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为了避免这个不足和提升侦测速度交通信号灯
红绿灯识别系统 摘要：红绿灯判别系统主要针对红绿色盲及色弱者或者长期驾驶疲劳的驾驶员设计的系统，帮助他们在交通中很有效率地分辨红绿灯信号灯，从而减少一些交通事故的发生。主要采用的方法：首先通过图像采集及图像预处理的方法获源图像，用边缘跟踪中的方法确定红绿灯的各个灯的位置，把颜色形式从RGB红绿蓝颜色表示法转变成另外一种适当的表示方法，选择标准的RGB颜色表示法来得到红绿灯颜色。后通过显示器显示红绿灯倒计时输出，倒计时到零的时候播报语音信息，提示驾驶员直接在车内观察红绿灯倒计时变化进而安全驾驶。 关键词：红绿灯 图像处理 定位系统 显示模块 Traffic light recognition system Abstract:Discriminant system mainly aimed at the traffic light red green color blindness and lubricious weak or driving fatigue of the driver design system for a long time, to help them in the traffic very efficiently distinguish the traffic signal lamp, thereby reducing the occurrence of some of the traffic accident. Mainly adopts the method: first by image acquisition and image preprocessing method of source image, with the edge of the edge tracing method to determine the location of the traffic lights all light, the color form from red, green, blue RGB color representation into another appropriate representation method, choose standard RGB color representation to get traffic light colors. The final output through the display shows the traffic lights countdown, countdown to zero when the warning indicator will ring one to three, countdown to tip the driver in the car directly observe traffic lights change to safe driving. Key words:The traffic lights The image processing positioning system Display module 引言 1.1交通指示灯的发展趋势 虽说正常情况下，色盲患者不能取得驾照，但对于色弱的患者国家没有做太严格的要求。但是近几年来因为这方面的交通事故发生很频繁。对交通信号灯状态的识别，将使世界上7%-8%的色盲、色弱患者驾驶汽车成为可能，红绿灯多处于交通枢纽地带，负责指挥交通，不仅对于红绿色盲及色弱患者，而且对于正常驾驶员红绿灯识别都尤其重要。本文通过图像处理及颜色判别而设计的红绿灯自主识别系统可以很好地提醒驾驶员注意红绿灯变化，继而有望降低事故发生率。 1.2总体设计思路 本系统设计主要采用图像采集、图像预处理、红绿灯定位、颜色判别及输出显示倒计时和提醒系统等模块组成，首先用安装在车顶或者车内的摄像机对前方的场景进行实时图像采集，由于摄像机跟随汽车一起运动，因此采集到的图像要进行图像预处理以便于之后的目标提取。设计编码程序从采集到的图像中定位提取出红绿灯的位置，再定位出各个灯的坐标，然后对提取的目标进行颜色判定，将结果通过显示器输出。结果输出的形势多元化，可以用数字显示结果然后倒计时，还可以直接用声音的方式报出来来提醒驾驶员。这里可以两个方法同时使用，不仅可以让驾驶员直接清楚地看到红绿灯时间的跳变，而且当驾驶员不注意时间时用声音提醒的方式提醒驾驶员有效的转变车的启停。 总体流程图 1.2、CCD图像传感器 图像传感器是利用光电器件的光——电转换功能，将其感光面上的光像转换为与光像成相应比例关系的电信号“图像”的一种功能器件。本文采用CCD图像传感器，它的作用就像胶片一样，CCD上有许多排列整齐的电容，能感应光线，并将影像转变成数字信号。其提供的画面率很高。CCD传感器应用时是将不同的光源与透镜、镜头、光导纤维、滤光镜及反射镜等光学元件结合，主要用来装配轻型摄像机、摄像头、工业监视器。CCD应用技术是光、机、电和计算机相结合的高新技术，作为一种非常有效的非接触检测方法，CCD被广泛应用于线检测尺寸、位移、速度、定位和自动调焦等方面。 1.3霍夫变换思想 以直线检测为例，每个像素坐标点经过变换都变成都直线特质有贡献的统一度量，一个简单的例子如下：一条直线在图像中是一系列离散点的集合，通过一个直线的离散极坐标公式，可以表达出直线的离散点几何等式如下：X *cos(theta) + y * sin(theta) = r 其中角度theta指r与X轴之间的夹角，r为到直线几何垂直距离。任何在直线上点，x, y都可以表达，其中 r， theta是常量。 公示图形 然而在实现的图像处理领域，图像的像素坐标P(x, y)是已知的，而r, theta则是我们要寻找的变量。如果我们能绘制每个(r, theta)值根据像素点坐标P(x, y)值的话，那么就从图像笛卡尔坐标系统转换到极坐标霍夫空间系统，这种从点到曲线的变换称为直线的霍夫变换。变换通过量化霍夫参数空间为有限个值间隔等分或者累加格子。当霍夫变换算法开始，每个像素坐标点P(x, y)被转换到(r, theta)的曲线点上面，累加到对应的格子数据点，当一个波峰出现时候，说明有直线存在。同样的原理，我们可以用来检测圆，只是对于圆的参数方程变为如下等式：(x –a ) ^2 + (y-b) ^ 2 = r^2其中(a, b)为圆的中心点坐标，r圆的半径。这样霍夫的参数空间就变成一个三维参数空间。给定圆半径转为二维霍夫参数空间，变换相对简单，也比较常用。 图像采集 图像采集需要在车顶或者车内安装一款摄像机，对汽车前方进行实时图像采集。摄像机是像素高、处理速度快、价格便宜。经过综合考虑，车载摄像机需要符合各方面要求及部分规格数据如下； 带彩色显示屏车载录像仪，可记录即看； 镜头角度：90度； 感光芯片：1/4 color CMOS; 拍摄像素：1280*720/720*480/640*480 pixels; 拍摄文件格式：录像ＡＶＩ格式，拍照ＪＰＧ格式；可连接电脑或者导航仪、手机设上随时播放； 支持帧率调节以节省空间或者录制质图像功能； 带有数字化部件，可以直接将数字图像通过计算机端口或者标准设传送给计算机； 图像预处理 在一个场景的图片下侦测交通灯是不容易的，因为交通信号灯和其他的物体比起来非常小，一种侦测和识别交通信号灯的系统他们的方法是使用GPS数据和数字地图混合在一起通过摄影机形成一个图像为了提高他们的系统性能。图像采集之后，通过摄像机固有的模数转换部件完成图像数字化，通过端口输入微处理器。因为摄像头是随汽车运动的，因此采集到的图像难免会出现边缘模糊。另外由于空气情况、日照变化、电磁等干扰，再加上图像采集过程中会受到噪声的影响，会使采集到的图像变得模糊，因此图像采集完毕后需要进行图像预处理。 对于随即干扰所产生的椒盐噪声可以用中值滤波处理，中值滤波是一种局部平均平滑技术，对于脉冲干扰和椒盐抑制效果较好。其滤波原理是：对一个滑动的窗口内的像素灰度排序，用其中值代替窗口中心像素原来的灰度。若窗口中的像素有偶数个，取其两个中间的平均值。 对于图像边缘模糊问题可以用高通滤波方法处理，图像中的边沿或者线条与图像频谱中的高频分量相对应，因此可以用高通滤波的方法是低频分量得到抑制，从而增强高频分量使图像边沿或线条变得清晰。 红绿灯定位 图像预处理时候进入目标定位，需要在整幅图像中定位出目标，并标记出各个灯的位置。事先对红绿灯进行特征设定，特征之一就是大多数红绿灯底板多为黑色，灰度值较低；另一特征就是大多数红绿灯外形固定，分横竖两种；先可以收集到一些红绿灯样本进行特征标记后存入训练集。对预处理后的图像做搜索，用边缘跟踪的方法圈定目标物体。 5、颜色判别 图一展示了一个包含交通信号灯场景的图片,在被推荐的法中,在所给的图片描绘的场景中,种颜色被从RGB转换成标准的RGB。然后交通信号灯的候选地区侦测到通过保留交通信号灯一种颜色的信号。接下来边缘从被保留的像素中侦测到，后通过这种霍夫变化的方式一个交通信号灯的圆形形状就呈现出来。 5.1转换颜色空间 交通信号灯颜色的不同取决于由于天气、时间、或是其他一些因素而引起的光线条件的改变。为了估测出在颜色上轻微的改变我们转换了空间颜色。众所周知标准RGB是在颜色条件改变时烈的。因此我们把一个RGB图像转换成标准RGB图像。 图一 5.2取出候选区 从标准RGB图像中可以看出一些地区是特别选取的交通信号灯候选地区.决定一个像素是否属于候选地区中的某一个或是没有被包含进R,G,B的数量范围内，我们观察到交通信号灯的图像和决定一种像素是否属于一个待选的地区的条件是一下几点： R200和G150和B150或是 R200和G150和B150或是 R150和G240和B220 连接地区通过挑选像素被包含的是候选地区的交通信号灯。 5.3边缘侦查 我们从图片和被侦测的边缘中提取仅仅一个候选地区。我们使用Soble过滤去侦测边缘。 CCD边缘跟踪原理：边缘检测算法是考察图像的每个像素在某个领域内灰度的变化，利用边缘邻近一阶或二阶导数的变化规律来检测边缘。 5.4侦测红绿灯 为了侦测一个信号灯，一个被交通信号灯其中一种颜色充满的圆圈被侦测。在脚踝改变框架内，边缘图片被使用和循环边缘被侦测到。从一个简单的圆形方程(x-a)2+ (y-b)2=r2中能够被使用从边缘图片中侦测到圆,代入到三维空间参数(a,b和r)。设立参数得到大部分的呈现交通信号灯位置和尺寸的投票。然而,在这个框架内封闭的圆形和开放的圆形全部被探测到。然而,在这个框架内封闭的圆形和开放的圆形全部被探测到。为了避免这个不足和提升侦测速度,假定在图像中中灰色和黑色的像素是交通信号灯中的一个在脚踝变量中，对于每个像素（x，y），选取被带入到三维空间的在图像上的黑色色素进入ab-线条的r位置的数量被改变了。在被推荐的框架中，选举被进行仅仅是因为色素（a，b）和它的四个相邻元素属于待选区域。通过推荐的方法被展示作为在图像黑色素中结果投票进入ab-线条中。进而使红绿灯被检测到。判别出红绿灯的具体颜色。 显示倒计时 6.1数码管显示倒计时 红绿灯的倒计时可以用一个LED显示屏或者数码管显示，数字颜色选用色盲和色弱可以看出的颜色，数码管要显示数字需要和驱动电路相连，此方面用到动态显示驱动。动态显示驱动：数码管动态显示介面是单片机中应用为广泛的一种显示方式之一，动态驱动是将所有数码管的8个显示笔划a,b,c,d,e,f,g,h,dp?的同名端连在一起，另外为每个数码管的公共极COM增加位元选通控制电路，位元选通由各自独立的I/O线控制，当单片机输出字形码时，所有数码管都接收到相同的字形码，但究竟是那个数码管会显示出字形，取决于单片机对位元选通COM端电路的控制，所以我们只要将需要显示的数码管的选通控制打开，该位就显示出字形，没有选通的数码管就不会亮。 数码管引脚图 6.2语音提醒 语音功能获取倒计时系统信息，对所述信号数据进行分析，得到一分析结果；根据所述分析结果调用与所述分析结果相对应的语音数据，当倒计时将要到零时，播报所述语音数据来告知当前的交通指示灯情况，提醒驾驶员注意红绿灯的转换，进而安全驾驶。 参考文献 [1] P.V.C.霍夫，“机器分析气泡室图形，”国际会议论文集高能加速器和仪表，pp.554-556,1959年9月. [2]R.C.Gonzalez和R.E.Woods数字处理图像第二版 译文出版社股份有限，2002 [3]周宁宁;赵正旭;翁素文;;图像的中介边缘检测方法[J];中国图象图形学报;2010年03期 [4]周宁宁，赵正旭，翁素文。图像中的中介边缘方法[J].中国图像图形学报，2010,15（3）：36-42。 [5]薛朝华.颜色科学与计算机测色配色实用技术[M].北京：《微型机与应用》2013年第32卷第4期化学工业出版社，2004:90-112. 收稿日期：2015-06-18. 颜色识别及输出 红绿灯定位 图像预处理 图像识别
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