

車輛牌照自動(dòng)識(shí)別監(jiān)控系統(tǒng)根據(jù)具體應(yīng)用場(chǎng)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(yīng)的C 語(yǔ)言程序即可, 無(wú)需重做硬件板, 非常方便。下面就其在高速公路收費(fèi)站中的應(yīng)用進(jìn)行功能設(shè)計(jì)。

1) 圖像采集　在收費(fèi)站處, 攝像頭監(jiān)視通道口車輛來(lái)往情況, 當(dāng)車輛過(guò)來(lái)時(shí), FPGA 系統(tǒng)板捕捉到地感線圈由于磁場(chǎng)的變化而產(chǎn)生的觸發(fā)信號(hào), 來(lái)控制采集卡采集車輛圖像。采用地感線圈的優(yōu)點(diǎn)上檢測(cè)正確率高(只有車輛經(jīng)過(guò)時(shí), 地感線圈才會(huì)產(chǎn)生觸發(fā)信號(hào)) , 這時(shí)可以保證抓到的圖像中有車輛牌照信息。

2) 牌照識(shí)別　采集到圖像后就要進(jìn)行牌照區(qū)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(qū)域分割、牌照幾何位置的調(diào)整等。牌照區(qū)域提取后再進(jìn)行牌照?qǐng)D像二值化、牌照字符分割以及牌照字符的識(shí)別。

3) 數(shù)據(jù)通信　根據(jù)實(shí)際情況選擇用以太網(wǎng)或GPRS 把識(shí)別結(jié)果發(fā)送到主控制站。在有以太網(wǎng)連接的條件下優(yōu)先選用以太網(wǎng)連接, 可以提供相對(duì)較高的傳輸速率和可靠性, 在沒(méi)有以太網(wǎng)連接的條件下選用GPRS 連接進(jìn)行通信。

2 　系統(tǒng)構(gòu)成與實(shí)現(xiàn)

本系統(tǒng)中的硬件包括GPRS 模塊、高分辨率CCD 攝像機(jī)、CCD 自動(dòng)亮度控制器、視頻采集卡、FP2GA 系統(tǒng)板。系統(tǒng)的硬件結(jié)構(gòu)如圖1 所示, 可以看到在一片F(xiàn)PGA 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(kuò)SRAM 控制器、用戶指令模塊。這也正體現(xiàn)了NiosⅡ的優(yōu)勢(shì), 將很多資源集中在FPGA 中, 根據(jù)用戶的需要來(lái)定制, 更改也變得非常容易。



圖1 　系統(tǒng)硬件框圖
　　
要從牌照區(qū)域提取得到最終的牌照, 需用到大量的數(shù)字圖像處理算法, 其實(shí)現(xiàn)過(guò)程如圖2 所示。牌照字符的識(shí)別采用的是BP 算法。由于本系統(tǒng)工作過(guò)程對(duì)實(shí)時(shí)性要求較高, 因此采用eCos嵌入式可配置實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)對(duì)系統(tǒng)中的多任務(wù)進(jìn)行管理。



圖2 　牌照提取過(guò)程
　　
3 結(jié)語(yǔ)

利用32 位Nios Ⅱ軟核處理器在FPGA 完成設(shè)計(jì), 減小了系統(tǒng)的體積, 而且在PC 機(jī)上開(kāi)發(fā)的程序可移植到Nios Ⅱ處理器上,實(shí)現(xiàn)了片上系統(tǒng)。采用Nios Ⅱ處理器的自定義指令, 用硬件實(shí)現(xiàn)部分算法, 大大提高了數(shù)據(jù)的處理速度, 保證了較好的實(shí)時(shí)性。所以用FPGA 開(kāi)發(fā)的車輛牌照自動(dòng)識(shí)別監(jiān)控系統(tǒng)不僅可以用于收費(fèi)站、停車場(chǎng)等固定安裝場(chǎng)合,而且可裝載于警車上, 也可現(xiàn)場(chǎng)臨時(shí)固定, 具有良好的靈活性和機(jī)動(dòng)性。在城市道路巡邏中, 可以停靠在任意的監(jiān)控地點(diǎn), 隨時(shí)發(fā)現(xiàn)過(guò)往車輛中任何欠費(fèi)違規(guī)車輛, 對(duì)過(guò)往車輛進(jìn)行稽查管理。

在系統(tǒng)的設(shè)計(jì)方案里, 筆者考慮了2 種通信方式, 即以太網(wǎng)方式和GPRS 方式, 以方便用戶根據(jù)實(shí)際情況選用。突破了地域的限制, 使用范圍也更廣闊。