專利名稱：一種交通信號燈識別系統(tǒng)和方法
一種交通信號燈識別系統(tǒng)和方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及交通領(lǐng)域，特別是涉及一種交通信號燈識別系統(tǒng)和方法。背景技術(shù)：
交通信號燈是保證交通安全、保持道路暢通的一種重要裝置。目前常用的交通信號燈是靠紅、黃、綠三種顏色來指示交通通行的。我國法律規(guī)定，色盲者終身禁止駕駛機動車。色盲者禁止駕車的主要原因是由于色盲者中有許多紅綠色盲，他們看到的顏色與非色盲者看到的顏色不同。因此，色盲者駕車時對交通信號燈顏色不正確的識別可能帶來巨大的危險。而隨著我國經(jīng)濟不斷發(fā)展，人們生活水平的不斷提高，機動車的數(shù)量迅速增加，但由于交通信號燈顏色的限制，給色弱/色盲者的出行帶來很多不便，使得他們駕駛機動車更不可能。中國實用新型C^919406公開了一種色盲者能夠識別的交通燈，其保持現(xiàn)有的交通燈的主要結(jié)構(gòu)不變，而只將紅、綠燈的燈罩形狀改變，即三種燈的燈罩各自的形狀不同， 從而使能色盲者能夠識別交通燈，但這種交通燈改變了現(xiàn)有交通燈的形狀，制造比較復(fù)雜， 成本高，不利于推廣；中國專利CN201203952Y公開了一種色弱色盲能識別的交通信號燈， 其將紅色信號燈、黃色信號燈和綠色信號燈的形狀做了不同的設(shè)置，同樣可以實現(xiàn)色弱色盲者對交通信號燈的識別，但這種交通燈對形狀做了不同設(shè)置，對于近視者來說離交通燈比較遠(yuǎn)時還是分不清紅燈、綠燈還是黃燈?，F(xiàn)有的技術(shù)基本上是通過改變交通燈的燈罩形狀或交通燈的顯示形狀來使色盲者識別交通信號燈的，這樣就必須替換現(xiàn)有的交通燈的燈罩或交通燈，如要替換掉現(xiàn)有的全部交通燈，需要的成本也會比較大。因此有必要提出一種新的技術(shù)方案來解決上述問題。

發(fā)明內(nèi)容本部分的目的在于概述本發(fā)明的實施例的一些方面以及簡要介紹一些較佳實施例。在本部分以及本申請的說明書摘要和發(fā)明名稱中可能會做些簡化或省略以避免使本部分、說明書摘要和發(fā)明名稱的目的模糊，而這種簡化或省略不能用于限制本發(fā)明的范圍。本發(fā)明的目的之一在于提供一種交通信號燈識別系統(tǒng)，其可以自動識別出交通信號燈當(dāng)前狀態(tài)，幫助色盲、色弱者判斷當(dāng)前路口的通行狀態(tài)，且為駕駛者發(fā)出提示，從而起到重要的輔助作用。本發(fā)明的目的之二在于提供一種交通信號燈識別方法，其可以自動識別出交通信號燈當(dāng)前狀態(tài)，幫助色盲、色弱者判斷當(dāng)前路口的通行狀態(tài)，且為駕駛者發(fā)出提示，從而起到重要的輔助作用。根據(jù)本發(fā)明的一方面，本發(fā)明提供一種交通信號燈識別系統(tǒng)，其包括圖像采集模塊，采集圖像；交通信號燈檢測模塊，檢測所述圖像中是否含有交通信號燈，若含有交通信號燈則記錄交通信號燈的區(qū)域；交通信號燈狀態(tài)識別模塊，將所述交通信號燈區(qū)域分割出一個或多個信號區(qū)域，分析和識別所述信號區(qū)域的亮度信息和/或顏色信息，根據(jù)所述亮度信息和/或顏色信息確定交通信號燈的狀態(tài)；和識別信息輸出模塊，根據(jù)交通信號燈的狀態(tài)產(chǎn)生相應(yīng)的提示信息。進一步的，所述交通信號燈識別系統(tǒng)還包括交通信號燈分類模塊，所述交通信號燈分類模塊分析各個信號區(qū)域的特征，進而確定當(dāng)前交通信號燈的類別。更進一步的，所述交通信號燈類別包括機動車信號燈、非機動車信號燈、人行橫道信號燈、車道信號燈、方向指示信號燈或倒計時數(shù)碼顯示器。進一步的，交通信號燈狀態(tài)識別模塊統(tǒng)計各信號區(qū)域的亮度和以找出亮燈的信號區(qū)域，根據(jù)亮燈的信號區(qū)域在整個交通信號燈的位置確定交通信號燈的狀態(tài)。進一步的，交通信號燈狀態(tài)識別模塊統(tǒng)計各信號區(qū)域的亮度和以找出亮燈的信號區(qū)域，并對亮燈的信號區(qū)域進行顏色分析，并結(jié)合所述顏色信息確定交通信號燈的狀態(tài)。進一步的，所述交通信號燈分類模塊根據(jù)對所述信號區(qū)域的亮度分析得出各信號區(qū)域內(nèi)像素值大于預(yù)先設(shè)定的閾值的像素點組成的圖形，從而確定交通信號燈的類別；交通信號燈狀態(tài)識別模塊根據(jù)交通信號燈的類別，并結(jié)合對該信號區(qū)域進行的顏色分析來確定交通信號燈的狀態(tài)。更進一步的，所述交通信號燈狀態(tài)識別模塊分析識別所述信號區(qū)域的顏色信息時統(tǒng)計每個信號區(qū)域內(nèi)所有像素點的紅、綠顏色的平均值，確定紅、綠顏色平均值的比例值， 并設(shè)定第一閾值和第二閾值，將紅、綠顏色平均值的比例值與第一閾值及第二閾值比較，若所述比例值大于所述第一閾值時則判定該信號燈區(qū)域為紅燈，若所述比例值小于所述第二閾值時則判定該信號燈區(qū)域為綠燈，否則為黃燈，其中所述第一閾值大于所述第二閾值。進一步的，識別信息輸出模塊產(chǎn)生相應(yīng)的提示信息包括聲音輸出、圖像輸出或字體輸出。根據(jù)本發(fā)明的另一方面，本發(fā)明還提供一種交通信號燈識別方法，其包括獲取含有交通信號燈的圖像；對所述圖像進行交通信號燈的檢測以判斷圖像中是否存在交通信號燈；若存在交通信號燈則將對所述圖像中的交通信號燈區(qū)域分割出一個或多個信號區(qū)域， 對所述信號區(qū)域進行亮度和/或顏色分析以確定出交通信號燈的狀態(tài)；根據(jù)所述交通信號燈識別的結(jié)果輸出提示信息。進一步的，對所述信號區(qū)域進行亮度分析的過程包括統(tǒng)計各信號區(qū)域的亮度和以找出亮燈的信號區(qū)域，根據(jù)亮燈的信號區(qū)域在整個交通信號燈的位置確定交通信號燈的狀態(tài)。進一步的，所述交通信號燈識別方法包括統(tǒng)計各信號區(qū)域的亮度和以找出亮燈的信號區(qū)域，并對亮燈的信號區(qū)域進行顏色分析，并結(jié)合所述顏色信息確定交通信號燈的狀態(tài)。進一步的，所述交通信號燈識別方法還包括對所述信號區(qū)域的亮度分析得出各信號區(qū)域內(nèi)像素值大于預(yù)先設(shè)定的閾值的像素點組成的圖形，從而確定交通信號燈的類別； 根據(jù)交通信號燈的類別，并結(jié)合對信號區(qū)域進行的顏色分析來確定交通信號燈的狀態(tài)。進一步的，所述顏色分析具體為統(tǒng)計每個信號燈區(qū)域內(nèi)所有像素點的紅、綠顏色的平均值，確定紅、綠顏色平均值的比例值，設(shè)定第一閾值和第二閾值，將紅、綠顏色平均值的比例值與第一閾值及第二閾值進行比較，當(dāng)所述比例值大于所述第一閾值時則判定該信號燈區(qū)域為紅燈，當(dāng)所述比例值小于所述第二閾值時則判定該信號燈區(qū)域為綠燈，否則為黃燈，其中所述第一閾值大于所述第二閾值。與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明提供的一種交通信號燈識別系統(tǒng)，其首先獲取含有交通信號燈的圖像，并對圖像中的交通信號燈進行檢測和識別，最終輸出信號燈的識別結(jié)果， 根據(jù)所述結(jié)果輸出聲音或圖像等提示，其對長時間駕駛者和色盲者起到重要的輔助提醒功能。

為了更清楚地說明本發(fā)明實施例的技術(shù)方案，下面將對實施例描述中所需要使用的附圖作簡單地介紹，顯而易見地，下面描述中的附圖僅僅是本發(fā)明的一些實施例，對于本領(lǐng)域普通技術(shù)人員來講，在不付出創(chuàng)造性勞動性的前提下，還可以根據(jù)這些附圖獲得其它的附圖。其中圖1為本發(fā)明中交通信號燈識別系統(tǒng)在一個實施例中的結(jié)構(gòu)示意圖；圖2為交通信號燈在一實施例中的示意圖；圖3為交通信號燈在另一實施例中的示意圖；和圖4為本發(fā)明中交通信號燈識別方法在一個實施例中的流程圖。
具體實施方式本發(fā)明的詳細(xì)描述主要通過程序、步驟、邏輯塊、過程或其他象征性的描述來直接或間接地模擬本發(fā)明技術(shù)方案的運作。為透徹的理解本發(fā)明，在接下來的描述中陳述了很多特定細(xì)節(jié)。而在沒有這些特定細(xì)節(jié)時，本發(fā)明則可能仍可實現(xiàn)。所屬領(lǐng)域內(nèi)的技術(shù)人員使用此處的這些描述和陳述向所屬領(lǐng)域內(nèi)的其他技術(shù)人員有效的介紹他們的工作本質(zhì)。換句話說，為避免混淆本發(fā)明的目的，由于熟知的方法和程序已經(jīng)容易理解，因此它們并未被詳細(xì)描述。此處所稱的“一個實施例”或“實施例”是指可包含于本發(fā)明至少一個實現(xiàn)方式中的特定特征、結(jié)構(gòu)或特性。在本說明書中不同地方出現(xiàn)的“在一個實施例中”并非均指同一個實施例，也不是單獨的或選擇性的與其他實施例互相排斥的實施例。此外，表示一個或多個實施例的方法、流程圖或功能框圖中的模塊順序并非固定的指代任何特定順序，也不構(gòu)成對本發(fā)明的限制。本發(fā)明提供一種交通信號燈識別的系統(tǒng)，其拍攝路口的含有交通信號燈的圖像， 對所述圖像進行交通信號燈的自動檢測和識別，根據(jù)識別結(jié)果確定信號燈的狀態(tài)，并根據(jù)交通信號燈的狀態(tài)給出相關(guān)的聲音、文字或圖像等提示信息。其具體的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)可參見圖 1所示。圖1為本發(fā)明中交通信號燈識別系統(tǒng)100在一個實施例中的結(jié)構(gòu)示意圖，其中所述交通信號燈識別系統(tǒng)100包括圖像采集模塊110、交通信號燈檢測模塊120、交通信號燈狀態(tài)識別模塊140和識別結(jié)果輸出模塊150。所述圖像采集模塊110內(nèi)部包含有一個攝像設(shè)備，其可以用于采集包含有交通信號燈的圖像。在一個實施例中，對于行人和非機動車，所述攝像設(shè)備可以固定在衣服、頭盔或帽子上，對于機動車，所述攝像設(shè)備可以固定在車子前部頂端，比如前擋風(fēng)玻璃頂部等部位。所述交通信號燈檢測模塊120檢測所述圖像中是否含有交通信號燈區(qū)域，若含有交通信號燈區(qū)域則記錄交通信號燈的區(qū)域位置和大小。常用的交通信號燈的信號主要有圓形、行人、自行車或箭頭燈形狀，交通信號燈通常上下排列，紅燈、黃燈、綠燈按一定順序排列，利用這些特點可以從圖像中檢測出信號燈區(qū)域。通常進行信號燈檢測的方法有基于幾何特征的方法、基于子空間的方法、基于信號燈檢測器的方法等。在一個實施例中，采用基于信號燈檢測器的方法來進行交通信號燈區(qū)域的檢測。 所述方法具體包括形成可識別交通信號燈的信號燈檢測器的訓(xùn)練部分和用于交通信號燈檢測的檢測部分。訓(xùn)練部分具體為首先，選取大量包含有交通信號燈的圖像，對圖像中的交通信號燈進行標(biāo)定，分割出其中的信號燈區(qū)域作為正樣本，選取大量不包含有交通信號燈的圖像區(qū)域作為反樣本；然后計算其弱特征，將正反樣本輸入所述信號燈檢測器進行訓(xùn)練，完成弱特征的挑選和信號燈檢測器的形成，進而得到可以用于進行交通信號燈檢測的信號燈檢測器。舉例來說，對于一個信號燈檢測器，其通過大量的數(shù)據(jù)進行訓(xùn)練，要求是正反樣本的數(shù)據(jù)輸入所述訓(xùn)練后的信號燈檢測器后，輸出值不同，正樣本的數(shù)據(jù)輸入所述訓(xùn)練后的信號燈檢測器后，輸出值為1，而反樣本的數(shù)據(jù)輸入所述訓(xùn)練后的信號燈檢測器后， 輸出值為-1。經(jīng)過訓(xùn)練，使檢測器達到收斂，得到檢測器的各個參數(shù)，這件檢測器就確定了。 檢測部分計算所述圖像采集模塊110采集的圖像的弱特征，并輸入所述訓(xùn)練后的信號燈檢測器，根據(jù)輸出值確定此圖像是否含有交通信號燈區(qū)域，即通過訓(xùn)練后的信號燈檢測器后輸出值與所述正樣本產(chǎn)生的結(jié)果類似，如輸出值大于0.5則可判斷輸入的圖像中含有交通信號燈，否則，所述輸入的圖像不存在交通信號燈。交通信號燈狀態(tài)識別模塊140根據(jù)交通信號燈檢測模塊120的結(jié)果將圖像中所述交通信號燈區(qū)域分割出一個或多個信號區(qū)域，對所述信號區(qū)域進行分析以獲得所述信號區(qū)域的亮度信息和/或顏色信息，并根據(jù)所述亮度信息和/或顏色信息確定交通信號燈的狀態(tài)，也即獲得交通信號燈當(dāng)前的交通信號。交通信號燈通常具有紅燈、黃燈和綠燈多個信號區(qū)域，紅燈、黃燈和綠燈可能是橫向排列，也可能是縱向排列。首先，可以計算所述交通信號燈區(qū)域在豎直方向的長度a和水平方向的長度b，根據(jù)所述交通信號燈區(qū)域在水平方向和豎直方向的長度比確定信號燈是橫向排列還是縱向排列。如圖2所示，其中紅燈、黃燈和綠燈連在一起后計算其長度a和寬度b，這里a/b > 1，則說明圖2中示出的交通信號燈為縱向排列；而如果a/b < 1，則說明交通信號燈為橫向排列。獲得所述長度比及交通信號燈各信號區(qū)域的排列方向后便可以對交通信號燈區(qū)域進行分割，分割出每個信號燈區(qū)域。對各個信號區(qū)域進行亮度分析以確定交通信號燈當(dāng)前亮燈的區(qū)域在所述交通信號燈區(qū)域的位置?，F(xiàn)有的交通信號燈基本上是有兩個信號燈或三個信號燈。如果有兩個信號燈，從上到下或從左到右的順序通常為紅、綠；如果有三個信號燈，從上到下或從左到右的順序通常為紅、黃、綠。對上述分割后的各個信號區(qū)域進行亮度分析，統(tǒng)計各個信號區(qū)域的亮度和， 找出亮燈的信號區(qū)域，即亮度和較高的信號區(qū)域，并判斷亮燈的信號區(qū)域在整個交通信號燈區(qū)域的位置，根據(jù)亮燈的信號區(qū)域在整個交通信號燈的位置確定交通信號燈的當(dāng)前交通信號。如圖3所示，圖3為交通信號燈在另一實施例中的示意圖。在進行亮度分析時，當(dāng)亮燈的信號區(qū)域在整個交通信號燈區(qū)域的上部，根據(jù)通常的紅、黃、綠燈的排列規(guī)則就可以直接判定所述亮的區(qū)域為紅燈；當(dāng)亮的區(qū)域在整個交通信號燈區(qū)域的中部，則可以直接判定所述亮的區(qū)域為黃燈；否則判定所述亮的區(qū)域為綠燈。當(dāng)然在劃分上部、中部和下部區(qū)域時可以直接用交通信號燈區(qū)域較長邊的三等分的平分線來劃定。當(dāng)然，在分析得到亮燈的信號區(qū)域后，交通信號燈狀態(tài)識別模塊140亮燈的信號區(qū)域也可以對亮燈的信號區(qū)域進行顏色分析，根據(jù)得到的顏色信息確定交通信號燈的交通信號。當(dāng)交通信號燈只有一個信號區(qū)域時，即只有一個信號燈做紅、黃、綠燈的切換，這時，所述交通信號燈狀態(tài)識別模塊140對所述信號區(qū)域進行顏色分析以確定交通信號燈的交通信號。即所述交通信號燈狀態(tài)識別模塊140統(tǒng)計所述信號區(qū)域內(nèi)每個像素點的顏色信息，根據(jù)顏色信息的統(tǒng)計結(jié)果確定交通信號燈的狀態(tài)。此外，除現(xiàn)有的交通信號燈有時也會有多方向的箭頭信號燈、人形指示燈或計時燈等各種類型信號指示燈。當(dāng)交通信號燈具有上述多類別的信號區(qū)域時，也會有多個信號區(qū)域均亮的情形。例如，對于橫向排列的交通信號燈，如具有多方向的箭頭信號燈，有時各個燈都是亮的，只是有的紅，有的綠。因此，為了保證所述信號燈檢測器適用于多種類的交通信號燈的識別，在本發(fā)明另一個實施例中，對于不同類型的交通信號燈所述的交通信號燈識別系統(tǒng)也可以分別進行訓(xùn)練來獲得多個紅綠燈的信號燈檢測器，如箭頭紅綠燈、豎排紅綠燈等。也就是說，在訓(xùn)練時選用的樣本中交通信號燈和采集的圖像中的交通信號燈均是同一種類型，如果均為豎排紅綠燈的圖像在訓(xùn)練出來的信號燈檢測器就可以對豎排紅綠燈進行檢測。進一步地，交通信號燈識別系統(tǒng)100也還可以包括交通信號燈分類模塊130。根據(jù)對交通信號燈的檢測，若圖像中含有交通信號燈區(qū)域，所述交通信號燈檢測模塊120則記錄交通信號燈的區(qū)域位置和大小，并輸入到交通信號燈分類模塊130。所述交通信號燈分類模塊130在所述檢測出含有交通信號的圖像中根據(jù)所述交通信號燈的區(qū)域位置和大小分割出一個或多個信號區(qū)域后，對所述分割出的信號區(qū)域進行形狀分析，確定當(dāng)前交通信號燈及每一信號區(qū)域的類別。所述交通信號燈分類模塊130可以通過亮度分析得出各信號區(qū)域的亮度較高的像素點組成的圖形，從而可以確定交通信號燈的類別，如機動車信號燈、非機動車信號燈、 人行橫道信號燈、車道信號燈、方向指示信號燈火倒計時數(shù)碼顯示器。其中，進行亮度分析時有很多種方法，這里選用二值化法進行簡要說明。首先計算信號燈區(qū)域中像素值，對像素值大于預(yù)先設(shè)定的閾值的像素點標(biāo)記為“ 1，，，像素值小于所述閾值的像素點標(biāo)記為“0”，對有相同標(biāo)記的像素點進行連通，則可判定由標(biāo)記為“1”的像素點組成的面積最大的區(qū)域為交通信號燈亮?xí)r的信號區(qū)域；或可進一步判定由標(biāo)記為“1” 的像素點組成的圖形可形成不同的交通信號燈類別，如標(biāo)記為“1”的像素點組成自行車或人模樣的圖形則可判定為人形橫道信號燈，若標(biāo)記為“1”的像素點組成車輛的圖形則可判定為車道信號燈。在交通信號燈具有上述多類別的信號區(qū)域，且有多個信號區(qū)域均亮的情形時，由交通信號燈分類模塊130對信號區(qū)域進行的亮度分析得到該信號區(qū)域的類別，并結(jié)合對該信號區(qū)域進行的顏色分析來確定當(dāng)前的交通信號。例如，當(dāng)通過對信號區(qū)域進行的亮度分析得到一個亮燈的信號區(qū)域為前行信號燈，信號區(qū)域為紅色，則可以表示禁止前行；而另一亮燈的信號區(qū)域為右轉(zhuǎn)信號燈，信號區(qū)域為綠色，則可以表示允許右行。
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由于成像誤差、噪聲點等原因的存在，亮紅燈的信號區(qū)域內(nèi)可能有些像素點表現(xiàn)為紅色，而一些個別的像素點為綠色；或者亮綠燈的信號區(qū)域內(nèi)也可能有紅色的像素點。比如目前采用的多個LED組成的信號燈光源，其顯示的信號燈的區(qū)域的每個像素點的顏色信息不是完全一樣的。另外，當(dāng)紅、綠、藍(lán)三基色分別為(255,0,0)時是紅色，而(255,50,100) 時仍然應(yīng)該認(rèn)為其是紅色，光源在使用過程中其顏色也會發(fā)生一些變化。因此，在對信號區(qū)域進行顏色分析中，利用所述信號區(qū)域內(nèi)的顏色的均值信息可以比較準(zhǔn)確的獲得所述信號區(qū)域在整體上所表現(xiàn)的顏色。優(yōu)選地，所述顏色分析具體如下統(tǒng)計每個信號區(qū)域的顏色信息，如，計算每個信號區(qū)域內(nèi)的所有像素點的紅、綠顏色的平均值，然后計算紅、綠顏色平均值的比例值，令紅、 綠色的平均值為A ^,thl和th2為紅綠色平均值的比例關(guān)系的第一閾值和第二閾值，其中第一閾值大于第二閾值，當(dāng)紅綠顏色的比例值大于所述第一閾值，即時則認(rèn)定該信號區(qū)域為紅色，當(dāng)紅綠顏色的比例值小于所述第二閾值，即f /g < th2時則認(rèn)定該信號區(qū)域為綠色；否則該信號區(qū)域為黃色。當(dāng)然，這里同樣可以通過計算每個信號燈區(qū)域內(nèi)紅、綠像素點的總值，利用各顏色像素點的總值的比例關(guān)系仍然可以認(rèn)定信號燈為紅色、綠色或黃色。綜合上述亮度分析和顏色分析的結(jié)果可以確定當(dāng)前信號燈的狀態(tài)。識別結(jié)果輸出模塊150在檢測出交通信號燈的狀態(tài)時給予對應(yīng)的聲音、圖像或字跡等提示信息。如采用聲音輸出，可輸出“直行方向為綠燈，左轉(zhuǎn)方向為紅燈”等類似信息，也可以加上“綠燈時間 η秒”等信息。當(dāng)然還可以結(jié)合當(dāng)前車輛所在車道線確定當(dāng)前方向是否可以通行。如果采用圖像輸出，可以在圖像中信號燈附近顯示“紅” “黃” “綠”等字樣，提示駕駛者當(dāng)前的信號燈狀態(tài)，并且可以在紅燈狀況下增加字樣的閃動定動作，便于駕駛者注意到。綜上所述，本發(fā)明通過對交通信號燈的檢測和識別，可以很好的幫助色盲、色弱者判斷當(dāng)前路口的通行狀態(tài)，且為駕駛者發(fā)出相關(guān)的提示，從而起到了重要的輔助作用。圖4為本發(fā)明中交通信號燈識別方法的流程圖，所述交通信號燈識別的方法具體包括步驟410，獲取含有交通信號燈的圖像。在具體實現(xiàn)時，可以通過一個攝像設(shè)備來采集包含有交通信號燈的圖像。在一個實施例中，對于行人和非機動車，可以將其所述攝像設(shè)備固定在衣服、頭盔或帽子上，對于機動車，可以將其所述攝像設(shè)備固定在車子前部頂端，比如前擋風(fēng)玻璃頂部等部位。步驟420，對所述圖像進行交通信號燈檢測。一般對圖像進行交通信號燈檢測的方法為基于幾何特征的方法、基于子空間的方法、基于信號燈檢測器的方法等。在一個實施例中，采用基于信號燈檢測器的方法來進行交通信號燈區(qū)域的檢測。 所述方法具體包括形成可識別交通信號燈的信號燈檢測器的訓(xùn)練部分和用于交通信號燈檢測的檢測部分。訓(xùn)練部分具體為首先，選取大量包含有交通信號燈的圖像，對圖像中的交通信號燈進行標(biāo)定，分割出其中的信號燈區(qū)域作為正樣本，選取大量不包含有交通信號燈的圖像區(qū)域作為反樣本；然后計算其弱特征，將正反樣本輸入所述信號燈檢測器進行訓(xùn)練，完成弱特征的挑選和信號燈檢測器的形成，進而得到可以用于進行交通信號燈檢測的信號燈檢測器。舉例來說，對于一個信號燈檢測器，其通過大量的數(shù)據(jù)進行訓(xùn)練，要求是正反樣本的數(shù)據(jù)輸入所述訓(xùn)練后的信號燈檢測器后，輸出值不同，如當(dāng)正樣本的數(shù)據(jù)輸入所述訓(xùn)練后的信號燈檢測器后，輸出值為1，而反樣本的數(shù)據(jù)輸入所述訓(xùn)練后的信號燈檢測器后，輸出值為-1。經(jīng)過訓(xùn)練，使檢測器達到收斂，得到檢測器的各個參數(shù)，這件檢測器就確定了。檢測部分計算所述采集到的圖像的弱特征，并輸入所述訓(xùn)練后的信號燈檢測器，根據(jù)輸出值確定此圖像是否含有交通信號燈區(qū)域，即通過訓(xùn)練后的信號燈檢測器后輸出值與所述正樣本的輸出值類似，如大于0. 5，則可判斷輸入的圖像中含有交通信號燈，否則，所述輸入的圖像不存在交通信號燈。通常，為了保證所述信號燈檢測器的性能，對于不同類型的交通信號燈可以分別進行訓(xùn)練來獲得多個紅綠燈的信號燈檢測器，如箭頭紅綠燈、豎排紅綠燈等。也就是說，在訓(xùn)練時選用的樣本中交通信號燈和采集的圖像中的交通信號燈均是同一種類型，如果均為豎排紅綠燈的圖像在訓(xùn)練出來的信號燈檢測器就可以對豎排紅綠燈進行檢測。步驟430，判斷是否存在交通信號燈。即根據(jù)采集到的圖像通過上述步驟420中訓(xùn)練的信號燈檢測器進行檢測后的檢測結(jié)果判斷采集到的圖像是否存在交通信號燈。步驟440，若判斷不存在交通信號燈則直接放棄對該圖像的識別。步驟450，當(dāng)檢測到采集的圖像中含有交通信號燈時，對交通信號燈進行識別以確定交通信號燈的狀態(tài)。即根據(jù)所述檢測出的交通信號燈區(qū)域的位置和大小分割出一個或多個信號區(qū)域，對所述信號區(qū)域進行識別分析以確定出交通信號燈的狀態(tài)。一般的，首先根據(jù)檢測的結(jié)構(gòu)從圖像中分割出一個或多個信號區(qū)域，計算其長寬比，根據(jù)長寬比確定信號燈是橫向排列還是縱向排列，然后對交通信號燈區(qū)域進行分割，分割出一個或多個信號區(qū)域，然后通過對各個信號區(qū)域進行亮度分析和/或顏色分析確定信號燈的狀態(tài)。對于通常的紅、綠、黃三燈排列的交通信號燈，通過對各個信號區(qū)域進行亮度分析可以獲得當(dāng)前亮燈的信號區(qū)域在整個交通信號燈區(qū)域的位置，從而判斷交通信號燈的當(dāng)前交通信號。當(dāng)然，在分析得到亮燈的信號區(qū)域后，也可以進一步對亮燈的信號區(qū)域進行顏色分析，根據(jù)得到的顏色信息確定交通信號燈的狀態(tài)，從而獲得當(dāng)前的交通信號。當(dāng)有多個信號區(qū)域均亮?xí)r，也需要進一步對每個亮燈的信號區(qū)域進行顏色分析來確定各個信號區(qū)域的狀態(tài)。此外，也可以對各個信號區(qū)域進行形狀分析以確定各個信號區(qū)域在所述交通信號燈區(qū)域的位置以及交通信號燈類別。還可以通過亮度分析得出各信號區(qū)域的亮度點組成的圖形，從而可以確定交通信號燈的類別，如機動車信號燈、非機動車信號燈、人行橫道信號燈、車道信號燈、方向指示信號燈或倒計時數(shù)碼顯示器。其中，進行亮度判定時有很多種方法，這里選用二值化法進行簡要說明。首先計算信號區(qū)域中各像素點的像素值，對像素值大于預(yù)先設(shè)定的閾值的像素點標(biāo)記為“ 1”，像素值小于所述閾值的像素點標(biāo)記為“0”，對有相同標(biāo)記的像素點進行連通，則可判定由標(biāo)記為 “1”的像素點組成的面積最大的區(qū)域為交通信號燈亮?xí)r的信號區(qū)域；進一步地，根據(jù)由標(biāo)記為“1”的像素點組成的圖形來判定交通信號燈的類別，如標(biāo)記為“1”的像素點組成自行車或人模樣的圖形則可判定為人形橫道信號燈，若標(biāo)記為“1”的像素點組成車輛的圖形則可判定為車道信號燈。通過亮度和顏色分析可以分別得到交通信號燈的顏色信息和亮度信息，根據(jù)顏色信息和/或亮度信息確定交通信號燈的狀態(tài)。所述亮度分析具體如下統(tǒng)計上述分割后的各個信號區(qū)域的亮度和，找出亮的信號區(qū)域，并判斷亮的信號區(qū)域在整個交通信號燈區(qū)域的位置。由于現(xiàn)有的交通信號燈基本上是有兩個信號燈、從上到下或從左到右的順序通常為紅、綠；如果有三個信號燈，從上到下或從左到右的順序通常為紅、黃、綠。這時只需要通過亮度識別確定亮的信號區(qū)域在整個交通信號燈區(qū)域的位置就能夠判定哪個燈是亮著的。同樣參考圖3所示，圖3為交通信號燈在另一實施例中的示意圖。在根據(jù)亮度分析時，當(dāng)亮的信號區(qū)域在整個交通信號燈區(qū)域的上部或左端，則可以直接判定所述亮的信號區(qū)域為紅燈；當(dāng)亮的信號區(qū)域在整個交通信號燈區(qū)域的中部，則可以直接判定所述亮的信號區(qū)域為黃燈；否則判定所述亮的信號區(qū)域為綠燈。當(dāng)然在劃分上部、中部和下部區(qū)域，或者左、中、右區(qū)域時可以用交通信號燈區(qū)域較長邊的三等分的平分線來劃定。此外，除現(xiàn)有的交通信號燈有時也會有多方向的箭頭信號燈、人形指示燈或計時燈等各種類型信號指示燈。當(dāng)交通信號燈具有上述多類別的信號區(qū)域時，也會有多個信號區(qū)域均亮的情形。例如，對于橫向排列的交通信號燈，如具有多方向的箭頭信號燈，有時各個燈都是亮的，只是有的紅，有的綠。這時可以進一步結(jié)合顏色分析來確定交通信號燈當(dāng)前的交通信號。所述顏色分析具體如下統(tǒng)計每個信號區(qū)域的顏色信息，如，計算每個信號區(qū)域內(nèi)的所有像素點為紅、綠的平均值，然后計算紅、綠顏色平均值的比例關(guān)系，令紅、綠顏色的平均值為7 , ^,thl和th2為紅綠色平均值的比例關(guān)系的第一閾值和第二閾值，當(dāng)紅、綠顏色的比例值大于所述第一閾值，即時則認(rèn)定該信號燈為紅色，當(dāng)紅、綠顏色的比例值小于所述第二閾值，即7 /g < th2時則認(rèn)定該信號燈為綠色，否則為黃色。當(dāng)然，這里同樣可以通過計算每個信號燈區(qū)域內(nèi)紅、綠、黃色像素點的總值，利用總值的比例關(guān)系仍然可以認(rèn)定信號燈為紅色、綠色或黃色。綜合上述亮度分析和/或顏色分析的結(jié)果可以確定當(dāng)前信號燈的狀態(tài)。為適用于多種類交通信號燈的識別，當(dāng)通過亮度分析可分析出多個信號區(qū)域均亮?xí)r，可以對亮燈的信號區(qū)域中的亮度點組成的形狀進行分析以確定該信號區(qū)域的交通信號燈類別，例如所述多個信號區(qū)域具有向左的箭頭、向前的箭頭和向右的箭頭，可以確定其為機動車信號燈，然后通過顏色分析判定各個信號區(qū)域亮燈時的顏色，進而可以確定當(dāng)前的交通信號，即哪個方向可以前行或禁止前行。步驟460，輸出交通信號燈識別結(jié)果。所述交通信號燈識別的結(jié)果可以通過聲音輸出、圖像輸出或字幕。如亮度分析判定交通信號燈直行方向燈亮且為車道信號燈，并通過顏色分析判定其為綠燈，則用圖像、字幕或聲音等方式提醒司機為直行方向為綠燈，可以直行。再如識別出直行方向為綠燈，左轉(zhuǎn)方向為紅燈，則可以采用圖像、字幕或聲音輸出“直行方向為綠燈，左轉(zhuǎn)方向為紅燈”等類似的信息，也可以加上“綠燈時間η秒”等信息。當(dāng)然還可以結(jié)合當(dāng)前車輛所在車道線確定當(dāng)前方向是否可以通行。如果采用圖像輸出，可以在圖像中信號燈附近顯示“紅” “黃” “綠”等字樣，提示駕駛者當(dāng)前的信號燈狀態(tài)，并且可以在紅燈狀況下增加字樣的閃動定動作，便于駕駛者注意到。綜上所述，本發(fā)明通過對交通信號燈的檢測和識別，可以很好的幫助色盲、色弱者判斷當(dāng)前路口的通行狀態(tài)，且為駕駛者發(fā)出相關(guān)的提示，從而起到了重要的輔助作用。
上述說明已經(jīng)充分揭露了本發(fā)明的具體實施方式
。需要指出的是，熟悉該領(lǐng)域的技術(shù)人員對本發(fā)明的具體實施方式
所做的任何改動均不脫離本發(fā)明的權(quán)利要求書的范圍。 相應(yīng)地，本發(fā)明的權(quán)利要求的范圍也并不僅僅局限于前述具體實施方式
。
權(quán)利要求
1.一種交通信號燈識別系統(tǒng)，其特征在于，其包括圖像采集模塊，采集圖像；交通信號燈檢測模塊，檢測所述圖像中是否含有交通信號燈，若含有交通信號燈則記錄交通信號燈的區(qū)域；交通信號燈狀態(tài)識別模塊，將所述交通信號燈區(qū)域分割出一個或多個信號區(qū)域，分析和識別所述信號區(qū)域的亮度信息和/或顏色信息，根據(jù)所述亮度信息和/或顏色信息確定交通信號燈的狀態(tài)；和識別信息輸出模塊，根據(jù)交通信號燈的狀態(tài)產(chǎn)生相應(yīng)的提示信息。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的交通信號燈識別系統(tǒng)，其特征在于所述交通信號燈識別系統(tǒng)還包括交通信號燈分類模塊，所述交通信號燈分類模塊分析各個信號區(qū)域的特征，進而確定當(dāng)前交通信號燈的類別。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的交通信號燈識別系統(tǒng)，其特征在于所述交通信號燈類別包括機動車信號燈、非機動車信號燈、人行橫道信號燈、車道信號燈、方向指示信號燈或倒計時數(shù)碼顯示器。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的交通信號燈識別系統(tǒng)，其特征在于交通信號燈狀態(tài)識別模塊統(tǒng)計各信號區(qū)域的亮度和以找出亮燈的信號區(qū)域，根據(jù)亮燈的信號區(qū)域在整個交通信號燈的位置確定交通信號燈的狀態(tài)。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的交通信號燈識別系統(tǒng)，其特征在于交通信號燈狀態(tài)識別模塊統(tǒng)計各信號區(qū)域的亮度和以找出亮燈的信號區(qū)域，并對亮燈的信號區(qū)域進行顏色分析， 并結(jié)合所述顏色信息確定交通信號燈的狀態(tài)。
6.根據(jù)權(quán)利要求2所述的交通信號燈識別系統(tǒng)，其特征在于所述交通信號燈分類模塊根據(jù)對所述信號區(qū)域的亮度分析得出各信號區(qū)域內(nèi)像素值大于預(yù)先設(shè)定的閾值的像素點組成的圖形，從而確定交通信號燈的類別；交通信號燈狀態(tài)識別模塊根據(jù)交通信號燈的類別，并結(jié)合對該信號區(qū)域進行的顏色分析來確定交通信號燈的狀態(tài)。
7.根據(jù)權(quán)利要求1-6任一所述的交通信號燈識別系統(tǒng)，其特征在于所述交通信號燈狀態(tài)識別模塊分析識別所述信號區(qū)域的顏色信息時統(tǒng)計每個信號區(qū)域內(nèi)所有像素點的紅、 綠顏色的平均值，確定紅、綠顏色平均值的比例值，并設(shè)定第一閾值和第二閾值，將紅、綠顏色平均值的比例值與第一閾值及第二閾值比較，若所述比例值大于所述第一閾值時則判定該信號燈區(qū)域為紅燈，若所述比例值小于所述第二閾值時則判定該信號燈區(qū)域為綠燈，否則為黃燈，其中所述第一閾值大于所述第二閾值。
8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的交通信號燈識別系統(tǒng)，其特征在于識別信息輸出模塊產(chǎn)生相應(yīng)的提示信息包括聲音輸出、圖像輸出或字體輸出。
9.一種交通信號燈識別方法，其特征在于，其包括獲取含有交通信號燈的圖像；對所述圖像進行交通信號燈的檢測以判斷圖像中是否存在交通信號燈；若存在交通信號燈則將對所述圖像中的交通信號燈區(qū)域分割出一個或多個信號區(qū)域， 對所述信號區(qū)域進行亮度和/或顏色分析以確定出交通信號燈的狀態(tài)；和根據(jù)所述交通信號燈識別的結(jié)果輸出提示信息。
10.根據(jù)權(quán)利要求9所述的交通信號燈識別方法，其特征在于對所述信號區(qū)域進行亮度分析的過程包括統(tǒng)計各信號區(qū)域的亮度和以找出亮燈的信號區(qū)域，根據(jù)亮燈的信號區(qū)域在整個交通信號燈的位置確定交通信號燈的狀態(tài)。
11.根據(jù)權(quán)利要求9所述的交通信號燈識別方法，其特征在于所述交通信號燈識別方法包括統(tǒng)計各信號區(qū)域的亮度和以找出亮燈的信號區(qū)域，并對亮燈的信號區(qū)域進行顏色分析，并結(jié)合所述顏色信息確定交通信號燈的狀態(tài)。
12.根據(jù)權(quán)利要求9所述的交通信號燈識別方法，其特征在于所述交通信號燈識別方法還包括對所述信號區(qū)域的亮度分析得出各信號區(qū)域內(nèi)像素值大于預(yù)先設(shè)定的閾值的像素點組成的圖形，從而確定交通信號燈的類別；根據(jù)交通信號燈的類別，并結(jié)合對信號區(qū)域進行的顏色分析來確定交通信號燈的狀態(tài)。
13.根據(jù)權(quán)利要求10-12任一所述的交通信號燈識別方法，其特征在于所述顏色分析具體為統(tǒng)計每個信號燈區(qū)域內(nèi)所有像素點的紅、綠顏色的平均值，確定紅、綠顏色平均值的比例值，設(shè)定第一閾值和第二閾值，將紅、綠顏色平均值的比例值與第一閾值及第二閾值進行比較，當(dāng)所述比例值大于所述第一閾值時則判定該信號燈區(qū)域為紅燈，當(dāng)所述比例值小于所述第二閾值時則判定該信號燈區(qū)域為綠燈，否則為黃燈，其中所述第一閾值大于所述第二閾值。
全文摘要
本發(fā)明提供一種交通信號燈識別系統(tǒng)，其圖像采集模塊，用于采集圖像；交通信號燈檢測模塊，檢測所述圖像中是否含有交通信號燈，若含有交通信號燈則記錄交通信號燈的區(qū)域位置和大??；交通信號燈分類模塊，在所述檢測出含有交通信號燈的圖像中根據(jù)所述區(qū)域位置和大小分割出一個或多個交通信號燈區(qū)域，對所述分割出的交通信號燈區(qū)域進行分析，確定當(dāng)前交通信號燈的類別；交通信號燈狀態(tài)識別模塊，分析和識別交通信號燈區(qū)域的顏色信息，根據(jù)顏色信息和所述類別確定交通信號燈的狀態(tài)；識別信息輸出模塊，根據(jù)上述識別出的交通信號燈的狀態(tài)產(chǎn)生相應(yīng)的提示信息。所述交通信號燈識別系統(tǒng)對駕駛員和色盲者提供了很好的輔助作用。
文檔編號G06K9/00GK102176287SQ20111004737
公開日2011年9月7日 申請日期2011年2月28日 優(yōu)先權(quán)日2011年2月28日
發(fā)明者王俊艷 申請人:無錫中星微電子有限公司