專利名稱：基于視頻車號識別的動車組身份確認(rèn)系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型涉及鐵路電子設(shè)備，具體地說是涉及一種基于視頻車號識別的動車組身份確認(rèn)系統(tǒng)。
背景技術(shù)：
根據(jù)中國高速鐵路網(wǎng)建設(shè)規(guī)劃，全國省會及鐵路樞紐城市在不斷建設(shè)為動車組配套的動車組檢修基地或動車運(yùn)用所。動車組檢修基地或動車運(yùn)用所由下列幾部分組成咽喉、存車廠、洗車線、一級修庫、二級修庫、三四級修庫、五級修庫。在動車組車輛養(yǎng)護(hù)和檢修過程中被分為一級修運(yùn)行4000公里或48小時進(jìn)行一次全面運(yùn)用檢修；二級修運(yùn)行3萬公里或30天進(jìn)行一次專項(xiàng)檢修；三級修累計(jì)運(yùn)行45萬公里或1年；四級修累計(jì)運(yùn)行90萬公里或3年；五級修累計(jì)運(yùn)行180萬公里或6年；考察中國已經(jīng)在建的北京、上海、武漢和廣州4個動車組檢修基地，都有以下共同的特點(diǎn)1.規(guī)模龐大，布局合理(北京動車檢修基地占地1800畝)；2.檢修車輛眾多(存車能力70列、各級檢修能力20列)；3.檢修車型(CRH1、CRH2、CRH3、CRH5、CRH380A 等)較多；4.車輛在檢修基地或動車所內(nèi)調(diào)車頻繁；5.氣候條件差異較大；為了能夠?qū)榆嚱M的身份進(jìn)行識別，在時速250公里的動車組的車底安裝了有源 RFID (射頻識別)標(biāo)簽卡，然后在動車組經(jīng)過的咽喉、各個維修長的軌道上安裝相應(yīng)的標(biāo)簽讀取設(shè)備(AEI)來完成對動車組身份的確認(rèn)。但使用AEI來完成對動車組身份的確認(rèn)有以下缺點(diǎn)1. AEI設(shè)備昂貴，安裝復(fù)雜；新造時速350公里的動車組因控車系統(tǒng)(CTC-3)使用應(yīng)答器，因此車底沒有車號標(biāo)簽，從而導(dǎo)致布局合理無法讀取車號。
發(fā)明內(nèi)容本實(shí)用新型所要解決的技術(shù)問題在于提供一種基于視頻車號識別的動車組身份確認(rèn)系統(tǒng)，該系統(tǒng)可以完成對經(jīng)過當(dāng)前軌道的動車組車身側(cè)面車號的識別，然后將車號以 ASCII碼格式通過通信線路發(fā)送到控制中心。本實(shí)用新型是通過以下技術(shù)方案解決上述技術(shù)問題的一種基于視頻車號識別的動車組身份確認(rèn)系統(tǒng)，包括高速攝像機(jī)、FPGA系統(tǒng)、復(fù)數(shù)個DSP單元組成的DSP陳列、應(yīng)用處理器系統(tǒng)，以及電源系統(tǒng)，所述高速攝像機(jī)連接到FPGA系統(tǒng)，每個DSP單元分別連接到FPGA 系統(tǒng)，F(xiàn)PGA系統(tǒng)連接到應(yīng)用處理器系統(tǒng)。該實(shí)用新型進(jìn)一步具體為所述應(yīng)用處理器系統(tǒng)內(nèi)部包括SD卡、硬盤、光源控制器、IXD、狀態(tài)LED、按鍵、TTS 系統(tǒng)及揚(yáng)聲器、實(shí)時時鐘、ADC、開關(guān)量輸入端口、通信接口。還包括補(bǔ)光LED光源以及光強(qiáng)傳感器，補(bǔ)光LED光源、光強(qiáng)傳感器均連接到應(yīng)用處理器系統(tǒng)。還包括紅外位置傳感器以及超聲位置傳感器，紅外位置傳感器、超聲位置傳感器均連接到應(yīng)用處理器系統(tǒng)。還包括以太網(wǎng)轉(zhuǎn)光纖芯片、光纖收發(fā)模組、光纖接口，所述光纖接口通過光纖收發(fā)模組連接到以太網(wǎng)轉(zhuǎn)光纖芯片，所述以太網(wǎng)轉(zhuǎn)光纖芯片連接到應(yīng)用處理器系統(tǒng)。所述通信接口包括RS232接口 4個、以太網(wǎng)接口 1個、CAN接口 2個、無線數(shù)據(jù)通信接口 1個。本實(shí)用新型的優(yōu)點(diǎn)是使用高速數(shù)字?jǐn)z像機(jī)實(shí)時拍攝軌道上圖像，當(dāng)有動車組經(jīng)過時，其車身側(cè)面的車號信息也會出現(xiàn)在圖像畫面中，該裝置完成對動車組車號的識別，然后以ASCII格式將動車組車號信息通過通信信道傳輸?shù)娇刂浦行模瓿蓪榆嚱M運(yùn)動方向的判斷，并將判斷結(jié)果發(fā)送到控制中心。
圖1為本實(shí)用新型基于視頻車號識別的動車組身份確認(rèn)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)框圖。
具體實(shí)施方式
下面參照附圖結(jié)合實(shí)施例對本實(shí)用新型作進(jìn)一步的描述，以使本領(lǐng)域的技術(shù)人員可以更好的理解本實(shí)用新型并能予以實(shí)施，但所舉實(shí)施例不作為對本實(shí)用新型的限定。請參閱圖1所示，本實(shí)用新型基于視頻車號識別的動車組身份確認(rèn)系統(tǒng)包括高速攝像機(jī)、FPGA系統(tǒng)、復(fù)數(shù)個DSP (數(shù)字信號處理)單元組成的DSP陳列、應(yīng)用處理器系統(tǒng)、補(bǔ)光LED光源、光強(qiáng)傳感器、紅外位置傳感器、超聲位置傳感器、以太網(wǎng)轉(zhuǎn)光纖芯片、光纖收發(fā)模組、光纖接口、電源系統(tǒng)。所述高速攝像機(jī)連接到FPGA (現(xiàn)場可編程門陣列)系統(tǒng)，每個DSP單元分別連接到FPGA系統(tǒng)，F(xiàn)PGA系統(tǒng)連接到應(yīng)用處理器系統(tǒng)，補(bǔ)光LED光源、光強(qiáng)傳感器、紅外位置傳感器、超聲位置傳感器、以太網(wǎng)轉(zhuǎn)光纖芯片均連接到應(yīng)用處理器系統(tǒng)，所述光纖接口通過光纖收發(fā)模組連接到以太網(wǎng)轉(zhuǎn)光纖芯片。所述應(yīng)用處理器系統(tǒng)內(nèi)部包括SD卡、硬盤、光源控制器、IXD、狀態(tài)LED、按鍵、TTS 系統(tǒng)及揚(yáng)聲器、實(shí)時時鐘、ADC (模數(shù)轉(zhuǎn)換器)、開關(guān)量輸入端口、通信接口。所述通信接口包括RS232接口 4個、以太網(wǎng)接口 1個、CAN接口 2個、無線數(shù)據(jù)通信接口 1個。所述補(bǔ)光LED 光源連接到應(yīng)用處理器系統(tǒng)的光源控制器，所述光強(qiáng)傳感器以及紅外位置傳感器連接到應(yīng)用處理器系統(tǒng)的ADC，所述超聲位置傳感器連接到應(yīng)用處理器系統(tǒng)的開關(guān)量輸入端口，以太網(wǎng)轉(zhuǎn)光纖芯片接到應(yīng)用處理器系統(tǒng)的以太網(wǎng)接口。該基于視頻車號識別的動車組身份確認(rèn)系統(tǒng)的各部分功能描述如下。高速攝像機(jī)該部分完成了外部圖像的拍攝功能，將外部的自然環(huán)境圖像信息轉(zhuǎn)換為灰度數(shù)字圖像信息。該部分與FPGA系統(tǒng)通過8 16條視頻并行數(shù)據(jù)總線連接，同時還有以下同步信號行同步、場同步、數(shù)據(jù)時鐘。FPGA系統(tǒng)該部分完成了對高速攝像機(jī)圖像數(shù)據(jù)的獲取，將接收到的灰度圖像轉(zhuǎn)換為可以后續(xù)并行操作的圖像數(shù)據(jù)存儲格式，并完成圖像數(shù)據(jù)的數(shù)字濾波功能，實(shí)時測量外部光強(qiáng)，然后根據(jù)得到的當(dāng)前光強(qiáng)通過光源控制器控制補(bǔ)光LED光源是否開啟。該部分與高速攝像機(jī)系統(tǒng)通過8 16條視頻并行數(shù)據(jù)總線連接，同時還有以下同步信號行同步、 幀同步、數(shù)據(jù)時鐘。該部分與DSP陳列過8 16條并行視頻總線連接，同時是還有以下同步信號1條行同步、10條幀同步、數(shù)據(jù)時鐘。DSP陳列該部分接收FPGA系統(tǒng)預(yù)處理過的圖像數(shù)據(jù)，進(jìn)行后續(xù)復(fù)雜濾波和識別處理。SD卡完成系統(tǒng)數(shù)據(jù)庫的存儲；完成系統(tǒng)重要?dú)v史數(shù)據(jù)的存儲；完成系統(tǒng)工作參數(shù)的存儲；完成對測試圖像的存儲。硬盤完成原始圖像的存儲。光源控制器接收FPGA發(fā)送來的光源控制信號；通過控制相關(guān)的電子開關(guān)或者繼電器實(shí)現(xiàn)對補(bǔ)光LED光源的開關(guān)控制。IXD 顯示系統(tǒng)自檢信息；顯示系統(tǒng)拍攝的實(shí)時圖像；顯示系統(tǒng)工作狀態(tài)信息。狀態(tài)LED 顯示系統(tǒng)工作狀態(tài)；顯示測試信息。按鍵該按鍵由多個功能按鍵和一個自檢按鍵組成。功能按鍵用來調(diào)整系統(tǒng)工作狀態(tài)、設(shè)置系統(tǒng)工作參數(shù)；自檢按鍵用來完成對系統(tǒng)的自檢操作。TTS系統(tǒng)及揚(yáng)聲器接收來自DSP陳列的文本信息，然后通過TTS合成芯片進(jìn)行合成，然后經(jīng)過功率放大器后將聲音信息輸送到揚(yáng)聲器進(jìn)行輸出。系統(tǒng)中需要播放的信息有 識別結(jié)果；自檢信息；工作狀態(tài)。通信接口 RS232接口作用連接PC，用作調(diào)試和終端顯示使用；用來與其他串行設(shè)備互聯(lián)。以太網(wǎng)接口 系統(tǒng)調(diào)試；傳輸高速數(shù)據(jù)。CAN接口 傳輸系統(tǒng)自檢信息；傳輸識別結(jié)果；接收控制中心的控制命令。無線數(shù)據(jù)通信接口 用來連接無線測試終端；用來傳輸高速數(shù)據(jù)。補(bǔ)光LED光源該補(bǔ)光LED光源開啟后可以補(bǔ)充因光照不足而帶來的識別困難等問題。光強(qiáng)傳感器該光強(qiáng)傳感器實(shí)時測量外部光強(qiáng)，并將光強(qiáng)信息轉(zhuǎn)換為數(shù)據(jù)信息，然后輸送給FPGA系統(tǒng)。紅外位置傳感器紅外位置傳感器是使用紅外線探測前方是否有動車存在，當(dāng)前方有動車存在時，其輸出高電平，通知DSP陳列進(jìn)行車號確認(rèn)工作。電源系統(tǒng)電源系統(tǒng)提供該系統(tǒng)需要的電能供應(yīng)。該電源系統(tǒng)為外部輸入12、8V 直流電，其通過DC-DC轉(zhuǎn)換成LED補(bǔ)光等需要的12V、系統(tǒng)數(shù)字電路需要的5V、3. 3V。該系統(tǒng)工作模式自檢模式系統(tǒng)上電后進(jìn)入自檢模式，自檢模式為檢查系統(tǒng)中各部件是否能夠正常工作。并通過語音進(jìn)行自檢結(jié)果的播報(bào)。光線自校正模式系統(tǒng)自檢模式結(jié)束后進(jìn)入光線自校正模式，光線自校正模式的目的是根據(jù)外部光照的實(shí)際情況實(shí)時調(diào)整告訴攝像機(jī)的曝光時間、增益，以獲得較為理想的質(zhì)量的圖像。[0054]識別模式自開始拍攝圖像時，所有拍攝到的圖像均被輸送到DSP陳列中，由DSP 陳列進(jìn)行識別處理，并輸出識別結(jié)果。識別模式下當(dāng)前幀圖像中有車號信息，但因?yàn)楣庹铡?天氣等原因?qū)е聼o法識別任何車號信息時，系統(tǒng)將當(dāng)前幀圖像信息添加日期、時間、位置信息后通過通信接口單元發(fā)送到控制中心，進(jìn)行人工車號確認(rèn)。人工檢查模式人工檢查模式是指人工在攝像頭前面的軌道上放置該裝置配備的人工檢查標(biāo)定牌，然后按下無線測試終端的人工檢查按鍵或者該裝置的人工檢查按鍵，然后系統(tǒng)會通過揚(yáng)聲器播放識別結(jié)果。該基于視頻車號識別的動車組身份確認(rèn)系統(tǒng)工作過程如下所述系統(tǒng)上電后，系統(tǒng)進(jìn)入自檢流程，自檢完畢后通過語音播報(bào)自檢結(jié)果。如果自檢正常，系統(tǒng)則進(jìn)入實(shí)時拍攝和識別流程。系統(tǒng)每拍攝一副圖像都要進(jìn)行當(dāng)前圖像的亮度檢測，同時會通過光強(qiáng)傳感器進(jìn)一步獲得環(huán)境光照狀態(tài)，然后系統(tǒng)會在拍攝下一幀數(shù)據(jù)前進(jìn)行高速攝像機(jī)的曝光時間和增益的調(diào)節(jié)，以達(dá)到拍攝的圖像質(zhì)量最佳。圖像數(shù)據(jù)從高速攝像機(jī)通過8 16條數(shù)據(jù)總線和2條同步線輸出到FPGA系統(tǒng)， FPGA系統(tǒng)會首先將圖像數(shù)據(jù)進(jìn)行亮度統(tǒng)計(jì)處理，以計(jì)算出當(dāng)前環(huán)境的亮度信息，然后通過對亮度信息模式的計(jì)算，得出當(dāng)前調(diào)節(jié)攝像頭的曝光時間和增益具體系數(shù)，同時將該系數(shù)在下一幀數(shù)據(jù)采集前，通過SPI 口發(fā)送給高速攝像機(jī)系統(tǒng)。FPGA系統(tǒng)將獲的圖像數(shù)據(jù)進(jìn)行冗余比特消除，形成真正對識別有用的灰度圖像數(shù)據(jù)，然后將整幅圖像截取系統(tǒng)設(shè)定有用的窗口部分，一般常用設(shè)置為圖像上半幅。然后對截取的窗口數(shù)據(jù)進(jìn)行處理，以減少系統(tǒng)整體負(fù)荷和去除無用數(shù)據(jù)。然后FPGA系統(tǒng)將截取的窗內(nèi)數(shù)據(jù)進(jìn)行中值濾波。最終FPGA系統(tǒng)將形成的數(shù)據(jù)通過DSP并行數(shù)據(jù)端口輸送的DSP陳列中。在該DSP陳列中由多塊多核DSP單元組成并行DSP處理陣列。每個DSP單元負(fù)責(zé)處理某一幀序列。例如系統(tǒng)可以根據(jù)實(shí)際識別運(yùn)算復(fù)雜度可以有5塊DSP單元組成DSP陳列，那么第一塊識別第一幀、第二塊識別第二幀、第三塊識別第三幀、第四塊識別第四幀、第五塊識別第五幀，然后第一塊識別第六幀，依次類推。以實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)對識別連續(xù)運(yùn)算的需求。FPGA將視頻數(shù)據(jù)發(fā)送到并行視頻總線上，該并行視頻總線會與每個DSP單元的視頻輸入接口連接，同時數(shù)據(jù)時鐘也會與每個DSP單元的數(shù)據(jù)時鐘輸入連接；不同序號的幀同步、行同步信號不同。系統(tǒng)上電后會先檢查系統(tǒng)中存在多少塊DSP單元，然后對DSP單元進(jìn)行排隊(duì)，F(xiàn)PGA 系統(tǒng)會給每個DSP單元分配各自的幀同步、行同步信號。然后系統(tǒng)會將內(nèi)置的標(biāo)準(zhǔn)測試數(shù)據(jù)逐次發(fā)送到每個DSP單元中，如果在規(guī)定的時間內(nèi)，F(xiàn)PGA沒有收到該DSP單元的識別回復(fù)，則FPGA認(rèn)為該DSP單元異常，則重新進(jìn)行排隊(duì)，同時將有問題的DSP單元隔離出系統(tǒng)， 不再為其分配幀、行同步信號。系統(tǒng)在識別過程每發(fā)送一幀數(shù)據(jù)到DSP陳列，同時會監(jiān)測該DSP單元是否有識別結(jié)果輸出，如果沒有任何結(jié)果輸出，則立即將該DSP陳列隔離出去，同時重新配置各DSP單元對應(yīng)的視頻序列。每個DSP識別完畢后將識別結(jié)果放入到識別結(jié)果存儲FIFO (先進(jìn)先出)中等待數(shù)據(jù)綜合DSP單元來讀取。[0068]數(shù)據(jù)綜合DSP單元讀取到各DSP單元識別結(jié)果，然后進(jìn)行加入時間標(biāo)記和DSP單元信息，統(tǒng)一形成識別結(jié)果數(shù)據(jù)包。數(shù)據(jù)綜合DSP單元將識別結(jié)果數(shù)據(jù)包進(jìn)行綜合后，通過CAN總線單元將數(shù)據(jù)發(fā)送出去，同時等待CAN總線匯集器的反饋結(jié)果。如果CAN總線匯集器在規(guī)定的時間內(nèi)返回接收成功響應(yīng)，則數(shù)據(jù)綜合DSP刪除識別結(jié)果；如果沒有收到CAN總線匯集器的響應(yīng)，則將存儲當(dāng)前識別結(jié)果信息。數(shù)據(jù)綜合DSP單元內(nèi)的識別步驟包括步驟1 輸入的灰度序列640*480，為了提高算法效率，可以設(shè)置識別區(qū)域(只能更改高度區(qū)域)，高度最好不要低于160，否則會影響識別結(jié)果；步驟2 對識別區(qū)域進(jìn)行中值濾波，提高圖像的對比度；步驟3:局部閾值濾波步驟4 將識別區(qū)域游程編碼，按相同像素結(jié)合游程，形成連通域，并根據(jù)連通域的個數(shù)建立索引；步驟5 根據(jù)實(shí)驗(yàn)參數(shù)，篩選有效連通域得到候選區(qū)(η個)，并根據(jù)它的范圍和索引值(1、)，切片，進(jìn)行模板匹配；步驟6 當(dāng)候選區(qū)個數(shù)大于4時，進(jìn)行聚類，得到合理的排列；若小于4，繼續(xù)識別也得不到好的結(jié)果；步驟7 檢查模式識別的錯誤率，如果過高，則用神經(jīng)元重新識別該候選區(qū)；步驟8 若識別結(jié)果判斷為車頭或者車尾，重復(fù)5)篩選小的連通域來識別車號的下標(biāo)；雖然以上描述了本實(shí)用新型的具體實(shí)施方式
，但是熟悉本技術(shù)領(lǐng)域的技術(shù)人員應(yīng)當(dāng)理解，我們所描述的具體的實(shí)施例只是說明性的，而不是用于對本實(shí)用新型的范圍的限定，熟悉本領(lǐng)域的技術(shù)人員在依照本實(shí)用新型的精神所作的等效的修飾以及變化，都應(yīng)當(dāng)涵蓋在本實(shí)用新型的權(quán)利要求所保護(hù)的范圍內(nèi)。
權(quán)利要求1.一種基于視頻車號識別的動車組身份確認(rèn)系統(tǒng)，其特征在于包括高速攝像機(jī)、 FPGA系統(tǒng)、復(fù)數(shù)個DSP單元組成的DSP陳列、應(yīng)用處理器系統(tǒng)，以及電源系統(tǒng)，所述高速攝像機(jī)連接到FPGA系統(tǒng)，每個DSP單元分別連接到FPGA系統(tǒng)，F(xiàn)PGA系統(tǒng)連接到應(yīng)用處理器系統(tǒng)。
2.如權(quán)利要求1所述的基于視頻車號識別的動車組身份確認(rèn)系統(tǒng)，其特征在于所述應(yīng)用處理器系統(tǒng)內(nèi)部包括SD卡、硬盤、光源控制器、IXD、狀態(tài)LED、按鍵、TTS系統(tǒng)及揚(yáng)聲器、實(shí)時時鐘、ADC、開關(guān)量輸入端口、通信接口。
3.如權(quán)利要求1或2所述的基于視頻車號識別的動車組身份確認(rèn)系統(tǒng)，其特征在于 還包括補(bǔ)光LED光源以及光強(qiáng)傳感器，補(bǔ)光LED光源、光強(qiáng)傳感器均連接到應(yīng)用處理器系統(tǒng)。
4.如權(quán)利要求1或2所述的基于視頻車號識別的動車組身份確認(rèn)系統(tǒng)，其特征在于 還包括紅外位置傳感器以及超聲位置傳感器，紅外位置傳感器、超聲位置傳感器均連接到應(yīng)用處理器系統(tǒng)。
5.如權(quán)利要求1或2所述的基于視頻車號識別的動車組身份確認(rèn)系統(tǒng)，其特征在于 還包括以太網(wǎng)轉(zhuǎn)光纖芯片、光纖收發(fā)模組、光纖接口，所述光纖接口通過光纖收發(fā)模組連接到以太網(wǎng)轉(zhuǎn)光纖芯片，所述以太網(wǎng)轉(zhuǎn)光纖芯片連接到應(yīng)用處理器系統(tǒng)。
6.如權(quán)利要求2所述的基于視頻車號識別的動車組身份確認(rèn)系統(tǒng)，其特征在于所述通信接口包括RS232接口 4個、以太網(wǎng)接口 1個、CAN接口 2個、無線數(shù)據(jù)通信接口 1個。
專利摘要本實(shí)用新型公開了一種基于視頻車號識別的動車組身份確認(rèn)系統(tǒng)，包括高速攝像機(jī)、FPGA系統(tǒng)、復(fù)數(shù)個DSP單元組成的DSP陣列、應(yīng)用處理器系統(tǒng)，以及電源系統(tǒng)。所述高速攝像機(jī)連接到FPGA系統(tǒng)，每個DSP單元分別連接到FPGA系統(tǒng)，F(xiàn)PGA系統(tǒng)連接到應(yīng)用處理器系統(tǒng)。本實(shí)用新型的優(yōu)點(diǎn)是使用高速數(shù)字?jǐn)z像機(jī)實(shí)時拍攝軌道上圖像，當(dāng)有動車組經(jīng)過時，其車身側(cè)面的車號信息也會出現(xiàn)在圖像畫面中，該裝置完成對動車組車號的識別，然后以ASCII格式將動車組車號信息通過通信信道傳輸?shù)娇刂浦行?，完成對動車組運(yùn)動方向、車號、端別及輛數(shù)的判斷，并將判斷結(jié)果發(fā)送到控制中心。
文檔編號B61L25/00GK202098436SQ20112017866
公開日2012年1月4日 申請日期2011年5月31日 優(yōu)先權(quán)日2011年5月31日
發(fā)明者劉湘毅, 張永強(qiáng) 申請人:合肥安迅鐵道應(yīng)用技術(shù)有限公司