專利名稱：一種基于機(jī)器視覺的交通信號燈狀態(tài)監(jiān)控系統(tǒng)及方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及智能監(jiān)控系統(tǒng)，具體涉及一種基于機(jī)器視覺的交通信號燈狀態(tài)監(jiān)控系統(tǒng)及方法。
背景技術(shù)：
交通信號燈在交通疏導(dǎo)和管理方面的地位是舉足輕重的，尤其在當(dāng)前交通變的越來越擁擠的情況下，交通信號燈是極其關(guān)鍵的，它們能保證城市內(nèi)擁擠的車流與人流井然有序的進(jìn)行通行。但是，常常由于這樣那樣的問題，導(dǎo)致交通信號燈經(jīng)常損壞或者失靈，而交通管理中心又不能及時(shí)獲得交通信號燈損壞或失靈的信息，導(dǎo)致不能及時(shí)對交通進(jìn)行疏通，造成交通擁堵，交通混亂甚至引起交通事故。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明目的在于克服現(xiàn)有技術(shù)缺陷，提供一種基于機(jī)器視覺的交通信號燈狀態(tài)監(jiān)控系統(tǒng)及方法，實(shí)時(shí)監(jiān)控交通信號燈狀態(tài)，在交通信號燈損壞或失靈時(shí)，及時(shí)獲知損壞或失靈信息，并及時(shí)將此信息反饋給相關(guān)交通管理部門，及時(shí)疏導(dǎo)交通，減少交通事故的發(fā)生。為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用以下技術(shù)方案:一種基于機(jī)器視覺的交通信號燈狀態(tài)監(jiān)控系統(tǒng)，包括成像系統(tǒng)和主控系統(tǒng)；成像系統(tǒng)包括用于采集交通信號燈視頻信息的攝像頭，主控系統(tǒng)包括圖像處理器，分別與圖像處理器連接的視頻信號輸入接口、獲取參考時(shí)間模塊和網(wǎng)絡(luò)傳輸單元；攝像頭與主控系統(tǒng)視頻信號輸入接口連接，主控系統(tǒng)通過網(wǎng)絡(luò)傳輸單元將交通信號燈狀態(tài)信息輸送到交通管理部門。所述成像系統(tǒng)包括多個(gè)分別用于采集機(jī)動(dòng)車信號燈、非機(jī)動(dòng)車信號燈、方向指示信號燈、人行橫道信號燈、道口信號燈、閃光警告信號燈視頻信息的攝像頭。所述主控系統(tǒng)包括多個(gè)圖像處理器。一種基于機(jī)器視覺的交通信號燈狀態(tài)監(jiān)控系方法，包括以下步驟:(I)實(shí)時(shí)采集交通信號燈視頻信息，并將采集到的視頻信息發(fā)送給圖像處理器；(2)圖像處理器獲取交通信號燈視頻信息，提取視頻中的圖像，并對圖像中交通信號燈進(jìn)行檢測和識(shí)別，采集交通信號燈狀態(tài)信息；(3)圖像處理器將采集的當(dāng)前交通信號燈狀態(tài)信息與預(yù)期的交通信號燈狀態(tài)信息進(jìn)行對比；若信息一致，則返回重復(fù)進(jìn)行步驟(I)至步驟(3);若信息不一致，則主控系統(tǒng)通過網(wǎng)絡(luò)傳輸單元向交通管理部門發(fā)送交通信號燈錯(cuò)誤或失靈的信息。步驟(I)中使用多個(gè)攝像頭分別采集機(jī)動(dòng)車信號燈、非機(jī)動(dòng)車信號燈、方向指示信號燈、人行橫道信號燈、道口信號燈、閃光警告信號燈視頻信息。步驟(2)中運(yùn)用基于機(jī)器學(xué)習(xí)和模式識(shí)別方式對交通信號燈圖像進(jìn)行檢測和識(shí)別，獲取當(dāng)前交通信號燈狀態(tài)信息。步驟(2)中對 交通信號燈圖像進(jìn)行檢測和識(shí)別之前對視頻圖像進(jìn)行預(yù)處理，預(yù)處理包括圖像的增強(qiáng)、去噪和/或去霧處理。步驟(2)中采集的交通信號燈狀態(tài)信息包括交通信號燈圖像的顏色特征、形狀特征、位置特征、邏輯特征和紋理特點(diǎn)。所述機(jī)器學(xué)習(xí)方法為支持向量機(jī)SVM方法。所述的交通信號燈錯(cuò)誤或失靈的信息為交通信號燈錯(cuò)誤或失靈報(bào)警信息或當(dāng)前交通信號燈的狀態(tài)信息。本發(fā)明的基于機(jī)器視覺的交通信號燈狀態(tài)監(jiān)控系統(tǒng)及方法，將攝像頭采集到的交通信號燈視頻信息輸送給圖像處理器，對圖像進(jìn)行檢測和識(shí)別，采集交通信號燈狀態(tài)信息，將該狀態(tài)信息與預(yù)期的交通信號燈狀態(tài)信息進(jìn)行對比；判斷信號燈是否錯(cuò)誤或失靈，若失靈則發(fā)送相關(guān)信息給交通管理部門，通過機(jī)器視覺的方式實(shí)時(shí)監(jiān)控與檢測交通信號燈狀態(tài)并在交通信號燈損壞或者失靈的情況下，及時(shí)獲知交通信號燈損壞或失靈信息，并且及時(shí)的將此信息反饋給交通管理部門，使得相關(guān)管理部門能采取相應(yīng)的措施，及時(shí)疏導(dǎo)交通，減少交通事故的發(fā)生。


圖1為本發(fā)明的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)框圖。圖2為本發(fā)明的系統(tǒng)工作流程圖。圖3為本發(fā)明中交通信號燈圖像檢測與識(shí)別過程流程圖。
具體實(shí)施例方式如圖1所示，基于機(jī)器視覺的交通信號燈狀態(tài)監(jiān)控系統(tǒng)由成像系統(tǒng)I和主控系統(tǒng)2兩大部分組成，成像系統(tǒng)I包括I個(gè)或多個(gè)分別用于采集機(jī)動(dòng)車信號燈、非機(jī)動(dòng)車信號燈、方向指示信號燈、人行橫道信號燈、道口信號燈、閃光警告信號燈視頻信息的攝像頭，攝像頭可以安裝在道路交通信號桿上，實(shí)時(shí)的將采集到的視頻圖像數(shù)據(jù)傳輸?shù)街骺叵到y(tǒng)；主控系統(tǒng)2包括I個(gè)或多個(gè)圖像處理器204，分別與圖像處理器204連接的視頻信號輸入接口201、獲取參考時(shí)間模塊205和網(wǎng)絡(luò)傳輸單元202 ;攝像頭與主控系統(tǒng)視頻信號輸入接口 201連接，主控系統(tǒng)通過網(wǎng)絡(luò)傳輸單元202將交通信號燈錯(cuò)誤或失靈狀態(tài)信息輸送到交通管理部門。主控系統(tǒng)能接收由成像系統(tǒng)傳輸過來的視頻圖像數(shù)據(jù)，檢測與識(shí)別拍攝到的交通信號燈，對其進(jìn)行狀態(tài)監(jiān)控與檢測，當(dāng)交通信號燈損壞或者失靈時(shí)，將相應(yīng)的信息通過網(wǎng)絡(luò)傳輸?shù)较鄳?yīng)的交通管理部門，使及時(shí)作出調(diào)整措施，疏導(dǎo)交通，避免產(chǎn)生交通混亂，造成交通事故發(fā)生，系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡單，對交通信號燈進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)控，出現(xiàn)問題能及時(shí)反饋信息，實(shí)用性強(qiáng)。如圖2所示，本發(fā)明還提供了一種基于機(jī)器視覺的交通信號燈狀態(tài)監(jiān)控方法，具體步驟如下:(I)使用多個(gè)攝像頭分別實(shí)時(shí)采集機(jī)動(dòng)車信號燈、非機(jī)動(dòng)車信號燈、方向指示信號燈、人行橫道信號燈、道口信號燈、閃光警告信號燈的視頻信息，并將采集到的視頻信息發(fā)送給圖像處理器；(2)圖像處理器獲取交通信號燈視頻信息，提取視頻中的交通信號燈圖像，對視頻圖像進(jìn)行預(yù)處理，預(yù)處理包括圖像的增強(qiáng)、去噪和/或去霧處理，并運(yùn)用基于機(jī)器學(xué)習(xí)和模式識(shí)別方式，如支持向量機(jī)SVM方法對交通信號燈圖像進(jìn)行檢測和識(shí)別，采集交通信號燈狀態(tài)信息，包括交通信號燈圖像的顏色特征、形狀特征、位置特征、邏輯特征和紋理特點(diǎn)；(3)圖像處理器將采集的當(dāng)前交通信號燈狀態(tài)信息與預(yù)期的交通信號燈狀態(tài)信息進(jìn)行對比；若信息一致，則返回重復(fù)進(jìn)行步驟(I)至步驟(3);若信息不一致，則主控系統(tǒng)通過網(wǎng)絡(luò)傳輸單元向交通管理部門發(fā)送交通信號燈錯(cuò)誤或失靈報(bào)警信息或當(dāng)前交通信號燈的狀態(tài)信息；主控系統(tǒng)通過獲取參考時(shí)間模塊獲取交通信號燈的工作的時(shí)間，同時(shí)，主控系統(tǒng)能夠接入I至4路攝像頭信號，實(shí)時(shí)的接收來自攝像頭的圖像視頻數(shù)據(jù)，先對視頻圖像進(jìn)行預(yù)處理，然后采用機(jī)器學(xué)習(xí)和模式識(shí)別的算法對圖像視頻中的交通信號燈進(jìn)行檢測和識(shí)另O，并實(shí)時(shí)監(jiān)控。由于交通信號燈的預(yù)期工作狀態(tài)主控系統(tǒng)是知道的，當(dāng)檢測到當(dāng)前信號燈的工作狀態(tài)與當(dāng)前正常狀態(tài)不一致、交通信號燈損壞或者失靈時(shí)，主控系統(tǒng)通過網(wǎng)絡(luò)傳輸服務(wù)，將相關(guān)的信息輸出到相關(guān)管理部門。如圖3所示，本方法中交通信號燈檢測與識(shí)別過程如下:I在交通信號燈檢測和識(shí)別之前對視頻圖像進(jìn)行預(yù)處理:預(yù)處理包括圖像的增強(qiáng)和去噪等，另外在霧天對圖像進(jìn)行去霧預(yù)處理。2采用了基于機(jī)器學(xué)習(xí)與模式識(shí)別的交通信號燈的檢測與識(shí)別:在本系統(tǒng)中，最關(guān)鍵的兩個(gè)部分是目標(biāo)的特征提取與對樣本的訓(xùn)練與測試并獲得相應(yīng)的檢測器。根據(jù)《道路交通信號燈設(shè)置與安裝規(guī)范GB14886— 2006》，交通信號燈的屬性的定義是固定的，所以，預(yù)先通過拍攝與制作足夠多的交通信號燈圖像，并制作成訓(xùn)練樣本與測試樣本，采用機(jī)器學(xué)習(xí)的相關(guān)思想，對樣本進(jìn)行訓(xùn)練，并對訓(xùn)練后的算法利用測試樣本進(jìn)行測試，獲取最優(yōu)的·檢測器。由于檢測器和訓(xùn)練樣本及測試樣本的事先獲取，所以，本系統(tǒng)的一個(gè)很重要的優(yōu)點(diǎn)是實(shí)時(shí)，利用訓(xùn)練出來的檢測器，還可以對不同路的視頻圖像數(shù)據(jù)進(jìn)行并行處理，進(jìn)一步進(jìn)行加速。3交通信號燈的特征提取:交通信號燈雖然簡單，但是正是由于其相當(dāng)?shù)暮唵?，所以對其特征提取不是件容易的事情，尤其對于一些?fù)雜的交通背景來說，適當(dāng)?shù)奶卣魈崛⑹钦麄€(gè)系統(tǒng)成功的關(guān)鍵，根據(jù)信號燈的特點(diǎn)提取以下幾個(gè)特征。(I)顏色特征，交通信號燈一般顏色固定并且由紅色，黃色或者綠色構(gòu)成。(2)形狀特征，根據(jù)規(guī)范，交通燈的形狀是固定的，這是其重要特征之一。(3)位置特征，包括交通信號燈的安裝位置，也包括其在燈框內(nèi)的相對位置。(4)邏輯特征，交通信號燈框內(nèi)的交通信號燈在同一時(shí)間只有一個(gè)亮，這是交通信號燈的一個(gè)很關(guān)鍵的邏輯特征。 (5)紋理特點(diǎn)，如LBP特征。在訓(xùn)練樣本時(shí)，從樣本中提取上述的特征，利用相關(guān)的機(jī)器學(xué)習(xí)的方法，如支持向量機(jī)SVM進(jìn)行訓(xùn)練，并且利用測試樣本對檢測的算法進(jìn)行驗(yàn)證，獲得最優(yōu)的檢測器算法。在實(shí)際檢測與識(shí)別的時(shí)候，只需要對實(shí)時(shí)采集到的視頻圖像進(jìn)行特征提取，并對其進(jìn)行檢測，即可判斷出交通信號燈是否狀態(tài)正常。
權(quán)利要求
1.一種基于機(jī)器視覺的交通信號燈狀態(tài)監(jiān)控系統(tǒng)，其特征在于:包括成像系統(tǒng)(I)和主控系統(tǒng)(2);成像系統(tǒng)(I)包括用于采集交通信號燈視頻信息的攝像頭，主控系統(tǒng)(2)包括圖像處理器(204)，分別與圖像處理器(204)連接的視頻信號輸入接口(201)、獲取參考時(shí)間模塊(205)和網(wǎng)絡(luò)傳輸單元(202);攝像頭與主控系統(tǒng)視頻信號輸入接口(201)連接，主控系統(tǒng)通過網(wǎng)絡(luò)傳輸單元將交通信號燈狀態(tài)信息輸送到交通管理部門。
2.如權(quán)利要求1所述的基于機(jī)器視覺的交通信號燈狀態(tài)監(jiān)控系統(tǒng)，其特征在于:所述成像系統(tǒng)(I)包括多個(gè)分別用于采集機(jī)動(dòng)車信號燈、非機(jī)動(dòng)車信號燈、方向指示信號燈、人行橫道信號燈、道口信號燈、閃光警告信號燈視頻信息的攝像頭。
3.如權(quán)利要求1所述的基于機(jī)器視覺的交通信號燈狀態(tài)監(jiān)控系統(tǒng)，其特征在于:所述主控系統(tǒng)(I)包括多個(gè)圖像處理器。
4.一種基于機(jī)器視覺的交通信號燈狀態(tài)監(jiān)控系方法，其特征在于，包括以下步驟: (O實(shí)時(shí)采集交通信號燈視頻信息，并將采集到的視頻信息發(fā)送給圖像處理器； (2)圖像處理器獲取交通信號燈視頻信息，提取視頻中的圖像，并對圖像中交通信號燈進(jìn)行檢測和識(shí)別，采集交通信號燈狀態(tài)信息； (3)圖像處理器將采集的當(dāng)前交通信號燈狀態(tài)信息與預(yù)期的交通信號燈狀態(tài)信息進(jìn)行對比；若信息一致，則返回重復(fù)進(jìn)行步驟(I)至步驟(3);若信息不一致，則主控系統(tǒng)通過網(wǎng)絡(luò)傳輸單元向交通管理部門發(fā)送交通信號燈錯(cuò)誤或失靈的信息。
5.如權(quán)利要求4所述的基于機(jī)器視覺的交通信號燈狀態(tài)監(jiān)控方法，其特征在于:步驟(O中使用多個(gè)攝像頭分別采集機(jī)動(dòng)車信號燈、非機(jī)動(dòng)車信號燈、方向指示信號燈、人行橫道信號燈、道口信號燈、閃光警告信號燈視頻信息。
6.如權(quán)利要求4所述的基于 機(jī)器視覺的交通信號燈狀態(tài)監(jiān)控方法，其特征在于:步驟(2)中運(yùn)用基于機(jī)器學(xué)習(xí)和模式識(shí)別方式對交通信號燈圖像進(jìn)行檢測和識(shí)別，獲取當(dāng)前交通信號燈狀態(tài)信息。
7.如權(quán)利要求4所述的基于機(jī)器視覺的交通信號燈狀態(tài)監(jiān)控方法，其特征在于:步驟(2)中對交通信號燈圖像進(jìn)行檢測和識(shí)別之前對視頻圖像進(jìn)行預(yù)處理，預(yù)處理包括圖像的增強(qiáng)、去噪和/或去霧處理。
8.如權(quán)利要求4所述的基于機(jī)器視覺的交通信號燈狀態(tài)監(jiān)控方法，其特征在于:步驟(2)中采集的交通信號燈狀態(tài)信息包括交通信號燈圖像的顏色特征、形狀特征、位置特征、邏輯特征和紋理特點(diǎn)。
9.如權(quán)利要求6所述的基于機(jī)器視覺的交通信號燈狀態(tài)監(jiān)控方法，其特征在于:所述機(jī)器學(xué)習(xí)方法為支持向量機(jī)SVM方法。
10.如權(quán)利要求4所述的基于機(jī)器視覺的交通信號燈狀態(tài)監(jiān)控方法，其特征在于:所述的交通信號燈錯(cuò)誤或失靈的信息為交通信號燈錯(cuò)誤或失靈報(bào)警信息或當(dāng)前交通信號燈的狀態(tài)信息。
全文摘要
本發(fā)明提供了一種基于機(jī)器視覺的交通信號燈狀態(tài)監(jiān)控系統(tǒng)及方法，監(jiān)控系統(tǒng)包括成像系統(tǒng)和主控系統(tǒng)；成像系統(tǒng)包括用于采集交通信號燈視頻信息的攝像頭，主控系統(tǒng)包括圖像處理器，分別與圖像處理器連接的視頻信號輸入接口、獲取參考時(shí)間模塊和網(wǎng)絡(luò)傳輸單元；攝像頭與主控系統(tǒng)視頻信號輸入接口連接；通過機(jī)器視覺的方式實(shí)時(shí)監(jiān)控與檢測交通信號燈狀態(tài)并在交通信號燈損壞或者失靈的情況下，及時(shí)獲知交通信號燈損壞或失靈信息，并且及時(shí)的將此信息反饋給交通管理部門，使得相關(guān)管理部門能采取相應(yīng)的措施，及時(shí)疏導(dǎo)交通，減少交通事故的發(fā)生。
文檔編號G08G1/097GK103236181SQ20131017370
公開日2013年8月7日 申請日期2013年5月10日 優(yōu)先權(quán)日2013年5月10日
發(fā)明者宗靖國, 劉延, 戚勇, 茍超 申請人:西安電子科技大學(xué), 西安諾瓦電子科技有限公司