CN110349421A - 一种交通信号灯状态提示系统设计方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种交通信号灯状态提示系统设计方法。该系统包括测距单元、图像采集单元、图像识别单元、中央处理单元、信息提示单元；所述测距单元通过预先设置启动图像采集单元的距离门限值，适时启动所述图像采集单元进行图像数据采集；所述图像识别单元预存储有多种类型交通信号灯图像数据，采用模式匹配方式对图像数据进行分类，再基于颜色特征和形状特征相结合的方式进行图像识别，获取信号灯的状态；所述中央处理单元综合分析信号灯状态信息与车辆行驶状态信息，其分析结果通过信息提示单元发出提示信息。本发明提高了信号灯状态的正确识别概率，能够为驾驶员行车操控提供信息提示，并且对现有设备改造低，易推广应用。

Description

一种交通信号灯状态提示系统设计方法

技术领域

本发明涉及交通信号灯状态提示系统设计方法，尤其涉及一种基于图像识别的交通信号灯状态提示系统设计方法。

背景技术

交通信号灯是维护道路交通秩序和保障车辆通行安全的一种重要设施。采用红、黄、绿三种颜色信号灯来指挥车辆通行。然而，由于驾驶员疲劳驾驶、注意力不集中、视力下降等原因，经常会导致闯红灯的现象发生，给行车安全带来隐患。基于数字地图的网络导航驾驶员常用的导航手段，它会提供优选的行驶路线，提醒道路限速、道路交叉口等信息，但是，这种导航方式无法获取前方道路交叉口当前交通信号灯的状态，不能为驾驶员提供信号灯状态信息，从而使得驾驶员不能为安全通过前方路口提前预警、规划行驶方案。交通信号灯状态提示系统能够很好的解决上述问题。目前，关于交通信号灯的状态提示方法主要有两种。一种是采用组网方式，行驶车辆、交通信号灯构建一个无线局域网络，基于该网络进行信息交换，使驾驶员获知前方交通信号灯的状态信息；但是这种方式实现复杂度高，对现有设备的改造程度大，需在交通信号灯、行驶车辆上安置信号灯状态获知模块、无线收发模块、组网模块等。另一种方式是采用图像识别方式，识别交通信号灯的状态，但是由于行驶道路的背景噪声干扰复杂，如果使图像识别设备始终处于信号灯识别状态时，会导致识别信号灯状态的正确率较低，必须采取合理措施，适时启动信号灯图像识别设备。

因此，如何正确识别交通信号灯状态，为驾驶员行车操控提供信息提示，是交通信号灯状态提示系统设计方法需要解决的问题。

发明内容

本发明的目的是提高交通信号灯状态的正确识别概率，为驾驶员行车操控提供信息提示，本发明提供了一种交通信号灯状态提示系统设计方法。在该系统设计方法中，包括测距单元、图像采集单元、图像识别单元、中央处理单元、信息提示单元；其中，

所述测距单元内置数字地图和卫星导航系统，获取车辆当前所处道路情况、位置信息和行驶速度，实时测量当前车辆与即将通过的交通信号灯之间的距离；预先设置启动图像采集单元的距离门限值，如果当前车辆与即将通过的交通信号灯之间的距离小于所述距离门限时，则启动所述图像采集单元进行图像数据采集，否则，不启动；

所述图像识别单元连接所述图像采集单元并接收其图像数据，其内预存储有多种类型交通信号灯图像数据，采用模式匹配方式对所采集的信号灯图像数据进行分类处理，再基于颜色特征和形状特征相结合的方式提取所述图像数据特征并进行图像识别，获取信号灯的状态；

所述中央处理单元与所述图像识别单元相连，并接收其信号灯状态信息，所述中央处理单元通过车载总线接口与车辆行车电脑系统相连获取车辆行驶状态信息，综合分析信号灯状态信息与车辆行驶状态信息，其分析结果通过信息提示单元发出提示信息。

进一步，在本发明所公开的技术方案中，所述启动图像采集单元的距离门限值θ与车辆行驶速度V及其刹车距D有关，并满足关系式：θ＝kD(V)，其中，D(V)表示当前车辆行驶速度V所对应的刹车距，k是安全因子，是常数项；其中，城市市区内条件下安全因子k的优选取值范围为大于1.8且小于2.5。

进一步，在本发明所公开的技术方案中，所述图像采集单元包括多个图像采集设备，所述图像采集设备分为两组，一组用于采集信号灯图像数据，另一组用于采集车辆当前行驶车道图像数据；所述车道图像数据通过所述图像识别单元进行识别，所识别的车道信息输出至中央处理单元。

进一步，在本发明所公开的技术方案中，所述中央处理单元通过车载总线接口与车辆行车电脑系统相连获取车辆行驶状态信息，所述车辆行驶状态信息包括当前开启的转向灯信息。

进一步，所述图像识别单元所识别的信号灯状态包括信号灯的颜色、形状。

进一步，在本发明所公开的技术方案中，所述中央处理单元综合分析信号灯状态信息与车辆行驶状态信息，其得出分析结果的方法包括以下步骤：

如果当前信号灯的颜色是红色或黄色，则直接通过信息提示单元发出告警信息；

否则，判断当前信号灯是直行还是转向；

如果当前信号灯为直行，则与当前车辆行驶的车道信息相比对，如果车道信息与信号灯所规定行驶的车道信息相一致，则不向信息提示单元发出提示信息；否则，则向信息提示单元发出告警信息；

如果当前信号灯为转向，则与当前车辆行驶的车道信息、所开启的转向灯信息相比对，如果车道信息、转向灯信息均与信号灯所规定行驶信息相一致，则不向信息提示单元发出提示信息；否则，向信息提示单元发出告警信息。

进一步，在本发明所公开的技术方案中，所述信息提示单元通过语音或视频方式发出告警信息。

与现有技术相比，本发明具有如下有益效果：

①提高了信号灯状态的识别概率。在本发明所公开的技术方案中，采用预先设置启动图像采集单元距离门限值的方式，来启动所述图像采集单元进行图像数据采集，有效提高了被识别图像的信噪比，避免了现有技术中图像识别设备始终处于信号灯识别状态时由于背景噪声干扰而导致信号灯状态正确识别率低的问题；并在此基础上，预存储有多种类型交通信号灯图像数据，采用模式匹配方式对所采集的信号灯图像数据进行分类处理，再基于颜色特征和形状特征相结合的方式提取所述图像数据特征并进行图像识别，大幅提高了信号灯状态的正确识别概率。

②为驾驶员行车操控提供信息提示。在本发明所公开的技术方案中，中央处理单元与所述图像识别单元相连接收其信号灯状态信息，并通过车载总线接口与车辆行车电脑系统相连获取车辆行驶状态信息，在综合分析信号灯状态信息与车辆行驶状态信息的基础上，将其分析结果通过信息提示单元发出提示信息，以引导驾驶员正确操控，为安全行驶提供技术支持。

③对现有设备改造程度低，易推广应用。在现有技术中，主要有两种方式识别信号灯状态，一种是采用组网方式实现，它需要对现有交通信号灯设备进行改造，通过无线网络设备发送信号灯状态，增加了硬件设备模块，设备改造程度大，不利于推广应用；另一种是采用图像识别方式识别信号灯状态，图像识别设备始终处于信号灯识别状态，由于背景噪声干扰而导致信号灯状态正确识别率非常低。而在本发明所公开的技术方案中，不需要对现有交通信号灯设备做任何改进，通过设置启动门限、模式匹配和颜色形状相结合的识别方式，只需要通过图像识别的方法就可正确识别信号灯状态；也无需架设网络，通过与车辆行车电脑系统总线接口相连的方式，正确引导驾驶员正确操控，设备简单易实现，有利于推广应用。

本发明的其它优点和特征将部分通过下面的说明体现，部分还将通过对本发明的研究和实践而为本领域的技术人员所理解。

附图说明

图1是本发明实施例所公开的系统组成示意图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明做进一步的详细说明，以令本领域技术人员参照说明书文字能够据以实施。

在现有交通信号灯状态信息提示系统设计方法中，主要采用组网和图像识别两种方法实现。在组网方式中，行驶车辆、交通信号灯构建一个无线局域网络，基于该网络进行信息交换，使驾驶员获知前方交通信号灯的状态信息；但是这种方式实现复杂度高，对现有设备的改造程度大，需在交通信号灯、行驶车辆上安置信号灯状态获知模块、无线收发模块、组网模块等，不利于推广应用。在图像识别方式中，通过图像采集识别交通信号灯的状态，图像识别设备始终处于识别启动状态，由于城市行驶道路背景噪声干扰复杂，导致信号灯状态的正确识别率较低。

为了解决现有技术存在的问题，本发明实施例公开了一种交通信号灯状态提示系统设计方法。为了避免对现有设备改造程度大，采用图像采集方式识别信号灯状态。如图1所示，该系统包括测距单元、图像采集单元、图像识别单元、中央处理单元、信息提示单元；其中，

所述测距单元内置数字地图和卫星导航系统，获取车辆当前所处道路情况、位置信息和行驶速度，实时测量当前车辆与即将通过的交通信号灯之间的距离；预先设置启动图像采集单元的距离门限值，如果当前车辆与即将通过的交通信号灯之间的距离小于所述距离门限时，则启动所述图像采集单元进行图像数据采集，否则，不启动。

在本发明实施例所公开的技术方案中，所述测距单元内置数字地图和卫星导航系统，能够实时获取当前车辆位置信息、速度信息、所行驶的道路路况信息等，其中，路况信息包括道路限速信息、即将通过的交通信号灯的位置信息等；所述测距单元能够实时测量当前车辆与即将通过的交通信号灯之间的距离。采用预先设置启动图像采集单元距离门限值的方式，来适时启动所述图像采集单元进行图像数据采集，以增加信号灯图像所占图像总面积的百分比，从而有效提高了有用图像的能量，降低了干扰噪声的能量，即提高了信噪比，避免了现有技术中图像识别设备始终处于信号灯识别状态时由于背景噪声干扰而导致信号灯状态正确识别率低的问题。

所述图像识别单元连接所述图像采集单元并接收其图像数据，其内预存储有多种类型交通信号灯图像数据，采用模式匹配方式对所采集的信号灯图像数据进行分类处理，再基于颜色特征和形状特征相结合的方式提取所述图像数据特征并进行图像识别，获取信号灯的状态。在现有技术中，模式匹配理论及实现方法已经非常成熟，本发明通过预存信号灯图像数据的方式，采用模式匹配可以快速准确的对所采集的信号灯图像数据进行分类处理，便于过滤图像噪声，在很大程度上克服了背景噪声的干扰，进一步提高了识别的概率。在此基础上，再采用颜色特征和形状特征相结合的方式进行图像数据特征提取和识别，进一步提高了信号灯状态的识别概率。而关于颜色特征和形状特征相结合的方式进行图像识别，在现有技术中已公开，这里不再赘述。

所述中央处理单元与所述图像识别单元相连，并接收其信号灯状态信息，所述中央处理单元通过车载总线接口与车辆行车电脑系统相连获取车辆行驶状态信息，综合分析信号灯状态信息与车辆行驶状态信息，其分析结果通过信息提示单元发出提示信息。从而为引导驾驶员正确操控、安全行驶提供技术支持。

进一步，在本发明实施例所公开的技术方案中，所述启动图像采集单元的距离门限值θ与车辆行驶速度V及其刹车距D有关，并满足关系式：θ＝kD(V)，其中，D(V)表示当前车辆行驶速度V所对应的刹车距，k是安全因子，是大于1的常数项。以车辆安全行驶为基本原则，设置距离门限值的大小。通常情况下，车辆行驶速度越快，所需的刹车距也就越大，其安全因子取值也应越大，其对应的距离门限值就越大；反之，车辆的行驶速度越慢，其所需的刹车距越小，其安全因子的取值也应越小，其对应的距离门限值就越小。在本发明实施例中，通过多次仿真及实验验证，以车辆安全行驶为基本原则，在城市市区内条件下，安全因子k的优选取值范围为大于1.8且小于2.5。

进一步，在本发明实施例所公开的技术方案中，所述图像采集单元包括多个图像采集设备，所述图像采集设备分为两组，一组用于采集信号灯图像数据，另一组用于采集车辆当前行驶车道图像数据；所述车道图像数据通过所述图像识别单元进行识别，所识别的车道信息输出至中央处理单元。所述用于采集信号灯图像数据的图像采集设备设置有随动系统，使其能够准备对焦交通信号灯，进行图像数据采集。

进一步，在本发明实施例所公开的技术方案中，所述中央处理单元通过车载总线接口与车辆行车电脑系统相连获取车辆行驶状态信息，所述车辆行驶状态信息包括当前开启的转向灯信息。

进一步，在本发明实施例所公开的技术方案中，所述图像识别单元所识别的信号灯状态包括信号灯的颜色、形状。通过图像识别，能够正确识别当前信号的红、黄、绿颜色，能够识别直行、左转、右转指示方向。

进一步，在本发明实施例所公开的技术方案中，所述中央处理单元综合分析信号灯状态信息与车辆行驶状态信息，其得出分析结果的方法包括以下步骤：

如果当前信号灯的颜色是红色或黄色，则直接通过信息提示单元发出告警信息；

否则，判断当前信号灯是直行还是转向；

如果当前信号灯为直行，则与当前车辆行驶的车道信息相比对，如果车道信息与信号灯所规定行驶的车道信息相一致，则不向信息提示单元发出提示信息；否则，则向信息提示单元发出告警信息；

如果当前信号灯为转向，则与当前车辆行驶的车道信息、所开启的转向灯信息相比对，如果车道信息、转向灯信息均与信号灯所规定行驶信息相一致，则不向信息提示单元发出提示信息；否则，向信息提示单元发出告警信息。

进一步，在本发明实施例所公开的技术方案中，所述信息提示单元通过语音或视频方式发出告警信息。

使用时，本发明实施例所设计的交通信号灯信息提示系统，可放置在车辆驾驶室内，其前方无遮挡物即可。

尽管本发明的实施方案已公开如上，但其并不仅仅限于说明书和实施方式中所列的运用方式。它完全可以被适用于各种适合本发明的领域。对于熟悉本领域的人员而言，可容易地实现另外的修改。因此在不背离权利要求及等同范围所限定的一般概念下，本发明并不限于特定的细节和这里示出与描述的图例。

Claims (7)

1.一种交通信号灯状态提示系统设计方法，包括测距单元、图像采集单元、图像识别单元、中央处理单元、信息提示单元；其中，

所述测距单元内置数字地图和卫星导航系统，获取车辆当前所处道路情况、位置信息和行驶速度，实时测量当前车辆与即将通过的交通信号灯之间的距离；预先设置启动图像采集单元的距离门限值，如果当前车辆与即将通过的交通信号灯之间的距离小于所述距离门限时，则启动所述图像采集单元进行图像数据采集，否则，不启动；

所述图像识别单元连接所述图像采集单元并接收其图像数据，其内预存储有多种类型交通信号灯图像数据，采用模式匹配方式对所采集的信号灯图像数据进行分类处理，再基于颜色特征和形状特征相结合的方式提取所述图像数据特征并进行图像识别，获取信号灯的状态；

所述中央处理单元与所述图像识别单元相连，并接收其信号灯状态信息，所述中央处理单元通过车载总线接口与车辆行车电脑系统相连获取车辆行驶状态信息，综合分析信号灯状态信息与车辆行驶状态信息，其分析结果通过信息提示单元发出提示信息。

2.根据权利要求1所述的交通信号灯状态提示系统设计方法，其特征在于，所述启动图像采集单元的距离门限值θ与车辆行驶速度V及其刹车距D有关，并满足关系式：θ＝kD(V)，其中，D(V)表示当前车辆行驶速度V所对应的刹车距，k是安全因子，是大于1的常数项，其中，城市市区内条件下安全因子k的优选取值范围为大于1.8且小于2.5。

3.根据权利要求1所述的交通信号灯状态提示系统设计方法，其特征在于，所述图像采集单元包括多个图像采集设备，所述图像采集设备分为两组，一组用于采集信号灯图像数据，另一组用于采集车辆当前行驶车道图像数据；所述车道图像数据通过所述图像识别单元进行识别，所识别的车道信息输出至中央处理单元。

4.根据权利要求3所述的交通信号灯状态提示系统设计方法，其特征在于，所述中央处理单元通过车载总线接口与车辆行车电脑系统相连获取车辆行驶状态信息，所述车辆行驶状态信息包括当前开启的转向灯信息。

5.根据权利要求4所述的交通信号灯状态提示系统设计方法，其特征在于，所述图像识别单元所识别的信号灯状态包括信号灯的颜色、形状。

6.根据权利要求5所述的交通信号灯状态提示系统设计方法，其特征在于，所述中央处理单元综合分析信号灯状态信息与车辆行驶状态信息，其得出分析结果的方法包括以下步骤：

如果当前信号灯的颜色是红色或黄色，则直接通过信息提示单元发出告警信息；

否则，判断当前信号灯是直行还是转向；

如果当前信号灯为直行，则与当前车辆行驶的车道信息相比对，如果车道信息与信号灯所规定行驶的车道信息相一致，则不向信息提示单元发出提示信息；否则，则向信息提示单元发出告警信息；

如果当前信号灯为转向，则与当前车辆行驶的车道信息、所开启的转向灯信息相比对，如果车道信息、转向灯信息均与信号灯所规定行驶信息相一致，则不向信息提示单元发出提示信息；否则，向信息提示单元发出告警信息。

7.根据权利要求6所述的交通信号灯状态提示系统设计方法，其特征在于，所述信息提示单元通过语音或视频方式发出告警信息。