專利名稱：基于顏色空間及選擇投票機制夜間信號燈檢測與識別方法
技術領域：
本發明涉及交通信號燈領域，更具體的說，涉及一種基于顏色空間選擇及投票機制的夜間信號燈檢測與識別的方法。
背景技術：
由計算機引導的駕車輔助系統的發展，例如GPS定位系統，雷達定位，ESP對于日益高端化的汽車有相當大的意義。其中信號燈的識別在輔助系統中的作用不可小覷，它關系著駕車的安全性。不僅如此，世界上有79Γ8%的色盲色弱患者，對交通指示燈的識別，使得這一群體駕車成為可能。所以這一課題引來了眾多的關注者。最基本的交通燈是我們常見的紅綠燈包含紅色，綠色，黃色燈。除此之外，另一種指示設施計時器也在街頭日漸增多。計時器是為了指示剩余等待時間，讓駕駛員提前做好準備，從而減少交通意外的重要的 交通基礎設施。近些年，很多的交通燈識別算法相繼涌出。Lindener等人在《RobustRecognitionof Traffic Signals)) (IEEE 智能車輛專題論文集，pp. 49-53. 2004)中提出了一種基于顏色、形狀、紋理特征的識別方法。Gavrila等人基于Urban Traffic Assistant(UTA)在《Real Time Vision for Intelligent Vehicles)) (IEEE 儀器儀表和測量雜志，Vol. 4，No. 2，pp. 22-27,2001)中提出了標準模式識別技術。Fang等人在((Road-SignDetectionand Tracking》(IEEE 車輛技術會刊,Vol. 52, No. 5, pp. 1329-1341，2003)中使用了神經網絡來對道路標志的顏色以及形狀特征進行分類判決。但是現有的技術大多都將重點放在研究白天的交通標示識別，對于夜晚的交通標識則少有涉獵。而在現實生活中，實際情況是夜晚發生交通意外的概率要比白天大的多，所以夜晚的信號識別非常重要。
發明內容
針對上述現有技術中存在的技術問題，本發明提供一種基于顏色空間及選擇投票機制的夜間信號燈檢測與識別方法，主要基于顏色空間進行定位，利用幾何向量進行角度矯正，最后針對于計數器多使用7段數碼管這一特征，進行分段檢測，投票判決，以確定計數數值。本發明可以達到較高的識別準確率，并且具備實時性。為達到上述目的，本發明所采用的技術方案如下基于顏色空間及選擇投票機制的夜間信號燈檢測與識別方法，包括步驟如下第一步利用顏色空間對信號燈進行定位。利用HLC顏色空間提取感興趣區域，白天與夜晚雖然都可用顏色信息提取感興趣區域，但是后序步驟不同，白天光線充足，可以根據提取出的感興趣區域直接分辨信號類型，但是夜晚不可以，由于光暈效應，光圈內部充分曝光，使得光線趨于白色，所以利用紅綠燈本身的幾種顏色提取的目標只有一個光圈，內部是中空的。我們可以根據尋找此黑色環狀物體來確定信號燈所在位置。第二步矯正由于拍攝引起的信號指示燈的角度偏移，尋找主方向。由于拍攝角度等問題，會使得圖片或視頻中的信號燈角度有所偏移，即信號燈不垂直于水平地面，與模板角度不同，這種情況會影響后序判決。所以利用尋找中軸線的方法確定信號燈主方向，從而校正信號燈的位置，增加判決的準確率。第三步通過骨架提取，XY方向投影得到投影直方圖，由于指示燈的標志是有限的可以通過直方圖最小距離來判斷信號燈類型。即得到目標投影直方圖，與枚舉的所有指示標志模板進行對比，尋找最相近的直方圖，該直方圖所代表的指示標志則為判決結果。針對于七段數碼管的具體情況，我們可使用更加有針對性且有效的的判決方法。我們將識別目標與參考模板進行逐段比對，采用投票機制，最終實現識別。
圖1是本發明方法的流程圖； 圖2為本發明信號燈和計數器在白天和黑夜的差異圖；圖3為本發明方向角度校正的系統架構圖；圖4 (I)-圖4 (3)為本發明提取骨架，并在X，Y方向進行投影來判別是否為數字的方法示意圖；圖5為本發明基于7段數碼管識別目標計數器數字的方法示意圖；圖6 Ca)—圖6 (f)為本發明夜晚交通指示識別方法；其中圖6 (a)原始圖像；圖6 (b)基于HLC最初的目標定位；圖6 (c)尋找空洞來定位主要目標；圖6 (d)在X，Y方向投影確定指示標志類型；圖6 (e)方向角度校正；圖6 (f)檢測結果。
具體實施例方式下面對本發明的實施例做詳細說明，本實施例在以本發明技術方案為前提下進行實施，給出了詳細的實施方式和具體的操作過程，但本發明的保護范圍不限于下述的實施例。本發明公開的基于顏色空間及選擇投票機制的夜間信號燈檢測與識別方法，該方法流程如圖1所示，具體如下第一步利用顏色空間對信號燈進行定位。獲得一副要研究的圖像，首先要做的是對信號燈進行定位。魯棒的定位方法能夠準確找到研究物體，并且排除干擾。對于本實例中信號燈的定位是基于顏色信息實現的。我們選取HLC顏色空間。根據GongY H的研究，當顏色對的顏色差異小于3. O,人眼的視覺會認定兩顏色為同一顏色。這個差異的定義為 /)挪 μ肩= 1.2 卜]-mvg,V/|+(Aff +(4V.fJ此處，A= (H1, L1, C1)，B = (H2, L2, C2)為 HLC 顏色對，Δ H= | H1-H21，Δ L= | L「L21，AC=IC1-C2U我們可以根據該顏色空間獲得所要研究的物體。在白天，干擾目標比較少，而且由于圖像質量較好，區分難度較小，僅僅使用顏色信息就可以很好定位指示燈，以及計數器。而在夜間，由于車燈，路燈等干擾，會使得檢測難度遠遠大于白天的情況。最大的難點在于指示燈發光時會產生光暈，在黑夜中拍攝，光暈非常明顯，指示燈內部的顏色由于亮度非常高而近于白色，所以用顏色信息定位時，我們可以得到的是信號燈，計數數字的外邊框。而內部區域則無法得到。但是我們可以通過提取顏色選擇形成的二值圖的黑色空洞區域來定位標識的所在。圖2可以看出白天與黑夜基于顏色信息提取信號燈的差異。第二步矯正信號指示燈的角度偏移。由于拍攝角度引起指示燈角度偏移，使后序識別變得困難。所以進行必要的角度矯正對于工作平臺的完整性，自動化非常重要。為了得到標識的主方向，常見的算法是投影算法。對于數字計數器，一般是兩位數，要確定顯示的數字，首先要將兩位數字分開，投影算法即是通過利用兩位數碼管之間空隙較大的特點來進行數碼管的分離。但是在夜晚，此種方法不可行，因為光暈會使數字連起來，投影無法分離兩數字，本實例采用SLC(symbol-1 ight-combination)算法來實現方向矯正。矯正方法根據下式Γ.)其中5:::;是圖像的主方向，即最后用來判決的方向,Γ:是指示燈的中心(是計數器的中心，arg是角度。這里我們使用霍夫變換來實現圓的檢測。為了定位指示標志的中心，本實例采用了最小外接圓方法。首先我們尋找最小的可以包含指示燈或者計數器數字的外接圓，然后這個圓的圓心就定義為此標志的中心。€和ζ的連線就是方向的基線。尋找到此基線就找到了與水平平面垂直或平行的基線，可以通過旋轉方法來予以矯正，角度矯正方法可從圖3中看出。圖中I表示的是主方向，2表示的是視頻正方向，3表示的是圓形指示燈，Λ Θ表示偏移角度。第三步判決。得到指示符后，首先要確定此符號是否為計數器數字。本實例采用的方法為提取骨架并進行X，Y方向投影得到投影直方圖，由于信號燈類型較少，可以采用窮舉模板的方法，列出所有模板直方圖，通過比較直方圖，尋找相似度最高的模板直方圖所代表的指示燈來進行判別。對于計數器的數字指示標志，判決方法可采用根據7段數碼管特定結構來進行判決。經試驗觀察到，對于數字來說，投影直方圖有尖峰，而方向指示符則沒有，可以根據此特點來選出計數器的數字指示標志。圖4(1)、圖4(2)為數字指示燈的投影過程，圖4 (3)為方向指示符的投影過程。每個處理過程都包含4個步驟(a)為源圖像(b)為提取骨架，(c)為在X軸方向投影直方圖，(d)為在Y軸方向投影直方圖。可以看出，數字指示燈的投影直方圖與方向指示符的尖峰情況有所不同。由于計數器的數字指示是使用7段數碼管實現的，利用此特點，我們將識別目標分段與模板比較，判斷相似性，來做出最終判決。
Num = argnnx SlMj(^*)TU&JJ, ), / =0.1,2,··*9這里Num是最終的判決結果，TU是從校正結果分離出來的目標單元.Ti是第i段數碼管，Nj是第j個標準數字.SIM (a, b)是相近度，a與b越相近，SIM (a, b)越大。此公式的基本思想是通過比較目標某段數碼管與模板相應段數碼管是否一致，一致則該票結果為I否則為0，尋找與目標有最多相似度的模板，確定最后結果。圖5展示了基于7段管投票判決法。
實施效果本實例中，使用Matlab平臺進行試驗，試驗結果可從圖6 Ca) 一圖6 (f)中看出。圖6 (a)表示原始圖像，圖6 (b)表示基于HLC最初的目標定位，圖6 (c)表示尋找空洞來定位主要目標，圖6 (d)表示在X，Y方向投影確定指示標志類型，圖6 (e)表示方向角度校正，圖6(f)表示檢測結果。下表I顯示了定位方法的準確度，表2顯示了角度校正的效果，表3顯示了本發明方法從原始圖像得到最終判決結果的實時性非常好，表4詳細展示了判決結果。可以看出本發明可以在夜間有效的定位交通燈，角度校正也有很高的準確性，實時性好，且檢測準確性高。表I
權利要求
1.一種基于顏色空間及選擇投票機制夜間信號燈檢測與識別方法，其特征在于，包含以下步驟 第一步利用顏色空間對信號燈進行定位； 采用HLC顏色空間提取目標區域，得到信號燈和計數器的外邊框，而內部區域為中空，通過提取顏色選擇形成的二值圖的黑色空洞區域來確定信號燈的所在位置； 第二步矯正由于拍攝引起的信號燈和計數器的角度偏移，尋找主方向； 采用SLC算法，利用尋找中軸線的方法確定信號燈和計數器主方向，從而校正其位置，增加判決的準確率。
第三步通過骨架提取并進行X、Y方向投影得到投影直方圖，通過所述投影直方圖與模板直方圖比較，尋找相似度最高的模板直方圖所代表的指示燈來進行識別；對于計數器的七段數碼管，將所需識別目標與參考模板進行逐段比對，采用投票機制，最終實現識別。
2.根據權利要求1所述的基于顏色空間及選擇投票機制夜間信號燈檢測與識別方法，其特征在于，所述的第二步中，使用下式來矯正
3.根據權利要求1所述的基于顏色空間及選擇投票機制夜間信號燈檢測與識別方法，其特征在于，所述的第三步中，所述投票機制是利用計數器的數字指示是使用7段數碼管實現的這一特點，對得到的數字標識進行判別，將識別目標分段與模板比較，判斷相似性，方法如下
全文摘要
本發明公開一種基于顏色空間及投票機制夜間信號燈檢測與識別方法，包括第一步利用HLC顏色空間對信號燈進行定位；第二步矯正由于拍攝引起的信號燈和計數器的角度偏移，尋找主方向；第三步通過骨架提取并進行X、Y方向投影得到投影直方圖，通過所述投影直方圖與模板直方圖比較，尋找相似度最高的模板直方圖所代表的指示燈來進行識別；對于計數器的七段數碼管，將所需識別目標與參考模板進行逐段比對，采用投票機制，最終實現識別。
文檔編號G06K9/00GK103020603SQ20121054674
公開日2013年4月3日 申請日期2012年12月14日 優先權日2012年12月14日
發明者林巍峣, 蘇曉瓊, 范波, 乞炳誠 申請人:上海交通大學, 上海方奧通信技術有限公司