基于DM642的铁路路障视频报警系统设计(2)

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　　2.1.6 无线收发模块

　　Nordic公司推出的nRF401是一个为433 MHz ISM频段设计的真正UHF无线收发芯片，采用FSK调制技术，在无线防盗和井下定位无线数据采集等系统中均有应用。本系统采用2片nRF401作为无线收发设备，1片随系统装置安装在铁道监控点，设置为发送模式，即TXEN=1，将其DIN接口与FPGA设计的8 bit字输出口中的其中一位相连，当系统判断出现路障时，即通过对FPGA的控制向DIN口发出报警信号。另一片安装在驾驶室，设置为接收模式，即TXEN=0，其DOUT接口与报警器相连，当其接收到报警信号后，便驱动报警器通知列车司机。DIN是数据发送脚，连到该脚的电平必须是CMOS电平，最高速率是20 kb/s，无需进行数据编码，若DIN=“1”，则f=f0+Δf;若DIN=“0”，则f=f0-Δf。DOUT是解调输出脚，标准的CMOS电平输出，若f=f0+Δf，则DOUT=“1”;若f=f0-Δf，则DOUT=“0”。

　　2.2 系统软件设计

　　本系统是基于DSP的实时图像采集处理系统，其软件工作过程主要分为3个阶段：(1)铁路框架提取及监测范围定标;(2)循环检测指定范围内路障并判断动向;(3)根据路障类型发送报警信号。

　　2.2.1 铁路框架提取及监测范围定标

　　当系统开始运行时，首先由CCD摄像头将捕获的图像信息以结构帧的形式经过视频解码芯片解码成BT.656视频流传送给视频处理板的视频接口，DSP以EDMA方式接收视频口数据并存入板载的SDRAM，该初始提取图像作为提取铁轨框架的基图像。

　　在铁轨框架提取阶段，首先经过直方图均衡化和自适应Canny边缘检测，得到包含路轨框架信息的曲线簇，然后根据判定准则从该曲线簇中提取出最接近路轨条件的初始化框架曲线，最后根据接续准则将初始化框架曲线进行接续，构成程序能够达到的完整的铁轨框架。

　　获取铁轨框架后，将框架边线适当外扩，得到最终的路障监测区域。该阶段仅在系统初始化程序中执行一次。

　　2.2.2 循环检测指定范围内路障并判断动向

　　当路轨监测范围定标之后，系统进入路障实时跟踪阶段。该阶段将对图像进行实时捕获。

　　首先是背景帧的获取。每隔一定的循环次数，如果当前实时捕获的图像经过判定后不需要报警，则将其设置为背景帧图像，否则继续循环判断。

　　在周期更替的背景帧确定后，开始路障监测。将每次获取的新图像与当前背景帧做差，并进行基本的形态学操作(二值化、腐蚀等)后，进入路障判定阶段。

　　如果发现差值较大且具有广泛分布性，则判定为光线变化，此时不报警，但立即用当前图像更新背景帧;如果差值很小，可以忽略，则不报警继续循环捕获新的实时图像;如果差值处于路障判定范围内，则将相差部分与铁轨标定范围相与，根据得到的不同结果分别对待。

　　(1)如果结果较大，则说明此时有障碍物处于路轨范围内，但不确定其动向，等待下一次循环捕获图像进行动向判定，且此时即使达到更换背景帧的循环次数也不进行更替;如果随后的环处理仍然发现有障碍物且运动情况不足以确保安全，则判定为报警事件;否则其动向判定为处于安全范围，为非报警事件。

　　(2)如果结果较小，则说明障碍物可忽略或处于铁轨范围之外，归类为非报警事件。

　　2.2.3 报警信号发送

　　如果经过程序处理得到报警事件，则向行驶机车进行路障报警。

　　3 系统测试

　　当铁轨上出现影响列车安全运行的路障时，报警系统能够对路障进行有效识别，产生报警信号，经无线收发装置向机车司机报警。

　　本文所设计实现的铁路路障视频报警装置的嵌入式硬件结构使整个系统便于安装和调试，能够适应恶劣复杂的现场环境。基于TMS320DM642专业视频处理平台的视频图像处理算法能够准确提取直线和曲线铁轨框架并确定报警区域，有效判断识别影响列车行车安全的铁路路障。无线传输技术的采用有效解决了报警信号向运动列车的传输问题。本系统不仅适用于铁路平交道口，还适用于铁路转弯处、隧道出入口以及隧道内，能有效减少路外伤亡事故，具有广阔的应用前景。