專利名稱：一種基于圖像處理的智能交通燈的控制方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種智能交通燈的控制方法，尤其涉及一種基于圖像處理的智能交通燈的控制方法，具體適用于對(duì)智能交通燈實(shí)現(xiàn)高效性、智能性、實(shí)用性控制。
背景技術(shù)：
目前，國(guó)內(nèi)使用的交通燈控制方法主要分為定時(shí)分配方式、感應(yīng)式控制方式和監(jiān)控室控制方式。
定時(shí)分配方式是指按照預(yù)先設(shè)定的配時(shí)方案對(duì)交通信號(hào)進(jìn)行控制，也稱周期控制。定時(shí)分配方式所需的設(shè)備簡(jiǎn)單、投資最省、維護(hù)方便，是一種廣泛采用的基本控制方式， 適用于交通流變化比較規(guī)律的交通狀況。但其缺乏靈活性，如在車輛多的相位易出現(xiàn)車輛堆積，從而造成下一路口的交通堵塞，而在通行時(shí)間內(nèi)某相位無(wú)車時(shí)，又會(huì)出現(xiàn)交通指揮盲點(diǎn)，此外也缺乏緊急車位的考慮。因此定時(shí)分配方式的靈活性較差。
感應(yīng)式控制方式是指在交叉路口進(jìn)口道上設(shè)置車輛檢測(cè)器，控制信號(hào)可隨車輛檢測(cè)器檢測(cè)到的車流信息而隨時(shí)改變的一種控制方式。感應(yīng)信號(hào)是可由地感線圈或磁道釘檢測(cè)到的車流信號(hào)，此外，人行過(guò)街線附近設(shè)置行人過(guò)街按鈕的行人按鈕信號(hào)也是一種感應(yīng)式信號(hào)。感應(yīng)式控制方式常使用于交通流不大且不規(guī)律的交通情況，具有一定靈活性，但其控制設(shè)備的安裝成本大，需定時(shí)維護(hù)。因此感應(yīng)式控制方式的安裝使用成本較大、應(yīng)用范圍較窄。
監(jiān)控室控制方式是通過(guò)各相位的攝像頭視頻設(shè)備將路口實(shí)時(shí)交通狀況傳遞到監(jiān)控室，由人工調(diào)控交通燈控制交通狀況。監(jiān)控室控制方式的靈活性較高，但需人工干預(yù)，工作量大。因此監(jiān)控室控制方式的使用成本較大。
中國(guó)專利授權(quán)公告為CN101799987B，授權(quán)公告日為2011年11月9日的發(fā)明專利公開了一種智能交通燈的自適應(yīng)式控制方法，該種交通燈控制方法的原理是利用計(jì)算機(jī)視覺(jué)技術(shù)，對(duì)車道上的車輛和人行橫道處的行人情況進(jìn)行提取，并根據(jù)所提取的情況實(shí)現(xiàn)該處交通紅綠燈的自動(dòng)控制。其中包括圖像采樣模塊、圖像處理及理解模塊、仲裁控制模塊以及警示燈顯示模塊。通過(guò)圖像采樣模塊獲得當(dāng)前車輛區(qū)域以及行人區(qū)域的采集圖像；通過(guò)背景減獲得當(dāng)前的車輛以及行人的前景部分，再根據(jù)提取邊緣特征提取車輛，及根據(jù)人臉及形體特征提取行人部分，并計(jì)算對(duì)應(yīng)區(qū)域的車輛及行人密度。若某時(shí)車輛等候區(qū)域中車輛密度高于某一閾值時(shí)，則允許行人通行；若某時(shí)行人等候區(qū)域內(nèi)密度高于某一閾值時(shí)，則允許車輛通行。若某一時(shí)刻車輛密度與行人密度均低于對(duì)應(yīng)另一閾值時(shí)，則按照普通情況的等間隔時(shí)間變換警示燈信號(hào)。雖然該發(fā)明特別適用于高峰時(shí)期的人流控制，但其著重于通過(guò)車輛、行人的密度來(lái)控制交通燈，偏重于處理車輛與行人之間的關(guān)系，而不能根據(jù)車流量的不同對(duì)交通燈進(jìn)行高效與實(shí)用的即時(shí)控制，靈活性較差；同時(shí)，該發(fā)明不僅需要額外檢測(cè)行人信息，增加了工作量，而且需要采取高科技的方法對(duì)行人信息進(jìn)行檢測(cè)，大大增加了使用成本；再次，該發(fā)明依賴車輛、行人之間的密度關(guān)系對(duì)交通燈進(jìn)行控制，而現(xiàn)實(shí)中交通燈的控制對(duì)象卻主要是車輛，甚至有些地方只存在車輛，這就會(huì)限制該發(fā)明的應(yīng)用范圍。發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是克服現(xiàn)有技術(shù)中存在的靈活性較差、安裝使用成本較高、應(yīng)用范圍較窄的缺陷與問(wèn)題，提供一種靈活性較強(qiáng)、安裝使用成本較低、應(yīng)用范圍較廣的基于圖像處理的智能交通燈的控制方法。
為實(shí)現(xiàn)以上目的，本發(fā)明的技術(shù)解決方案是一種基于圖像處理的智能交通燈的控制方法，該控制方法依次包括圖像采集步驟、圖像處理步驟與綠燈控制步驟；所述智能交通燈包括圖像采集模塊、圖像處理模塊與模糊控制模塊，所述圖像采集模塊包括FPGA系統(tǒng)模塊及其上連接的CMOS圖像傳感器、外圍控制設(shè)施、IXD顯示模塊與 SDRAM存儲(chǔ)器，且在FPGA系統(tǒng)模塊內(nèi)部設(shè)置有CMOS控制器與SDRAM控制器；所述圖像采集模塊執(zhí)行圖像采集步驟，所述圖像處理模塊執(zhí)行圖像處理步驟，所述模糊控制模塊執(zhí)行綠燈控制步驟；所述圖像采集步驟先進(jìn)行系統(tǒng)初始化，即由FPGA系統(tǒng)模塊內(nèi)的CMOS控制器、SDRAM 控制器分別初始化CMOS圖像傳感器與SDRAM存儲(chǔ)器，初始化CMOS圖像傳感器的目的在于配置其內(nèi)部的寄存器，初始化完成后，由CMOS圖像傳感器將現(xiàn)場(chǎng)采集的模擬圖像信息按設(shè)定的RGB圖像編碼方式轉(zhuǎn)換為由多個(gè)像素?cái)?shù)據(jù)組成的數(shù)字圖像信息，再由CMOS圖像傳感器將該數(shù)字圖像信息以像素?cái)?shù)據(jù)為單位一個(gè)一個(gè)的依次輸出給FPGA系統(tǒng)模塊，同時(shí)發(fā)出幀同步、場(chǎng)同步、像素輸出時(shí)鐘信號(hào)，當(dāng)FPGA系統(tǒng)模塊內(nèi)的CMOS控制器被幀同步、場(chǎng)同步的邏輯組合信號(hào)觸發(fā)和使能后，CMOS控制器開始利用像素輸出時(shí)鐘信號(hào)同步的接收像素?cái)?shù)據(jù)，每接收數(shù)字圖像信息的一個(gè)像素?cái)?shù)據(jù)就將接收到的像素?cái)?shù)據(jù)傳遞給FPGA系統(tǒng)模塊內(nèi)的SDRAM控制器中，然后由SDRAM控制器將該接收到的像素?cái)?shù)據(jù)按地址規(guī)則存入SDRAM存儲(chǔ)器中，當(dāng)接收到的像素?cái)?shù)據(jù)的數(shù)目達(dá)到一幀的總數(shù)或下一幀數(shù)字圖像信息的幀同步、場(chǎng)同步信號(hào)出現(xiàn)時(shí)，即代表一幀數(shù)字圖像信息接收的結(jié)束，最后由FPGA系統(tǒng)模塊按前述的地址規(guī)則從SDRAM存儲(chǔ)器中讀出對(duì)應(yīng)的數(shù)字圖像信息，并將讀出的數(shù)字圖像信息輸入給LCD 顯示模塊和下級(jí)的圖像處理模塊；所述圖像處理步驟圖像處理模塊先將來(lái)自FPGA系統(tǒng)模塊的數(shù)字圖像信息由RGB形式轉(zhuǎn)化為YUV形式，再提取YUV形式中的Y分量作為亮度信息以得到灰度圖，提取公式為 Y = O. 299R + 0. 587G + 0. 114B，再對(duì)灰度圖進(jìn)行去噪處理，即采用3*3區(qū)域的滑動(dòng)窗口對(duì)灰度圖進(jìn)行中值濾波以獲取平滑圖像，去噪處理后即可得到預(yù)處理圖像，然后以最初的N 幀預(yù)處理圖像為依據(jù)，取平均值建立初始背景，N為自然數(shù)，并利用后續(xù)每一幀預(yù)處理圖像中的幀信息以及卡爾曼濾波方法對(duì)初始背景進(jìn)行不斷更新以獲得最新背景，隨后，將當(dāng)前幀預(yù)處理圖像與依據(jù)其前一幀預(yù)處理圖像更新后的最新背景相減以得到差值圖，所述相減是指對(duì)應(yīng)像素點(diǎn)的灰度值的相減，再將差值圖中灰度值小于閾值的像素點(diǎn)置黑、灰度值大于閾值的像素點(diǎn)置白以得到黑白二值圖，然后對(duì)黑白二值圖進(jìn)行形態(tài)學(xué)增強(qiáng)，即對(duì)黑白二值圖中分散的白點(diǎn)進(jìn)行膨脹以便于就近融合成代表一輛車的整塊白點(diǎn)，再統(tǒng)計(jì)出所有整塊白點(diǎn)的數(shù)目即可得到當(dāng)前幀車流量信息，并將該當(dāng)前幀車流量信息傳遞給模糊控制模塊；所述綠燈控制步驟先由模糊控制模塊依據(jù)前一幀車流量信息、當(dāng)前幀車流量信息以及模糊控制規(guī)則得到綠燈時(shí)間，再依據(jù)該綠燈時(shí)間對(duì)交通燈進(jìn)行控制；所述模糊控制器的輸入信息為前一幀車流量信息與當(dāng)前幀車流量信息，輸出信息為綠燈時(shí)間，輸入信息、輸出信息之間的運(yùn)算方法為模糊控制規(guī)則。
所述圖像采集步驟中的RGB圖像編碼方式是指RGB565或RGB422。
所述圖像采集步驟中的地址規(guī)則是指順序存儲(chǔ)規(guī)則或起始地址規(guī)則。
所述圖像處理步驟中N的的范圍為100 - 300。
所述圖像處理步驟中閾值采取OTSU方法確定。
所述綠燈控制步驟中的模糊控制規(guī)則如下表所示
權(quán)利要求
1.一種基于圖像處理的智能交通燈的控制方法，該控制方法依次包括圖像采集步驟、 圖像處理步驟與綠燈控制步驟，其特征在于所述智能交通燈包括圖像采集模塊、圖像處理模塊與模糊控制模塊，所述圖像采集模塊包括FPGA系統(tǒng)模塊及其上連接的CMOS圖像傳感器、外圍控制設(shè)施、IXD顯示模塊與 SDRAM存儲(chǔ)器，且在FPGA系統(tǒng)模塊內(nèi)部設(shè)置有CMOS控制器與SDRAM控制器；所述圖像采集模塊執(zhí)行圖像采集步驟，所述圖像處理模塊執(zhí)行圖像處理步驟，所述模糊控制模塊執(zhí)行綠燈控制步驟；所述圖像采集步驟先進(jìn)行系統(tǒng)初始化，即由FPGA系統(tǒng)模塊內(nèi)的CMOS控制器、SDRAM 控制器分別初始化CMOS圖像傳感器與SDRAM存儲(chǔ)器，初始化CMOS圖像傳感器的目的在于配置其內(nèi)部的寄存器，初始化完成后，由CMOS圖像傳感器將現(xiàn)場(chǎng)采集的模擬圖像信息按設(shè)定的RGB圖像編碼方式轉(zhuǎn)換為由多個(gè)像素?cái)?shù)據(jù)組成的數(shù)字圖像信息，再由CMOS圖像傳感器將該數(shù)字圖像信息以像素?cái)?shù)據(jù)為單位一個(gè)一個(gè)的依次輸出給FPGA系統(tǒng)模塊，同時(shí)發(fā)出幀同步、場(chǎng)同步、像素輸出時(shí)鐘信號(hào)，當(dāng)FPGA系統(tǒng)模塊內(nèi)的CMOS控制器被幀同步、場(chǎng)同步的邏輯組合信號(hào)觸發(fā)和使能后，CMOS控制器開始利用像素輸出時(shí)鐘信號(hào)同步的接收像素?cái)?shù)據(jù)，每接收數(shù)字圖像信息的一個(gè)像素?cái)?shù)據(jù)就將接收到的像素?cái)?shù)據(jù)傳遞給FPGA系統(tǒng)模塊內(nèi)的SDRAM控制器中，然后由SDRAM控制器將該接收到的像素?cái)?shù)據(jù)按地址規(guī)則存入SDRAM存儲(chǔ)器中，當(dāng)接收到的像素?cái)?shù)據(jù)的數(shù)目達(dá)到一幀的總數(shù)或下一幀數(shù)字圖像信息的幀同步、場(chǎng)同步信號(hào)出現(xiàn)時(shí)，即代表一幀數(shù)字圖像信息接收的結(jié)束，最后由FPGA系統(tǒng)模塊按前述的地址規(guī)則從SDRAM存儲(chǔ)器中讀出對(duì)應(yīng)的數(shù)字圖像信息，并將讀出的數(shù)字圖像信息輸入給LCD 顯示模塊和下級(jí)的圖像處理模塊；所述圖像處理步驟圖像處理模塊先將來(lái)自FPGA系統(tǒng)模塊的數(shù)字圖像信息由RGB形式轉(zhuǎn)化為YUV形式，再提取YUV形式中的Y分量作為亮度信息以得到灰度圖，提取公式為 Y = O. 299R + 0. 587G + 0. 114B，再對(duì)灰度圖進(jìn)行去噪處理，即采用3*3區(qū)域的滑動(dòng)窗口對(duì)灰度圖進(jìn)行中值濾波以獲取平滑圖像，去噪處理后即可得到預(yù)處理圖像，然后以最初的N 幀預(yù)處理圖像為依據(jù)，取平均值建立初始背景，N為自然數(shù)，并利用后續(xù)每一幀預(yù)處理圖像中的幀信息以及卡爾曼濾波方法對(duì)初始背景進(jìn)行不斷更新以獲得最新背景，隨后，將當(dāng)前幀預(yù)處理圖像與依據(jù)其前一幀預(yù)處理圖像更新后的最新背景相減以得到差值圖，所述相減是指對(duì)應(yīng)像素點(diǎn)的灰度值的相減，再將差值圖中灰度值小于閾值的像素點(diǎn)置黑、灰度值大于閾值的像素點(diǎn)置白以得到黑白二值圖，然后對(duì)黑白二值圖進(jìn)行形態(tài)學(xué)增強(qiáng)，即對(duì)黑白二值圖中分散的白點(diǎn)進(jìn)行膨脹以便于就近融合成代表一輛車的整塊白點(diǎn)，再統(tǒng)計(jì)出所有整塊白點(diǎn)的數(shù)目即可得到當(dāng)前幀車流量信息，并將該當(dāng)前幀車流量信息傳遞給模糊控制模塊；所述綠燈控制步驟先由模糊控制模塊依據(jù)前一幀車流量信息、當(dāng)前幀車流量信息以及模糊控制規(guī)則得到綠燈時(shí)間，再依據(jù)該綠燈時(shí)間對(duì)交通燈進(jìn)行控制；所述模糊控制器的輸入信息為前一幀車流量信息與當(dāng)前幀車流量信息，輸出信息為綠燈時(shí)間，輸入信息、輸出信息之間的運(yùn)算方法為模糊控制規(guī)則。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種基于圖像處理的智能交通燈的控制方法，其特征在于 所述圖像采集步驟中的RGB圖像編碼方式是指RGB565或RGB422。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種基于圖像處理的智能交通燈的控制方法，其特征在于 所述圖像采集步驟中的地址規(guī)則是指順序存儲(chǔ)規(guī)則或起始地址規(guī)則。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種基于圖像處理的智能交通燈的控制方法，其特征在于 所述圖像處理步驟中N的的范圍為100 - 300。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種基于圖像處理的智能交通燈的控制方法，其特征在于 所述圖像處理步驟中閾值采取OTSU方法確定。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種基于圖像處理的智能交通燈的控制方法，其特征在于 所述綠燈控制步驟中的模糊控制規(guī)則如下表所示
全文摘要
一種基于圖像處理的智能交通燈的控制方法，該方法依次包括圖像采集步驟、圖像處理步驟與綠燈控制步驟，使用時(shí)，先由圖像采集模塊采集數(shù)字圖像信息，再由圖像處理模塊進(jìn)行灰度化、去噪處理以得到預(yù)處理圖像，然后將當(dāng)前幀預(yù)處理圖像與最新背景相減以得到差值圖，再根據(jù)閥值得到黑白二值圖，然后進(jìn)行形態(tài)學(xué)增強(qiáng)以得到當(dāng)前幀車流量信息，最后由模糊控制模塊根據(jù)前一幀車流量信息、當(dāng)前幀車流量信息以及模糊控制規(guī)則得到綠燈時(shí)間。本設(shè)計(jì)靈活性較強(qiáng)、安裝使用成本較低、應(yīng)用范圍較廣，能夠?qū)崿F(xiàn)高效性、智能性、實(shí)用性的交通燈控制。
文檔編號(hào)G06K9/00GK102521990SQ20111042605
公開日2012年6月27日 申請(qǐng)日期2011年12月19日 優(yōu)先權(quán)日2011年12月19日
發(fā)明者余飛, 張立成, 張陽(yáng), 徐華中, 羅俊, 謝陽(yáng), 駱?gòu)? 黃力 申請(qǐng)人:張陽(yáng), 徐華中, 駱?gòu)?br>