基于圖像采集的汽車車牌定位識別

　1項目概述
　　在圖像采集與處理的過程中，一般來說前端的數(shù)據(jù)處理相對后端來說數(shù)據(jù)量大但是操作相對簡單，如果利用CPU等串行結(jié)構(gòu)的處理器來進(jìn)行運算的話會大大占用其資源，大大影響了整個圖像采集與處理的時間；而FPGA則與CPU相反，其并行的結(jié)構(gòu)會使圖像處理算法簡單的部分變得十分高效，因此，在圖像采集與預(yù)處理過程中涉及到的一些簡單的算法如果利用FPGA來實現(xiàn)的話將會使整個圖像采集與處理的時間大大減少。
　　汽車車牌的定位識別需要對攝像機(jī)拍攝的含有汽車車牌的圖片中的車牌的位置信息進(jìn)行檢測，并將檢測結(jié)果輸出，經(jīng)過這樣的預(yù)處理后，圖像中車牌數(shù)據(jù)的獲取就會變得相當(dāng)省時省力了，處理時間的大大縮短對于對圖像處理時間有嚴(yán)格要求的收費卡口以及交通路口來說是求之不得的。
　　2項目任務(wù)
　　本項目的主要任務(wù)是利用攝像機(jī)以及FPGA開發(fā)板，設(shè)計一個可以在交通路口和收費卡口對來往車輛的車牌進(jìn)行預(yù)處理的系統(tǒng)，實現(xiàn)對車輛進(jìn)行圖像拍攝，并對圖像中的車牌進(jìn)行識別，輸出車牌在圖片中的位置坐標(biāo)等信息。
　　3 方案設(shè)計
　　3.1 系統(tǒng)框圖
　　本項目的系統(tǒng)框圖如圖1所示。電源及FPGA的Flash存儲器等未畫出來。
　　CMOS相機(jī)通過接口與FPGA內(nèi)部的CMOS傳感器數(shù)據(jù)獲取模塊相連，由數(shù)據(jù)獲取模塊配置相機(jī)并發(fā)送控制信號來控制相機(jī)采圖。采得的圖是Bayer格式的圖像，為方便圖像的存儲與處理先將其轉(zhuǎn)換為RGB格式的圖像，然后將轉(zhuǎn)換完后的RGB數(shù)據(jù)通過SDRAM控制器存儲到SDRAM中。
　　
　　圖1 系統(tǒng)框圖
　　同時，通過VGA控制器將存儲在SDRAM中的數(shù)據(jù)利用DAC轉(zhuǎn)換為符合VGA格式的模擬信號，然后通過顯示器顯示，這樣就完成了圖像的采集與顯示。通過顯示器顯示是為便于實時了解圖像處理的結(jié)果，易于算法設(shè)計者進(jìn)行算法的設(shè)計與改進(jìn)。
　　車牌定位是通過 Image Process模塊實現(xiàn)的，處理完之后將提取的車牌坐標(biāo)信息輸出，可以通過USB傳輸?shù)絇C，也可以傳輸?shù)?a target='_blank' class='arckwlink_none'>DSP以進(jìn)行后續(xù)處理。
　　3.2硬件平臺各部分說明
　　3.2.1 FPGA開發(fā)板
　　本項目基于Nexys?3 Spartan-6 FPGA 開發(fā)板，核心處理器為Xilinx公司的 Spartan-6 FPGA。該項目會用到的板上主要資源為：
　　● Xilinx Spartan6 XC6LX16-CS324
　　● 16Mbyte Micron Cellular RAM
　　● 16Mbyte Micron Parallel PCM
　　● Digilent Adept USB2 port
　　● VHDC expansion connector
　　● 8-bit VGA
　　XC6LX16-CS324是Xilinx公司Spartan-6系列的FPGA，具有豐富的邏輯資源和存儲資源，非常適合進(jìn)行一些簡單算法的實現(xiàn)。FPGA用于配置與控制Camera，通過Camera采集圖像，獲取Camera輸出圖像數(shù)據(jù)并將其存儲到Cellular RAM，然后對圖像數(shù)據(jù)進(jìn)行處理。所有圖像處理算法均在FPGA上實現(xiàn)。
　　Cellular RAM是一種PSRAM 設(shè)備，具備類似 SRAM 的架構(gòu)、隱藏的刷新操作和 SRAM 管腳兼容性等特點。此混合內(nèi)存集 SRAM 和 DRAM 的優(yōu)點于一身，兼具低功耗與高速讀寫功能。由于FPGA內(nèi)部存儲空間有限，因此本項目用Cellular RAM緩存圖像，這樣就省去了人工刷新RAM的步驟，大大降低了數(shù)據(jù)存取的復(fù)雜度。
　　Digilent USB2 port用于為板卡提供電源，對FPGA進(jìn)行編程和將車牌坐標(biāo)信息傳輸?shù)絇C顯示。
　　VHDC connector是為擴(kuò)展板卡功能而預(yù)留的IO口，該項目用此接口連接Camera。
　　8-bit VGA接口用于將處理后的圖像輸出到顯示器，以便直觀的觀察圖像處理的效果。
　　3.2.2 CMOS相機(jī)
　　圖像采集部分選用Terasic公司的TRDB-D5M系列彩色攝像頭，該系列攝像頭具有500萬像素，具有2752x2004個總像素，其中有效像素為2592x1944個像素，多余的像素可以避免在進(jìn)行圖像處理時由于邊緣梯度太大而可能導(dǎo)致的邊緣效應(yīng)。該系列相機(jī)的接口為數(shù)字接口，可以通過這些接口對相機(jī)的寄存器進(jìn)行設(shè)置，從而調(diào)整相機(jī)的拍攝模式、焦距以及曝光時間等，可以與FPGA很好的配合，且操作方便、速度較快，相當(dāng)適合做FPGA圖像處理的圖像獲取設(shè)備。