CN109191865A - 一种基于机器视觉的信号灯控制系统和控制方法 - Google Patents

一种基于机器视觉的信号灯控制系统和控制方法 Download PDF

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Abstract

本发明提供一种基于机器视觉的信号灯控制系统,包括支架,还包括设于所述支架的微控制器、信号灯、图像采集系统和雷达系统;所述雷达系统包括前雷达传感器、后雷达传感器和侧雷达传感器;当所述图像采集系统检测到马路旁无等候过马路的行人时,所述微控制器控制所述信号灯中的绿灯亮允许车辆通行;当绿灯亮且所述前雷达传感器或者所述后雷达传感器检测到马路上车流量超过流量阈值或者车速低于速度阈值时,所述微控制器控制所述信号灯延长绿灯亮的时间;当红灯亮且所述图像采集系统检测到马路上具有行动不便的行人或者当所述侧雷达传感器检测到过马路的行人的队伍长度超过长度阈值时,所述微控制器控制所述信号灯延长红灯亮的时间。

Description

一种基于机器视觉的信号灯控制系统和控制方法
技术领域
本发明涉及交通信号灯技术领域,尤其涉及一种基于机器视觉的信号灯控制系统和控制方法。
背景技术
交通信号灯是指挥交通运行的信号灯,一般由红灯、绿灯、黄灯组成。红灯表示禁止通行,绿灯表示准许通行,黄灯表示警示。
虽然交通信号灯能够一定程度上指挥交通,防止秩序混乱,在一定程度上有助于交通的安全和畅通,但是现有的交通信号灯仍然存在以下不足:
(1)在人行稀疏的时间段如午夜等,路上基本上没有行人,但是车俩(尤其是货运车)可能还需要在路上穿行,这时交通信号灯中红灯亮无疑会延长交通的通行时间,且车辆停车等待时会释放大量的尾气污染环境,并且也会增加耗油量,不利于节能;
(2)老人过马路行动缓慢,儿童过马路安全意识差,成群结队的人一起过马路时,由于队伍过长需要更多的时间,而现有的红灯时间(车辆禁止通行的时间)短,不能满足上述情况的要求,从而构成了安全隐患;
发明内容
有鉴于此,本发明的实施例提供了一种基于机器视觉的信号灯控制系统和控制方法,以合理控制信号灯、协调交通、降低安全事故、提高通行效率、且节能环保。
本发明的实施例提供一种基于机器视觉的信号灯控制系统,包括支架,还包括设于所述支架的微控制器、信号灯、图像采集系统和雷达系统;所述雷达系统包括前雷达传感器、后雷达传感器和侧雷达传感器,所述前雷达传感器朝前设置以检测前方马路上的车流量和车速,所述后雷达传感器朝后设置以检测后方马路上的车流量和车速,所述侧雷达传感器朝垂直于前后方向的侧向设置以检测马路上行人的队伍长度;所述图像采集系统包括分别朝前和朝后设置的前摄像头和后摄像头以监控前、后马路上的车流及马路上和马路旁的行人;所述雷达系统和所述图像采集系统均连接所述微控制器以向所述微控制器传输数据,所述微控制器连接所述信号灯以根据其接收到的数据向所述信号灯发出控制信号,当所述图像采集系统检测到马路旁无等候过马路的行人时,所述微控制器控制所述信号灯中的绿灯亮允许车辆通行;当绿灯亮且所述前雷达传感器或者所述后雷达传感器检测到马路上车流量超过流量阈值或者车速低于速度阈值时,所述微控制器控制所述信号灯延长绿灯亮的时间;当红灯亮且所述图像采集系统检测到马路上具有行动不便的行人或者当所述侧雷达传感器检测到过马路的行人的队伍长度超过长度阈值时,所述微控制器控制所述信号灯延长红灯亮的时间。
进一步地,所述信号灯中的红灯、绿灯和黄灯均具有独一无二的灯ID,所述信号灯通过信号灯数据采集器连接所述微控制器,所述信号灯数据采集器采集所述信号灯的时间戳、信号灯状态和灯ID,并将其采集的实时数据传至所述微控制器。
进一步地,所述微控制器接收的数据包括所述图像采集系统采集的行人图像,所述微控制器包括判断所述行人图像中是否有过马路的行人和等候过马路的行人的行人信息识别处理器和判断所述行人图像中过马路的行人的年龄信息的年龄信息处理器,所述行人信息识别处理器基于HOG+SVM机器学习算法识别所述行人图像中的马路中和马路旁的行人信息,所述年龄信息处理器基于人体形态的BP神经网络模型识别所述行人信息中的过马路的行人的年龄信息。
进一步地,所述支架包括竖杆和横杆,所述横杆横置于所述竖杆的顶端且悬在马路上空,所述信号灯、所述图像采集系统、所述前雷达传感器和所述后雷达传感器设于所述横杆,所述侧雷达传感器和所述微控制器设于所述竖杆。
进一步地,所述前雷达传感器和所述后雷达传感器为CW多普勒雷达传感器,所述侧雷达传感器为FMCW雷达传感器。
本发明的实施例提供一种基于机器视觉的信号灯控制方法,包括如下步骤:
S1:采集和分析信号灯所处路口的行人过马路数据,根据所述行人过马路数据将交通划分为过马路高峰时间段和过马路低峰时间段并将所述过马路高峰时间段和所述过马路低峰时间段存储于微控制器中,当处于所述过马路高峰时间段时,执行步骤S2;当处于所述过马路低峰时间段时,执行步骤S3和/或者步骤S4;
S2:获取信号灯状态信息,若为红灯亮车辆通行被禁止时,获取信号灯的时间戳信息,利用图像采集系统获取马路上的行人的行人图像,利用所述微控制器中的行人信息识别处理器识别所述行人图像中的马路中和马路旁的行人信息,利用所述微控制器中的年龄信息处理器识别所述行人信息中的过马路的行人的年龄信息,若过马路或者即将过马路的行人中具有年龄超过最大年龄阈值或低于最小年龄阈值的行人,则所述微控制器控制延长红灯亮的时间;
S3:利用图像采集系统监控马路旁的行人,当所述图像采集系统检测到马路旁无等候过马路的行人时,所述微控制器控制所述信号灯保持绿灯亮允许车辆通行;当所述图像采集系统检测到马路旁有等候过马路的行人时,所述微控制器控制所述信号灯中的红灯亮禁止车俩通行;
S4:使前雷达传感器朝前设置以检测前方马路上的车流量和车速,使后雷达传感器朝后设置以检测后方马路上的车流量和车速,当绿灯亮且所述前雷达传感器或者所述后雷达传感器检测到马路上车流量超过流量阈值或者车速低于速度阈值时,,所述微控制器控制所述信号灯延长绿灯亮的时间;
S5:当红灯亮时,使侧雷达传感器朝垂直于前后方向的侧向设置以检测马路上行人的队伍长度,当所述侧雷达传感器检测到过马路的行人的队伍长度超过长度阈值时,所述微控制器控制所述信号灯延长红灯亮的时间。
进一步地,步骤S4的优先级高于步骤S3。
本发明的实施例提供的技术方案带来的有益效果是:本发明所述的基于机器视觉的信号灯控制系统和控制方法,所述图像采集系统不仅能够监拍交通,方便取证调查等,还能监控前、后马路上的车流及马路上和马路旁的行人,所述微控制器与所述图像采集系统配合,根据所述图像采集系统采集的图像分析是否有人在等候过马路、过马路的行人的年龄等,来控制所述信号灯,当过马路或者即将过马路的行人的行动不便(年龄过大或者过小)时,延长红灯亮的时间,确保行人有足够的时间过马路,当无等候过马路的行人时,所述微控制器控制所述信号灯保持绿灯使车辆畅行,从而能够缩短通行时间,减少车辆的尾气排放和耗油量。所述雷达系统用于检测马路上的车流量、车速和行人的队伍长度,当绿灯亮且马路上的车流量大、车速低时,交通负担较重,所述为控制控制绿灯亮的时间,使车辆通行,尽快驶出路口以减轻该路口的交通负担,从而能够防止交通进一步恶化,减轻交警的工作量;当检测到过马路的行人的队伍的长度过长时,则所述微控制器控制延长红灯亮的时间,防止行人慌乱出现交通事故。
附图说明
图1是本发明基于机器视觉的信号灯控制系统的外在结构示意图;
图2是本发明基于机器视觉的信号灯控制系统的内在连接示意图。
具体实施方式
为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚,下面将结合附图对本发明实施方式作进一步地描述。
请参考图1和图2,本发明的实施例提供了一种基于机器视觉的信号灯控制系统,包括支架1,还包括设于所述支架1的微控制器6、信号灯3、图像采集系统5和雷达系统。
所述述雷达系统包括前雷达传感器41、后雷达传感器42和侧雷达传感器43。所述支架1包括竖杆11和横杆12,所述横杆12横置于所述竖杆11的顶端且悬在马路上空,所述信号灯3、所述图像采集系统5、所述前雷达传感器41和所述后雷达传感器42设于所述横杆12,所述侧雷达传感器43和所述微控制器6设于所述竖杆11。
所述支架1上还安装有太阳能电池板2和蓄电池,所述太阳能电池板2连接所述蓄电池以为其进行充电,所述蓄电池和所述太阳能电池板2均连接所述微控制器6、所述信号灯3、所述图像采集系统5和所述雷达系统以为其供电。
所述信号灯3包括红灯31、绿灯32和黄灯33,所述红灯31、绿灯32和黄灯33均具有相互区别的灯ID,所述信号灯3通过信号灯数据采集器7连接所述微控制器6,所述信号灯数据采集器6采集所述信号灯3的时间戳、信号灯状态和灯ID,并将其采集的实时数据传至所述微控制器6。信号灯状态和灯ID共同体现了所述红灯31、绿灯32和黄灯33当前所处的状态:亮或者灭。时间戳体现了所述红灯31、绿灯32和黄灯33处于当前状态的时间。
所述前雷达传感器41和所述后雷达传感器42分别朝前和朝后设置,所述前雷达传感器41和所述后雷达传感器42均为CW多普勒雷达传感器,所述CW多普勒雷达传感器将24GHz选为发射频率,利用发送与接收信号的频率差,通过公式计算出车辆行驶的速度。同时,所述CW多普勒雷达传感器通过发射与接收频率为24GHz的微波来感应车辆的存在,通过感应车辆的存在来获取其检测范围内的车流量。从而所述前雷达传感器41可以检测出前方马路上的车流量和车速,所述后雷达传感器42可以检测出后方马路上的车流量和车速。
所述侧雷达传感器43朝垂直于前后方向的侧向设置,所述侧雷达传感器43为FMCW雷达传感器,所述FMCW雷达传感器发射波为调频连续波,其频率随时间按照三角波规律变化,所述FMCW雷达传感器接收的回波的频率与发射的频率变化规律相同,都是三角波规律,只是有一个时间差,利用这个微小的时间差可计算出目标距离,进而算出目标的长度。从而所述侧雷达传感器43可以出检测马路上行人的队伍长度。
所述图像采集系统5包括分别朝前和朝后设置的前摄像头51和后摄像头52以监控前、后马路上的车流及马路上和马路旁的行人。所述图像采集系统为CCD相机,不仅能够监拍交通,方便取证调查等,还用于获取马路上和马路旁的行人的行人图像。
所述雷达系统和所述图像采集系统5均连接所述微控制器6以向所述微控制器6传输数据,所述微控制器6直接连接所述信号灯3以根据其接收到的数据向所述信号灯3发出控制信号,来控制所述信号灯3的状态。
所述微控制器6接收的数据包括所述图像采集系统5采集的行人图像,所述微控制器6包括判断所述行人图像中是否有过马路的行人和等候过马路的行人的行人信息识别处理器和判断所述行人图像中过马路的行人的年龄信息的年龄信息处理器,所述行人信息识别处理器基于HOG+SVM机器学习算法识别所述行人信息中的马路中和马路旁的行人信息,所述年龄信息处理器基于人体形态的BP神经网络模型识别所述行人图像中的过马路的行人的年龄信息。
将年龄超过最大年龄阈值或低于最小年龄阈值的行人归为行动不便的行人,亦将身体有残疾的人归为行动不便的行人,所述行人信息包括行人的年龄和行人的体态(是否身有残疾)。
本发明的实施例还提供了一种基于机器视觉的信号灯控制方法,包括如下步骤:
S1:采集和分析信号灯3所处路口的行人过马路数据,根据所述行人过马路数据将交通划分为过马路高峰时间段和过马路低峰时间段并将所述过马路高峰时间段和所述过马路低峰时间段存储于所述微控制器6中,当处于所述过马路高峰时间段时,执行步骤S2;当处于所述过马路低峰时间段时,执行步骤S3和/或者步骤S4;
S2:获取信号灯状态信息,若为红灯31亮车辆通行被禁止时,获取信号灯3的时间戳信息,利用图像采集系统5获取马路上的行人的行人图像,利用所述微控制器中的行人信息识别处理器识别所述行人图像中的马路中和马路旁的行人信息,利用所述微控制器中的年龄信息处理器识别所述行人信息中的过马路的行人的年龄信息,若过马路或者即将过马路的行人中具有年龄超过最大年龄阈值或低于最小年龄阈值的行人,或者所述行人信息中直观显示的过马路和即将过马路的行人身有残疾,则所述微控制器6控制延长红灯31亮的时间。若过马路或即将过马路的行人身体正常且年龄处于最大年龄阈值和最小年龄阈值之间,则所述微控制器6按常规的信号灯控制法则来控制所述信号灯3。
S3:利用图像采集系统5监控马路旁的行人,当所述图像采集系统5检测到马路旁无等候过马路的行人时,所述微控制器6控制所述信号灯3保持绿灯32亮允许车辆通行;当所述图像采集系统5检测到马路旁有等候过马路的行人时,所述微控制器6控制所述信号灯3中的红灯31亮禁止车俩通行。从而在过马路低峰时间段,可以减少红灯31亮对车辆滞留的影响,降低车辆不必要的等待,提高交通效率,同时能够减少车辆停车等待时尾气的排放量和耗油量,有助于节能环保。
S4:使前雷达传感器41朝前设置以检测前方马路上的车流量和车速,使后雷达传感器42朝后设置以检测后方马路上的车流量和车速,当绿灯亮32且所述前雷达传感器41或者所述后雷达传感器42检测到马路上车流量超过流量阈值或者车速低于速度阈值时,所述微控制器6控制所述信号灯3延长绿灯30亮的时间,允许车辆通行。当车流量超过流量阈值或者车速低于速度阈值时,通常是交通负担较重或者出现了交通堵塞,如果这时候红灯31亮,让车辆继续停滞在路口,会进一步恶化交通,延长交通堵塞的时间,所以这时候最好控制绿灯32亮,使车辆有序的前进,直至马路上的堵塞被疏通或者事故被解决或者控制,从而能够加快交通畅通的时间,减轻交警的工作量。
步骤S4的优先级高于步骤S3。
S5:当红灯31亮时,使侧雷达传感器43朝垂直于前后方向的侧向设置以检测马路上行人的队伍长度,当所述侧雷达传感器43检测到过马路的行人的队伍长度超过长度阈值时,所述微控制器6控制所述信号灯3延长红灯31亮的时间。从而防止所述信号灯3转换时的人员骚乱,影响交通和造成交通事故。当所述侧雷达传感器43检测到马路上沿马路的宽度方向排列的行人超过预设人数,且相邻两人在马路宽度方向上的间隙小于预设距离时,则判断有队伍出现,队伍长度等于队伍中距离所述侧雷达传感器43最近的一人与距离所述侧雷达传感器43最远的一人之间的距离。
在本文中,所涉及的前、后、上、下等方位词是以附图中零部件位于图中以及零部件相互之间的位置来定义的,只是为了表达技术方案的清楚及方便。应当理解,所述方位词的使用不应限制本申请请求保护的范围。
在不冲突的情况下,本文中上述实施例及实施例中的特征可以相互结合。
以上所述仅为本发明的较佳实施例,并不用以限制本发明,凡在本发明的精神和原则之内,所作的任何修改、等同替换、改进等,均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (7)

1.一种基于机器视觉的信号灯控制系统,其特征在于:包括支架,还包括设于所述支架的微控制器、信号灯、图像采集系统和雷达系统;所述雷达系统包括前雷达传感器、后雷达传感器和侧雷达传感器,所述前雷达传感器朝前设置以检测前方马路上的车流量和车速,所述后雷达传感器朝后设置以检测后方马路上的车流量和车速,所述侧雷达传感器朝垂直于前后方向的侧向设置以检测马路上行人的队伍长度;所述图像采集系统包括分别朝前和朝后设置的前摄像头和后摄像头以监控前、后马路上的车流及马路上和马路旁的行人;所述雷达系统和所述图像采集系统均连接所述微控制器以向所述微控制器传输数据,所述微控制器连接所述信号灯以根据其接收到的数据向所述信号灯发出控制信号,当所述图像采集系统检测到马路旁无等候过马路的行人时,所述微控制器控制所述信号灯中的绿灯亮允许车辆通行;当绿灯亮且所述前雷达传感器或者所述后雷达传感器检测到马路上车流量超过流量阈值或者车速低于速度阈值时,所述微控制器控制所述信号灯延长绿灯亮的时间;当红灯亮且所述图像采集系统检测到马路上具有行动不便的行人或者当所述侧雷达传感器检测到过马路的行人的队伍长度超过长度阈值时,所述微控制器控制所述信号灯延长红灯亮的时间。
2.如权利要求1所述的基于机器视觉的信号灯控制系统,其特征在于:所述信号灯中的红灯、绿灯和黄灯均具有独一无二的灯ID,所述信号灯通过信号灯数据采集器连接所述微控制器,所述信号灯数据采集器采集所述信号灯的时间戳、信号灯状态和灯ID,并将其采集的实时数据传至所述微控制器。
3.如权利要求1所述的基于机器视觉的信号灯控制系统,其特征在于:所述微控制器接收的数据包括所述图像采集系统采集的行人图像,所述微控制器包括判断所述行人图像中是否有过马路的行人和等候过马路的行人的行人信息识别处理器和判断所述行人图像中过马路的行人的年龄信息的年龄信息处理器,所述行人信息识别处理器基于HOG+SVM机器学习算法识别所述行人图像中的马路中和马路旁的行人信息,所述年龄信息处理器基于人体形态的BP神经网络模型识别所述行人信息中的过马路的行人的年龄信息。
4.如权利要求1所述的基于机器视觉的信号灯控制系统,其特征在于:所述支架包括竖杆和横杆,所述横杆横置于所述竖杆的顶端且悬在马路上空,所述信号灯、所述图像采集系统、所述前雷达传感器和所述后雷达传感器设于所述横杆,所述侧雷达传感器和所述微控制器设于所述竖杆。
5.如权利要求1所述的基于机器视觉的信号灯控制系统,其特征在于:所述前雷达传感器和所述后雷达传感器为CW多普勒雷达传感器,所述侧雷达传感器为FMCW雷达传感器。
6.一种基于机器视觉的信号灯控制方法,其特征在于,包括如下步骤:
S1:采集和分析信号灯所处路口的行人过马路数据,根据所述行人过马路数据将交通划分为过马路高峰时间段和过马路低峰时间段并将所述过马路高峰时间段和所述过马路低峰时间段存储于微控制器中,当处于所述过马路高峰时间段时,执行步骤S2;当处于所述过马路低峰时间段时,执行步骤S3和/或者步骤S4;
S2:获取信号灯状态信息,若为红灯亮车辆通行被禁止时,获取信号灯的时间戳信息,利用图像采集系统获取马路上的行人的行人图像,利用所述微控制器中的行人信息识别处理器识别所述行人图像中的马路中和马路旁的行人信息,利用所述微控制器中的年龄信息处理器识别所述行人信息中的过马路的行人的年龄信息,若过马路或者即将过马路的行人中具有年龄超过最大年龄阈值或低于最小年龄阈值的行人,则所述微控制器控制延长红灯亮的时间;
S3:利用图像采集系统监控马路旁的行人,当所述图像采集系统检测到马路旁无等候过马路的行人时,所述微控制器控制所述信号灯保持绿灯亮允许车辆通行;当所述图像采集系统检测到马路旁有等候过马路的行人时,所述微控制器控制所述信号灯中的红灯亮禁止车俩通行;
S4:使前雷达传感器朝前设置以检测前方马路上的车流量和车速,使后雷达传感器朝后设置以检测后方马路上的车流量和车速,当绿灯亮且所述前雷达传感器或者所述后雷达传感器检测到马路上车流量超过流量阈值或者车速低于速度阈值时,所述微控制器控制所述信号灯延长绿灯亮的时间;
S5:当红灯亮时,使侧雷达传感器朝垂直于前后方向的侧向设置以检测马路上行人的队伍长度,当所述侧雷达传感器检测到过马路的行人的队伍长度超过长度阈值时,所述微控制器控制所述信号灯延长红灯亮的时间。
7.如权利要求6所述的基于机器视觉的信号灯控制方法,其特征在于:步骤S4的优先级高于步骤S3。
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