CN112419763A - 一种面向led点阵光源的交通信号灯复合信息显示方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种面向LED点阵光源的交通信号灯复合信息显示方法。系统接收交通信息显示控制信号，提取出交通指示图案点阵与文字字符点阵；计算得出合成的交通信号点阵的红、黄、绿分类色品值；计算合成交通信号点阵的点阵密度分布；计算合成交通信号点阵的分类亮度；按参数合成交通信号点阵的复合信息显示特性值，获得模拟图像；采用可视性预测算法处理获得最优的模拟图像，以最优的模拟图像对应的交通信号点阵作为复合信息显示图像进行存储并显示。本发明能满足动态变化与个性化的交通信号复合指示需求，能有效解决色盲人群对单色品指示灯有效辨识的问题，实施简单、高效。
Description
技术领域
本发明提出了一种交通信号灯显示控制方法，尤其是提出了一种面向LED 点阵光源的交通信号灯复合信息显示控制方法。
背景技术
交通信号灯使用历史由来已久，又称红绿灯，它是以规定之时间上交互更换之光色讯号，通常设置于交岔路口或其他特殊地点，用以将道路通行权指定给车辆驾驶人与行人，管制其行止及转向之交通管制设施。以红、黄、绿三色灯号或辅以音响，指示车辆及行人停止、注意与行进，设于交岔路口或其他必要地点。主要分为机动车信号灯、非机动车信号灯、人行横道信号灯、车道信号灯、方向指示信号灯、闪光警告信号灯，并慢慢产生了各类带有图案的信号灯。随着时代发展，红绿灯的显示驱动方式也予以转变，逐渐发展到使用LED发光部件，相应的图案显示也越来越多。
随着无人汽车与物联网的发展，很多人将目光聚焦在交通信号的智能感知与配时控制上，(如CN111696370A、CN109166325A、CN111710175A)和基于视频智能识别信号等状态的技术(如CN107730481A)，同时也关注电控节能部分的创新(如CN211578051U)等，但在关注人群个体差异的信号控制和区分识别上鲜有应用，有些在图案组合方面有所尝试(如CN111415517)。
当前主要采用的红黄绿三个交通信号组合灯的固定排列，其优势是使得红绿色盲也能区分信号内容，但是整体设施较冗余，控制方式不灵活。如今新型显示与光驱动的技术飞快发展，现有技术中缺少了一种方法能让色盲的人区分交通信号灯。
发明内容
本发明的交通复合信息显示与控制系统主要针对动态化、个性化的交通复合信息显示问题，能解决色盲人群的单灯辨识问题。本发明公开了一种面向 LED点阵光源的交通信号灯复合信息显示控制方法，能通过采用具有文字与图案叠加的方式，达到一个交通信号灯也能使红绿色盲的人区分信号内容。
本发明所采用的技术方案是：
交通信号灯中的交通信息由交通指示图案与文字字符构成，且交通指示图案与文字字符显示在同一区域上。
具体地，一盏交通信号灯能显示红黄绿三种指示信号，但某一时刻只显示其中一种对应的交通指示图案与文字字符。
复合信息显示生成方法为：
S1：系统接收交通信息显示控制信号，依据交通信息显示控制信号提取出所需显示的交通指示图案点阵与文字字符点阵；
S2：根据交通指示图案点阵与文字字符点阵，计算得出合成的交通信号点阵的红、黄、绿分类色品值；
S3：根据交通指示图案点阵与文字字符点阵，计算合成的交通信号点阵的点阵密度分布；
S4：依据环境照度设定红、黄、绿基础亮度，根据交通指示图案点阵与文字字符点阵计算合成的交通信号点阵的分类亮度；
S5：按参数合成交通信号点阵的复合信息显示特性值，获得模拟图像；
S6：重复步骤S1～S5，生成n组参数合成后的模拟图像，采用可视性预测算法处理获得最优的模拟图像，以最优的模拟图像对应的交通信号点阵作为复合信息显示图像进行存储，并以交通信号点阵中的色品参数值、点阵密度和亮度值进行显示。
所述S2具体为：交通信号灯灯光信号颜色所包含的红、黄、绿色品归属于三个范围区间，在三个区间范围内分别取红、黄、绿的三个色品显示交通信号图案，设置文字字符色品差值，按以下公式计算交通信号点阵光源的三种信号灯颜色的色品参数值，等于为交通指示图案色品与文字字符色品差值的和，最终各色品参数值均不超出原始规定范围：
式中：P为交通指示图案点阵，T为文字字符点阵；
Cpr(x，y)、Cpy(x，y)、Cpg(x，y)分别为交通指示图案点阵中点(x，y)处发光红、黄、绿的色品值，ΔCtr(x，y)、ΔCty(x，y)、ΔCtg(x，y)分别为文字字符点阵中点(x，y)处的发光红、黄、绿的色品差值，Cr(x，y)、Cy(x，y)、 Cg(x，y)分别为交通信号点阵点(x，y)处的红、黄、绿对应的色品值；x、y分别表示点阵中点的横纵坐标。
本发明所述的色品又称为“色度”，在光学测量中指主波长及纯度。
所述S3具体为：交通信号灯点阵灯光密度值按以下公式计算为LED点阵光源的发光密度等于图案密度值与文字密度差值的和：
式中：P为交通指示图案点阵，T为文字字符点阵；
Mpr、Mpy、Mpg分别为交通指示图案点阵中发光红、黄、绿的点阵密度值，ΔMtr、ΔMty、ΔMtg分别为文字字符点阵中发光红、黄、绿的点阵密度差值， Mr(x，y)、My(x，y)、Mg(x，y)分别为交通信号点阵点(x，y)处的红、黄、绿对应的点阵密度；x、y分别表示点阵中点的横纵坐标。
所述S4具体为：交通信号灯灯光信号图案允许亮度值，设置文字字符的亮度差值，按以下公式计算交通信号灯点阵光源值同一色品下的点阵亮度值，等于图案亮度值与文字亮度差值的和，最终点阵亮度值不超出规定范围：
式中：P为交通指示图案点阵，T为文字字符点阵；Lpr(x，y)、Lpy(x，y)、 Lpg(x，y)分别为交通指示图案点阵中点(x，y)处发光红、黄、绿的基础亮度值，ΔLtr(x，y)、ΔLty(x，y)、ΔLtg(x，y)分别为文字字符点阵中点(x，y)处发光红、黄、绿的亮度差值，Lr(x，y)、Ly(x，y)、Lg(x，y)分别为交通信号点阵点(x，y)处的红、黄、绿对应的亮度值。
所述S5具体为：交通信号灯显示红、黄、绿色的图案时，对应的文字字符信息和交通指示图案信息在同一区域以色品不同、亮度不同和密度不同的方式复合重叠显示，按照以下公式逐点合成计算获得交通信号点阵各点对应的复合信息显示特性值，由各个复合信息显示特性值组成模拟图像：
f(x，y)＝[C(x，y)+L(x，y)]×M(x，y)
其中，f(x，y)表示交通信号点阵点(x，y)处的复合信息显示特性值。
所述的可视性预测算法采用回归型支持向量机SVR。
所述的交通信号点阵施加到LED点阵光源上，交通信号点阵各点用于控制 LED点阵光源中的各点进行发光。
本发明的复合信息显示生成方法是动态地根据交通信号选择相应图案与文字，并计算图案与文字的色品参数、密度参数和发光亮度参数后进行复合合成，再通过基于可视性预测的最优解确定最终图像。
本发明的有益效果是：
本发明的方法通过人眼对灰度、亮度和分辨率的敏感特性，针对色盲人群 (特别是人数占比较高的红绿色盲)，有效结合文字字符传递的特定含义，能解决色盲人群对单色品指示灯有效辨识的问题。
本发明生成的图像能使得通过采用一盏交通信号灯显示多样化的复合指示信息，满足交通管理信号指示的各种需求，如红色圆饼禁止信号、红色箭头禁止转弯箭头信号、红色禁止调头信号、黄色注意信号、绿色允许通过信号、绿色允许转弯箭头信号、绿色允许调头信号等，并可以复合显示等待时间及交通管理所需要的其他图案与信息，同时也能用于社区、园区等小范围内的显示个性化图案与文字。
本发明生成的单灯复合显示方法能极大的减少道路岔口的交通信号灯的数量，并极大地减少路口红绿灯的大型基础立杆，特别对应于小区域范围的交通信号灯布设极为适合，整体过程简单高效。
本发明的方法采用人工智能技术对机器自动合成交通指示复合信息图像进行仿人视觉判别筛选，大大提高机器自动合成复合信息图像的可用性，且能满足交通信号图案与文字字符信息的动态调整、动态合成、个性化合成的灵活性需求，能极大地降低人工合成与测试过程成本，提高了交通信号管理效率与灵活性。
附图说明
图1为本发明的复合显示信号处理方法流程图；
图2为本发明的LED点阵信号灯复合信息表示的示意图；
图3为具体实施的LED点阵光源的色品范围图。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施对本发明作进一步说明。
本发明的交通复合信息显示控制系统由LED点阵信号灯部件、交通信号控制机和复合信息信号处理部件组成；LED点阵信号灯部件由LED阵列光源、 LED阵列驱动电路、复合信息存储单元、交通信号接收与通信单元构成；复合信息处理部件由图案与文字字符存储单元、运算处理单元、图像识别判断单元、交通信号接收单元与通信单元构成，如图2所示。
按照本发明发明内容完整实施的复合信息显示生成图如图1所示，过程具体为：
复合信息显示生成方法为：
S1：系统接收交通信息显示控制信号，依据交通信息显示控制信号提取出所需显示的交通指示图案点阵与文字字符点阵；
使用时，以图案[图号(M)，起始坐标(x，y)]和文字[字号(M)，起始坐标 (x，y)]做为信号显示的图像的定位与排布依据，将个复合信息进行组合，可动态调整，能产生个性化的图像形态。
S2：根据交通指示图案点阵与文字字符点阵，计算得出合成的交通信号点阵的红、黄、绿分类色品值；
S2具体为：
交通信号灯灯光信号颜色所包含的红、黄、绿色品归属于三个范围区间，如图3所示，在三个区间范围内分别取红、黄、绿的三个色品显示交通信号图案，调整设置文字字符色品差值，按以下公式计算交通信号点阵光源的三种信号灯颜色的色品参数值，等于为交通指示图案色品与文字字符色品差值的和，最终各色品参数值均不超出原始规定范围：
式中：P为交通指示图案点阵，T为文字字符点阵；
Cpr(x，y)、Cpy(x，y)、Cpg(x，y)分别为交通指示图案点阵中点(x，y)处发光红、黄、绿的色品值，ΔCtr(x，y)、ΔCty(x，y)、ΔCtg(x，y)分别为文字字符点阵中点(x，y)处的发光红、黄、绿的色品差值，Cr(x，y)、Cy(x，y)、 Cg(x，y)分别为输出显示光源的交通信号点阵点(x，y)处的红、黄、绿对应的色品值；x、y分别表示点阵中点的横纵坐标。
不同交通指示图案与文字字符同时显示时的它们的色品会有差异，是不同的。如图2所示，例如禁止左转箭头形状的交通指示图案与字符“禁止”叠加显示，观察远看时能查看到色品为“玫瑰红”的箭头和色品为“中国红”的“禁止”字符，由此产生的有差异的色品，这种差异在正常人眼中不敏感，但在红色色盲人群中显示为不同程度的灰，从而使他们能理解当前表达的交通指示信息为“禁止左转”。
S3：根据交通指示图案点阵与文字字符点阵，计算合成的交通信号点阵的点阵密度分布；
S3具体为：交通信号灯点阵灯光密度值按以下公式计算为LED点阵光源的发光密度等于图案密度值与文字密度差值的和：
式中：P为交通指示图案点阵，T为文字字符点阵；
Mpr、Mpy、Mpg分别为交通指示图案点阵中发光红、黄、绿的点阵密度值，ΔMtr、ΔMty、ΔMtg分别为文字字符点阵中发光红、黄、绿的点阵密度差值， Mr(x，y)、My(x，y)、Mg(x，y)分别为交通信号点阵点(x，y)处的红、黄、绿对应的点阵密度；x、y分别表示点阵中点的横纵坐标。
S4：依据环境照度设定红、黄、绿基础亮度，根据交通指示图案点阵与文字字符点阵计算合成的交通信号点阵的分类亮度；
S4具体为：
交通信号灯灯光信号图案允许亮度值，调整设置文字字符的亮度差值，按以下公式计算交通信号灯点阵光源值同一色品下的点阵亮度值，等于图案亮度值与文字亮度差值的和，最终点阵亮度值不超出规定范围：
式中：P为交通指示图案点阵，T为文字字符点阵；Lpr(x，y)、Lpy(x，y)、 Lpg(x，y)分别为交通指示图案点阵中点(x，y)处发光红、黄、绿的基础亮度值，ΔLtr(x，y)、ΔLty(x，y)、ΔLtg(x，y)分别为文字字符点阵中点(x，y)处发光红、黄、绿的亮度差值，Lr(x，y)、Ly(x，y)、Lg(x，y)分别为输出的交通信号点阵点(x，y)处的红、黄、绿对应的亮度值。
复合信息的红黄绿交通信号灯通常采用固定位置的三盏图案灯进行组合，如左边为“红”灯，中间为“黄”灯，右边为“绿”灯，这种固定的组合能让色盲人群，如红绿色盲，通过发光灯的位置来理解当前的交通指示信息是红- “禁止通行”，还是绿-“允许通行”。如果只用一盏图案灯切换显示时，色盲人群将无法区别当前是红色图案还是绿色图案，进而无法理解交通指示含义，造成其行为的无所适从。
因此，如果要只使用一盏交通信号灯就能满足正常人与色盲人群的理解需求，就必须解决颜色区分的问题。通过人眼对灰度、亮度和分辨率的敏感特性，并基于文字字符能传递特定含义的方法，设计出复合交通信息。例如禁止左转箭头形状的交通指示图案与字符“禁止”叠加显示，观察远看时能查看到色品为“玫瑰红”的箭头和色品为“中国红”的“禁止”字符，由此产生的有差异的色品，这种差异在正常人眼中不敏感，但在红色色盲人群中显示为不同程度的灰，同时箭头与字符的发光亮度不同，密度也不同，因此在色盲能看到箭头和禁止的复合信息，进而理解当前表达的交通指示信息为“禁止左转”。
S5：按参数合成交通信号点阵的复合信息显示特性值，获得模拟图像；
S5具体为：
交通信号灯显示红、黄、绿色的图案时，对应的文字字符信息和交通指示图案信息在同一区域以色品不同、亮度不同和密度不同的方式复合重叠显示，按照以下公式逐点合成计算获得交通信号点阵各点对应的复合信息显示特性值，由各个复合信息显示特性值组成模拟图像：
f(x，y)＝[C(x，y)+L(x，y)]×M(x，y)
其中，f(x，y)表示交通信号点阵点(x，y)处的复合信息显示特性值。
S6：重复步骤S1～S5，生成n组参数合成后的模拟图像，采用可视性预测算法处理获得最优的模拟图像，以最优的模拟图像对应的交通信号点阵作为复合信息显示图像进行存储，并以交通信号点阵中的色品参数值、点阵密度和亮度值进行显示。
可视性预测算法采用回归型支持向量机SVR。回归型支持向量机SVR预先输入多组模拟成像以及一直对应的置信度标签进行训练获得。
S6中，LED点阵交通信号灯复合显示红、黄、绿色的图案与文字时，通过参量变化合成图像通过视频通道生成n组模拟成像，并将模拟成像输入到回归型支持向量机SVR进行可识别性预测处理，输出最优置信度的模拟成像作为可用信号，按以下公式计算：
Pc＝MAX{SVR(Pt)}
式中：PC为预测识别最优解的成像图片，Pt为参量合成图像的模拟成像。
交通信号点阵施加到LED点阵光源上，交通信号点阵各点用于控制LED 点阵光源中的各点进行发光。
区分图案与文字字符点阵，计算得出LED阵列光源的红、黄、绿分类色品的方法：信号灯灯光信号颜色所包含的红、黄、绿色品归属于三个范围区间，如图2所示，在三个区间范围内分别取红、黄、绿3个色品显示交通信号图案。
示例如图2所示：
色品(红色)+图案(圆型)+文字(“红”，“Red”，“R”，“禁止通行”，……)
色品(黄色)+图案(圆型)+文字(“黄”，“Yellow”，“Y”，“注意”，……)
色品(绿色)+图案(圆型)+文字(“绿”，“Green”，“G”，“允许通行”，……)。
Claims (7)
1.一种面向LED点阵光源的交通信号灯复合信息显示方法，其特征在于：复合信息显示生成方法为：
S1：系统接收交通信息显示控制信号，依据交通信息显示控制信号提取出所需显示的交通指示图案点阵与文字字符点阵；
S2：根据交通指示图案点阵与文字字符点阵，计算得出合成的交通信号点阵的红、黄、绿分类色品值；
S3：根据交通指示图案点阵与文字字符点阵，计算合成的交通信号点阵的点阵密度分布；
S4：依据环境照度设定红、黄、绿基础亮度，根据交通指示图案点阵与文字字符点阵计算合成的交通信号点阵的分类亮度；
S5：按参数合成交通信号点阵的复合信息显示特性值，获得模拟图像；
S6：重复步骤S1～S5，生成n组参数合成后的模拟图像，采用可视性预测算法处理获得最优的模拟图像，以最优的模拟图像对应的交通信号点阵作为复合信息显示图像进行存储，并以交通信号点阵中的色品参数值、点阵密度和亮度值进行显示。
2.根据权利要求1所述的一种面向LED点阵光源的交通信号灯复合信息显示方法，其特征在于：
所述S2具体为：
交通信号灯灯光信号颜色所包含的红、黄、绿色品归属于三个范围区间，在三个区间范围内分别取红、黄、绿的三个色品显示交通信号图案，设置文字字符色品差值，按以下公式计算交通信号点阵光源的三种信号灯颜色的色品参数值，等于为交通指示图案色品与文字字符色品差值的和，最终各色品参数值均不超出原始规定范围：
式中：P为交通指示图案点阵，T为文字字符点阵；
Cpr(x，y)、Cpy(x，y)、Cpg(x，y)分别为交通指示图案点阵中点(x，y)处发光红、黄、绿的色品值，ΔCtr(x，y)、ΔCty(x，y)、ΔCtg(x，y)分别为文字字符点阵中点(x，y)处的发光红、黄、绿的色品差值，Cr(x，y)、Cy(x，y)、Cg(x，y)分别为交通信号点阵点(x，y)处的红、黄、绿对应的色品值；x、y分别表示点阵中点的横纵坐标。
3.根据权利要求1所述的一种面向LED点阵光源的交通信号灯复合信息显示方法，其特征在于：
所述S3具体为：交通信号灯点阵灯光密度值按以下公式计算为LED点阵光源的发光密度等于图案密度值与文字密度差值的和：
式中：P为交通指示图案点阵，T为文字字符点阵；
Mpr、Mpy、Mpg分别为交通指示图案点阵中发光红、黄、绿的点阵密度值，ΔMtr、ΔMty、ΔMtg分别为文字字符点阵中发光红、黄、绿的点阵密度差值，Mr(x，y)、My(x，y)、Mg(x，y)分别为交通信号点阵点(x，y)处的红、黄、绿对应的点阵密度；x、y分别表示点阵中点的横纵坐标。
4.根据权利要求1所述的一种面向LED点阵光源的交通信号灯复合信息显示方法，其特征在于：所述S4具体为：
交通信号灯灯光信号图案允许亮度值，设置文字字符的亮度差值，按以下公式计算交通信号灯点阵光源值同一色品下的点阵亮度值，等于图案亮度值与文字亮度差值的和，最终点阵亮度值不超出规定范围：
式中：P为交通指示图案点阵，T为文字字符点阵；Lpr(x，y)、Lpy(x，y)、Lpg(x，y)分别为交通指示图案点阵中点(x，y)处发光红、黄、绿的基础亮度值，ΔLtr(x，y)、ΔLty(x，y)、ΔLtg(x，y)分别为文字字符点阵中点(x，y)处发光红、黄、绿的亮度差值，Lr(x，y)、Ly(x，y)、Lg(x，y)分别为交通信号点阵点(x，y)处的红、黄、绿对应的亮度值。
5.根据权利要求1所述的一种面向LED点阵光源的交通信号灯复合信息显示方法，其特征在于：所述S5具体为：
交通信号灯显示红、黄、绿色的图案时，对应的文字字符信息和交通指示图案信息在同一区域以色品不同、亮度不同和密度不同的方式复合重叠显示，按照以下公式逐点合成计算获得交通信号点阵各点对应的复合信息显示特性值，由各个复合信息显示特性值组成模拟图像：
f(x，y)＝[C(x，y)+L(x，y)]×M(x，y)
其中，f(x，y)表示交通信号点阵点(x，y)处的复合信息显示特性值。
6.根据权利要求1所述的一种面向LED点阵光源的交通信号灯复合信息显示方法，其特征在于：
所述的可视性预测算法采用回归型支持向量机SVR。
7.根据权利要求1所述的一种面向LED点阵光源的交通信号灯复合信息显示方法，其特征在于：
所述的交通信号点阵施加到LED点阵光源上，交通信号点阵各点用于控制LED点阵光源中的各点进行发光。
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