CN1514395A

CN1514395A - 基于图像信号实现交通控制的信号机

Info

Publication number: CN1514395A
Application number: CNA021455678A
Authority: CN
Inventors: 史忠科; 陈小锋; 吴宗智; 刘勇; 苏妩渊
Original assignee: Northwestern Polytechnical University
Current assignee: Northwestern Polytechnical University
Priority date: 2002-12-31
Filing date: 2002-12-31
Publication date: 2004-07-21

Abstract

本发明涉及一种基于图像信号实现交通控制的信号机，是以图像信号实现交通控制的信号机，采用了DSP图像处理的方法来代替传统的检测方法。其特征在于：以视频采集单元采集道路中的图像信息，外围模块实现绿异常检测与分析，数据处理单元对采集到的图像信息和绿异常信息进行分析、处理，以其结果控制绿信比。由于这种检测方式只要装置摄像机镜头，不需要去挖掘路面，铺设传感器，不用破坏路面结构；而且，通过DSP图像处理的方法，检测图像信号中的车流量信息，准确提取车流量信息。减少了传统的检测方式要靠车压过所铺设的各种传感器而提取车流量信息，造成挤压破坏路面结构，破坏交通系统的正常运行的状况。

Description

基于图像信号实现交通控制的信号机

所属技术领域：本发明涉及一种基于图像信号实现交通控制的信号机，属于信号处理技术，通信技术和交通信号控制技术。是在现有的信号机基础上用DSP微处理芯片对图像信号进行处理，和信号机主板进行通信。

背景技术：交通信号控制是利用交通信号，对道路上运行的车辆和行人进行指挥和疏导，交通信号自动控制是交通控制的重要组成部分，是科学交通管理的一种有效手段，路口信号机是交通信号的控制器，其主要用于路口的信号灯控制，其既可以独立地实现控制，又可以实时地采集交通信息提供给中央控制机作为决策的依据。

现有的信号机相应于实现独立控制的功能已经比较强大：根据各交通路口的不同需要可以实现多相位控制方式；根据不同时间段交通流量的不同可以实现多时段的控制方式，并且还可以根据工作日与节假日来设置不同的控制方案；控制面板上的按钮可以方便的实现手动/自动、联动、感应/多时段、绿冲突等控制，并且配有通信接口，可以实现联网远程控制，以方便的使指挥中心对路口的信号机进行远程监控或通过便携机进行现场监控，满足区域协调控制的要求。但是目前市场上几乎所有的信号机都是根据道路上的车辆检测系统(电磁感应装置、微波检测装置或超声波检测装置等)检测到的瞬时交通数据来预测交通流量等信息，以此来确定各相位的时间分配，这种方式所需要的挖掘路面，铺设检测装置等所带来的不方便是显然的，然而更重要的是车辆检测系统所采集的数据的实时性及其准确度是令人担忧的。

发明内容：为避免现有技术的缺陷，本发明提出了一种以图像信号实现交通控制的信号机，采用了DSP图像处理的方法来代替传统的检测方法。这种检测方式只要装置摄像机镜头，不需要去挖掘路面，铺设传感器，不用破坏路面结构；而且，通过DSP图像处理的方法，能通过拍摄的图像信号，检测图像信号中的车流量信息，能很准确的提取车流量信息，传统的检测方式要靠车压过所铺设的各种传感器而提取车流量信息，长时间的挤压会破坏路面结构，破坏交通系统的正常运行。

本发明的技术思想在于：以视频采集单元采集道路中的图像信息，外围模块实现绿异常检测与分析，数据处理单元对采集到的图像信息和绿异常信息进行分析、处理，以其结果控制绿信比。

视频采集单元用于采集包含车辆排队信息的现场图像，可以采用CCD完成图像数据的采集任务。

数据处理单元主要完成对由A/D转换模块转换而来的图像数字数据的处理。通过一定的算法，求取交通路口车辆的排队长度。其次，本单元还要对外围模块进行必要的控制，对信号灯驱动模块进行驱动控制。数据处理单元由CPLD逻辑控制实现对A/D转换模块、缓冲存储模块和DSP数据处理器的逻辑控制。由CCD采集而来的图像数据是模拟数据，因此要对其进行处理之前必须要将模拟数据转化成数字数据，A/D转换模块完成将模拟数据转化成数字数据。该数字数据经过缓冲存储模块送入DSP数据处理器，DSP数据处理器完成对该图像数字数据的处理并对信号灯驱动模块进行驱动控制。由驱动模块完成对信号灯的动作控制。

数据处理单元内可以增加存放代码和应急方案的存储模块。本信号机中有两个程序数据需要存储，一是DSP芯片的处理和控制程序的代码；一是信号机的应急方案程序。应急方案可以提前固化到存储器内，当需要执行应急方案的时候，固化的程序可以自行按照时钟信号一步一步的运行。

外围模块中的绿异常由绿冲突模块和绿不一致模块组成。绿异常可以分为两种情况：1)绿冲突(GGD)，当两路或两路以上导致车流冲突的绿灯同时点亮时的现象就是绿冲突；2)绿不一致(GUF)，当信号灯的亮灯情况与信号机的点灯信号不一致时，称为绿不一致。信号机异常诊断与定位电路模块主要针对这两种情况进行检测与分析。

外围模块中还可以设计保安模块。保安模块可以对硬件进行过压保护。显示及键盘输入模块主要用来显示信号机的一些状态参数以及通过键盘输入到信号机控制参数。

一种用于上述基于图象信号实现交通控制的信号机的控制软件，其特征在于：确定停车线(白线)在所拍摄图像中的位置，然后对图像进行边缘增强，反向查找最后边缘，取最后边缘的若干像素，求出这些像素到白线的距离的均值，得到其队长信息，然后送给上位机，上位机给出各路口的绿信比，送给DSP的在线控制信号灯。

对图像进行边缘增强可以采取的方案是：取适当的阈值，对图像进行二值化，得到图像的边缘。

取最后边缘的若干像素可以采取的方案是：通过搜索出最后的非0值，得到最后边缘的象素的位置。

像素到白线的距离的均值可以采取的方案是：取最后边缘的象素位置附近的若干象素点，计算它们到白线的距离，最后取平均值。

附图说明：

图1：总结构框图

图2：数据处理单元详细结构框图

图3：控制软件流程图

具体实施方式：

现结合附图对本发明作进一步描述：

视频采集单元采用CCD，它可以把现场图像采集进来并送给A/D转化芯片作进一步处理。A/D芯片采用PHILIPS公司的7111芯片，7111芯片有4个模拟通道，通过分时采集4路的图像信号，分时进行处理，可以通过编程选择7111的转换模式，通过I²C总线进行编程，完成7111的初始化工作，信号的输出格式也由I²C总线进行控制，采用CCIR601的4∶2∶2格式。这样，现场图像就从模拟数据转换成数字数据，可以通过缓存器，送给DSP芯片进行相应的处理。

CPLD采用LATTICE公司的2000系列的芯片VE2032。编程方式采用原理图和ABEL语言相结合的输入方法，通过专用的下载电缆下载到芯片中。该芯片可以完成整个电路的逻辑关系。在此，我们作了一些锁存器，及一些逻辑组合、时序电路的设计，在LATTICE的开发软件上仿真调试过。

缓冲器采用了FIFO器件1041V。由A/D转换芯片转换而来的视频数据直接进入FIFO，在FIFO中暂时存放。当DSP需要对其进行处理时，可以通过重复读指令进行读操作，因为重复指令可以把一条多到5个周期的指令变为1个周期的指令，所以DSP一次可以读大量的数据，从而实现缓冲的功能。

DSP数据处理器：此芯片既要完成图像数据处理功能又要对外围接口板进行必要的控制，因此在这里选用由美国Texas Instruments公司生产的C54X系列定点DSP芯片TMS32CVC5402。该芯片具有灵活的指令系统和操作性能，支持汇编语言和C语言的单独和混合编程。并采用Harvard处理结构，指令流水线操作，计算处理速度很高，完全可以完成此功能。DSP对放在FIFO中的数据进行处理，通过一定的软件算法提取图像中所包含的车辆排队信息。另一方面，DSP芯片与外围单元保持联系，当外围电路需要DSP进行控制时，通过接口电路实现它们之间的对话。

用来存放程序代码和应急方案的存储模块可以采用256K的SST39VF400A芯片。DSP的程序代码存放在此芯片中。另外，根据历史数据所设计的应急方案也可以写到此芯片中。

由于DSP输出信号与信号灯所要求的电压，电流等参数不匹配，所以，DSP控制输出信号不能直接控制信号灯。驱动模块实际上就是根据信号灯所要求的参数所设计的电路驱动板。这样DSP就可以控制信号灯了。

RS232或光纤传输模块是用来传输中央控制单元的控制参数和DSP处理得出的排队信息的。若用光纤传输，需要在信号机和中央控制单元的两端加光电转换模块。

将图像信号采集进来以后，对图像信号进行边缘检测，将检测出的边缘进行组合，判断出真正的车辆的边缘，提取车流量的数字，得到其队长信息数据，然后和中央控制单元进行通信，中央控制单元给出相应的绿信比，以控制十字路口交通灯的绿灯亮的时间。

Claims

1、一种基于图像信号实现交通控制的信号机，其特征在于：以视频采集单元采集道路中的图像信息，外围模块实现绿异常检测与分析，数据处理单元对采集到的图像信息和绿异常信息进行分析、处理，以其结果控制绿信比。

2、根据权利要求1所述的基于图像信号实现交通控制的信号机，其特征在于：数据处理单元由CPLD逻辑控制实现对A/D转换模块、缓冲存储模块和DSP数据处理器的逻辑控制，A/D转换模块将模拟数据转化成数字数据，并经过缓冲存储模块送入DSP数据处理器，DSP数据处理器完成对该图像数字数据的处理并对信号灯驱动模块进行驱动控制。

3、根据权利要求2所述的基于图像信号实现交通控制的信号机，其特征在于：数据处理单元内可以设计用于存放代码和应急方案的存储模块。

4、根据权利要求2所述的基于图像信号实现交通控制的信号机，其特征在于：数据处理单元内可以设计用于向中央控制单元传送队长信息的RS232或光纤传输模块。

5、根据权利要求1所述的基于图像信号实现交通控制的信号机，其特征在于：外围模块中的绿异常由绿冲突模块和绿不一致模块组成。

6、根据权利要求5所述的基于图像信号实现交通控制的信号机，其特征在于：外围模块中还可以设计保安模块。

7、一种用于上述基于图像信号实现交通控制的信号机的控制软件，其特征在于：确定停车线(白线)在所拍摄图像中的位置，然后对图像进行边缘增强，反向查找最后边缘，取最后边缘的若干像素，求出这些像素到白线的距离的均值，得到其队长信息，然后送给中央控制单元，中央控制单元给出各路口的绿信比，送给DSP的在线控制信号灯。

8、根据权利要求7所述的控制软件，其特征在于：对图像进行边缘增强可以采取的方案是：取适当的阈值，对图像进行二值化，得到图像的边缘。

9、根据权利要求7所述的控制软件，其特征在于：取最后边缘的若干像素可以采取的方案是：通过搜索出最后的非0值，得到最后边缘的象素的位置。

10、根据权利要求7或9所述的控制软件，其特征在于：像素到白线的距离的均值可以采取的方案是：取最后边缘的象素位置附近的若干象素点，计算它们到白线的距离，最后取平均值。