基于图像和FPGA的汽车尾气自动监测

摘要

本发明涉及一种基于图像和FPGA的汽车尾气自动监测系统，属于信号处理技术、工业测控技术，是利用FPGA芯片作为数字图像的处理核心，通过对序列图像感兴趣区的检测来实现对通行车辆的尾气排放量的定性监测。它通过CCD获得行驶车辆的图像，A/D转换芯片将模拟数据转换成数字数据，并由FPGA控制实现将图像感兴趣区域存入缓冲器，FPGA借助硬件逻辑实现尾气定位、尾气轮廓提取算法，实现对车辆尾气的“黑烟”区域的分割，并根据其像素面积判定该车辆的污染程度，同时进行报警，其突出的优点是：将图像处理算法硬件化，不需要工控机或DSP等核心处理单元，系统实时性能好，可扩展性强。

主权项

一种基于图像和FPGA的汽车尾气自动监测系统，通过CCD获得行驶车辆的图像，A/D转换芯片将模拟数据转换成数字数据，并由FPGA控制实现将图像感兴趣区域存入缓冲器，FPGA借助硬件逻辑实现尾气定位、尾气轮廓提取算法，实现对车辆尾气的“黑烟”区域的分割，并根据其像素面积判定该车辆的污染程度，同时进行报警，其特征在于检测过程包括以下步骤：(a)在图像中选择一块车道区域作为车辆通行的检测区，在通行检测区的后端选一块区域作为尾气轮廓提取的感兴趣区；在奇数帧到来时将在检测区中的每一像素值送入累加器，对像素数进行计数，并将累加结果暂存；在偶数帧到来时，将图像先取反然后送入累加器，同时将尾气轮廓提取感兴趣区的图像暂存入缓冲器；偶数帧累加结束时，根据累加结果和像素计数值，计算感兴趣区域的平均像素差值FK；在非检测区按照亮暗度的不同级别取10个不同的像素点，根据两帧中这些像素点的累加结果计算平均背景差值BK；根据系统的应用场合确定合适的阈值T，若满足|FK‑BK|＞T，则判定当前时刻无车辆通过；(b)若根据步骤(a)检测到有车辆通过，则将缓存器中存储的尾气检测感兴趣区图像送入阈值分割模块按固定阈值T对分割结果进行计数，若黑色像素计数值N与感兴趣区总像素数C比值小于一固定的参数，则判定该车辆没有超标，此时不做继续处理；否则，将分割处理后图像先后通过边缘检测模块和轮廓提取模块，并通过计数器计算出尾气轮廓所包含的图像像素数目；(c)根据国家标准将汽车尾气的污染程度划分为几个级别，并用像素面积的形式表示；按照步骤(b)计算的车辆尾气轮廓像素数目确定该车辆的污染级别，并驱动振铃进行不同的报警；(d)对FPGA各模块进行并行化设计，使车辆通行检测模块、尾气轮廓提取模块和报警模块三级流水并行工作。