基于DSP的视频测速系统研究

论文摘要

本课题来源于天津市社会发展重点基金资助项目（09ZCGYSF00300）“车速安全实时监测系统计量溯源校准标准的研究”。随着计算机各项技术尤其是图像处理技术的快速发展，视频测速技术受到了越来越多人的关注和支持。视频测速主要是利用计算机视觉的理论知识，通过图像处理的手段来分析和处理图像中运动车辆的信息，根据所得到的信息来计算出车辆速度的一种测速方法。本文根据高速公路的场景，设计并实现了基于DSP的视频测速系统研究。本文主要是对车辆速度进行测量，在摄像机固定的情况下，对运动车辆进行检测和跟踪，通过图像处理获取有用信息，利用摄像机标定，将图像坐标转换为实际坐标，得到车辆行驶距离，根据摄像机采集帧率得到两帧图像的时间差，计算出车辆行驶的速度，采用DSP对数据的快速处理，完成视频测速硬件系统设计。主要研究内容如下：1、研究了运动目标检测与跟踪的几种算法，并对各种算法进行了分析，最终采用以帧差法的改进算法，并通过二维交叉熵阈值分割法，达到了快速准确地检测运动目标的目的；采用卡尔曼滤波的方法来对运动目标进行跟踪，能够较完整地提取出运动目标的轮廓。2、硬件系统设计，完成整个系统设计包括图像采集，视频解码器，视频编码器，介绍了DSP器件的基本结构特点及应用，阐述了视频信号处理的基本原理；利用CCS软件编写了代码，并最终得到验证。3、利用摄像机标定的方法，采用单目摄像机在高速公路上测出机动车辆发生的移动距离，并确定了测距方法。该方法利用摄像机平面映射的原理，以公路上车道线上的点为对应点，计算出从图像平面到道路平面的映射矩阵，利用这个关系求得出车辆在公路上移动的位移，并得到车的速度。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第一章 绪论
• 1.1 研究目的及意义
• 1.2 国内外研究现状
• 1.3 本课题的研究内容
• 第二章 运动目标检测
• 2.1 运动目标检测的基本原理
• 2.2 运动目标检测算法
• 2.2.1 帧间差分法
• 2.2.2 光流法
• 2.2.3 背景帧差分法
• 2.3 车辆检测技术
• 2.3.1 帧间差分法的车辆检测
• 2.3.2 三帧差分法的车辆检测
• 2.3.3 二维交叉熵阈值分割法
• 2.3.4 基于三帧差分和二维交叉熵阈值分割的方法
• 2.4 本章小结
• 第三章 运动目标跟踪
• 3.1 常用的运动目标跟踪方法
• 3.1.1 基于特征的跟踪
• 3.1.2 基于区域的跟踪
• 3.1.3 基于模型的跟踪
• 3.1.4 基于运动估计的跟踪
• 3.2 基于卡尔曼滤波的车辆跟踪方法
• 3.2.1 卡尔曼滤波器的模型
• 3.2.2 卡尔曼滤波对车辆位置预测
• 3.3 卡尔曼滤波器的车辆目标跟踪模型
• 3.4 本章小结
• 第四章 DSP 的运动目标检测与跟踪系统实现
• 4.1 系统硬件组成结构
• 4.1.1 摄像头图像采集
• 4.1.2 视频解码器
• 4.1.3 视频编码器
• 4.1.4 DSP 处理模块
• 4.1.5 Flash 存储器的扩展设计
• 4.1.6 SDRAM 存储器
• 4.2 系统软件设计
• 4.2.1 系统总体软件流程
• 4.2.2 集成开发环境 CCS 及其配置
• 4.2.3 程序算法编写
• 4.2.4 目标检测与跟踪实验
• 4.3 本章小结
• 第五章 摄像机测距及速度测量
• 5.1 摄像机模型
• 5.1.1 小孔模型
• 5.1.2 摄像机内参数模型
• 5.1.3 摄像机外参数模型
• 5.1.4 线性摄像机模型
• 5.2 基于摄像机模型测距实现
• 5.2.1 简化模型
• 5.2.2 测距实现
• 5.3 路面标线检测的图像定位方法
• 5.3.1 标定特点及要求
• 5.3.2 平面单一映射
• 5.3.3 边缘检测道路标线端点
• 5.3.4 标线检测的图像定位及速度测量实验
• 5.4 本章小结
• 第六章 总结与展望
• 参考文献
• 发表论文和科研情况说明
• 致谢