主頁（http://www.130131.com）：基于DM642的鐵路路障視頻報(bào)警系統(tǒng)設(shè)計(jì)(2)

　　2.1.6 無線收發(fā)模塊

　　Nordic公司推出的nRF401是一個(gè)為433 MHz ISM頻段設(shè)計(jì)的真正UHF無線收發(fā)芯片，采用FSK調(diào)制技術(shù)，在無線防盜和井下定位無線數(shù)據(jù)采集等系統(tǒng)中均有應(yīng)用。本系統(tǒng)采用2片nRF401作為無線收發(fā)設(shè)備，1片隨系統(tǒng)裝置安裝在鐵道監(jiān)控點(diǎn)，設(shè)置為發(fā)送模式，即TXEN=1，將其DIN接口與FPGA設(shè)計(jì)的8 bit字輸出口中的其中一位相連，當(dāng)系統(tǒng)判斷出現(xiàn)路障時(shí)，即通過對(duì)FPGA的控制向DIN口發(fā)出報(bào)警信號(hào)。另一片安裝在駕駛室，設(shè)置為接收模式，即TXEN=0，其DOUT接口與報(bào)警器相連，當(dāng)其接收到報(bào)警信號(hào)后，便驅(qū)動(dòng)報(bào)警器通知列車司機(jī)。DIN是數(shù)據(jù)發(fā)送腳，連到該腳的電平必須是CMOS電平，最高速率是20 kb/s，無需進(jìn)行數(shù)據(jù)編碼，若DIN=“1”，則f=f0+Δf;若DIN=“0”，則f=f0-Δf。DOUT是解調(diào)輸出腳，標(biāo)準(zhǔn)的CMOS電平輸出，若f=f0+Δf，則DOUT=“1”;若f=f0-Δf，則DOUT=“0”。

　　2.2 系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)

　　本系統(tǒng)是基于DSP的實(shí)時(shí)圖像采集處理系統(tǒng)，其軟件工作過程主要分為3個(gè)階段：(1)鐵路框架提取及監(jiān)測(cè)范圍定標(biāo);(2)循環(huán)檢測(cè)指定范圍內(nèi)路障并判斷動(dòng)向;(3)根據(jù)路障類型發(fā)送報(bào)警信號(hào)。

　　2.2.1 鐵路框架提取及監(jiān)測(cè)范圍定標(biāo)

　　當(dāng)系統(tǒng)開始運(yùn)行時(shí)，首先由CCD攝像頭將捕獲的圖像信息以結(jié)構(gòu)幀的形式經(jīng)過視頻解碼芯片解碼成BT.656視頻流傳送給視頻處理板的視頻接口，DSP以EDMA方式接收視頻口數(shù)據(jù)并存入板載的SDRAM，該初始提取圖像作為提取鐵軌框架的基圖像。

　　在鐵軌框架提取階段，首先經(jīng)過直方圖均衡化和自適應(yīng)Canny邊緣檢測(cè)，得到包含路軌框架信息的曲線簇，然后根據(jù)判定準(zhǔn)則從該曲線簇中提取出最接近路軌條件的初始化框架曲線，最后根據(jù)接續(xù)準(zhǔn)則將初始化框架曲線進(jìn)行接續(xù)，構(gòu)成程序能夠達(dá)到的完整的鐵軌框架。

　　獲取鐵軌框架后，將框架邊線適當(dāng)外擴(kuò)，得到最終的路障監(jiān)測(cè)區(qū)域。該階段僅在系統(tǒng)初始化程序中執(zhí)行一次。

　　2.2.2 循環(huán)檢測(cè)指定范圍內(nèi)路障并判斷動(dòng)向

　　當(dāng)路軌監(jiān)測(cè)范圍定標(biāo)之后，系統(tǒng)進(jìn)入路障實(shí)時(shí)跟蹤階段。該階段將對(duì)圖像進(jìn)行實(shí)時(shí)捕獲。

　　首先是背景幀的獲取。每隔一定的循環(huán)次數(shù)，如果當(dāng)前實(shí)時(shí)捕獲的圖像經(jīng)過判定后不需要報(bào)警，則將其設(shè)置為背景幀圖像，否則繼續(xù)循環(huán)判斷。

　　在周期更替的背景幀確定后，開始路障監(jiān)測(cè)。將每次獲取的新圖像與當(dāng)前背景幀做差，并進(jìn)行基本的形態(tài)學(xué)操作(二值化、腐蝕等)后，進(jìn)入路障判定階段。

　　如果發(fā)現(xiàn)差值較大且具有廣泛分布性，則判定為光線變化，此時(shí)不報(bào)警，但立即用當(dāng)前圖像更新背景幀;如果差值很小，可以忽略，則不報(bào)警繼續(xù)循環(huán)捕獲新的實(shí)時(shí)圖像;如果差值處于路障判定范圍內(nèi)，則將相差部分與鐵軌標(biāo)定范圍相與，根據(jù)得到的不同結(jié)果分別對(duì)待。

　　(1)如果結(jié)果較大，則說明此時(shí)有障礙物處于路軌范圍內(nèi)，但不確定其動(dòng)向，等待下一次循環(huán)捕獲圖像進(jìn)行動(dòng)向判定，且此時(shí)即使達(dá)到更換背景幀的循環(huán)次數(shù)也不進(jìn)行更替;如果隨后的環(huán)處理仍然發(fā)現(xiàn)有障礙物且運(yùn)動(dòng)情況不足以確保安全，則判定為報(bào)警事件;否則其動(dòng)向判定為處于安全范圍，為非報(bào)警事件。

　　(2)如果結(jié)果較小，則說明障礙物可忽略或處于鐵軌范圍之外，歸類為非報(bào)警事件。

　　2.2.3 報(bào)警信號(hào)發(fā)送

　　如果經(jīng)過程序處理得到報(bào)警事件，則向行駛機(jī)車進(jìn)行路障報(bào)警。

　　3 系統(tǒng)測(cè)試

　　當(dāng)鐵軌上出現(xiàn)影響列車安全運(yùn)行的路障時(shí)，報(bào)警系統(tǒng)能夠?qū)β氛线M(jìn)行有效識(shí)別，產(chǎn)生報(bào)警信號(hào)，經(jīng)無線收發(fā)裝置向機(jī)車司機(jī)報(bào)警。

　　本文所設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)的鐵路路障視頻報(bào)警裝置的嵌入式硬件結(jié)構(gòu)使整個(gè)系統(tǒng)便于安裝和調(diào)試，能夠適應(yīng)惡劣復(fù)雜的現(xiàn)場(chǎng)環(huán)境�；�于TMS320DM642專業(yè)視頻處理平臺(tái)的視頻圖像處理算法能夠準(zhǔn)確提取直線和曲線鐵軌框架并確定報(bào)警區(qū)域，有效判斷識(shí)別影響列車行車安全的鐵路路障。無線傳輸技術(shù)的采用有效解決了報(bào)警信號(hào)向運(yùn)動(dòng)列車的傳輸問題。本系統(tǒng)不僅適用于鐵路平交道口，還適用于鐵路轉(zhuǎn)彎處、隧道出入口以及隧道內(nèi)，能有效減少路外傷亡事故，具有廣闊的應(yīng)用前景。