CN105825696A - 基于信号灯信息提示的驾驶辅助系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种基于信号灯信息提示的驾驶辅助系统，包括有数据采集及预处理模块、交通信号灯及倒计时信息检测识别模块、距离和速度计算模块和控制模块；数据采集及预处理模块、交通信号灯及倒计时信息检测识别模块、距离和速度计算模块均与控制模块连接；本发明在信号灯路段，根据车辆前置摄像头获取的图像，识别交通信号灯及倒计时信息，计算车辆到达信号灯的距离，预测车辆到达停止线的时间，并给出驾驶员相应的操作提示，提高了驾驶安全性，减少了交通事故的发生。

Description

基于信号灯信息提示的驾驶辅助系统

技术领域

本发明涉及一种基于信号灯信息提示的驾驶辅助系统，尤其涉及在交通信号灯路段通过图像处理技术识别信号灯信息、计算距离并预测车辆到达信号灯路口的时间，提示驾驶员做出相应的操作。

背景技术

随着城市化进程的发展和汽车化进程不断加快，汽车己经成为人们出行不可缺少的交通工具。随着汽车保有量的不断增加和应用普及速度加快，交通拥堵以及各种原因的交通事故也日益严重。交通信号灯已经成为疏导交通车辆最常见和最有效的手段。交通信号灯的出现，使交通得以有效管制，对于疏导交通流量、提髙道路通行能力，减少交通事故有明显效果。尤其在我国，为了帮助驾驶员预先做好下一步驾驶操作的心理准备，绝大多数城市的交通信号灯装置除了提供前进、停止和警告信息外，还提示倒计时信息。但很多时候由于驾驶员错误的估计到达信号灯停止线的时间、以及一些驾驶员的不良驾驶习惯，导致在信号灯路口，信号交换时(绿灯变红灯)极容易出现交通事故。而现有的很多驾驶员辅助系统，只是根据已有的数据库信息提示前方是否有红绿灯，而并不提示当前实时的信号灯信息无法对驾驶员提供实时的帮助。

发明内容

本发明针对现有的驾驶员辅助系统的不足，提出了基于信号灯信息提示的驾驶辅助系统，在信号灯路段，根据车辆前置摄像头获取的图像，识别交通信号灯及倒计时信息，根据图像信息计算车辆到达信号灯的距离，预测车辆到达停止线的时间，并给出驾驶员相应的提示。

本发明包括有数据采集及预处理模块、交通信号灯及倒计时信息检测识别模块、距离和速度计算模块和控制模块；数据采集及预处理模块、交通信号灯及倒计时信息检测识别模块、距离和速度计算模块均与控制模块连接；

所述的数据采集及预处理模块：在各种不同交通环境下采集车前方交通场景视频和速度时间序列数据；对恶劣天气图像使用暗通道假设，向导滤波等进行图像预处理；对预处理后视频图像转换成等尺寸图像。

所述的交通信号灯及倒计时信息检测识别模块：信号灯倒计时检测，通过对不同颜色空间的通道分量设定阈值获得信号灯倒计时的候选区域，并通过大小、位置、形状信息对候选区域进行筛选，并通过支持向量机算法确定候选区域中信号灯的位置，识别信号灯的颜色。根据信号灯的位置信息，检测到倒计时的位置信息，识别倒计时数字。

所述的交通信号灯及倒计时信息检测识别模块：根据信号灯在图像中的大小以及信号灯的真实大小，计算图像中的场景在现实中的尺寸；并根据信号灯在图像中的偏角，以及车载视频装置的视觉广角，计算出当前图像拍摄时，车辆距离信号灯的距离；计算出连续两帧图像的拍摄时车辆与信号灯的距离变化，并结合两帧图像之间的时间差信息，计算车辆速度。

所述的控制模块：根据车辆速度和车辆与信号灯的距离，计算车辆到达停止线的时间t_stop，根据信号灯识别出的时间t_light，以及信号灯的颜色给出驾驶员提示；如果能通过绿灯，则保持现有速度；如果不能通过则提示驾驶员做好减速停车的准备。

本发明的有益效果：

本发明在信号灯路段，根据车辆一个前置摄像头获取的图像，识别交通信号灯及倒计时信息，计算车辆到达信号灯的距离，预测车辆到达停止线的时间，并给出驾驶员相应的操作提示，提高了驾驶安全性，减少了交通事故的发生。

附图说明

图1为本发明的结构框图。

图2为本发明的工作流程图。

图3为本发明的交通信号检测流程图。

图4为本发明的车辆与信号灯之间距离计算说明图。

图5为本发明的控制流程图。

具体实施方式

请参阅图1所示，本发明包括有数据采集及预处理模块1、交通信号灯及倒计时信息检测识别模块2、距离和速度计算模块3和控制模块4；数据采集及预处理模块1、交通信号灯及倒计时信息检测识别模块2、距离和速度计算模块3均与控制模块4连接；

请参阅图2所示，首先，利用计算机视觉知识，使用图像检测和识别方法，检测出当前视频帧中的信号灯。本发明中的视频帧图像是由数据采集及预处理模块1实时采集，并实时进行处理。信号灯信息的采集及处理流程详见图3。将原始的RGB彩色图像分别转换为HSV彩色空间，并完成下列映射：

$H_m=\left\{\begin{array}{cc}H+60;& H\≤300\\ H-300;& H>300\end{array}\right.$

当转换结束后，不同颜色的信号灯将满足不同阈值：

$pixel\∈\left\{\begin{array}{cc}red;& H_m\∈\[41.8,66.6\],S\≥100,V\≥50\\ yellow;& H_m\∈\[89.1,136.1\],S\≥100,V\≥50\\ green;& H_m\∈\[173.1,216.3\],S\≥100,V\≥50\\ other;& otherwise\end{array}\right.$

使用颜色获取候选区域后，通过大小、形状和位置信息进行筛选，将筛选后的候选区域输入支持向量机模型，通过二分类方法判断是否为信号灯区域。根据结果分为两种情况，检测到信号灯和未检测到信号灯。当检测到信号灯时，根据检测到的信号灯位置信息截取出最终确定的信号灯倒计时区域，并将两位数图像拆分成两幅个位数的图像，并通过支持向量机分类器，使用OVA算法完成信号灯数字的多分类(总计10个类别0-9)，并每隔500ms，完成一次校验工作，保证识别的准确性。当未检测到信号灯时，如果前一个相邻帧也未检测到信号灯倒计时，则确认此帧图像不包含信号灯；如果前一帧检测出倒计时，则根据前一帧的识别结果推测当前帧的倒计时信息。然后，计算车辆与信号灯之间的距离。如图4所示，为t时刻车辆与最近的信号灯之间的距离，f为摄像头的视野宽度，w_s为信号灯板的长度，是图像的宽度，为真实场景下信号灯的宽度η。根据如下公式，可以计算出车辆与信号灯之间的距离

$d_s^t=\frac{w_i^t\×\mathrm{\η}}{W_s^t\×2tan(f/2)\×cos\left(\mathrm{\φ}\right)}$

对相邻的两帧图像均计算出车辆与信号灯的距离与当图像采集设备固定时，每秒采集的图像个数是固定的，一般为25fps，因此两个相邻帧图像的时间间隔为1/25。

$v=\frac{d_s^{t1}-d_s^{t2}}{1/25}$

如图5所示，根据距离和速度，计算到达停止线的时间t_stop，分为红灯和绿灯两种情况：1)信号灯为红色：t_stop<t_light，适当减速慢行，减速慢行，做好停车准备；t_stop>t_light，保持当前速度即可。2)信号灯为绿色：t_stop<t_light，保持当前速度行驶，可以通过信号灯；t_stop>t_light，减速慢行，做好停车准备。

Claims (2)

1.一种基于信号灯信息提示的驾驶辅助系统，其特征在于：包括有数据采集及预处理模块、交通信号灯及倒计时信息检测识别模块、基于图像的距离和速度计算模块和控制模块；数据采集及预处理模块、交通信号灯及倒计时信息检测识别模块、距离和速度计算模块均与控制模块连接；

所述的数据采集及预处理模块：在各种不同交通环境下采集车前方交通场景视频和速度时间序列数据；对恶劣天气图像使用暗通道假设，向导滤波等进行图像预处理；对预处理后视频图像转换成等尺寸图像；

所述的交通信号灯及倒计时信息检测识别模块：信号灯倒计时检测，通过对不同颜色空间的通道分量设定阈值获得信号灯倒计时的候选区域，并通过大小、位置、形状信息对候选区域进行筛选，并通过支持向量机算法确定候选区域中信号灯的位置，识别信号灯的颜色。根据信号灯的位置信息，检测到倒计时的位置信息，识别倒计时数字；

所述的交通信号灯及倒计时信息检测识别模块：根据信号灯在图像中的大小以及信号灯的真实大小，计算图像中的场景在现实中的尺寸；并根据信号灯在图像中的偏角，以及车载视频装置的视觉广角，计算出当前图像拍摄时，车辆与信号灯之间的距离；计算出连续两帧图像的拍摄时车辆距离信号灯的距离之差，并结合两帧图像之间的时间差信息，计算车辆速度；

所述的控制模块：根据车辆速度和车辆与信号灯的距离，计算车辆到达停止线的时间t_stop，根据信号灯识别出的时间t_light，以及信号灯的颜色给出驾驶员提示；如果能通过绿灯，则保持现有速度；如果不能通过则提示驾驶员做好减速停车的准备。

2.根据权利要求1所述的一种基于信号灯信息提示的驾驶辅助系统，其特征在于：根据图像信息，计算车辆与信号灯之间的距离

$d_s^t=\frac{w_i^t\&times;\mathrm{\&eta;}}{W_s^t\&times;2tan(f/2)\&times;cos\left(\mathrm{\&phi;}\right)}$

为t时刻车辆与最近的信号灯之间的距离，f为摄像头的视野宽度，w_s为信号灯板的长度，是图像的宽度，η为真实场景下信号灯的宽度。