• 基于 RK3399 5G 通信和图像增强算法的交通监控系统设计

    现代交通迅速发展 ， 同时也带来了提高交通效
    率 ， 保障交通安全 ， 加强交通管理等诸多问题 。 因
    此寻找有效的方法对交通道路实施高效准确的监
    控具有重要意义 。 采用更先进的通信技术和图像
    处理技术 ， 就能够实现对交通流量的合理管控 ， 预
    防交通事故发生 ［1］ 。
    目前中国道路监控系统在信息传输方面 ， 大
    部分采用的是有线传输的方式 ， 有线传输虽然带
    宽大 ， 但是布线和后期维护成本高 。 王轲等 ［2］ 采
    用无线通信的方式传输视频信息 。 但是由于带宽
    限制无法满足实时传输的条件 ， 将降低对路况信
    息判断的准确性 。 随着 5G 技术的应用 ， 无线通信
    的速率和稳定性都得到极大的提高 ［3］ 。 同时 ， 恶
    劣的天气条件影响交通监控图像的清晰度也会降
    低路况信息判断的准确性 。 王卫星等 ［4］ 提出了结
    合改进 Retinex 和分阶微分的雾霾公路交通图像增
    强 ， 利用快速引导滤波来估计初始照射分量 ， 采用
    初始分阶微分掩膜对反射分量进行增强 。 董 炜
    等 ［5］ 提出了基于改进 Retinex 的城市交通图像增
    强算法 ， 利用引导滤波求取输入图像的光照分量 ，
    对反射分量进行分数阶积分掩膜 ， 将处理后的反
    射分量与照射分量相乘 ， 得到最终的增强图像。
    以上算法均对雾天交通监控图像有良好的增强效
    果 ， 但是在户外交通环境复杂 ， 除雾霾外 ， 光线不
    足也会对交通监控图像识别造成很大的影响 。 虽
    然红外相机以被广泛应用于监控领域 ［6］ ， 但是红
    外相机的使用是有条件限制的 ， 只有当物体温度
    高于环境温度 ， 红外相机才能拍摄到物体 。 而传
    统的视频增强技术 ， 例如直方图均衡化在视频序
    列的实时处理中效果并理想 。
    针对以上问题 ， 提出一种交通监控系统 ， 利用
    5G 无线通信传输视频信息 ， 并在服务器端采用改进
    单尺度 Retinex 算法获得去雾后的图像 ， 通过反转图
    像利用大气散射模型对低照度图像的亮度进行增
    强 ， 最后将去雾后的图像与亮度增强后的图像进行
    加权融合 ， 降低雾霾和低照度对系统成像的影响 ，
    提高识别算法的准确性 。
    1 系统整体方案
    本系统是由电荷耦合器件图像传感器 ( charge
    coupled device ， CCD ) 、5G 无线通信模块 、 服务器和
    客户端组成 。 利用 CCD 采集交通视频信息 ，5G 通信模块将
    采集到的视频信息传输到服务控制中心 ， 在服务器
    端先对视频图像进行预处理 ， 对雾天图像和低照度
    图像进行去雾和提升亮度的操作 ， 提高对比度和清
    晰度并进行存储 。 接着采用交通事件识别算法对
    交通事件进行识别 ， 最后将识别的信息发送到客户
    端进行预警 。 系统整体结构如图 1 所示 。
    2 终端系统设计
    2. 1 基于 5G 无线通信的无线传输
    对于交通监控系统而言 ， 信息的收集和分析是
    十分重要的 。 信息数据的收集效率越高 ，管理人员
    对各种交通事件做出反应的时间就越短 。 因此本
    系统采用 5G 无线通信的方式传输视频信息 。 实时
    高清视频流的传输需要带宽达到一定的大小并且
    能够保持稳定 ， 带宽的波动会影响视频传输的稳定
    性 。 分别测试 D1 、
    720P 和 1 080P 3 种格式的每秒
    15 帧的视频流所占带宽大小 ， 如表 1 所示 。

    1 080P 格式的视频的分辨率最高 ， 因此视频监
    控图像的细节信息也最丰富 ， 相应的 1080P 格式的
    视频所占带宽也最大 。 目前 ， 中国 4G 网络理论下
    行速率是 100 Mbps ， 上行速率是 50 Mbps 。 而 5G 网
    络下行速率可达到 1. 4 Gbps ， 上 行 速 率 可 达 到
    284 Mbps ［
    6 ］ 。 在实际使用过程中单个设备能达到
    理论值的 1 /4 ， 因此使用 5G 无线通信 ， 能使 1 080P
    的监控视频到达实时传输的要求 。
    2. 2 终端硬件选型与设计
    终端硬件主要包括 CCD 传感器 、 RK3399 处理
    器和 MH5000 通信模组 3 个部分 。
    ( 1 ) CCD 传感器 : 采用 MV-EM510M/C 型号的 CCD
    相机 。 最高分辨率为 2 456 ×2 058 ， 最高帧率为 15 fps 。
    ( 2 ) MH5000 通信模组 : MH5000 是华为首款单
    芯多模 5G 工业模组 ， 支持 5G SA/NSA 双模 ， 上行速
    率可达 230 Mbps ， 下行速率可达 2 Gbps 。
    ( 3 ) RK3399 处理器 : RK3399 具有强大的视像
    处理器 ， 双图像信号处理 ( image signal processing ，
    ISP ) 具有 800 MPix /s 的像素处理能力 ， 支持双摄像
    头的同时数据输入和高级处理 ， 能够流畅的实现
    H． 264 编解码的功能 ， 能够同时进行两路视频编码
    和五路视频解码 。 并且拥有丰富的外围接口 ， 支持
    RJ45 千兆网口和 USB3. 0 Type-C 双端口 ， 为数据的
    高效传输提供了硬件基础 。
    CCD 传感器通过网线与 RK3399 主板相连 。 在
    终端系统工作时 ， RK3399 对 CCD 传感器采集的原
    始图像进行编码 ， 将实时视频流通过 USB3. 0 接口
    传输至 MH5000 无线通信模组 ， 同时在存储设备内
    进行存储 。 终端硬件结构如图 2 所示 。
    2. 2. 1 千兆网口设计
    本系统中用于连接 CCD 传感器的千兆网口设
    计采用了 RTL8153-VB-CG 低功耗 USB 3. 0-to-Giga-
    bit Ethernet 控制芯片 ， 将 RK3399 的一个 USB3. 0 接
    口转换为千兆网口 。 原理图如图 3 所示 。
    2. 2. 2
    5G 通信模组设计
    5G 模 组 包 含 4 个 天 线 接 口 ( ANT0 、 ANT1 、
    ANT2 、 ANT3 ) 、 一个 USB3. 0 接口和高速串行计算机
    扩展总线 ( peripheral component interconnect express ，
    PCIE ) 接口 。 5G 模组硬件框架如图 4 所示 。
    MH5000 状态控制电路如图 5 所示 ， 可以看出 ，
    本系统中 MH5000 状态控制可分为手动模式和自动
    模式 。 手动模式可通过按下按键 PWRON ， 来拉低
    MH5000 对应引脚的电位 。 自动模式下通过 STM32
    输出一 个 控 制 信 号 ， 使 得 MOS 管 Q1 导 通 ， 拉 低
    MH5000 对应引脚的电位 ， 实现控制 MH5000 模组
    工作状态的功能 。

     

     

     

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  • 原文地址：https://blog.csdn.net/YEYUANGEN/article/details/125625899