CN112908003B - OpenCV图像处理技术下的交通信号灯控制系统图像采集装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种OpenCV图像处理技术下的交通信号灯控制系统图像采集装置，涉及信息采集领域，包括横向支架、纵向支架、转动机构、双头支架、摄像头以及清理机构，本发明通过设置两个独立的摄像头，均能够根据需要实现图像的采集工作，切换过程中对正常的图像采集工作影响较小，不仅如此，在切换的过程中，备用摄像头进入到清理机构内，借助于清理机构能够对其进行清洗，以提高图像采集的精度。

Description

OpenCV图像处理技术下的交通信号灯控制系统图像采集装置

技术领域

本发明属于信息采集领域，具体涉及一种OpenCV图像处理技术下的交通信号灯控制系统图像采集装置。

背景技术

近些年来，我国城市建设发展十分迅猛，然而，城市问题也随之而来,首要的问题即为城市交通拥堵现象,由于城市机动车数量迅猛上升导致交通流骤增，而使城市交通拥堵现象日趋严重。有的专家学者认为：交通基础设施不足、汽车数量过多、交通布局不合理等问题导致交通拥堵现象越来越严重；城市交通问题的根源是交通需求与交通供给之间的不平衡。他们也提出了很多方法来解决交通堵塞问题，如：修建新的道路、使用局域网、RFID系统（射频无线信号自动识别系统）等，但由于没有足够的建设空间，所以无法修建新的公路，在交叉口运用RFID传感器和局域网系统的费用比现状的交通信号灯系统高很多。

其实交通信号灯问题主要是由道路交叉路口的固定交通信号帧引起的。这些信号没有考虑到道路的实际情况，而是给每条道路设置了固定的信号时间，从而导致许多问题。在人流量较大的地区，会对区域内人们的生活、工作甚至安全健康都造成很大的影响，造成交通延误问题，由于早晚交通高峰的影响，人们无法按照自己的预期计划去完成工作，人们也无法预测自己的出行时间，这就直接影响日常生活中人们每天要去处理的更多事情。另一个问题是车辆会在交叉路口停止和启动，这样直接导致燃油消耗比普通行驶过程更高。随着燃油消耗量的增加，燃油成本增加，人们需要额外支付燃油费用，同时大量的空气污染加剧全球气候变暖。另外这个问题在紧急情况下会产生更大的负面影响，消防车、救护车无法在适当的时间做出反应。我们以救护车的情况为例，在这条路上的病人处于危急情况时，但交通堵塞使救护车很可能无法在适当的时候到达医院，这种情况会导致病人陷入生命危险之中。这就是为什么需要一个智能的交通控制系统，才能有效地应对不同的交通状况，避免交通堵塞和事故发生。

图10所示的智能交通监控系统的主要模块包括：车型、长度、交通、路线、交警和方向管理。本发明人利用所提出的自适应智能交通灯控制系统（AITLCS）对交通灯进行控制，并利用图像检测车辆密度；对计算数码相机拍摄的车道图像进行处理，包括：锐化、模糊、增亮、边缘增强等操作；然后，利用计算机成像技术对图像进行分组分析，以便发现车辆，并通过操作条件和可动光进行控制。研究使用的图像处理工具是一个免费的、非商业的Intel开源的计算机视觉库OpenCV。

图像采集装置作为交通控制系统中关键的零部件，图像采集的清晰度直接影响了控制系统的精度，但由于其是直接暴露于环境中，难免会受到环境中的粉尘、雨水等的污染，造成镜头外罩模糊不清，这就需要一种实时的清理设备能够迅速对其进行清理，而且清理过程中图像采集装置难以正常工作，因此，如何兼顾上述两种情况，正是本文的方案要解决的问题。

发明内容

本发明的目的在于提供一种OpenCV图像处理技术下的交通信号灯控制系统图像采集装置，以解决现有技术中导致的上述缺陷。

一种OpenCV图像处理技术下的交通信号灯控制系统图像采集装置，包括横向支架、纵向支架、转动机构、双头支架、摄像头以及清理机构，所述横向支架安装于横梁上，所述纵向支架的上端连接至横向支架上，所述转动机构安装于纵向支架的下端并与双头支架连接，所述摄像头有两个且分别安装于双头支架的两端，转动机构用于驱动双头支架旋转以实现摄像头的切换，所述清理机构借助于连接臂安装至纵向支架的上端并用于对摄像头进行清洁。

优选的，所述转动机构包括转动电机、联轴器以及支撑座，所述转动电机安装于纵向支架下端的背面且其输出端通过联轴器与双头支架的输入轴连接，所述支撑座固定于纵向支架下端的正面，输入轴转动连接于支撑座内。

优选的，所述清理机构包括保护罩、橡胶门挡、集水箱、排液机构、清理电机以及刷头，所述保护罩的侧面通过连接臂与纵向支架连接，保护罩的两端及下端开口，橡胶门挡由两块相同的橡胶皮组成并安装于保护罩的两端，集水箱安装于保护罩的上部，所述排液机构安装于集水箱的下方，摄像头的侧面对称设有两个导向杆并能够与排液机构配合以实现集水箱内清洗液的排出，所述清理电机安装于保护罩顶面的几何中心处且其输出端连接至刷头，所述刷头用于清理摄像头表面的污垢。

优选的，所述排液机构包括挡板、侧板、导向块、导柱以及复位弹簧，所述挡板的一端与侧板固定连接，挡板的上端面与集水箱的排液口相配合以实现排液口的封堵，侧板借助于至少两根所述的导柱滑动连接于保护罩内，所述复位弹簧套设于侧板与保护罩之间的导柱上，导柱的另一端通过螺母限位，所述导向块固定于侧板的下端并与导向杆配合。

优选的，所述保护罩的内壁的下部还安装有锁紧机构，包括横臂、电磁铁一、电磁铁二、抱箍以及伸缩杆，所述横臂的一端安装于保护罩的内壁上，横臂的另一端安装所述的电磁铁一，面向电磁铁一的抱箍的一端安装有所述的电磁铁二，抱箍的外形与双头支架的转臂相配合。

优选的，所述保护罩的顶部以及纵向支架的下端背面还安装有电机罩。

优选的，所述双头支架的内部为中空结构，转臂上面向抱箍的一侧设有母接头，母接头处通过带有插孔的防水橡胶密封，抱箍上设有与接线盒连接的公接头，摄像头通过公接头连接至控制中心的交通信号灯控制系统。

本发明的优点在于：

（1）本发明通过设置两个独立的摄像头，均能够根据需要实现图像的采集工作，切换过程中对正常的图像采集工作影响较小，不仅如此，在切换的过程中，备用摄像头进入到清理机构内，借助于清理机构能够对其进行清洗，以提高图像采集的精度；

（2）本发明中的排液机构能够在摄像头切换的过程中打开集水箱的排水口，然后再到达刷头处进一步清洗，借助于简单的机械结构实现了清洗液的排出，相比传统的气缸、喷气装置，更为合理；

图1为本发明的结构示意图。

图2为本发明的主视图。

图3为本发明的左视图。

图4为图1中去掉电机罩后的结构示意图。

图5为清理机构内部及双头支架部分的结构示意图。

图6为图5中上部的局部视图。

图7为本发明中锁紧机构的连接示意图。

图8为双头支架的结构示意图。

图9为图8中A处的局部放大图。

图10为智能交通监控系统的原理图。

其中：1-横向支架，2-纵向支架，3-转动机构，31-转动电机，32-支撑座，4-双头支架，41-转臂，5-摄像头，51-导向杆，6-清理机构，61-保护罩，62-橡胶门挡，63-集水箱，64-排液机构，641-挡板，642-侧板，643-导向块，644-导柱，645-复位弹簧，646-螺母，65-清理电机，66-刷头，7-锁紧机构，71-横臂，72-电磁铁一，73-电磁铁二，74-抱箍，75-公接头，76-母接头，77-防水橡胶，78-伸缩杆，8-电机罩。

具体实施方式

为使本发明实现的技术手段、创作特征、达成目的与功效易于明白了解，下面结合具体实施方式，进一步阐述本发明。

如图1至图9所示，一种OpenCV图像处理技术下的交通信号灯控制系统图像采集装置，包括横向支架1、纵向支架2、转动机构3、双头支架4、摄像头5以及清理机构6，所述横向支架1安装于横梁上，所述纵向支架2的上端连接至横向支架1上，所述转动机构3安装于纵向支架2的下端并与双头支架4连接，所述摄像头5有两个且分别安装于双头支架4的两端，转动机构3用于驱动双头支架4旋转以实现摄像头5的切换，所述清理机构6借助于连接臂安装至纵向支架2的上端并用于对摄像头5进行清洁。

在本实施例中，所述转动机构3包括转动电机31、联轴器以及支撑座32，所述转动电机31安装于纵向支架2下端的背面且其输出端通过联轴器与双头支架4的输入轴连接，所述支撑座32固定于纵向支架2下端的正面，输入轴转动连接于支撑座32内。

在本实施例中，所述清理机构6包括保护罩61、橡胶门挡62、集水箱63、排液机构64、清理电机65以及刷头66，所述保护罩61的侧面通过连接臂与纵向支架2连接，保护罩61的两端及下端开口，橡胶门挡62由两块相同的橡胶皮组成并安装于保护罩61的两端，集水箱63安装于保护罩61的上部，所述排液机构64安装于集水箱63的下方，摄像头5的侧面对称设有两个导向杆51并能够与排液机构64配合以实现集水箱63内清洗液的排出，所述清理电机65安装于保护罩61顶面的几何中心处且其输出端连接至刷头66，带有刷毛或海绵或擦拭布的刷头66用于清理摄像头5表面的污垢。

在本实施例中，所述排液机构64包括挡板641、侧板642、导向块643、导柱644以及复位弹簧645，所述挡板641的一端与侧板642固定连接，挡板641的上端面与集水箱63的排液口相配合以实现排液口的封堵，侧板642借助于至少两根所述的导柱644滑动连接于保护罩61内，所述复位弹簧645套设于侧板642与保护罩61之间的导柱644上，导柱644的另一端通过螺母646限位，所述导向块643固定于侧板642的下端并与导向杆51配合。保护罩61的侧壁上设有与导向块643相配合的让位槽，以便于导向块643能够顺利移动。

在本实施例中，所述保护罩61的内壁的下部还安装有锁紧机构7，包括横臂71、电磁铁一72、电磁铁二73、抱箍74以及伸缩杆78，所述横臂71的一端安装于保护罩61的内壁上，横臂71的另一端安装所述的电磁铁一72，面向电磁铁一72的抱箍74的一端安装有所述的电磁铁二73，抱箍74的外形与双头支架4的转臂41相配合。

在本实施例中，所述保护罩61的顶部以及纵向支架2的下端背面还安装有电机罩8，用于保护转动电机31、清理电机65以及集水箱63。

在本实施例中，所述双头支架4的内部为中空结构，转臂41上面向抱箍74的一侧设有母接头76，共有两个且对称设置，母接头76安装在双头支架4内部的接线电路板上，用于与相对应的摄像头5连接，母接头76处通过带有插孔的防水橡胶77密封，抱箍74上设有与接线盒连接的公接头75，摄像头5通过公接头75连接至控制中心的交通信号灯控制系统。防水橡胶77本身具有阻挡雨水进入的作用，当公接头75插入时，公接头75穿过防水橡胶77上的插孔即可与母接头76连接，以实现数据及电源连接。

本发明的工作过程如下：

交通信号灯控制系统通过采集的图像清晰度判断摄像头5是否需要清洗，当需要对位于双头支架4下端的摄像头5进行清洗时，转动电机31启动，该摄像头5向上转动至保护罩61内，在进入保护罩61的前期，导向杆51会先与导向块643接触并驱动导向块643向外侧移动，与此同时，与侧板642连接的挡板641也会随之移动并打开集水箱63的排水口，集水箱63内的清洗液会洒落至摄像头5的外罩上，当导向块643与导向杆51脱离接触后，挡板641在复位弹簧645的作用下复位，摄像头5转动至刷头66处，清理电机65启动并驱动刷头66旋转，对摄像头5的外罩进行刷洗。

摄像头5到达刷头66处的同时，电磁铁一72和电磁铁二73通电且磁性相反，异性相吸，二者紧紧吸附在一起，此时的公接头75与母接头76对接，完成摄像头5的接通及固定。当需要切换摄像头5时，电磁铁一72和电磁铁二73通电且磁性相同，同性相斥，由于抱箍74是连着伸缩杆78的，其会被推开，与转臂41脱离接触。

本发明中转动电机31采用单向旋转的方式实现摄像头5的切换，如图2所示，为逆时针。

由技术常识可知，本发明可以通过其它的不脱离其精神实质或必要特征的实施方案来实现。因此，上述公开的实施方案，就各方面而言，都只是举例说明，并不是仅有的。所有在本发明范围内或在等同于本发明的范围内的改变均被本发明包含。

Claims (1)

1.一种OpenCV图像处理技术下的交通信号灯控制系统图像采集装置，其特征在于，包括横向支架（1）、纵向支架（2）、转动机构（3）、双头支架（4）、摄像头（5）以及清理机构（6），所述横向支架（1）安装于横梁上，所述纵向支架（2）的上端连接至横向支架（1）上，所述转动机构（3）安装于纵向支架（2）的下端并与双头支架（4）连接，所述摄像头（5）有两个且分别安装于双头支架（4）的两端，转动机构（3）用于驱动双头支架（4）旋转以实现摄像头（5）的切换，所述清理机构（6）借助于连接臂安装至纵向支架（2）的上端并用于对摄像头（5）进行清洁；

所述转动机构（3）包括转动电机（31）、联轴器以及支撑座（32），所述转动电机（31）安装于纵向支架（2）下端的背面且其输出端通过联轴器与双头支架（4）的输入轴连接，所述支撑座（32）固定于纵向支架（2）下端的正面，输入轴转动连接于支撑座（32）内；

所述清理机构（6）包括保护罩（61）、橡胶门挡（62）、集水箱（63）、排液机构（64）、清理电机（65）以及刷头（66），所述保护罩（61）的侧面通过连接臂与纵向支架（2）连接，保护罩（61）的两端及下端开口，橡胶门挡（62）由两块相同的橡胶皮组成并安装于保护罩（61）的两端，集水箱（63）安装于保护罩（61）的上部，所述排液机构（64）安装于集水箱（63）的下方，摄像头（5）的侧面对称设有两个导向杆（51）并能够与排液机构（64）配合以实现集水箱（63）内清洗液的排出，所述清理电机（65）安装于保护罩（61）顶面的几何中心处且其输出端连接至刷头（66），所述刷头（66）用于清理摄像头（5）表面的污垢；

所述排液机构（64）包括挡板（641）、侧板（642）、导向块（643）、导柱（644）以及复位弹簧（645），所述挡板（641）的一端与侧板（642）固定连接，挡板（641）的上端面与集水箱（63）的排液口相配合以实现排液口的封堵，侧板（642）借助于至少两根所述的导柱（644）滑动连接于保护罩（61）内，所述复位弹簧（645）套设于侧板（642）与保护罩（61）之间的导柱（644）上，导柱（644）的另一端通过螺母（646）限位，所述导向块（643）固定于侧板（642）的下端并与导向杆（51）配合；

所述保护罩（61）的内壁的下部还安装有锁紧机构（7），包括横臂（71）、电磁铁一（72）、电磁铁二（73）、抱箍（74）以及伸缩杆（78），所述横臂（71）的一端安装于保护罩（61）的内壁上，横臂（71）的另一端安装所述的电磁铁一（72），面向电磁铁一（72）的抱箍（74）的一端安装有所述的电磁铁二（73），抱箍（74）的外形与双头支架（4）的转臂（41）相配合；

所述保护罩（61）的顶部以及纵向支架（2）的下端背面还安装有电机罩（8）；

所述双头支架（4）的内部为中空结构，转臂（41）上面向抱箍（74）的一侧设有母接头（76），母接头（76）处通过带有插孔的防水橡胶（77）密封，抱箍（74）上设有与接线盒连接的公接头（75），摄像头（5）通过公接头（75）连接至控制中心的交通信号灯控制系统；

上述图像采集装置的清洗方法如下：

交通信号灯控制系统通过采集的图像清晰度判断摄像头（5）是否需要清洗，当需要对位于双头支架（4）下端的摄像头（5）进行清洗时，转动电机（31）启动，该摄像头（5）向上转动至保护罩（61）内，在进入保护罩（61）的前期，导向杆（51）会先与导向块（643）接触并驱动导向块（643）向外侧移动，与此同时，与侧板（642）连接的挡板（641）也会随之移动并打开集水箱（63）的排水口，集水箱（63）内的清洗液会洒落至摄像头（5）的外罩上，当导向块（643）与导向杆（51）脱离接触后，挡板（641）在复位弹簧（645）的作用下复位，摄像头（5）转动至刷头（66）处，清理电机（65）启动并驱动刷头（66）旋转，对摄像头（5）的外罩进行刷洗；

摄像头（5）到达刷头（66）处的同时，电磁铁一（72）和电磁铁二（73）通电且磁性相反，异性相吸，二者紧紧吸附在一起，此时的公接头（75）与母接头（76）对接，完成摄像头（5）的接通及固定；当需要切换摄像头（5）时，电磁铁一（72）和电磁铁二（73）通电且磁性相同，同性相斥，由于抱箍（74）是连着伸缩杆（78）的，其会被推开，与转臂（41）脱离接触。

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