基于FPGA的双光幕测速系统设计与实现

基于FPGA的双光幕测速系统设计与实现基于FPGA的双光幕测速系统设计与实现摘要：随着科技的发展和社会的进步，测速系统在交通管理中发挥着重要的作用。本文提出了一种基于FPGA的双光幕测速系统设计和实现方案。该系统利用FPGA的高速并行处理能力和可编程特性，通过双光幕和图像处理算法实现了对车辆速度的准确检测。通过实验验证，该系统具有较高的测速精度和实时性，可以满足实际交通管理的需求。关键词：FPGA；双光幕；测速系统；图像处理一、引言测速系统作为交通管理中的重要组成部分，广泛应用于道路交通的速度监测、违法行为的抓拍等场景中。传统的测速系统通常使用雷达或激光测距等技术来实现对车辆速度的测量。然而，这些传统方法存在一些局限性，如精度不高、成本高等问题。而基于FPGA的双光幕测速系统通过利用FPGA的高速并行处理能力和可编程特性，结合双光幕和图像处理算法，可以实现对车辆速度的准确检测。二、系统原理该系统由两个光幕组成，分别位于车辆行驶的两个位置上。当车辆经过光幕时，光幕将被遮挡，FPGA系统通过图像处理算法检测车辆通过的时间，从而计算出车辆的速度。系统结构图如图1所示。图1：基于FPGA的双光幕测速系统结构图三、图像处理算法为了实现对车辆速度的准确检测，需要对通过光幕的图像进行处理。本系统采用了一种简单且有效的图像处理算法。首先，将车辆通过光幕时的图像进行二值化处理，得到车辆的轮廓。然后，利用边缘检测算法提取轮廓的边缘信息，计算出车辆通过时的时间。最后，根据时间和光幕之间的距离，可以计算出车辆的速度。四、FPGA系统设计与实现FPGA系统是整个测速系统的核心部分。本系统选择了一种高性能的FPGA开发板，以满足实时性和运算复杂度的要求。FPGA系统的设计包括以下几个步骤：1.硬件设计：根据系统需求和图像处理算法，设计FPGA系统的硬件结构。包括图像输入模块、图像处理模块、计算模块等。2.硬件描述语言编程：利用硬件描述语言（如VHDL或Verilog）对系统进行编程。根据硬件设计的结果，编写对应的代码来实现图像处理算法和计算功能。3.逻辑综合与布局布线：通过逻辑综合和布局布线工具，将设计的硬件电路转换成物理电路。同时，根据设计需求进行时序约束和时钟频率设置。4.配置FPGA芯片：将综合和布线生成的bit文件配置到FPGA芯片中，完成FPGA系统的配置。五、实验与结果分析为了验证基于FPGA的双光幕测速系统的效果，进行了一系列的实验。通过与传统测速系统的对比实验，结果表明基于FPGA的双光幕测速系统具有较高的测速精度和实时性。同时，在不同车辆速度和不同光照条件下，系统仍然能够稳定地进行测速。六、结论本文提出了一种基于FPGA的双光幕测速系统设计和实现方案。通过利用FPGA的高速并行处理能力和可编程特性，结合双光幕和图像处理算法，实现了对车辆速度的准确检测。实验表明，该系统具有较高的测速精度和实时性，能够满足实际交通管理的需求。随着FPGA技术的不断发展和演进，该系统在未来有望进一步优化和推广应用。参考文献：[1]徐洪丽,王红楠,顾的民,等.基于图像处理算法的测速系统研究[J].测绘与空间地理信息,2017,40(4):159-163.[2]王勇,李超,张明,等.基于FPGA的测速系统设计与实现[J].光电工程,2018,45(2):83-89.[3]施警辉,吴进,沈益民.FPGA设计与开发实践[M].电子工业出版社,2019.致谢：本论文的研究成果得到了XX基金的资助，在此