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嵌入式车牌定位与分割系统的设计与实现

作　者: 张凯
导　师: 蔡安妮
学　校: 北京邮电大学
专　业: 通信与信息系统
关键词: 车牌识别算法优化软件流水 DSP汇编优化视频处理板
分类号: TP391.41
类　型: 硕士论文
年　份: 2011年
下　载: 72次
引　用: 2次
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内容摘要

车牌识别LPR (License Plate Recognition)是指通过计算机视觉、图像处理与模式识别等技术从车辆图像中提取车牌字符信息,从而确定车辆身份的技术。嵌入式车牌识别系统以其较高的灵活性,成为现代智能交通系统的重要组成部分,在公共安全、交通管理及电子收费等方面有着重要的应用价值。嵌入式车牌识别系统需要实时处理监控画面,因此它需要高性能、高效率的车牌识别算法,以及稳定的硬件系统支持。本文对车牌识别算法以及嵌入式硬件系统进行了深入的研究,并最终实现了一个嵌入式车牌识别系统。本文首先针对DSP平台的特性,对已有的车牌定位和字符分割算法进行了移植和优化。本文的优化从三个级别上进行,分别是算法级别、C语言级别和汇编级别。在算法层面上,本文从识别率和运行效率两个方面对浮点算法进行了优化。为了适合定点DSP处理,本文把浮点算法转化为定点算法。在C语言层面,本文针对DSP平台的流水线和并行处理单元,使用软件流水技术对算法中的关键循环进行了优化。最后,针对算法中运算量较大的关键函数,本文编写了线性汇编代码,使算法可以充分利用DSP特有的高级指令集等处理资源。经过以上三个层面的优化,车牌定位和分割算法可以实时的运行于DSP平台上。车牌识别电路板以TMS320DM642为核心,包括4路视频采集、以太网通信、扩展存储器等模块。针对该电路板,本文还开发了板级支持包(BSP)。该BSP提供了系统板的驱动函数,包括初始化、视频采集、FLASH读写、12C控制等。最后,本文使用二次boot的模式,设计了系统的自动启动方案。硬件电路、BSP和自启动一起构成了一个完整的硬件平台。利用DSP/BIOS实时内核,本文对软件和硬件进行了系统集成。该系统使用PC机作为客户端,DSP平台作为服务器,使用以太网进行数据传输。客户端向DSP系统提交图像,经DSP系统自动识别之后,将结果传回客户端。服务器系统使用多线程设计模式,可以并行的进行图像接收、处理和发送工作。本文设计的车牌识别系统可以在40ms内完成一幅图像的处理工作,达到了视频处理的实时性要求。对车牌在图像中的位置和图像大小没有限制,有较好的识别率和鲁棒性。

全文目录

摘要  4-5
ABSTRACT  5-10
第一章绪论  10-17
  1.1 课题的研究背景  10-13
    1.1.1 智能交通概述  10-11
    1.1.2 车牌识别系统  11-12
    1.1.3 课题的研究意义  12-13
  1.2 国内外的研究现状  13-14
  1.3 主要工作成果  14-16
    1.3.1 算法优化和移植  15
    1.3.2 硬件部分  15-16
    1.3.3 系统部分  16
  1.4 论文的内容安排  16-17
第二章嵌入式车牌识别系统综述  17-26
  2.1 车牌识别算法  17-19
    2.1.1 图像预处理  17
    2.1.2 车牌定位  17-18
    2.1.3 车牌二值化  18-19
    2.1.4 车牌字符分割  19
    2.1.5 车牌字符识别  19
  2.2 嵌入式DSP硬件系统  19-23
    2.2.1 DSP处理器  19-22
    2.2.2 视频采集芯片  22
    2.2.3 存储器扩展  22-23
    2.2.4 通信模块  23
  2.3 嵌入式软件系统  23-26
    2.3.1 CCStudio集成开发环境  23
    2.3.2 芯片支持库(CSL)  23-24
    2.3.3 板级支持包(BSP)  24
    2.3.4 DSP/BIOS实时操作系统  24-26
第三章车牌定位和分割算法移植与优化  26-55
  3.1 本章引言  26
  3.2 车牌定位和分割算法移植  26-28
    3.2.1 C++算法转C算法  26-27
    3.2.2 重写部分OpenCV函数  27-28
    3.2.3 编写连接命令文件  28
  3.3 浮点算法优化  28-35
    3.3.1 算法优化概述  29-30
    3.3.2 图像预处理算法优化  30-31
    3.3.3 车牌定位算法优化  31-33
    3.3.4 车牌校正算法优化  33-34
    3.3.5 字符分割算法优化  34
    3.3.6 浮点算法优化的测试结果  34-35
  3.4 浮点算法转定点算法  35-38
    3.4.1 浮点数的定点表示  35-36
    3.4.2 合理定标  36
    3.4.3 浮点四则运算的定点表示  36-38
    3.4.4 性能提升测试  38
  3.5 基于DSP的定点算法优化  38-52
    3.5.1 TMS320DM642 CPU及流水线简介  38-40
    3.5.2 编译器自动优化  40-41
    3.5.3 基于并行资源的C代码优化  41-48
    3.5.4 基于指令集的C代码优化  48-51
    3.5.5 线性汇编优化  51-52
  3.6 本章小结  52-55
第四章车牌识别硬件系统设计  55-74
  4.1 整体方案选择  55-57
  4.2 系统原理图设计  57-62
    4.2.1 电源分配模块  57-58
    4.2.2 时钟和复位模块  58-59
    4.2.3 DSP复位配置  59
    4.2.4 外部存储扩展  59-60
    4.2.5 通信模块  60-61
    4.2.6 I2C模块  61
    4.2.7 视频采集模块  61-62
  4.3 PCB设计  62-64
    4.3.1 PCB叠层结构  62-63
    4.3.2 PCB布局  63
    4.3.3 PCB布线  63-64
  4.4 PCB制作与系统调试  64-65
    4.4.1 电气测试  64-65
    4.4.2 功能测试  65
  4.5 板级支持包(BSP)设计  65-71
    4.5.1 DSP初始化  65-66
    4.5.2 FLASH存取  66-67
    4.5.3 I2C驱动  67-68
    4.5.4 视频采集  68-71
  4.6 上电启动过程设计  71-73
  4.7 本章小结  73-74
第五章基于DSP/BIOS的系统集成  74-81
  5.1 使用NDK进行网络通信  74-76
    5.1.1 NDK简介  74-75
    5.1.2 配置NDK  75-76
    5.1.3 使用socket接口进行网络通信  76
  5.2 图像存储和传输机制  76-78
    5.2.1 图像存储设计  76-77
    5.2.2 图像传输设计  77-78
  5.3 基于DSP/BIOS的服务器设计  78-79
  5.4 基于MFC的客户端设计  79
  5.5 资源分配  79-80
  5.6 本章小结  80-81
第六章结束语  81-83
  6.1 论文总结  81
  6.2 工作展望  81-83
参考文献  83-86
缩略语  86-87
致谢  87-88
攻读硕士学位期间已发表学术论文  88

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