CN105427639A - 一种基于嵌入式系统的交通信号红灯减光晕系统以及方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种基于嵌入式系统的交通信号红灯减光晕系统及方法，包括高清数字相机、嵌入式系统图像处理单元和计算机，所述高清数字相机与计算机连接，所述嵌入式系统图像处理单元与计算机连接，所述嵌入式系统图像处理单元对所获得的图像中红灯周围的光晕进行处理，本方案能够在获取的视频及图像中对交通红灯产生的红色光晕进行区域检测并有效减弱甚至滤除，提高了监控领域的图像质量，为后续信号灯状态判断等方法做好图像的预处理。

Description

一种基于嵌入式系统的交通信号红灯减光晕系统以及方法

技术领域

本发明涉及智能交通视频监控领域的图像识别与图像处理技术，尤其涉及一种基于嵌入式系统的交通信号红灯减光晕系统以及方法。

背景技术

在视频监控领域，高清数字摄像机的应用越来越广泛，高清数字摄像机的图像质量也变得越来越重要。由于传感器、镜头等影响，当监控场景中的信号灯亮起时，灯的周围会散射出一圈与信号灯颜色相近的光线，成像在图像中便形成了光晕，比如当信号灯中的红灯亮起时，红灯的周围会出现一圈红色像素，这些光晕会掩盖信号灯周围的信息，更恶劣的情况还会使信号灯的形状变得模糊不清。交通信号灯产生的光晕现象，如果能得到抑制或者完全去除，不仅能有效提升图像质量，而且能有助于信号灯状态的判断等后续的图像处理算法。

信号灯在不同曝光程度下呈现的光晕大小也不同，当曝光较小时，信号灯周围的光晕会不存在或者很小，当曝光慢慢增大时，光晕也随着变大，当曝光很大时，信号灯周围本身可能因为过爆而呈现出白色，而周围则全是光晕。所以导致光晕大小不同的外在因素主要是相机的曝光大小，曝光越大，光晕也会越大。曝光程度的不同将会使红灯呈现出不同的状态，常分为正常过曝、中度过曝、严重过曝三种情况。正常情况红灯状态表现为红灯区域为红色，有微弱光晕现象，此微弱光晕允许不去除；中度过曝主要表现为红灯区域红色偏黄，其分为两种情况：情况一为红灯区域红黄相间，外部边缘有微弱红色光晕，此时要求红灯区域内红色不能当做光晕进行误去除，边缘微弱光晕允许不去除；情况二为红灯区域为全黄，外部边缘有较强红色光晕，为不影响后期红灯涂红效果，此时光晕必须减弱甚至完全去除。严重过曝主要表现为红灯区域发白，边缘有较强红色光晕，此时红色光晕需要完全去除。但现阶段的技术并未很好的利用过曝程度的不同来进行交通红灯光晕的有效减弱甚至去除。

发明内容

针对上述技术缺陷，本发明提出一种基于嵌入式系统的交通信号红灯减光晕系统以及方法。

为了解决上述技术问题，本发明的技术方案如下：

一种基于嵌入式系统的交通信号红灯减光晕系统，包括高清数字相机、嵌入式系统图像处理单元和计算机，所述高清数字相机与计算机连接，所述嵌入式系统图像处理单元与计算机连接，所述嵌入式系统图像处理单元对所获得的图像中红灯周围的光晕进行处理。

进一步的，所述高清数字相机和交通信号灯分别设置在交通道路口的两端支架上，且水平方向同一直线。

进一步的，当交通信号灯红灯点亮时，计算机控制高清数字相机进行拍摄，并通过嵌入式系统图像处理单元对所获得的图像中红灯周围的光晕进行减弱或者去除，并将处理后的图像在计算机上显示，或通过打印设备进行打印输出。

进一步的，所述嵌入式系统图像处理单元为FPGA图像处理单元。

一种基于嵌入式系统的交通信号红灯减光晕方法，包括如下步骤：

11）在高清数字摄像机拍摄获得的图像上进行光晕区域的绘制，设置为感兴趣区域；

12）通过直方图统计方法在该感兴趣区域内对红色、黄色以及白色像素点进行统计，根据红黄白三色像素点数量的比例关系进行曝光程度的区分；

13）根据步骤12）得到的曝光程度进行减光晕强度值Sr设置；

14）对有效像素的锁定，根据HSV颜色空间的特性只要满足H分量在0~30与300~360之间均为红色，在此区间内的红色像素即为减光晕区域内的有效像素；

15）找到满足条件的红色像素后在RGB颜色空间内进行光晕的去除。

进一步，步骤12）中对曝光程度的区分的步骤包括：当红色像素数大于总像素数百分之八十，且黄色像素数小于总像素数百分之十时，判定为正常过曝；当红色像素数加上黄色像素数之和大于总像素数百分之九十时，判定为中度过曝；当白色像素数加上红色像素数之和大于总像素数百分之九十时，判定为严重过曝。

进一步，步骤13）中Sr设置包括如下步骤：当信号灯过爆程度属于正常时，则说明当前信号灯无光晕，直接返回；当是中度过曝时，统计感兴趣区域内饱和黄色像素数量，当饱和黄色像素数量小于一定数量时，则判定为中度过曝情况一，此时直接返回，不做去光晕处理，反之Sr值则置为初始值1；当为严重过曝时，Sr值则置为初始值2，初始值1大于初始值2。

进一步，步骤15）中光晕的去除步骤包括：在寻找到的红色像素条件下，对其绿色通道G、蓝色通道B进行比较，取较大值赋给绿色通道G，并判断此时的绿色通道G是否大于三分之二倍的红色通道R，若大于则表示红色通道R、绿色通道G数值较近，将Sr值降低置为初始值3即可，反之则采用之前所置Sr值，此Sr值乘以此时的绿色通道G数值赋给R即可，初始值3小于初始值2。

本发明的有益效果在于：本方案能够在获取的视频及图像中对交通红灯产生的红色光晕进行区域检测并有效减弱甚至滤除，提高了监控领域的图像质量，为后续信号灯状态判断等方法做好图像的预处理。通过直方图统计法根据红黄白三色像素所占比例来区分曝光强度，实际可操作性强，经验证效果显著，而且不需要增加新的硬件加工环节，实现方法简单可靠易行。根据HSV颜色空间色调H来进行有效像素点的锁定，稳定可靠，对多变的环境的抗干扰能力尤为突出，在感兴趣区域内进行光晕减弱甚至去除，加快系统处理速度、提高系统工作效率，省时省力。基于嵌入式系统的减光晕的系统及方法，后期维护便捷，软件升级方便，利于数据化管理，价格经济。

附图说明

图1为本发明系统的结构示意图；

图2是本发明基于嵌入式系统减光晕的工作流程图；

图3是本发明的方法流程图；

图4是本发明交通图像减光晕前后的效果图。

具体实施方式

下面将结合附图和具体实施例对本发明做进一步的说明。

本方案以信号灯中的红灯为例，根据红色信号灯在不同状态下的特征，分析归纳了信号灯在各个状态下的颜色分布，并根据这个规律对做进一步的减光晕处理，该方法能处理大部分场景下信号红灯光晕的问题。

如图1所示，一种基于嵌入式系统的交通信号红灯减光晕系统，包括高清数字相机、嵌入式系统图像处理单元和计算机，所述高清数字相机和交通信号灯分别设置在交通道路口的两端支架上，且水平方向同一直线，所述高清数字相机与计算机连接，所述嵌入式系统图像处理单元与计算机连接，所述嵌入式系统图像处理单元对所获得的图像中红灯周围的光晕进行处理。当交通信号灯红灯点亮时，计算机控制高清数字相机进行拍摄，并通过嵌入式系统图像处理单元对所获得的图像中红灯周围的光晕进行减弱或者去除，并将处理后的图像在计算机上显示，或通过打印设备进行打印输出，所述嵌入式系统图像处理单元可以为FPGA图像处理单元或应用在DM8127处理芯片上。

如图2，图3所示，一种基于嵌入式系统的交通信号灯减光晕方法，包括如下步骤：

1）在高清数字摄像机拍摄获得的图像上进行光晕区域的绘制，设置为感兴趣区域，在图像上用黄色标识线表示，后续步骤都在感兴趣区域内完成，以降低数据量，提高图像处理效率；

2）通过直方图统计法在感兴趣区域内对红色、黄色以及白色像素点进行统计，根据红黄白三色像素点数量的比例关系进行曝光程度的区分。当红色像素数大于总像素数百分之八十，且黄色像素数小于总像素数百分之十时，判定为正常过曝；当红色像素数加上黄色像素数之和大于总像素数百分之九十时，判定为中度过曝；当白色像素数加上红色像素数之和大于总像素数百分之九十时，判定为严重过曝。

3）根据判别的曝光程度进行减光晕强度值Sr设置，该减光晕强度值Sr是一个参数，是与绿色通道G进行相乘后的值赋给红色通道R达到减低红色通道值R的一个参数，命名为减光晕强度值，这个值越大代表红色通道R减的越少，相对红色光晕保留的越多，具体步骤如下：当信号灯正常过曝，即Flag标志位为0时，直接返回，不做去光晕处理；当为中度过曝，Flag标志位为1时，进行感兴趣区域内黄色像素点的统计，其中判定条件为若黄色饱和像素点数小于百分之五十的黄色像素点总数，则判定为中度过曝情况一，此时直接返回，不做去光晕处理，反之Sr初始值1的Sr1参数值则置为1.2，此为经验值后期可允许修改,一般取值范围在0~2之间；当为严重过曝，Flag标志位为2时，Sr初始值2的Sr1参数值则置为1.1。

4）有效像素的锁定。在HSV颜色空间内根据色调H分量进行感兴趣区域内红色像素的遍历，红色像素满足色调H分量在0~30与300~360之间。在此区间内的红色像素即为减光晕区域内的有效像素。

5）红色光晕的减弱或去除：找到满足条件的红色像素后在RGB颜色空间内进行红色光晕的去除。为了防止绿色通道G、蓝色通道B过小，而导致去除光晕后背景色为全黑的情况，对绿色通道G、蓝色通道B进行处理。在寻找到的红色像素条件下，对其绿色通道G、蓝色通道B进行比较，取较大值赋给绿色通道G，并判断此时的绿色通道G是否大于三分之二倍的红色通道R值，若大于则表示红色通道R、绿色通道G数值较近，将Sr初始值3的Sr2参数值降低置为1.0即可，反之则采用之前所置Sr初始值1的Sr1参数值，即Sr初始值3的Sr2参数等于Sr初始值1的Sr1参数值，此Sr初始值3的Sr2参数值乘以此时的绿色通道G通道数值，并在0到原始R值之间做一次限幅，把限幅后的值赋给红色通道R即可。

如此则完成了在视频监控图像感兴趣区域内的红色光晕减弱甚至滤除，如图4所示为交通图像通过应用本方案提出的减光晕算法前后的效果图。左边一栏为视频监控的原始图像，可以明显观察到在红灯周围有较大红色光晕存在，已经掩盖了许多图像信息，不能清晰观察环境背景等图像内容，以及对红灯恢复造成影响；右边一栏为经过基于嵌入式系统减光晕系统后的图像，能够非常清楚的发现在黄色线条区域，即感兴趣区域内，被光晕掩盖的图像内容与细节得到了一定程度的恢复与还原，在有效去除红色光晕的前提下并没有影响图像光晕未覆盖的区域，对后期红灯恢复打下良好基础。

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，在不脱离本发明构思的前提下，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保护范围内。

Claims (8)

1.一种基于嵌入式系统的交通信号红灯减光晕系统，，其特征在于，包括高清数字相机、嵌入式系统图像处理单元和计算机，所述高清数字相机与计算机连接，所述嵌入式系统图像处理单元与计算机连接，所述嵌入式系统图像处理单元对所获得的图像中红灯周围的光晕进行处理。

2.根据权利要求1所说的一种基于嵌入式系统的交通信号红灯减光晕系统，其特征在于，所述高清数字相机和交通信号灯分别设置在交通道路口的两端支架上，且水平方向同一直线。

3.根据权利要求1所说的一种基于嵌入式系统的交通信号红灯减光晕系统，其特征在于，当交通信号灯红灯点亮时，计算机控制高清数字相机进行拍摄，并通过嵌入式系统图像处理单元对所获得的图像中红灯周围的光晕进行减弱或者去除，并将处理后的图像在计算机上显示，或通过打印设备进行打印输出。

4.根据权利要求1所说的一种基于嵌入式系统的交通信号红灯减光晕系统，其特征在于，所述嵌入式系统图像处理单元为FPGA图像处理单元。

5.一种基于嵌入式系统的交通信号红灯减光晕方法，其特征在于，包括如下步骤：

11）在高清数字摄像机拍摄获得的图像上进行光晕区域的绘制，设置为感兴趣区域；

12）通过直方图统计方法在该感兴趣区域内对红色、黄色以及白色像素点进行统计，根据红黄白三色像素点数量的比例关系进行曝光程度的区分；

13）根据步骤12）得到的曝光程度进行减光晕强度值Sr设置；

14）对有效像素的锁定，根据HSV颜色空间的特性只要满足H分量在0~30与300~360之间均为红色，在此区间内的红色像素即为减光晕区域内的有效像素；

15）找到满足条件的红色像素后在RGB颜色空间内进行光晕的去除。

6.根据权利要求5所说的一种基于嵌入式系统的交通信号红灯减光晕方法，其特征在于，步骤12）中对曝光程度的区分的步骤包括：当红色像素数大于总像素数百分之八十，且黄色像素数小于总像素数百分之十时，判定为正常过曝；当红色像素数加上黄色像素数之和大于总像素数百分之九十时，判定为中度过曝；当白色像素数加上红色像素数之和大于总像素数百分之九十时，判定为严重过曝。

7.根据权利要求6所说的一种基于嵌入式系统的交通信号红灯减光晕方法，其特征在于，步骤13）中Sr设置包括如下步骤：当信号灯过爆程度属于正常时，则说明当前信号灯无光晕，直接返回；当是中度过曝时，统计感兴趣区域内饱和黄色像素数量，当饱和黄色像素数量小于一定数量时，则判定为中度过曝情况一，此时直接返回，不做去光晕处理，反之Sr值则置为初始值1；当为严重过曝时，Sr值则置为初始值2，初始值1大于初始值2。

8.根据权利要求7所说的一种基于嵌入式系统的交通信号红灯减光晕方法，其特征在于，步骤15）中光晕的去除步骤包括：在寻找到的红色像素条件下，对其G、B通道进行比较，取较大值赋给G，并判断此时的G是否大于三分之二倍的R，若大于则表示R、G通道数值较近，将Sr值降低置为初始值3即可，反之则采用之前所置Sr值，此Sr值乘以此时的G通道数值赋给R即可，初始值3小于初始值2。