研发部汉王眼高速路培训

汉王眼高速公路版技术交流研发中心汉王眼嵌入式软件组 内部技术交流会内容 第一章 汉王眼功能介绍第二章 汉王眼工作原理第三章 汉王眼组成第四章 汉王眼的视频图像基础第五章 汉王眼网络基础第六章 汉王眼高速2 5版调试 第一章 功能介绍 汉王眼高速公路版是公司推出的高性能嵌入式交通信息采集产品 主要定位用于高速公路收费系统 停车场收费系统等领域 采用TI公司推出的高性能DSPDM642作为系统的核心处理器 DM642具有丰富的外设接口 CPU主频600MHz 汉王眼四型机主要功能如下 双路视频监控 可同时监控车辆的全景及特写 图像叠加功能 可根据用户的定制 将识别结果 车牌小图 时间 地点等信息叠加到指定的全景图 特征图上 JPEG图像压缩 能根据用户自行选择压缩质量 可选用网络 串口 RS232 RS485 USB进行数据传输 使用闪光灯作为补光光源 支持多种触发信号 开关量信号 电平量信号 支持通过Web网页配置 识别结果及指令均可通过网络传输 自动智能调光 优化了调光流程 有多种调光模式 两路摄像头单独调光 自动温控 适应不同地域的气候 支持硬件和软件模拟触发等触发方式 支持上位机对下位机的指令控制 数据缓冲机制 在通讯故障时 下位机最多可存储20辆车的数据 单闪光灯为两路摄头曝光 两路视频同时曝光 可多台同联 只需外加一个HUB 就可将多台汉王眼四型机连接到同一台上位机上 同时监控 第二章 汉王眼工作原理 1 当车辆检测器检测到有车辆经过时 输出触发信号 2 平台单片机检测到触发信号后 控制闪光灯曝光同时发出采集图像的信号通知DSP采集图像 3 DSP通过两个摄像机分别采集正确曝光的车辆特写图像和车辆的全景图像 4 DSP进行牌照识别 然后把识别结果 地理位置信息以字符方式叠加到全景图 同时车牌图像叠加到全景图 5 处理后的结果和图像通过网络或其他通讯方式传输到上位机 汉王眼在高速公路方面的主要工作流程如下 第三章 汉王眼组成 汉王眼组成 DSP处理单元 是该系统中的关键部分 完成系统的管理 数据采集 数据处理 网络等工作 相当于电脑主板中的CPU 汉王眼使用的是TI生产的TMS320DM642DSP芯片 汉王眼组成 DSP处理单元 TMS320DM642型DSP是一款高性能数字媒体处理器 基于TI公司C64X核的DSP DM642采用三层的存储器体系架构 系统L1 L2和和片外存储器SRAM 还提供64个独立通道的EDMA控制器 负责片内L2存储器与片外存储器及其它外设之间的数据传输 C64x从以前的VelociTI结构扩展到VelociTI 2结构 包含了许多新的指令 增加了额外的数据通道 寄存器的数量也增加了一倍 这些扩展使得CPU可以在一个时钟周期内处理更多的数据 从而获得更高的运算性能提高其并行性 DM642提供的三个视频输入 视频输出或传输流输入的可配置视频端口为数字媒体处理提供了基础 在高运算处理速度的支撑下 能提供强有力的媒体处理能力 外加其具备以太网以及其他接口 使得在视频和图像领域的应用更为方便 DM642 汉王眼组成 DSP处理单元正常运行的关键 DSP要正常运行 必须保证其电源和时钟正常 时钟异常有可能导致时间不准确 曝光不同步等 电源异常将导致系统死机无法启动或芯片损坏 50M 12 600MHz 汉王眼组成 数据存储单元 SDCard HDD 存储程序 字库 字典 程序运行空间 系统配置参数和用户参数 数据存储单位 存储系统程序和系统参数 提供系统数据处理所需的运算空间 在系统中 数据存储单元分三类 Flash SDRAM和EEPROM 汉王眼组成 实时时钟单元 实时时钟 RTC 是一个由晶体控制精度的 向主系统提供年月 日期和时间的器件 主系统与实时时钟之间的通信可通过IIC串行口实现 系统中使用的实时时钟还具有温度传感器功能 能提供对设备温度的监控 设备时间准确的关键因素 1 实时时钟的时钟电路运行正常 为实时时钟提供高精度的时钟 2 电路备用电源 纽扣电池 电量充足 汉王眼组成 触发逻辑控制单元 感知车辆的通过 告知DSP抓取车辆图片 汉王眼组成 线圈路面截面图 地感线圈的构成如下 在地面上先切割出一个环形或方形的沟槽 然后在这个沟槽中埋入两到三匝导线 这就构成了一个埋于地表的电感线圈 这个线圈是振荡电路的一部分 由它和电容组成振荡电路 当有大的金属物如汽车经过时 由于空间介质发生变化引起了振荡频率的变化 有金属物体时振荡频率升高 这个变化就作为汽车经过 地感线圈 的证实信号线圈线采用高温导线 并制作成双绞线 以起到防高温 防潮和抗干扰的作用 汉王眼组成 由于车检器和汉王眼采用不同的电源体系 为了防止外接触发对汉王眼的影响 采用了光耦隔离 为了保证外接触发的有效性 输入信号必须满足一定条件 对于电平量触发 电平必须大于或等于5V 驱动电流必须大于10mA 建议采用开关量触发 汉王眼组成 汉王眼组成 汉王眼组成 串口通信单元 DM642本身没有串口 对于摄像头的控制是通过扩展的串口实现的 摄像机调光 焦距视野等参数配置都是通过串口来完成的 焦距视野配置和调光参数配置的通信区别在于 前者是不需要反馈 后者需要反馈确认 汉王眼组成 视频图像采集单元 系统采用了TVP5150芯片完成视频解码工作 视频采集功能完成将模拟视频流变成数字视频图像 并存放在相关的存储器中供后继的数据处理 提供的控制信号包括 行 场同步 点时钟及其它控制信号 系统DSP核心通过I2C总线实现对视频处理模块的控制 汉王眼组成 网络通讯单元 系统用LXT971作为快速以太网物理层自适应收发器 从DM642传输过来的数据通过LXT971转换为以太网物理层能接收的数据后 通过RJ 45头传输到主机 第四章 汉王眼的视频基础 UV whiteepiillumination Sample CCDCamera Lens Filters 视频图像获取 镜头 镜头的作用 是把被摄景物准确成像在摄像器件的靶面上 并构成一幅清晰的光学图像 以便转换为电信号进行后期处理 同时镜头上可以附带不同功能的滤镜组 遮光罩 光圈和其他光学结构 手动变焦镜头 定焦镜头 针孔镜头 自动光圈手动调焦 多片金属叶片组成 装在镜头透镜中间利用张合进光孔的大小 控制进光照度等效于人眼的瞳孔 控制光通量的阀门 光圈 光圈系数 各级光圈大小的数字 f 焦距与光孔直径的比值光圈系数越小 光圈越大 到达底片的光线越多邻刻度的进光量相差 倍 快门 控制曝光量抓取瞬间动作使物体成像清晰或模糊相当于阀门打开的时间 快门 利用开启时间长短控制进光时间1 2 4 8 15 30 60 125 250 500 1000相邻两档快门的曝光量相差1倍 快门的分类 机械快门 电子快门 中心快门 焦平面快门 帘幕快门 钢片快门 镜间快门 镜后快门 快门速度对图像的影响 1 30秒 1 8秒 1 4秒 1 15秒 影像传感器 视频图像的获取 感光器又称 影像传感器 其作用类似于传统胶片相机中的底片 负责把光线信号转化为数字信号 然后交由影像处理器进行处理 如同我们把镜头比作眼睛中的晶状体一样 那么感光器就可以看作是眼睛的视网膜 凡是通过镜头进入相机的光线 最后都要投射到感光器上 这样才能最终形成图像 影像传感器等同于人的视网膜它使用一种高感光度的半导体材料制成 能把光线转变成电荷 通过模数转换器芯片转换成数字信号 木桶 MOS电容 CCD上的感光单元 雨滴 每一个雨滴可以理解为光辐射的一个光子 木桶中的雨水量 MOS电容中存储的电荷 量筒 相当于信号处理电路 输出传送带 可以理解为电荷转换电路和模数转换电路 1 2 3编号 水平传送带的编号 1 2 3号传送带的驱动力 相当于线上施加的方波信号 视频信号的编码 视频图像信号经过采样后要显示和后期进行其他的处理 于是就存在视频信号如何传输的问题 视频传输分为多种 有线 无线 网络等 于是视频就存在多种标准 视频图像通过数字化后形成某种视频传输标准的过程称之为编码 传统上是数字化到模拟化的过程 DA转换 相反将传输中的视频信号从新数字化的过程称之为解码 传统上为模拟到数字化的过程 AD转换 RGB YPrPb S video 复合video Source http www ntsc AnalogVideoInterfaces S Video AnalogVideoSignals 扫描行数 电视图像的扫描行数通常指水平行的数目 扫描行数越多 电视清晰度越高 我国的电视制式规定水平扫描行数为625 扫描行数也称为垂直分辨率 VerticalResolution 同步 在传送电视节目的过程中 接收端与发送端按照相同的步调 顺序 扫描像素时 才能重显完整而稳定的图像 这叫做收发两端同步 接收与发送两端同步包含水平和垂直两个方向的扫描同步 当扫描时 在每一行使收发两端同步称为水平同步或叫做行同步 在每一场使其同步称为垂直同步也叫做场同步 电视制式 实现电视的特定方式 称为电视的制式制式的区分主要在于其帧频 场频 分解率 信号带宽以及载频 色彩空间的转换关系不同等NTSC NationalTelevisionSystemCommittee 制 PAL PhaseAlternationLine 制SECAM 法文 SequentialColeurAvecMemoire 制 NTSC NationalTelevisionSystemCommittee 1952年由美国国家电视标准委员会制定的彩色电视广播标准采用正交平衡调幅的技术方式 故也称为正交平衡调幅制 美国 加拿大等大部分西半球国家以及中国的台湾 日本 韩国 菲律宾等均采用这种制式 PAL PhaseAlternationLine 西德在1962年制订的彩色电视广播标准 采用逐行倒相正交平衡调幅的技术方法 克服了NTSC制相位敏感造成色彩失真的缺点 西德 英国等一些西欧国家 新加坡 中国大陆及香港 澳大利亚 新西兰等国家采用这种制式 SECAM 法文 SequentialColeurAvecMemoire 法文的缩写 意为顺序传送彩色信号与存储恢复彩色信号制由法国在1956年提出 1966年制定的一种新的彩色电视制式 它也克服了NTSC制式相位失真的缺点 但采用时间分隔法来传送两个色差信号 使用SECAM制的国家主要集中在法国 前苏联及东欧和中东一带 视频信号的解码 视频解码是从视频信号中自动获取行 场同步信号 并完成A D转换 将其中视频图像信息数字化 以便后期处理 解码时序 图像采集 SynchronizationCodes DigitalVideoInterface BT 656 VideoDecoder视频解码器 DSP BT 656Stream SAV StartofActiveVideoEAV EndofActiveVideo 视频行场同步信号的获取 曝光同步 不同类型的相机其曝光时机不尽相同 所以在选择摄像机类型是一定要注意选择正确的类型 CCD曝光时序 摄像机 闪光灯 调光 由于车牌识别所需的图像要求不同于传统的监控视频图像 要求图像中车牌清晰 噪点少 能从中提取正确的字符特征进行字符识别 对于光照的要求比较苛刻 并且车牌识别设备运行在户外 必须适应不同季节 不同方向 不同时间段的光照条件 因此需要比较合适的调光方法 调光模式 汉王眼自动调光摄像机本地调光混合调光 名词解释 增益 传感器中电荷输出量与输入量之比 相当与传统相机的感光度 ISO 提高增益 提高图片亮度 但是遭受增加噪声的影响 如果噪声过大会影响车牌识别的效果 曝光补偿 是一种曝光控制方式 曝光补偿是通过改变ISO增加或降低图片的亮度 汉王眼自动调光 全天可分12个时间段 根据不同时间段的调光基准进行调光 由汉王眼对摄像机的亮度进行调整 汉王眼自动调光原理 两种特殊的情况 平时调光基准值128 逆光调光基准值160 顺光调光基准值96 汉王眼自动调光优缺点 优点 调高变化缓慢 可防止图像亮度的剧烈变化对时间段细化 可调高对调光的精确度缺点 配置相对复杂 专业性强 不同站点不同方向须分别配置不同季节 不同时间段的调光有差别 须进行调整 摄像机本地调光 摄像机本地调光原理类同于汉王眼自动调光 但不是由汉王眼控制亮度 而是有摄像机自行根据固有的调光方式进行自动调光 采用的是快门优先方式 设置固定快门 由摄像机自己控制光圈和增益 进行亮度控制 摄像机本地调光 点曝光 摄像机本地调光策略中 可以选择摄像机测光的区域 将整个图像分为16 16块 摄像机会根据该测光值进行调光 摄像机本地调光 摄像机本地调光优缺点 优点 调光配置简单 设置快门后不需人工干预能精确测光区域 进行细节调光缺点 对亮度变化比较敏感 特别时车辆通过时车身对光线的遮挡 会导致图片马上变暗 影响识别 夜间增益较高 使用闪光灯曝光时会出现曝光过度 混合调光模式 混合调光原理 白天采用摄像机本地调光 配置相对较低的曝光补偿 夜间采用固定参数的汉王眼调光模式 关键时如何区分夜间和白天 混合调光模式 混合调光模式 混合调光优缺点 优点 调光配置简单 实现傻瓜化配置 无需复杂的时间段设置夜间和白天采用不同的曝光补偿参数 更好的适应这两种场景 车牌识别 渝BA1893 定位 切分 识别 抓拍 车牌大小 调整摄像机视野 车牌有效尺寸是有效视野的1 5左右 如下图所示 车牌大小为150左右 为最佳车牌 汉王眼网络基础 计算机网络是现代通信技术与计算机技术相结合的产物 所谓计算机网络 就是把分布在不同地理区域的计算机与专门的外部设备用通信线路互联成一个规模大 功能强的网络系统 从而使众多的计算机可以方便地互相传递信息 共享硬件 软件 数据信息等资源 通俗来说 网络就是通过电缆 电话线 或无线通讯等互联的计算机的集合 汉王眼网络基础 网络的分类按计算机连网的区域大小 我们可以把网络分为局域网 LAN LocalAreaNetwork 和广域网 WAN WideAreaNetwork 局域网 LAN 是指在一个较小地理范围内的各种计算机网络设备互联在一起的通信网络 可以包含一个或多个子网 通常局限在几千米的范围之内 如在一个房间 一座大楼 或是在一个校园内的网络就称为局域网 广域网 WAN 连接地理范围较大 常常是一个国家或是一个洲 其目的是为了让分布较远的各局域网互联 我们平常讲的Internet就是最大最典型的广域网 汉王眼网络基础 什么是网络协议在网络上的各台计算机之间也有一种语言 这就是网络协议 不同的计算机之间必须使用相同的网络协议才能进行通信 当然了 网络协议也有很多种 具体选择哪一种协议则要看情况而定 Internet上的计算机使用的是TCP IP协议 OSI七层协议 Bit数据 设备HUB 帧数据 交换机 包数据 路由器 包数据 设备主机 名词解释MACIP地址子网掩码网关端口号路由路由表ARP表 MAC MediaAccessControl 介质访问控制 MAC地址是烧录在NetworkInterfaceCard 网卡 NIC 里的 MAC地址 也叫硬件地址 是由48比特长 6字节 16进制的数字组成 0 23位叫做组织唯一标志符 organizationallyunique 是识别LAN 局域网 节点的标识 24 47位是由厂家自己分配 其中第40位是组播地址标志位 网卡的物理地址通常是由网卡生产厂家烧入网卡的EPROM 一种闪存芯片 通常可以通过程序擦写 它存储的是传输数据时真正赖以标识发出数据的电脑和接收数据的主机的地址 也就是说 在网络底层的物理传输过程中 是通过物理地址来识别主机的 它一般也是全球唯一的 以太网地址管理机构将以太网地址 也就是48比特的不同组合 分为若干独立的连续地址组 生产以太网网卡的厂家就购买其中一组 具体生产时 逐个将唯一地址赋予以太网卡 形象的说 MAC地址就如同我们身份证上的身份证号码 具有全球唯一性 IP地址 Internet上的每台主机 Host 都有一个唯一的IP地址 IP协议就是使用这个地址在主机之间传递信息 这是Internet能够运行的基础 IP地址的长度为32位 分为4段 每段8位 用十进制数字表示 每段数字范围为0 255 段与段之间用句点隔开 A类 1 0 0 1 126 255 255 254 B类 128 1 0 1 191 255 255 254 C类 192 0 1 1 223 255 255 254 IP地址分配原则 1 网络号不能为127 该标识号被保留作回路及诊断功能 2 不能将网络号和主机号的各位均置1 如果每一位都是1的话 该地址会被解释为网内广播而不是一个主机号 3 相应于上面一条 各位均不能置0 否则该地址被解释为 就是本网络 4 对于本网络来说 主机号应该是唯一 否则会出现IP地址已分配或有冲突之类的错误 子网掩码子网掩码是干什么用的 比如我们要找新浪的网站 166 111 8 56 首先本地的路由器处理网络号 166 111 新浪网的路由器处理主机号部分 8 56 为了简化计算 设置一个特殊的数来辅助进行IP地址的网络号和主机号 这个数字就叫子网掩码 A B C类IP地址默认的子网掩码分别是 255 0 0 0 255 255 0 0 255 255 255 0如果需要划分子网时 我们可以从主机号中分出一部分来作为内部的子网号 剩下的仍为主机号 此时 子网掩码就需要有所变化 具体如何变 我们看下面这个例子 172 16 2 111255 255 252 0172 16 1 78是在同一网络吗 网关 Gateway 就是一个网络连接到另一个网络的 关口 是一个网络通向其他网络的IP地址 在Internet网中 网关是一种连接内部网与Internet上其它网的中间设备 也称 路由器 路由器 Router 是用于连接多个逻辑上分开的网络 是互联网的枢纽 交通警察 逻辑网络是指一个单独的网络或一个子网 当数据从一个子网传输到另一个子网时 可通过路由器来完成 因此 路由器具有判断网络地址和选择路径的功能 它能在多网络互联环境中建立灵活的连接 可用完全不同的数据分组和介质访问方法连接各种子网 汉王眼网络基础 路由器中保存着各种传输路径的相关数据 路径表 RoutingTable 供路由选择 时使用 路径表中保存着子网的标志信息 网上路由器的个数和下一个路由器的名字等内容 路径表可以是由系统管理员固定设置好的 也可以由系统动态修改 可以由路由器自动调整 也可以由主机控制 ARP表 AR