基于 RK3399 5G 通信和图像增强算法的交通监控系统设计
时间：2022-10-12 03:00:01
现代交通发展迅速
，
同时也提高了交通效率
率
，
确保交通安全
，
加强交通管理等诸多问题
。
因
找到有效的方法对交通道路进行高效准确的监督
控制具有重要意义
。
采用更先进的通信技术和图像
处理技术
，
合理控制交通流量
，
预
预防交通事故
［1］
。
目前，我国道路监控系统的信息传输
，
大
部分采用有线传输的方式
，
虽然带有有线传输
宽大
，
但布线和后期维护成本高
。
王轲等
［2］
采
视频信息通过无线通信传输
。
但由于带宽
限制不能满足实时传输的条件
，
对路况对路况的信
利息判断的准确性
。
随着
5G
技术的应用
，
无线通信
大大提高了速率和稳定性
［3］
。
同时
，
恶
影响交通监控图像清晰度的恶劣天气条件也会降低
低路况信息判断的准确性
。
王卫星等
［4］
提出了结
合改进
Retinex
雾霾公路交通图像和分阶段微分增加
初始阶段微分掩膜增强反射分量
。
董 炜
等
［5］
以改进为基础
Retinex
城市交通图像增加
强算法
，
输入图像的光分量利用引导滤波器获取
，
对反射分量进行分级积分
，
处理后的反转
射分量与射分量相乘
，
获得最终的增强图像。
上述算法对雾天交通监控图像有很好的增强效果
果
，
但户外交通环境复杂
，
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
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
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-
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
。
