CN102592461A - 一种基于视频的道路防堵塞方法及实现装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种基于视频的道路防堵塞方法及实现装置，包括以下步骤：步骤一，在路口各个方向交通灯处安装视频装置，并设置视频图像中指定区域为道路堵塞的标志区域；步骤二，某方向车辆允许通行后，相应通行方向的控制模块开始工作；步骤三，控制模块根据相应堵塞区域视频图像做出检测判断，控制信号灯禁止或允许车辆通行；步骤四，某方向车辆禁止通行后，该方向控制模块停止工作。本发明克服了传统交通信号灯无法依据实际道路情况指挥交通的不足，且能够保证闲时道路畅通，控制简单，效果突出。

Description

一种基于视频的道路防堵塞方法及实现装置

技术领域

本发明涉及一种基于视频的道路防堵塞方法及实现装置，具体地说就是通过视频设备及相应的控制模块，对道路交通实时检测，准确、高效的反馈并控制交通信号，缓解道路堵塞问题。

背景技术

随着现代化进程的不断推进，人们对交通需求的日益增长，交通堵塞成为当前道路交通的主要问题之一。传统的交通指示灯能够维持正常的道路交通秩序，但无法满足道路拥堵时段，可视化智能的控制道路的要求，在某方向上已经出现车辆拥堵的情况下，仍然按照正常交通灯信号指示会进一步加重堵塞程度，增加道路负荷。因此，本发明提出的一种基于视频的道路防堵塞方法及实现装置能够有效缓解交通压力，满足人们高效出行的需求，成为该领域研究的新途径。

发明内容

发明目的：本发明所要解决的技术问题是针对传统交通信号灯指示信号单一，智能化和可视程度低的不足，提供一种基于视频的道路防堵塞方法及实现装置，从而在不增加人力资源的基础上，提高交通信号灯对道路交通控制的智能化程度，有效缓解道路堵塞问题。

为了解决上述技术问题，本发明公开了一种基于视频的道路防堵塞方法及实现装置，包括以下步骤：

步骤一，在路口各个方向交通信号灯处安装视频设备及控制模块，采集各方向道路无车辆行驶时的图像，设置视频图像中标志道路阻塞的范围以及表示车辆静止的阈值时间，以供控制模块检测使用；

步骤二，当某个通行方向的交通信号灯处于允许通行状态，相应控制模块开始对视频设备采集到的图像进行堵塞检测；

步骤三，当控制模块检测到堵塞范围内有车辆，并且在一定时间内保持静止，则控制模块向该方向信号灯发送指令，使其立即提前跳转为禁止通行状态，即提前进入正常禁止通行周期；

步骤四，交通信号灯处于禁止通行状态，控制模块停止对视频图像中堵塞区域的检测判断；当信号灯再次进入允许通行状态，重复步骤二，以此类推。

本发明中，优选地，所述视频检测装置包括视频设备，控制模块，道路堵塞阈值参数设定以及车辆静止判定时间等实时检测电路。

所述视频设备主要用于在交通信号灯处于允许通行状态时，对道路交通状况的实时图像采集，并将采集到的图像信息传递给相应的控制模块进行处理，能够准确迅速的反映道路交通状况；

所述道路堵塞阈值的界定是依据实际道路情况，对视频摄像头拍摄到的视频图像中堵塞区域的进行选取和设定，如图3所示，根据实际道路交通状况设置堵塞范围，可有效提高疏散堵塞车辆的效率和车辆出行速度。在较窄小或堵塞情况较为严重的路口，可以设定较大的区域作为堵塞阈值；在较宽阔或堵塞情况较为轻缓的路口，可以设定较小的区域作为堵塞阈值。

所述车辆静止判定时间可根据实际道路情况选择，道路较为宽阔的地方，可选择较长的时间作为判定条件，出现短时间车辆堵塞时，不会影响正常的道路交通运行；道路较为狭窄的路口，可选择较短的时间作为判定条件，一旦出现车辆堵塞，能够迅速的发出禁止通行指示，及时缓解道路堵塞状况；

本发明中，优选地，所述视频设备和交通信号灯交互控制与反馈机制是通过相应控制模块实现的，如图4所示，视频设备主要负责采集道路交通状况的图像信息，控制模块通过检测视频图像堵塞区域，判断该范围内是否有车辆存在，且在一定时间范围内(即车辆静止阈值范围)保持静止，即视频图像在一定时间内是否无变化，如采集到的图像变化，车辆行驶，则继续检测判断；如采集到的图像无变化，车辆静止，则判断该时刻图像是否与道路无车辆行驶时的视频图像一致，如保持一致，则判定道路无堵塞，如不一致，则判定道路处于堵塞状态。以此方法控制交通信号灯的指示信号，一方面，控制模块能够机动灵活的控制相应方向上的交通信号灯，在采集到的实际道路交通图像的基础上做出判断和指示；另一方面，在信号灯处于禁止通行状态时，能够停止控制模块对采集到的图像的堵塞判断操作，有效利用设备资源，实现两者之间的相互控制与反馈的机制。

附图说明

下面结合附图和具体实施方式对本发明做更进一步的具体说明，本发明的上述和/或其他方面的优点将会变得更加清楚。

图1是实现装置的道路安装示意图。

图2是控制模块判断道路堵塞流程图。

图3是视频设备与控制模块功能实现示意图。

图4是视频设备及其控制模块与交通信号灯反馈流程图。

图5是信号灯控制时序图。

图6是系统总体执行流程图。

具体实施方式：

本发明公开了一种基于视频的道路防堵塞方法及实现装置，包括以下四个步骤：

步骤，在路口各个方向交通信号灯处安装视频设备及相应的控制模块，采集各方向道路无车辆行驶时的图像，设置视频图像中标志道路阻塞的范围以及表示车辆静止的阈值时间，以供控制模块检测使用；

步骤二，以某一方向为例，该方向交通信号灯处于允许通行状态，相应控制模块开始对视频设备采集到的图像进行堵塞检测；

步骤三，当控制模块检测到该方向堵塞范围内有车辆，并且在一定时间内保持静止，则控制模块向该方向信号灯发送指令，使其立即提前跳转为禁止通行状态，即提前进入正常禁止通行周期；

步骤四，交通信号灯处于禁止通行状态，控制模块停止对相应视频图像中堵塞区域的检测判断；当信号灯再次进入允许通行状态，重复步骤二，以此类推。

本发明中，步骤一，所述视频设备，选择安装在对应交通信号灯附近，不影响信号指示的位置，便于清晰准确的拍摄道路交通状况，同时，也便于通过控制模块的控制，实现与对应交通灯间的交互控制和反馈；

所述车辆堵塞阈值选取与设定，是对视频图像的中堵塞区域的设定，通过判断该区域中是否存在静止车辆来控制该方向的交通信号灯允许或禁止通行，可调节性高，对于不同道路不同时段的适用性和有效性都较高；

所述车辆静止阈值时间T_th的选取与设定，能是控制模块准确判断车辆的运动状态，获取道路状况信息，对堵塞道路做出准确，迅速的判断，并将标志信号Flag传递给交通信号灯，假设图像采样判断时间为t_s，具体公式如下：

本发明中，步骤二，所述交通信号灯指示允许通行，相应控制模块开始检测视频图像中的堵塞区域，此过程是通过交通信号的允许通行信号触发和传递的。

本发明中，步骤三，所述视频设备和相应交通信号灯交互控制与反馈机制，是通过该方向上的控制模块对信号的处理和传递实现的，可以有效控制交通信号灯的指示信号。一方面，对于交通信号灯的控制，能够机动灵活的控制交通信号灯，智能地，在采集到的实际道路交通情况的基础上做出判断和指示；另一方面，在信号灯处于禁止通行状态时，停止控制模块对视频设备采集到的图像的堵塞检测和判断，能够有效利用设备资源，实现两者之间的相互控制与反馈机制。

更具体地说，本发明实施时，如图5所示，控制交通信号灯禁止通行的指示信号有二，分别是：交通信号灯自带的时钟控制触发信号和通过视频设备发出给控制模块，由控制模块处理传递的触发信号。其一，交通信号灯自带的时钟控制是按照常规的交通灯控制方式进行控制，在设定的时钟周期结束时自动跳转；其二，视频设备主要负责采集道路交通状况的图像信息，相应控制模块通过检测视频图像堵塞区域，判断该范围内是否有车辆，且车辆在一定时间(判定车辆静止的阈值时间)内保持静止，判断的具体算法如下：首先，控制模块判断视频图像在一定时间(车辆静止的阈值时间)内是否有变化，此操作是通过对比不同时刻的视频图像，即比较相邻两帧的道路图像是否相同，以前一帧图像为基准进行比较，并设定图像相似度阈值f1_th，进行图像对比。如对比不相同，则从该帧时刻重新开始计时，并判定该时刻车辆处于行驶状态；如图像对比不相同，则从上一帧开始计时，继续对比相邻两帧图像是否相同。当车辆静止的阈值时间T_th内各帧图像相同，则判定该时刻车辆处于静止状态或道路无车辆行驶，并进入下一步判断：即判断该时刻的道路视频图像与道路无车辆行驶的图像是否相同，以道路无车辆状态下的图像为基准进行比较，并设定图像相似度阈值f2_th，如图像对比相同，则判定该方向的道路处于无车辆行驶状态，交通信号灯指示状态保持不变；如图像对比不相同，则判定该方向的道路处于堵塞状态，并控制信号反馈给交通信号灯，指示其立即跳转为禁止通行状态。其中，具体的视频图像相似度对比方法如下：将基准图像和待比较图像分别划分为M×N的图像块P_i，Q_i，计算两幅图像对应图像块之间的相似度S(i)，公式如下所示：

$S\left(i\right)=\frac{|\underset{m=1}{\overset{M}{\mathrm{\Σ}}}\underset{n=1}{\overset{N}{\mathrm{\Σ}}}{Q}_i(m,n)-\underset{m=1}{\overset{M}{\mathrm{\Σ}}}\underset{n=1}{\overset{N}{\mathrm{\Σ}}}{P}_i(m,n)|}{\underset{m=1}{\overset{M}{\mathrm{\Σ}}}\underset{n=1}{\overset{N}{\mathrm{\Σ}}}{P}_i(m,n)}\×100\%$

如各图像块的相似度S(i)均大于设定的图像相似度阈值f1_th(/f2_th)，即可判定两幅图像相似，否则，判定两幅图像相异。此对比方法可克服户外场景视频拍摄受到无关事物影响大的不足，提高了系统的鲁棒性，可避免因为光线变化，噪声等因素带来的误判。以此方法控制交通信号灯的指示信号，一方面，控制模块对于交通信号灯的控制，能够机动灵活的控制交通信号灯，智能地在实际道路交通情况的基础上做出判断和指示；另一方面，在信号灯处于禁止通行状态时，能够停止控制模块对视频设备采集的图像的堵塞判断操作，有效利用设备资源，实现两者之间的相互控制与反馈机制。

本发明中系统总体执行流程如图6所示，包括如下步骤：

步骤1，初始时刻，交通信号灯开启，视频设备不对道路状况进行视频图像采集，等待允许通行指令发出；

步骤2，如信号灯保持禁止通行状态，视频设备继续等待；如信号灯跳转为允许通行状态，控制模块开启检测堵塞区域；

步骤3，控制模块处于工作状态，进行实时的堵塞区域检测。一方面，检测堵塞区域内是否有车辆存在，另一方面，判断车辆是否在设定时间范围内保持静止状态；

步骤4，如控制模块检测到视频设备采集到的图像堵塞区域中有车辆存在，并在一定时间(车辆静止阈值时间)内保持静止，立即向交通信号灯发出指令，提前跳转，进入禁止通行阶段；如未检测到堵塞区域中有车辆存在，或该区域内车辆未长时间保持静止，则重复步骤2；

步骤5，在提前跳转为禁止状态的时间内，疏散该方向上的堵塞车辆，以保证道路畅通。

本发明提供了一种基于视频的道路堵塞方法及实现装置的设计思路，具体实现该技术方案的方法和途径很多，如使用不同类型的视频设备，对于视频设备安装位置的选取，以及对于视频设备与交通信号灯直接相互控制反馈方式的选取等，以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。本实施例中未明确的各组成部分均可用现有技术加以实现。

Claims (5)

1.一种基于视频的道路防堵塞方法及其实现，包括以下四个步骤：

步骤一，在路口各个方向交通信号灯处安装视频设备及相应的控制模块，采集道路无车辆行驶时的图像，设置视频图像中标志道路阻塞的范围以及标志车辆静止的阈值时间，以备控制模块检测使用；

步骤二，当某个通行方向交通信号灯处于允许通行状态，控制模块开始对该方向视频设备采集到的图像进行堵塞区域车辆检测；

步骤三，当控制模块检测到该方向堵塞范围内有车辆，并且在标志车辆静止的阈值时间内保持静止，则向该方向的信号灯发送指令，使其立即提前跳转为禁止通行状态，即提前进入正常禁止通行周期；

步骤四，该方向的交通信号灯处于禁止通行状态，则相应控制模块停止对视频图像中堵塞区域的检测和判断操作；当该方向的信号灯再次进入允许通行状态，重复步骤二，以此类推。

2.根据权利要求1所述的一种基于视频的道路防堵塞方法，其特征在于：所述视频设备，控制模块，堵塞阈值设定，车辆静止时间设定，道路无车辆行驶图像的采集；

所述视频设备通过控制模块控制交通信号灯指示信号。视频设备对道路交通状况的图像采集能够迅速，准确的反映道路交通状况，为堵塞区域的检测提供了有效的视频图像信息；

所述堵塞范围阈值可针对不同的路段、路况等实际道路交通情况设定，并根据视频设备采集到的实际道路图像做出选择和调整；

所述车辆静止时间，用于灵活判断车辆行驶情况，可根据车速路况等道路交通情况做出选择和调整，并产生标志信号以控制交通信号的指示信号；

所述道路无车辆行驶状态下的图像，用于将道路视频图像处于静止时刻的图像与无车辆行驶状态下的图像通过相应控制模块进行对比，判定道路是否处于堵塞状态。

3.根据权利要求2所述的一种基于视频的道路防堵塞方法，其特征在于，所述控制模块能够依据交通灯的指示状态，开启或停止对相应视频设备拍摄道路图像的中堵塞区域的检测，交通信号灯指示允许通行时，控制模块开始对相应道路图像进行检测；

4.根据权利要求3所述的一种基于视频的道路防堵塞方法，其特征在于，所述控制模块能够将视频设备采集到的道路图像信息进行分析处理，如图2所示，控制模块判断视频图像在一定时间内保持静止，即比较相邻两帧的道路图像是否相同。如对比不相同，则从该帧时刻重新开始计时；如对比不相同，则从上一帧开始计时。当车辆静止的阈值时间内各帧图像均相同，则进入下一步判断：即判断该时刻的道路视频图像与道路无车辆行驶的图像是否相同，如两幅图像对比相同，则判定该方向的道路处于无车辆行驶状态，交通信号灯指示状态保持不变；如两幅图像对比不相同，则判定该方向的道路处于堵塞状态，并控制信号反馈给交通信号灯，指示其立即跳转为禁止通行状态；

5.根据权利要求4所述的一种基于视频的道路防堵塞方法，其特征在于，所述交通信号灯指示信号对于相应控制模块工作状态的控制。信号灯处于允许通行状态，控制模块开始对视频设备采集到的道路状况图像进行检测堵塞判断；信号灯处于禁止通行状态，控制模块停止对视频设备采集到的道路状况图像进行检测堵塞判断。

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