專利名稱：基于圖像處理的交通信號智能控制系統(tǒng)及方法
技術領域：
本發(fā)明涉及一個基于圖像處理的交通信號智能控制系統(tǒng)及方法。該智能控制系統(tǒng) 的控制方法是根據(jù)圖像傳感器拍攝的道路情況，分析出車流量大小，自動優(yōu)化調(diào)整交通燈 燈亮時間，從而大大提高道路通行能力，緩解交通阻塞，節(jié)約等待時間。該智能控制系統(tǒng)及 方法具有可靠性高，實時性好，維護方便等優(yōu)點，能提高城市交通智能控制的水平，具有較 大的實際應用前景。
背景技術：
隨著我國人民生活水平的提高，城市各種車輛，如出租車、私人汽車等，急劇增加， 以致城市交通基礎設施的建設速度跟不上迅速增長的交通需求。交通管理技術水平低，導 致交通擁擠、交通事故、環(huán)境污染以及能源燃料浪費等問題。以北京市為例，近幾年來，北京 的汽車擁有量每年平均遞增率超過15 %，個別年份甚至接近20 %，而道路長度和道路面積 的年平均增加率分別僅為1. 2%和3. 7%，給交通帶來巨大壓力。目前十字路口的紅綠燈一般是根據(jù)路口車輛的多少預設固定的紅綠燈轉(zhuǎn)換周期。 也就是說，不管在交通擁擠的大流量還是交通正常時的普通流量，都是采用相同的紅綠燈 信號周期。這種固定分配紅綠燈時間的方法會導致有些方向車輛早已行完，而另外方向車 輛排長隊等待綠燈，致使交通效率大大降低。高效的交通燈智能控制系統(tǒng)是解決城市交通問題的關鍵。目前，國外的控制系統(tǒng) 有英國transyt交通信號控制系統(tǒng)，澳大利亞scat系統(tǒng)，英國scoot系統(tǒng)，意大利Utopia/ spot系統(tǒng)。但是外國進口信號交通費用十分昂貴。國內(nèi)也展開了這方面的研究。楊顯富和 彭志剛等人提出了通過對車流數(shù)的檢測來確定各車道的放行時間。對于車流信息的采集， 有的是采用環(huán)形線圈傳感器；有的是采用電感式接近傳感器。
發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于針對已有技術存在的缺陷，提供一個基于圖像處理的交通信號 智能控制系統(tǒng)及方法。該智能控制系統(tǒng)的控制方法是根據(jù)圖像傳感器拍攝的道路情況，分 析出道路上的車流量大小，在此基礎上自動調(diào)整交通燈燈亮時間，提高道路通行效率。為達到上述目的，本發(fā)明的構思是本發(fā)明基于圖像處理的交通信號智能控制系統(tǒng)及方法，由圖像傳感器實時拍攝道 路路況，采用二值化處理電路處理CCD圖像處理器的輸出信號變成二值化信號，再由單片 機自動讀入數(shù)據(jù)，判斷各車道車流排隊長度，從而確定車道通行時間的分配。該智能控制系 統(tǒng)及方法能夠?qū)崿F(xiàn)紅綠燈亮燈時間的靈活自動調(diào)節(jié)，避免了時間分配不合理情況的出現(xiàn)， 縮短了等待通行的時間，提高了道路的通行效率，使得交通控制更為人性化。該智能控制系統(tǒng)由信號控制器、圖像處理器、C⑶圖像傳感器、交通信號燈、數(shù)碼顯 示管五部分組成。系統(tǒng)工作原理首先由CXD圖像傳感器來拍攝各車道上車輛通行情況。CXD圖像傳感器采集的信息經(jīng)圖像處理器二值化處理后，送入信號控制器。信號控制器對讀取的信 號進行分析處理后自動輸出控制信號，實現(xiàn)交通燈的控制和數(shù)碼顯示管的控制。根據(jù)上述發(fā)明構思，本發(fā)明采用下述技術方案一種基于圖像處理的交通信號智能控制系統(tǒng)，包括CXD圖像傳感器，其特征在于 所述CXD圖像傳感器經(jīng)圖像處理器連接一個信號控制器，所述信號控制器連接交通信號燈 和數(shù)碼顯示管；CXD圖像傳感器拍攝各車道車輛排隊情況，經(jīng)過圖像處理器二值化處理后， 送入信號控制器進行處理；信號控制器在對讀入數(shù)據(jù)分析處理后，發(fā)出指令去控制交通信 號燈亮燈變化及數(shù)碼顯示管時間倒計時顯示。上述系統(tǒng)中，采用位于四個方向的4個CXD圖像傳感器來采集4個方向車道的車 流量數(shù)據(jù)，4個圖像處理器來處理CXD圖像傳感器的采集數(shù)據(jù)，處理結果送入信號控制器進 行比較分析，最后控制信號輸出到相應的4個交通信號燈和4個數(shù)碼顯示管進行控制，四個 交通信號燈為直行綠燈、紅燈、黃燈和左行綠燈。上述系統(tǒng)中，所述信號控制器是一個單片機連接一個數(shù)碼管驅(qū)動電路和一個交通 燈驅(qū)動電路；信號控制器接收到圖像處理器的輸入信號，經(jīng)過處理后，向數(shù)碼管驅(qū)動電路和 交通燈驅(qū)動電路發(fā)出控制命令，從而實現(xiàn)對交通信號燈和數(shù)碼顯示管的 智能控制。一種基于圖像處理的智能控制方法，采用上述系統(tǒng)進行控制，其特征在于，考慮到 不同時期——節(jié)假日時期、上班高峰期，車流量變化較大，將亮燈周期分為3個層次短周 期、中周期、長周期，周期時間由經(jīng)驗而定。其中，紅綠燈亮燈周期的短周期最短，適用于車 流量稀少的情況，車隊長度不是很長；長周期最長，適用于車流量繁忙的情況，車隊長度較 長。每個周期都對應一個紅綠燈亮燈時間。具體操作步驟為1.啟動位于4個方向的4個CXD圖像傳感器拍攝各車道車流量情況。CXD圖像 傳感器的采集信息傳入相應的圖像處理器進行二值化處理，轉(zhuǎn)換成控制器可處理的二值信 號。2.信號控制器讀取圖像處理器的信號，進行比較，挑選出最大值，即車流量最大的 車道。3.信號控制器判斷該最大值屬于亮燈周期短、中、長的哪一個。4.信號控制器調(diào)用該亮燈周期對應的紅綠燈亮燈時間分配。5.對應交通燈信號作出改變，數(shù)碼管倒計時時間顯示。6. CXD圖像傳感器進行下一輪數(shù)據(jù)采集，如此循環(huán)。任意車道的通行時間必須大于人行道通行時間。該時間可憑經(jīng)驗事先確定。本發(fā)明最突出的特點和顯著優(yōu)點是，基于圖像處理的交通信號控制系統(tǒng)及方法， 改變了傳統(tǒng)的紅綠燈固定配時模式，能夠根據(jù)實時交通狀況，靈活得切換紅綠燈，極大地提 高了交通運輸能力，緩解了交通壓力。而且該系統(tǒng)只需在原系統(tǒng)上增添傳感器、集成單片機 等硬件，軟件也容易實施，具有很大的實際應用前景。
圖1是基于圖像處理的交通信號智能控制系統(tǒng)的結構框圖。圖2是十字路口交通燈智能控制系統(tǒng)硬件安裝示意圖。圖3是信號控制器內(nèi)部模塊圖。
圖4是工作程序流程圖。
具體實施例方式本發(fā)明的優(yōu)選實施例結合
如下實施例一參見圖1，本基于圖像處理的交通信號智能控制系統(tǒng)，包括CXD圖像傳 感器3，所述CXD圖像傳感器3經(jīng)圖像處理器2連接一個信號控制器1，所述信號控制器1 連接交通信號燈4和數(shù)碼顯示管5 ；CCD圖像傳感器3拍攝各車道車輛排隊情況，經(jīng)過圖像 處理器2 二值化處理后，送入信號控制器1進行處理；信號控制器1在對讀入數(shù)據(jù)分析處理 后，發(fā)出指令去控制交通信號燈4亮燈變化及數(shù)碼顯示管5時間倒計時顯示。實施例二 本實施例與實施例一基本相同，特別之處如下參見圖2，圖2為十字交 叉路口，該交通信號智能控制系統(tǒng)的硬件布置圖。圖2中，在東西南北四個方向，均有相同 的布置。按照圖4中工作流程實現(xiàn)智能控制。為了更清晰地描述，這里以E向為例，CCDl (3) 負責拍攝車輛排隊情況。采集數(shù)據(jù)傳回圖像處理器3進行二值化處理。處理后的二值數(shù)據(jù) 送入信號控制器1，信號控制器1將該信號與其他CCD圖像傳感器拍攝的車輛排隊長度進 行比較。如果排隊最長，則E向左轉(zhuǎn)綠燈與直行綠燈同步亮燈，保證了同一時間兩個車道并 行的原則。當綠燈亮燈結束后，黃燈閃爍一個過渡時間，保障通行安全。隨后紅燈亮起。至 此，一個循環(huán)過程結束。如此循環(huán)。參見圖3，圖3是信號控制器內(nèi)部模塊圖。圖像處理器2的信號，作為輸入信號輸 入到單 片機22中，經(jīng)過運算后，輸出信號分別送入交通燈驅(qū)動電路24和數(shù)碼管驅(qū)動電路 23，進行信號的放大，最后實現(xiàn)交通信號燈4的控制和數(shù)碼顯示管5倒計時的顯示。實施例三參見圖4，本基于圖像處理的交通信號智能控制方法，采用上述系統(tǒng)進 行控制，其特征在于考慮到不同時期——節(jié)假日時期、上班高峰期，車流量變化較大，將亮 燈周期分為3個層次短周期、中周期、長周期，周期時間由經(jīng)驗而定，其中，紅綠燈亮燈周 期的短周期最短，適用于車流量稀少的情況，車隊長度不是很長；長周期最長，適用于車流 量繁忙的情況，車隊長度較長；每個周期都對應一個紅綠燈亮燈時間；具體操作步驟為1.啟動位于4個方向的4個CXD圖像傳感器3拍攝各車道車流量情況，CXD圖像 傳感器3的采集信息傳入相應的圖像處理器2進行二值化處理，轉(zhuǎn)換成控制器可處理的二 值信號；2.信號控制器1讀取圖像處理器2的信號，進行比較，挑選出最大值，即車流量最 大的車道；3.信號控制器1判斷該最大值屬于亮燈周期短、中、長的哪一個；4.信號控制器1調(diào)用該亮燈周期對應的紅綠燈亮燈時間分配；5.對應交通燈信號作出改變，數(shù)碼管倒計時時間顯示；CXD圖像傳感器(3)進行下一輪數(shù)據(jù)采集，如此循環(huán)。
權利要求
一種基于圖像處理的交通信號智能控制系統(tǒng)，包括CCD圖像傳感器(3)，其特征在于所述CCD圖像傳感器(3)經(jīng)圖像處理器(2)連接一個信號控制器(1)，所述信號控制器(1)連接交通信號燈(4)和數(shù)碼顯示管(5)；CCD圖像傳感器(3)拍攝各車道車輛排隊情況，經(jīng)過圖像處理器(2)二值化處理后，送入信號控制器(1)進行處理；信號控制器(1)在對讀入數(shù)據(jù)分析處理后，發(fā)出指令去控制交通信號燈(4)亮燈變化及數(shù)碼顯示管(5)時間倒計時顯示。
2.根據(jù)權利要求1所述的基于圖像處理的交通信號智能控制系統(tǒng)，其特征在于采用位 于四個方向的4個CCD圖像傳感器(3)來采集4個方向車道的車流量數(shù)據(jù)，4個圖像處理器 (2)來處理CCD圖像傳感器的采集數(shù)據(jù)，處理結果送入信號控制器(1)進行比較分析，最后 控制信號輸出到相應的4個交通信號燈(4)和4個數(shù)碼顯示管(5)進行控制，四個交通信 號燈(4)為直行綠燈、紅燈、黃燈和左行綠燈。
3.根據(jù)權利要求1所述的基于圖像處理的交通信號智能控制系統(tǒng)其特征在于所述信 號控制器(1)是一個單片機(22)連接一個數(shù)碼管驅(qū)動電路(23)和一個交通燈驅(qū)動電路 (24)；信號控制器(1)接收到圖像處理器(2)的輸入信號，經(jīng)過處理后，向數(shù)碼管驅(qū)動電路 (23)和交通燈驅(qū)動電路(24)發(fā)出控制命令，從而實現(xiàn)對交通信號燈(4)和數(shù)碼顯示管(5) 的智能控制。
4.一種基于圖像處理的交通信號智能控制方法，利用根據(jù)權利要求1所述基于圖像處 理的交通信號智能控制系統(tǒng)進行控制，其特征在于，考慮到不同時期——節(jié)假日時期、上班 高峰期，車流量變化較大，將亮燈周期分為3個層次短周期、中周期、長周期，周期時間由 經(jīng)驗而定，其中，紅綠燈亮燈周期的短周期最短，適用于車流量稀少的情況，車隊長度不是 很長；長周期最長，適用于車流量繁忙的情況，車隊長度較長；每個周期都對應一個紅綠燈 亮燈時間；具體操作步驟為a.啟動位于4個方向的4個CXD圖像傳感器(3)拍攝各車道車流量情況，CXD圖像傳 感器(3)的采集信息傳入相應的圖像處理器(2)進行二值化處理，轉(zhuǎn)換成控制器可處理的 二值信號；b.信號控制器(1)讀取圖像處理器(2)的信號，進行比較，挑選出最大值，即車流量最 大的車道；c.信號控制器(1)判斷該最大值屬于亮燈周期短、中、長的哪一個；d.信號控制器(1)調(diào)用該亮燈周期對應的紅綠燈亮燈時間分配；e.對應交通燈信號作出改變，數(shù)碼管倒計時時間顯示；CXD圖像傳感器(3)進行下一輪數(shù)據(jù)采集，如此循環(huán)。
全文摘要
本發(fā)明涉及一個基于圖像處理的交通信號智能控制系統(tǒng)及方法。本系統(tǒng)包括CCD圖像傳感器，CCD圖像傳感器經(jīng)圖像處理器連接一個信號控制器，信號控制器連接交通信號燈和數(shù)碼顯示器。本智能控制系統(tǒng)的控制方法是根據(jù)圖像傳感器拍攝的道路情況，分析出車流量大小，自動優(yōu)化調(diào)整交通燈燈亮時間，從而大大提高道路通行能力，緩解交通阻塞，節(jié)約等待時間。該智能控制系統(tǒng)及方法具有可靠性高，實時性好，維護方便等優(yōu)點，能提高城市交通智能控制的水平，具有較大的實際應用前景。
文檔編號H04N5/335GK101840637SQ20101015247
公開日2010年9月22日 申請日期2010年4月20日 優(yōu)先權日2010年4月20日
發(fā)明者彭為, 董金秋, 蔣蓁 申請人:上海大學