交通信號燈顯示狀態識別方法

2023-05-25 02:28:16 1

專利名稱：交通信號燈顯示狀態識別方法
技術領域：
本發明涉及一種交通信號燈顯示狀態識別方法。
背景技術：
據國家權威部門統計，中國的盲人總數佔全世界的18%，大約有500萬，低視力者約有600多萬。我國盲人數量的增長速度是每年四十多萬。解決視障者的出行安全問題具有重要的現實意義。通過輔助設備對道路上的交通信號燈顯示狀態進行檢測與識別，對輔助視障者安全出行具有重要作用。近年來，交通信號燈的檢測與辨識研究受到國內外的廣泛關注。基於視覺圖像採集與處理的交通信號燈檢測與識別方法具有被動識別、使用方便，對交通信號燈無需改動，對其他行人沒有幹擾等優勢。目前基於視覺處理的交通信號燈的檢測與識別方法主要有三種:基於模板匹配的信號燈檢測方法，基於圓形形狀特徵提取的方法和基於顏色分布特徵的信號燈檢測方法。各種方法均有優缺點，但由於受自然光照變化及道路環境因素的影響，而且傳統的基於形狀特徵提取的方法對交通信號燈矩形框和圓形發光區域的判斷要求嚴格，信號燈的誤識率和漏識率都較高，算法的優化和穩定性都有待提高。

發明內容
本發明是為解決以上問題而進行的，目的在於提出一種具有較高準確性和實時性的交通信號燈檢測與識別方法，為視障者出行安全提供一種較有效輔助的方法。為了達到以上目的，本發明採用了以下方法。獲取一幅含有所述交通信號燈的圖像；在所述圖像中提取至少一片類矩形區域，將每片所述類矩形區域的最大內接矩形作為第一矩形框，在所述第一矩形框中提取類圓區域，將所述類圓區域的最小外接圓作為發光區域，選擇含有並且只含有一片所述發光區域的所述第一矩形框作為第二矩形框，選擇含有面積最大的所述發光區域的所述第二矩形框作為候選矩形框，根據所述發光區域在所述候選矩形框中的位置判斷出所述光色訊號；當在所述圖像中未提取到所述類矩形區域時，提取至少一片類圓區域，將每片所述類圓區域的最小外接圓作為第一發光區域，將面積最大的所述第一發光區域作為候選發光區域，根據所述候選發光區域的顏色分量值判斷出所述光色訊號；當所述光色訊號的累計顯示值大於預設閾值時，將所述光色訊號轉換為語音輸出。發明效果本發明在提取交通信號燈矩形框和圓形發光區域的過程中，提取對象從嚴格的矩形和圓形轉換為類矩形和類圓形，這有效避免了因為在圖像預處理過程中出現的變形而造成的漏識，大大提高了交通信號燈的檢測與識別效率。


圖1是本發明交通信號燈顯示狀態識別方法的流程圖2是本發明交通信號燈矩形框上部、中部和下部三個矩形框的示意具體實施例方式以下參照附圖對本發明所涉及的基於形狀和顏色特徵的交通信號燈檢測與識別方法進行詳細說明，本實施方式針對紅燈、黃燈和綠燈按照從上到下順序排列的交通信號燈。圖1是本發明交通信號燈顯示狀態識別方法的流程圖。如圖1所示:步驟一、採集圖像S1:使用彩色攝像器件採集交通信號燈所處路口的彩色圖像。步驟二、對採集到彩色圖像進行預處理S2:在讀入連續幀序列圖像中的一幀圖像後，對圖像進行截取處理，取圖像的上半部分；將彩色圖像轉換為灰度圖像；取圓形半徑窗口半徑為5進行中值濾波消除噪聲；進行頂帽變換去除圖像中大面積灰度均勻區域；通過灰度直方圖自動取閾值對圖像進行分割；取結構元素半徑8，對提取出的區域進行腐蝕與膨脹處理，封閉圖像中的小孔。步驟三、提取類矩形區域S3:提取矩形度r在0.8^1.0之間的類矩形連通區域，其中矩形度r=A/\，A是連通區域的面積，4是連通區域最小外接矩形的面積，選擇面積在50(Γ5000像素之間、長寬比在
2.8^3.4之間並且長邊豎直的類矩形區域。步驟四、判斷提取到類矩形區域的個數S4。步驟五、在類矩形區域內提取圓形發光區域S5:當提取到至少一個類矩形區域(即類矩形數不為O)時，求取步驟三中提取的類矩形區域的最大內接矩形，作為第一矩形框(即候選的交通信號燈矩形框)，記錄每個第一矩形框的左上角頂點坐標以及右下角頂點坐標；在第一矩形框內尋找類圓區域，提取圓形度c在0.6^1.0之間的連通區域並且面積在10(Γ800像素之間的類圓區域，其中圓形度C=F/Fe, F是類圓區域的面積，Fk是類圓區域最小外接圓的面積，將類圓區域的最小外接圓作為發光區域。步驟六、確定目標交通信號燈S6:選擇含有且只含有一個上述類圓區域的第一矩形框作為第二矩形框，求得類圓區域的最小外接圓作為交通信號燈發光區域，記錄最小外接圓的面積Ac和中心坐標(X。，Y。)，選擇所含發光區域面積Ac最大的第二矩形框作為目標交通燈的矩形框(即候選矩形框)。步驟7、根據發光區域位置識別交通信號燈光色訊號S7:將候選交通信號燈平均分成上、中、下三個矩形區域，分別代表紅、黃、綠三種顏色信號燈所處的區域，圖2是本發明交通信號燈矩形框上部、中部和下部三個矩形框的示意圖，如圖2所示:根據候選交通信號燈矩形框左上角頂點a坐標Crow1, Column1)和右下角頂點b坐標(ι.0 2，Column2)可以分別求得三個矩形區域的左上角頂點坐標和右下角頂點坐標，其中 Height=IOw2-1Ow1, Width=Column2-Colume1, c 點坐標為(rowl+Height/3，colomn2), d 點坐標為(rowl+2*Height/3, columnl), e 點坐標 % (rowl+Height/3,colomnl), f點坐標為(rowl+2*Height/3, column2),上部矩形框的區域範圍通過左上角坐標a和右下角坐標c確定，中部矩形框的區域範圍通過左上角坐標e和右下角坐標f確定，下部矩形框的區域範圍通過左上角坐標d和右下角坐標b確定，根據發光圓形區域中心坐標(Xc，Yc)和三個矩形區域左上角頂點坐標以及右下角頂點坐標可以判斷候選交通信號燈發光圓形區域位於哪個矩形區域，即判斷交通信號燈是哪種顏色。 步驟八、當S4的判斷結果是圖像中沒有提取到類矩形區域時，在預處理後的圖像中提取發光區域S8:在經過預處理的圖像中選擇圓形度在0.6 1.0之間並且區域面積在10(Γ800像素之間的類圓區域，求得最小外接圓作為第一圓形區域，記錄中心坐標和外接圓面積，選擇所有第一圓形區域中面積最大的作為候選發光區域。步驟九、根據候選發光區域顏色特徵識別交通信號燈光色訊號S9:將提取出的候選發光區域進行顏色空間變換，獲得候選發光區域各像素的紅色分量值R、綠色分量值G、藍色分量值B，進行RGB到HIS顏色空間變換得到候選發光區域各像
素的色度分量值H,如果H KG >tv判定候選發光區域是綠燈，如果H t2,判定
候選發光區域是紅燈,如果h2〈 H〈hi且B〈t2，判定候選發光區域是黃燈，其中Η、1、δ以及S
分別是圓形發光區域內所有像素的色度分量值H、紅色分量值R、綠色分量值G以及藍色分量值B的平均值，hi和h2，和t2是根據所述攝像頭和所述交通信號燈的實際情況確定的閾值，4=80，h2=30, t!=200, t2=80 ;判斷信號燈顏色後。步驟十、相應顯示狀態計數值加I S10。步驟十一、判斷計數值是否達到閾值S11，當顯示狀態對應的計數值未達到閾值(本實施方式取8)時，返回SI。步驟十二、當顯示狀態對應的計數值達到閾值時，輸出相應交通信號燈顯示狀態的提示，相應的計數器清零，循環結束，進入下一循環。以上只是本發明的一個具體實施例，並不是用來限制本發明的實用範圍，凡依本發明申請專利範圍的內容所作的等效變化與修飾，都應為本發明的技術範疇。
權利要求
1.一種交通信號燈光色訊號識別方法，用於識別交通信號燈當前的光色訊號，其特徵在於，包括以下步驟: 獲取一幅含有所述交通信號燈的圖像； 在所述圖像中提取至少一片類矩形區域，將每片所述類矩形區域的最大內接矩形作為第一矩形框，在所述第一矩形框中提取類圓區域，將所述類圓區域的最小外接圓作為發光區域，選擇含有並且只含有一片所述發光區域的所述第一矩形框作為第二矩形框，選擇含有最大面積的所述發光區域的所述第二矩形框作為候選矩形框，根據所述發光區域在所述候選矩形框中的位置判斷出所述光色訊號； 當在所述圖像中未提取到所述類矩形區域時，提取至少一片類圓區域，將每片所述類圓區域的最小外接圓作為第一圓形區域，將面積最大的所述第一圓形區域作為候選發光區域，根據所述候選發光區域的顏色分量值判斷出所述光色訊號； 當所述光色訊號的累計顯示值達到預設閾值時，將所述光色訊號轉換為語音輸出。
2.根據權利要求1所述的交通信號燈光色訊號識別方法，其特徵在於: 所述類矩形區域的矩形度r在0.8^1.0之間，面積在50(Γ5000像素之間，長寬比在2.8 3.4之間。
3.根據權利要求1所述的交通 信號燈光色訊號識別方法，其特徵在於: 所述類圓區域的圓形度c在0.6^1.0之間的連通區域並且面積在10(Γ800像素之間。
全文摘要
一種交通信號燈光色訊號識別方法，用於識別交通信號燈當前的光色訊號，其特徵在於，包括以下步驟獲取一幅含有所述交通信號燈的圖像；提取類矩形區域，求取其最大內接矩形並從中提取類圓區域，求取類圓區域的最小外接圓作為發光區域；選擇含有並且只含有一片所述發光區域，同時所含有的發光區域面積最大的作為候選矩形框；根據發光區域在候選矩形框中的位置判斷出所述光色訊號；當未提取到類矩形區域時，提取類圓區域，求取最小外接圓，將面積最大的作為候選發光區域，根據所述候選發光區域的顏色分量值判斷出所述光色訊號；當所述光色訊號的累計顯示值達到預設閾值時，將光色訊號輸出。
文檔編號G06K9/46GK103177256SQ20131011182
公開日2013年6月26日 申請日期2013年4月2日 優先權日2013年4月2日
發明者應捷, 展鵬, 李偉民, 高鵬飛, 馬翔 申請人:上海理工大學