CN101840637A - 基于图像处理的交通信号智能控制系统及方法 - Google Patents

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董金秋
蒋蓁
彭为
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Abstract

本发明涉及一个基于图像处理的交通信号智能控制系统及方法。本系统包括CCD图像传感器，CCD图像传感器经图像处理器连接一个信号控制器，信号控制器连接交通信号灯和数码显示器。本智能控制系统的控制方法是根据图像传感器拍摄的道路情况，分析出车流量大小，自动优化调整交通灯灯亮时间，从而大大提高道路通行能力，缓解交通阻塞，节约等待时间。该智能控制系统及方法具有可靠性高，实时性好，维护方便等优点，能提高城市交通智能控制的水平，具有较大的实际应用前景。

Description

基于图像处理的交通信号智能控制系统及方法
技术领域
本发明涉及一个基于图像处理的交通信号智能控制系统及方法。该智能控制系统的控制方法是根据图像传感器拍摄的道路情况，分析出车流量大小，自动优化调整交通灯灯亮时间，从而大大提高道路通行能力，缓解交通阻塞，节约等待时间。该智能控制系统及方法具有可靠性高，实时性好，维护方便等优点，能提高城市交通智能控制的水平，具有较大的实际应用前景。
背景技术
随着我国人民生活水平的提高，城市各种车辆，如出租车、私人汽车等，急剧增加，以致城市交通基础设施的建设速度跟不上迅速增长的交通需求。交通管理技术水平低，导致交通拥挤、交通事故、环境污染以及能源燃料浪费等问题。以北京市为例，近几年来，北京的汽车拥有量每年平均递增率超过15％，个别年份甚至接近20％，而道路长度和道路面积的年平均增加率分别仅为1.2％和3.7％，给交通带来巨大压力。
目前十字路口的红绿灯一般是根据路口车辆的多少预设固定的红绿灯转换周期。也就是说，不管在交通拥挤的大流量还是交通正常时的普通流量，都是采用相同的红绿灯信号周期。这种固定分配红绿灯时间的方法会导致有些方向车辆早已行完，而另外方向车辆排长队等待绿灯，致使交通效率大大降低。
高效的交通灯智能控制系统是解决城市交通问题的关键。目前，国外的控制系统有英国transyt交通信号控制系统，澳大利亚scat系统，英国scoot系统，意大利utopia/spot系统。但是外国进口信号交通费用十分昂贵。国内也展开了这方面的研究。杨显富和彭志刚等人提出了通过对车流数的检测来确定各车道的放行时间。对于车流信息的采集，有的是采用环形线圈传感器；有的是采用电感式接近传感器。
发明内容
本发明的目的在于针对已有技术存在的缺陷，提供一个基于图像处理的交通信号智能控制系统及方法。该智能控制系统的控制方法是根据图像传感器拍摄的道路情况，分析出道路上的车流量大小，在此基础上自动调整交通灯灯亮时间，提高道路通行效率。
为达到上述目的，本发明的构思是：
本发明基于图像处理的交通信号智能控制系统及方法，由图像传感器实时拍摄道路路况，采用二值化处理电路处理CCD图像处理器的输出信号变成二值化信号，再由单片机自动读入数据，判断各车道车流排队长度，从而确定车道通行时间的分配。该智能控制系统及方法能够实现红绿灯亮灯时间的灵活自动调节，避免了时间分配不合理情况的出现，缩短了等待通行的时间，提高了道路的通行效率，使得交通控制更为人性化。
该智能控制系统由信号控制器、图像处理器、CCD图像传感器、交通信号灯、数码显示管五部分组成。
系统工作原理：首先由CCD图像传感器来拍摄各车道上车辆通行情况。CCD图像传感器采集的信息经图像处理器二值化处理后，送入信号控制器。信号控制器对读取的信号进行分析处理后自动输出控制信号，实现交通灯的控制和数码显示管的控制。
根据上述发明构思，本发明采用下述技术方案：
一种基于图像处理的交通信号智能控制系统，包括CCD图像传感器，其特征在于所述CCD图像传感器经图像处理器连接一个信号控制器，所述信号控制器连接交通信号灯和数码显示管；CCD图像传感器拍摄各车道车辆排队情况，经过图像处理器二值化处理后，送入信号控制器进行处理；信号控制器在对读入数据分析处理后，发出指令去控制交通信号灯亮灯变化及数码显示管时间倒计时显示。
上述系统中，采用位于四个方向的4个CCD图像传感器来采集4个方向车道的车流量数据，4个图像处理器来处理CCD图像传感器的采集数据，处理结果送入信号控制器进行比较分析，最后控制信号输出到相应的4个交通信号灯和4个数码显示管进行控制，四个交通信号灯为直行绿灯、红灯、黄灯和左行绿灯。
上述系统中，所述信号控制器是一个单片机连接一个数码管驱动电路和一个交通灯驱动电路；信号控制器接收到图像处理器的输入信号，经过处理后，向数码管驱动电路和交通灯驱动电路发出控制命令，从而实现对交通信号灯和数码显示管的智能控制。
一种基于图像处理的智能控制方法，采用上述系统进行控制，其特征在于，考虑到不同时期——节假日时期、上班高峰期，车流量变化较大，将亮灯周期分为3个层次：短周期、中周期、长周期，周期时间由经验而定。其中，红绿灯亮灯周期的短周期最短，适用于车流量稀少的情况，车队长度不是很长；长周期最长，适用于车流量繁忙的情况，车队长度较长。每个周期都对应一个红绿灯亮灯时间。具体操作步骤为：
1.启动位于4个方向的4个CCD图像传感器拍摄各车道车流量情况。CCD图像传感器的采集信息传入相应的图像处理器进行二值化处理，转换成控制器可处理的二值信号。
2.信号控制器读取图像处理器的信号，进行比较，挑选出最大值，即车流量最大的车道。
3.信号控制器判断该最大值属于亮灯周期短、中、长的哪一个。
4.信号控制器调用该亮灯周期对应的红绿灯亮灯时间分配。
5.对应交通灯信号作出改变，数码管倒计时时间显示。
6.CCD图像传感器进行下一轮数据采集，如此循环。
任意车道的通行时间必须大于人行道通行时间。该时间可凭经验事先确定。
本发明最突出的特点和显著优点是，基于图像处理的交通信号控制系统及方法，改变了传统的红绿灯固定配时模式，能够根据实时交通状况，灵活得切换红绿灯，极大地提高了交通运输能力，缓解了交通压力。而且该系统只需在原系统上增添传感器、集成单片机等硬件，软件也容易实施，具有很大的实际应用前景。
附图说明
图1是基于图像处理的交通信号智能控制系统的结构框图。
图2是十字路口交通灯智能控制系统硬件安装示意图。
图3是信号控制器内部模块图。
图4是工作程序流程图。
具体实施方式
本发明的优选实施例结合附图说明如下：
实施例一：参见图1，本基于图像处理的交通信号智能控制系统，包括CCD图像传感器3，所述CCD图像传感器3经图像处理器2连接一个信号控制器1，所述信号控制器1连接交通信号灯4和数码显示管5；CCD图像传感器3拍摄各车道车辆排队情况，经过图像处理器2二值化处理后，送入信号控制器1进行处理；信号控制器1在对读入数据分析处理后，发出指令去控制交通信号灯4亮灯变化及数码显示管5时间倒计时显示。
实施例二：本实施例与实施例一基本相同，特别之处如下：参见图2，图2为十字交叉路口，该交通信号智能控制系统的硬件布置图。图2中，在东西南北四个方向，均有相同的布置。按照图4中工作流程实现智能控制。为了更清晰地描述，这里以E向为例，CCD1(3)负责拍摄车辆排队情况。采集数据传回图像处理器3进行二值化处理。处理后的二值数据送入信号控制器1，信号控制器1将该信号与其他CCD图像传感器拍摄的车辆排队长度进行比较。如果排队最长，则E向左转绿灯与直行绿灯同步亮灯，保证了同一时间两个车道并行的原则。当绿灯亮灯结束后，黄灯闪烁一个过渡时间，保障通行安全。随后红灯亮起。至此，一个循环过程结束。如此循环。
参见图3，图3是信号控制器内部模块图。图像处理器2的信号，作为输入信号输入到单片机22中，经过运算后，输出信号分别送入交通灯驱动电路24和数码管驱动电路23，进行信号的放大，最后实现交通信号灯4的控制和数码显示管5倒计时的显示。
实施例三：参见图4，本基于图像处理的交通信号智能控制方法，采用上述系统进行控制，其特征在于：考虑到不同时期——节假日时期、上班高峰期，车流量变化较大，将亮灯周期分为3个层次：短周期、中周期、长周期，周期时间由经验而定，其中，红绿灯亮灯周期的短周期最短，适用于车流量稀少的情况，车队长度不是很长；长周期最长，适用于车流量繁忙的情况，车队长度较长；每个周期都对应一个红绿灯亮灯时间；具体操作步骤为：
1.启动位于4个方向的4个CCD图像传感器3拍摄各车道车流量情况，CCD图像传感器3的采集信息传入相应的图像处理器2进行二值化处理，转换成控制器可处理的二值信号；
2.信号控制器1读取图像处理器2的信号，进行比较，挑选出最大值，即车流量最大的车道；
3.信号控制器1判断该最大值属于亮灯周期短、中、长的哪一个；
4.信号控制器1调用该亮灯周期对应的红绿灯亮灯时间分配；
5.对应交通灯信号作出改变，数码管倒计时时间显示；
CCD图像传感器(3)进行下一轮数据采集，如此循环。

Claims (4)

1.一种基于图像处理的交通信号智能控制系统，包括CCD图像传感器(3)，其特征在于所述CCD图像传感器(3)经图像处理器(2)连接一个信号控制器(1)，所述信号控制器(1)连接交通信号灯(4)和数码显示管(5)；CCD图像传感器(3)拍摄各车道车辆排队情况，经过图像处理器(2)二值化处理后，送入信号控制器(1)进行处理；信号控制器(1)在对读入数据分析处理后，发出指令去控制交通信号灯(4)亮灯变化及数码显示管(5)时间倒计时显示。
2.根据权利要求1所述的基于图像处理的交通信号智能控制系统，其特征在于采用位于四个方向的4个CCD图像传感器(3)来采集4个方向车道的车流量数据，4个图像处理器(2)来处理CCD图像传感器的采集数据，处理结果送入信号控制器(1)进行比较分析，最后控制信号输出到相应的4个交通信号灯(4)和4个数码显示管(5)进行控制，四个交通信号灯(4)为直行绿灯、红灯、黄灯和左行绿灯。
3.根据权利要求1所述的基于图像处理的交通信号智能控制系统其特征在于所述信号控制器(1)是一个单片机(22)连接一个数码管驱动电路(23)和一个交通灯驱动电路(24)；信号控制器(1)接收到图像处理器(2)的输入信号，经过处理后，向数码管驱动电路(23)和交通灯驱动电路(24)发出控制命令，从而实现对交通信号灯(4)和数码显示管(5)的智能控制。
4.一种基于图像处理的交通信号智能控制方法，利用根据权利要求1所述基于图像处理的交通信号智能控制系统进行控制，其特征在于，考虑到不同时期——节假日时期、上班高峰期，车流量变化较大，将亮灯周期分为3个层次：短周期、中周期、长周期，周期时间由经验而定，其中，红绿灯亮灯周期的短周期最短，适用于车流量稀少的情况，车队长度不是很长；长周期最长，适用于车流量繁忙的情况，车队长度较长；每个周期都对应一个红绿灯亮灯时间；具体操作步骤为：
a.启动位于4个方向的4个CCD图像传感器(3)拍摄各车道车流量情况，CCD图像传感器(3)的采集信息传入相应的图像处理器(2)进行二值化处理，转换成控制器可处理的二值信号；
b.信号控制器(1)读取图像处理器(2)的信号，进行比较，挑选出最大值，即车流量最大的车道；
c.信号控制器(1)判断该最大值属于亮灯周期短、中、长的哪一个；
d.信号控制器(1)调用该亮灯周期对应的红绿灯亮灯时间分配；
e.对应交通灯信号作出改变，数码管倒计时时间显示；
CCD图像传感器(3)进行下一轮数据采集，如此循环。
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