基于FPGA的車(chē)道偏離預警系統的設計

摘要：介紹了一種以FPGA芯片為核心，基于數字圖像處理技術(shù)和SOPC技術(shù)的車(chē)道偏離預警系統實(shí)現方案。系統通過(guò)CCD攝像頭完成車(chē)輛前方圖像的采集，利用Hough變換實(shí)現車(chē)道檢測，利用邊緣檢測函數完成偏離預警的功能。系統具有良好的便攜性、靈活性和通用性。詳細的論述了該系統硬件結構和軟件設計思想，并分析了系統具有的優(yōu)點(diǎn)。
關(guān)鍵詞：車(chē)道偏離；車(chē)道檢測；Hough變換；SoPC；FPGA；

0 引言
隨著(zhù)我國國民經(jīng)濟的發(fā)展，汽車(chē)擁有量劇增，同時(shí)公路建設事業(yè)的迅速發(fā)展，造成目前公路交通呈現行駛高速化、車(chē)流密集化和駕駛員非職業(yè)化的趨勢，由汽車(chē)碰撞引起的交通事故危害著(zhù)人民的生命財產(chǎn)安全。根據美國國家公路交通安全管理局(NHTSA)2009年乘用車(chē)在交通事故中碰撞位置的統計數據，在各種交通事故中，車(chē)輛前部碰撞占到總事故的62％，而這其中多數是由于車(chē)道偏離車(chē)道所引起的交通事故，因此通過(guò)設計汽車(chē)車(chē)道偏離預警系統有效地減少前向碰撞的發(fā)生幾率，可以有效降低公路交通事故的損失。
本文利用SoPC(可編程片上系統)技術(shù)設計方式靈活、可裁減、可擴充、可升級、設計周期短的優(yōu)勢，設計了一種可以靈活配置，易升級維護的車(chē)道偏離預警系統。

1 系統的總體技術(shù)路線(xiàn)
根據系統功能需求，將系統的處理流程分為圖像預處理、特征提取、特征判別三個(gè)階段，如圖1所示。

(1)圖像預處理。系統通過(guò)攝像機獲取車(chē)輛行駛前方的車(chē)道圖像，通過(guò)數字圖像處理技術(shù)完成數字圖像的采集、灰度化和濾波增強；
(2)特征提取。利用Sobel邊緣檢測算法完成圖像的邊緣檢測，并以此為基礎利用Hough變換完成車(chē)道線(xiàn)檢查；
(3)特征判別。根據檢測出的車(chē)道標志線(xiàn)信息，利用邊緣檢測函數EDF做出相關(guān)的偏離判決。

2 系統的硬件設計
基于FPGA的車(chē)道偏離檢測系統的硬件組成如圖2所示。系統利用CCD攝像機采集車(chē)道圖像，通過(guò)視頻模數轉換芯片ADV7181對獲取的視頻進(jìn)行解碼，得到數字視頻信啟，并將其存儲于SDRAM中供LCD進(jìn)行顯示，并作為原始信息供之后的圖像信號處理單元完成圖像處理任務(wù)，從中提取車(chē)道信息。

內嵌于FPGA的軟核處理器Nios II為整個(gè)系統的控制核心，完成系統整體軟件流程執行控制、Hough變換、車(chē)道檢測以及碰撞預警任務(wù)；Nios II處理器通過(guò)Avalon交換架構與SOPC系統其他組件完成數據交換和控制。FPGA內部構件的圖像信號處理單元完成對數字圖像信號的預處理、中值濾波除噪、Sobel邊緣檢測等任務(wù)，其處理結果作為Nios II進(jìn)行車(chē)道偏離檢測的依據。
外圍存儲器件SDRAM、FLASH、SRAM，SDRAM用以存儲圖像信息，FLASH用以存儲程序以及系統參數配置，SRAMN以存儲軟件暫存數據：系統以按鍵、LCD作為人機接口。
附加邏揖完成系統的其他輔助任務(wù)。