專利名稱：一種輔助道路交通管理用的高清網絡數碼攝像機的制作方法
技術領域：
本實用新型涉及一種輔助道路交通管理用的高清網絡數碼攝像機，屬于監控領域，特別是一種基于雙DSP的高清網絡數碼攝像機。
技術背景 隨著我國改革開放的逐步深入，帶來了國民經濟各行各業的快速發展，城市的建設步伐也逐步加快。汽車保有量的快速增長對道路的快速有通行能力提出了越來越高的要求。在交通安全方面，傳統的破路埋設線圈方式對道路的通暢性造成很大障礙，同時施工成本高，需要更換線圈位置時，還要再次破路。在國內，電子警察抓拍系統一般是由模擬相機、 視頻采集卡、車牌識別器等設備構成，該系統抓拍的圖片分辨率低，夜間抓拍圖片效果差， 車牌號碼的識別正確率低。同時構成前端抓拍系統的設備種類繁多，出現故障時，很難在較短的時間內定位到出現故障的設備，不能及時有效的解決問題。目前，在同一地點，要實現視頻監控與車輛違法抓拍需要構建兩套系統分別執行，不僅提高了采購成本和運營維護費用，還造成了資源浪費。在國內主要大中城市用于交通違章與卡口監控的電子警察系統中，按攝像機的類型主要分為兩大類，第一種是模擬視頻攝像機系統，使用模擬視頻系統，針對路口一個行駛方向，需要根據監控車道個數決定相機的架設個數。一般一個路口需要同時配備至少兩臺攝像機，路口安裝桿件上部件較多，并且需要同時布設多條視頻傳輸線路，對安裝調試造成很大不便。在后期取證過程中，由于全景攝像機和特寫攝像機分離配置，對于全景攝像機中的圖像，只能根據車型進行對比判斷，不能清晰分辨出車輛牌照信息，對同樣車型的通行車輛，違法處理證據不足。第二種網絡高清視頻攝像機系統，使用本攝像機構成的電子警察系統中，針對監控路口的一個車輛行駛方向，只使用一臺高清攝像機。高清攝像機視場同時包括路口對面方向的紅燈狀態和當前的違章車輛。車輛特寫圖片和車牌特寫圖片可直接在整個高清圖像摳取。使用本系統，一個行駛方向上只安裝一臺高清相機，從而簡化布線工作和維護成本，并且由于特寫圖片與全景圖片特征完全一致，使后期違法證據的有效性也得到更好的保證。網絡應用作為當前普遍的一種應用方案，越發表現出其優異性能和易用性。但是目前，網絡高清視頻攝像機系統中由于采用一臺攝像機，使視頻監控和圖像抓拍出現沖突，無法同步實現，但抓拍延時使交通管理者不能及時發現交通意外或交通違規的行為，為交通管理部門的管理工作帶來了不便。
發明內容為解決高清網絡數碼攝像系統不能將視頻監控和圖像抓拍同步實現的技術問題， 本實用新型設計了一種輔助道路交通管理用的高清網絡數碼攝像機，通過在攝像機中設置兩組DSP芯片，并借助FPGA芯片保證了圖像壓縮與視頻檢測同時工作，避免了視頻監控與圖像抓拍的沖突。本實用新型為實現發明目的采用的技術方案是，一種輔助道路交通管理用的高清網絡數碼攝像機，電路結構中包括設置在機殼上的圖像采集模塊及配套驅動電路、圖像處理及控制單元、以及網絡接口模塊，上述的圖像處理及控制單元的結構中包括與圖像采集模塊的信號輸出端連接的圖像預處理單元、以及分別基于DSP的抓拍控制單元及車輛檢測識別模塊，圖像預處理單元的控制端與圖像采集模塊的驅動電路連接、并輸出兩路信號分別至抓拍控制單元及車輛檢測識別模塊，車輛檢測識別模塊與抓拍控制單元雙向連接，抓拍控制單元的信號輸出端與網絡接口模塊連接。本實用新型的有益效果是通過在攝像機的電路結構中設置雙DSP及FPGA的構架設計，保證圖像壓縮與視頻檢測同時進行工作，即視頻監控和圖像抓拍的無沖突，避免對圖像數據的實時性造成影響，同時可以將由于運算處理消耗時間造成信息與圖片數據匹配的影響降到最小。
以下結合附圖對本實用新型進行詳細說明。
圖I代表本實用新型的電路原理結構框圖。圖中，I代表圖像采集模塊,1-1代表驅動電路,2代表圖像預處理單元，3A代表車輛檢測識別模塊，3B代表抓拍控制單元，3-1代表網絡接口模塊，3-2代表I/O接口電路，3-3 代表SD卡電路模塊。
具體實施方式
一種輔助道路交通管理用的高清網絡數碼攝像機，電路結構中包括設置在機殼上的圖像采集模塊I及配套驅動電路1-1、圖像處理及控制單元、以及網絡接口模塊3-1，上述的圖像處理及控制單元的結構中包括與圖像采集模塊I的信號輸出端連接的圖像預處理單元2、以及分別基于DSP的抓拍控制單元3B及車輛檢測識別模塊3A，圖像預處理單元2 的控制端與圖像采集模塊I的驅動電路1-1連接、并輸出兩路信號分別至抓拍控制單元3B 及車輛檢測識別模塊3A，車輛檢測識別模塊3A與抓拍控制單元3B雙向連接，抓拍控制單元 3B的信號輸出端與網絡接口模塊3-1連接。上述的圖像預處理單元2中的中心芯片是型號為X3S3400A的FPGA芯片。上述的圖像采集模塊I中的中心芯片是型號為ICX274或ICX265的圖像感光芯片。上述的抓拍控制單元3B及車輛檢測識別模塊3A中的DSP芯片的型號均是DM642。上述的攝像機的電路結構中還包括分別與抓拍控制單元3B連接的I/O接口電路 3-2、及SD卡電路模塊3-3。本實用新型是一款結構緊湊、集成度高的專業用于電子警察闖紅燈違法拍照及卡口抓拍的工業級視頻檢測識別一體機。本實用新型的一個具體實施例，以具有200萬像素的、型號為ICX274的CXD圖像傳感器、高性能的FPGA為圖像處理核心、內置雙DSP分別作為視頻檢測CPU和控制CPU。本實用新型集傳統電子警察抓拍系統所包括的數碼照相機或多臺攝像機及圖像采集器、數字圖像壓縮編碼器、車輛視頻檢測器、網絡傳輸卡、I/O控制卡、 工業控制計算機及存儲硬盤等設備的功能于一身，具備了傳統電子警察抓拍系統中需要由多種設備集成的前端的所有功能。[0016]本實用新型集成獨有的視頻檢測和車牌識別算法，實現攝像、卡口抓拍、紅燈抓拍等多項功能，將視頻檢測器、CCD網絡攝像機、網絡抓拍機、卡口抓拍機、紅燈抓拍機的功能集成于一臺設備之中，可廣泛使用在交通卡口車輛記錄系統和闖紅燈違法電子警察抓拍系統中，抓拍圖片中包括清晰的車輛牌照，圖片文件尾部追加路口信息、車道號、拍攝時間等信息，能充分反映車輛通行狀態或作為闖紅燈違法的充分證據。完成抓拍后，設備主動將本機地址和路口信息上報到指定的服務器，抓拍圖片也將以文件方式上傳到指定的FTP服務器。本實用新型采用基于IP的網絡傳輸方式，能夠方便的接入IP網絡，利用電信及其它通訊運營商提供的IP傳輸平臺進行圖片傳輸。產品既可以直接接入原有傳統的電子警察抓拍網絡，亦可非常簡便的將多臺產品構成一個新的電子警察抓拍系統。本實用新型提供外部補光接口，可外接一般工業用LED頻閃燈。使其在陰天、夜間等低照度的情況下，自動輸出補光觸發信號，拍攝到高質量的圖片。本實用新型在設計時，首先選定了目前市場上廣泛應用的CXD芯片，SONY公司的 ICX274圖像感光芯片，分辨率達到1600X1200，總共2M像素。輸出數據格式采用mjpeg格式的圖片進行文件輸出。通過計算，此芯片按照每秒15幀輸出，I幀圖像經過壓縮在200KB， 總共需要24Mbps傳輸帶寬，故需要選用至少支持100M網絡的主控芯片。綜合考慮性能與開發難度，我們選擇Xilinx公司的X3S3400A作為前端圖像處理輔助芯片，選用2片Ti公司的DM642處理芯片，分別作為主控芯片平臺和圖像檢測算法處理平臺，組成雙核處理系統， 使系統在識別檢測時不會影響到外部輸入的響 應速度。FPGA芯片實現圖像的綜合處理，充分利用FPGA芯片的全并行處理性能，完成圖像的預處理與圖像壓縮，減輕后端處理壓力。影響FPGA選擇的主要是其系統容量，我們首先對FPGA芯片的系統容量進行了計算，通過將系統CXD驅動控制模塊，圖像采集及預處理模塊，圖像壓縮模塊算法整合后進行分析，為保證后期增加類似H. 264視頻壓縮算法、 MicroBlaze控制軟核等內容，我們選擇了容量較大的X3S3400A芯片。DM642作為一款成熟的DSP圖像處理芯片，已經得到市場和開發人員的廣泛認可，有很多成熟算法都在本平臺上得到實現，大大簡化開發難度，提升開發速度。Ti公司提供了 CCS集成開發環境，并提供諸如網絡傳輸等各種底層驅動與算法庫，提升了程序開發效率。本實用新型在具體使用時，圖像預處理單元2主體為FPGA，配合外部驅動電路實現，本部分用于對前端的圖像采集模塊I進行驅動，完成CCD驅動輔助信號生成與控制；同時接收圖像采集模塊I的圖像數據，并根據設定圖像處理參數進行圖像處理及圖片壓縮， 同時輸出用于最終輸出的圖片數據和用于識別檢測的YUV圖像數據。圖像預處理單元2實時處理所有有關圖像曝光，閃光控制相關的處理。本功能模塊將圖像采集模塊I輸出的RAW 原始圖像，并實時對圖像進行白平衡，拉伸處理，Gamma校正，色控件轉換，降噪處理，銳化處理；通過數據銳化后的YUV數據，會同步輸出2路1路YUV數據會繼續在本圖像預處理單元2中進行壓縮處理，直接壓縮成JPEG數據發送給抓拍控制單元3B ;1路YUV數據直接輸出給車輛檢測識別模塊3A用于檢測與識別；兩路數據完全同步輸出，使設備整體能夠同時對同一幀數據進行視頻檢測和監控處理。當圖像預處理單元2配置為閃光模式后，圖像預處理單元2會在CCD實際曝光的同時啟動閃光信號；當圖像采集模塊I不曝光時，停止輸出閃光信號，從而保證每幀圖像都能夠均勻補光，達到頻閃功能，降低系統能耗。[0022]抓拍控制單元3B :本單元主體為DM642，完成抓拍機除視頻檢測的應用功能，本單元軟件處理模塊主要包括網絡通訊，視頻傳輸，參數存儲，實時時鐘，邏輯控制，抓拍控制， 抓拍傳輸，閃光、頻閃控制接口，與檢測識別模塊通訊等功能。本單元實時通過圖像采集接口將圖像預處理單元2輸出的JPEG數據保存到內部視頻緩沖隊列中，同時不斷向車輛檢測識別模塊3A請求檢測與識別結果，當接到通知后，根據內部時間同步機制，將對應此檢測或識別結果的圖像數據從視頻緩沖隊列中取出，完成圖像抓拍和識別信息的匹配。本功能模塊根據抓拍信號特征進行組合，當接到完整的卡口或闖紅燈信號后，將整組違法行為抓拍圖像進行打包上傳或存儲。車輛檢測識別模塊3A :本單元主體為DM642，完成視頻檢測，觸發抓拍信號輸出， 識別信號輸出功能；除主要功能外，本模塊同時完成與抓拍控制部分的通訊功能。本單元接到圖像預處理單元2輸出的YUV數據，并在此輸入數據基礎上進行視頻檢測。當檢測到有車輛通過時，本單元準備好檢測觸發信號，并通過外部雙DSP的通訊接口，將抓拍信息提供給抓拍控制單元3B。當檢測到由車牌識別信息時，同時將抓拍信息提供給抓拍控制單元 3B。本單元實時將當前圖像的檢測結果通報給抓拍控制單元保證抓拍圖像與檢測和識別結果的一致性。本實用新型可廣泛使用在交通卡口車輛記錄系統和闖紅燈違法電子警察抓拍系統中，抓拍圖片中包括清晰的車輛牌照，圖片文件尾部追加路口信息、車道號、拍攝時間等信息，能充分反映車輛通行狀態或作為闖紅燈違法的充分證據。完成抓拍后，設備主動將本機地址和路口信息上報到指定的服務器，抓拍圖片也將以文件方式上傳到指定的FTP服務器。因此，在交通安全方面，尤其是一些關鍵路口、易發事故路口， 采用本實用新型中的高清晰網絡視頻抓拍機可以實時監控場地，誘導車輛通行，提高通行速度，減少事故發生頻率。 本實用新型內置全車牌識別系統，利用先進的圖像處理、模式識別等技術，對收費車道過往的機動車進行連續全天候實時記錄，計算機根據工業攝像機所拍攝的圖像進行車牌自動識另O，可對違法車輛和黑名單車輛進行實時布控，實現自動報警的功能，極大地改善了交警部門的工作效率，增加公路管理的科技含量，給執法部門提供了可靠地執法依據，對減少交通事故、打擊交通肇事及盜搶車輛事件有重要作用，必將產生良好的社會效益。
權利要求1.一種輔助道路交通管理用的高清網絡數碼攝像機，電路結構中包括設置在機殼上的圖像采集模塊(I)及配套驅動電路(1-1 )、圖像處理及控制單元、以及網絡接口模塊(3-1 )， 其特征在于所述的圖像處理及控制單元的結構中包括與圖像采集模塊(I)的信號輸出端連接的圖像預處理單元(2)、以及分別基于DSP的抓拍控制單元(3B)及車輛檢測識別模塊 (3A)，圖像預處理單元(2)的控制端與圖像采集模塊(I)的驅動電路(1-1)連接、并輸出兩路信號分別至抓拍控制單元(3B)及車輛檢測識別模塊(3A)，車輛檢測識別模塊(3A)與抓拍控制單元(3B)雙向連接，抓拍控制單元(3B)的信號輸出端與網絡接口模塊(3-1)連接。
2.根據權利要求I所述的一種輔助道路交通管理用的高清網絡數碼攝像機，其特征在于所述的圖像預處理單元(2)中的中心芯片是型號為X3S3400A的FPGA芯片。
3.根據權利要求I所述的一種輔助道路交通管理用的高清網絡數碼攝像機，其特征在于所述的圖像采集模塊(I)中的中心芯片是型號為ICX274或ICX265的圖像感光芯片。
4.根據權利要求I所述的一種輔助道路交通管理用的高清網絡數碼攝像機，其特征在于所述的抓拍控制單元(3B)及車輛檢測識別模塊(3A)中的DSP芯片的型號均是DM642。
5.根據權利要求I所述的一種輔助道路交通管理用的高清網絡數碼攝像機，其特征在于所述的攝像機的電路結構中還包括分別與抓拍控制單元(3B)連接的I/O接口電路 (3-2 )、及SD卡電路模塊(3-3 )。
專利摘要一種輔助道路交通管理用的高清網絡數碼攝像機，解決了高清網絡數碼攝像系統不能將視頻監控和圖像抓拍同步實現的技術問題，采用的技術方案是，電路結構中包括設置在機殼上的圖像采集模塊及配套驅動電路、圖像處理及控制單元、以及網絡接口模塊，上述的圖像處理及控制單元的結構中包括與圖像采集模塊的信號輸出端連接的圖像預處理單元、以及分別基于DSP的抓拍控制單元及車輛檢測識別模塊，圖像預處理單元的控制端與圖像采集模塊的驅動電路連接、并輸出兩路信號分別至抓拍控制單元及車輛檢測識別模塊，車輛檢測識別模塊與抓拍控制單元雙向連接，抓拍控制單元的信號輸出端與網絡接口模塊連接。
文檔編號H04N5/232GK202455439SQ201220060130
公開日2012年9月26日 申請日期2012年2月23日 優先權日2012年2月23日
發明者張宗強, 谷麟, 趙志輝, 郭煥軍 申請人:石家莊域聯視控控制技術有限公司