一種基于fpga的智能交通信號燈系統及其控制方法
【技術領域】
[0001] 本發明設及一種基于FPGA的智能交通信號燈系統及其控制方法，屬于公共交通設 施技術領域。
【背景技術】
[0002] 隨著城市的發展，雖然道路會建的越來越寬，但是行駛的車輛也會越多。在上下班 的高峰期時，在交通路口容易出現直行同一車道大量車輛排隊等候通過，而左轉的卻排隊 的較少，運樣就會出現資源不合理分配的狀況。自從交通信號燈被發明并投入實用后，隨著 電子技術的不斷發展，信號燈也不斷被改進，增加更多的功能，從而更加智能化，然而現今 大多數的交通信號燈就是簡單地進行紅、綠、綠燈和轉向及直行的指示和倒計時顯示，變更 車道信號指令是需要人員去發送并且事前需要人員通過監控觀察判斷并選擇事先設定好 的模式，且需要對交通設施系統電路進行改進，運種方法不僅不便捷而且工作量大，實時性 差，不能根據實時路面車輛情況自動改變信號燈指示，因此智能的交通信號燈系統的出現 將會成為緩解此問題的一個重要方法。
【發明內容】
[0003] 為解決現有技術的不足，本發明的目的在于提供一種基于FPGA的智能交通信號燈 系統及其控制方法，可W根據實時路況緩解交通排隊堵塞問題，并且該方案簡化了視頻圖 像處理系統的結構，更加便捷化，靈活性高，提高了圖像處理的速率實現了圖像的實時處理 與判定。
[0004] 為了實現上述目標，本發明采用如下的技術方案：
[000引一種基于FPGA的智能交通信號燈系統，其特征是，包括PC機、圖像處理模塊、顯示 模塊、時鐘晶振和通信模塊;所述圖像處理模塊包括CM0姻像傳感器、SDRAM和FPGA忍片;所 述CMOS圖像傳感器用于采集路面車輛狀況圖像，并存儲到SDRAM中；所述FPGA忍片從SDRAM 中讀取圖像，并將采集到的實時視頻圖像信息傳輸到PC機上顯示;所述顯示模塊包括倒數 計時顯示模塊和信號燈方向顯示模塊;所述FPGA忍片根據SDRAM中的圖像判定檢測到的排 隊車輛數目，并向信號燈方向顯示模塊發出控制信息進行相應的顯示工作;所述通信模塊 包括W太網控制器和W太網絡;所述W太網控制器通過W太網絡與PC機連接;所述FPGA忍 片通過W太網控制器、W太網絡與PC機進行數據傳輸;所述時鐘晶振用于系統計時并在倒 數計時顯示模塊上顯示。
[0006] 前述的基于FPGA的智能交通信號燈系統，其特征是，所述W太網控制器采用 ENC28J60 忍片。
[0007] 前述的基于FPGA的智能交通信號燈系統，其特征是，所述FPGA忍片采用 EP4CE15F17C8N 忍片。
[000引前述的基于FPGA的智能交通信號燈系統，其特征是，所述SDRAM采用Hynix型號為 HY57V283220T的32Bit SDRAM。
[0009] -種基于FPGA的智能交通信號燈系統的控制方法，其特征是，包括如下步驟：
[0010] 1)從SDRAM中讀取存儲的圖像進行圖像增強預處理；
[0011] 2)進行中值濾波的平滑處理，并將有效信息提取；
[0012] 3)采用Sobel邊緣檢測算法提取出圖像中的特征邊緣，在邊緣提取時根據闊值判 定后進行二值化去噪；
[0013] 4)去噪之后的圖像進行膨脹使之丟失部分連接起來，并進行腐蝕算法處理；
[0014] 5)將特征圖像細化，進行投影特征提取；
[0015] 6)檢測判定是否有車輛；
[0016] 7)對于步驟5)處理后的圖像，通過延時獲取Ξ帖圖像進行Ξ帖差法判定車輛是否 在排隊等候；
[0017] 8)輸出變更車道轉向的指令。
[0018] 本發明所達到的有益效果：1.在不影響系統的性能的條件下，單獨采用FPGA作為 處理與控制比采用人工控制或者其他控制單元在結構上更加簡單并且具備可移植性好，靈 活性高等優點，使整個交通信號燈系統更加緊湊、高效;2.采用W太網通信代替傳統的串口 或USB通信模式，其傳輸速率高、兼容性高、長距離傳輸誤碼率低、穩定性高、自由組網和便 于擴展等優點，能夠克服串口通信和USB通信中存在的缺點，統控制靈活簡單、可視化強、開 發成本低;3.采用Sobel邊緣檢測算法的判定車輛是否存在的方法來取代基于頻域的檢測 方法、基于背景差別法的檢測方法、基于紋理特征的檢測方法，其運算量較小，簡單有效并 且可W邊緣噪聲模糊程度;4.采用Ξ帖差法判定車輛是否靜止排隊等候，比背景差法、光流 法運算量較小，速度較快滿足實時性的要求，并且適應性強。
【附圖說明】
[0019] 圖1是本系統的系統框圖；
[0020] 圖2是FPGA忍片與W太網控制器的引腳連接圖；
[0021] 圖3是圖像處理部分的流程圖；
[0022] 圖4是使用本系統的路面示意圖。
【具體實施方式】
[0023] 下面結合附圖對本發明作進一步描述。W下實施例僅用于更加清楚地說明本發明 的技術方案，而不能W此來限制本發明的保護范圍。
[0024] 為了實現本發明的優良性能，將選用Altera切clone IV系列的EP4CE15F17C8N作 為處理控制忍片，15000個邏輯單元，166個用戶10,性價比較高，能夠有效地并且高速地處 理采集到的圖像數據并進行數據的發送，而且便于調試。選用型號為ENC28J60忍片作為W 太網控制器進行數據傳輸，該忍片是28腳獨立W太網控制器，支持全雙功和半雙工模式，兼 容性好，傳輸速率高W保證系統的實時性，高效性。選用Sobel邊緣檢測算法作為圖像處理 的從而來判定車輛的是否存在，該算法是濾波算子的形式，用于提取邊緣，可W利用快速卷 積函數，運算量較小，簡單有效，因此被廣泛地應用在圖像特征提取中。采用Ξ帖差法判定 車輛是否靜止排隊等候，該方法運算量較小，處理速度快，能夠很好的滿足系統對實時性的 要求。
[0025] 如圖4所示，在交通信號燈等候區是只有直行和左轉，2個正常直行車道和1個正常 左轉車道，還有一個根據路面車流量的狀況可W變更的車道，右轉有個專口的轉彎口，因此 不需要右轉信號指示燈。
[0026] 如圖2所示是圖像算法處理模塊，該模塊數據量較大，且要保證處理的實時性，所 W選擇切clone IV系列的EP4CE15F17C8N，該忍片性價比較高，處理速度快，I/O接口多，靈 活性高。采用Hynix型號為肌57V283220T的32Bit SDRAM，共有4Banks*lM*32Bit的資源，作 為視頻圖像的內存，首先從SDRAM中讀取存儲的圖像進行圖像增強預處理，下一步進行平滑 處理（中值濾波），然后就要將有效信息提取出來，再就進行Sobel邊緣檢測算法提取出圖