基于視頻處理的智能信號燈狀態檢測方法及檢測系統的制作方法
【技術領域】
[0001] 本專利涉及一種交通控制技術，具體涉及信號燈狀態檢測技術。
【背景技術】
[0002] 在電子警察系統中，一般通過交通信號燈的狀態判斷交通違法行為。信號燈狀態 檢測器就是用來獲取信號燈狀態的一種電子設備。
[0003] 信號燈狀態檢測器，即檢測信號燈的亮滅情況，并以I/O信號或者串口協議的方 式輸出檢測結果。現有的信號燈狀態檢測器主要由三部分組成：前端電路、協議處理、輸出 接口。前端電路將信號燈并聯而來的電源信號轉換成適合后續電路處理的電平信號；協議 處理部分將檢測到的信號燈狀態轉換成高低電平的I/O信號或者串口協議數據。
[0004] 目前，現有技術都是基于單片機來進行信號處理、協議轉換以及控制輸出的。由于 單片機性能的限制，當處理多個通道的信號燈時，只能做簡單的信號燈狀態檢測和結果上 報，不能有效的過濾干擾信號以及靈活實現其它附加功能；加之，單片機本身容易受干擾影 響，導致出現程序跑飛、死機等問題，即使利用watchdog解決上述問題，但是從系統異常到 watchdog復位，再到設備重啟正常工作這段時間，也會漏掉信號燈狀態檢測，這樣對于整個 電子警察系統來說就會出現漏拍或者誤拍的問題。
[0005] 公告號CN 102568242 B的中國發明專利公開了一種基于視頻處理的信號燈狀態 檢測方法及其系統，其公開的基于視頻處理的信號燈檢測方案雖然能夠解決采用信號燈狀 態檢測器進行信號燈狀態檢測所存在的問題，但是該檢測方法對惡劣環境，視頻質量較差， 復雜路口的信號燈以及信號燈多樣性等情況的自適應差，無法有效的在惡劣的環境及較差 成像條件下為公安交通提供更加準確有效的執法證據。
【發明內容】
[0006] 針對現有基于視頻處理的信號燈檢測方案無法在惡劣的環境及較差成像條件下 有效檢測信號燈狀態的問題，本專利的目的在于以下兩點：
[0007] 目的1 :提供一種基于視頻處理的智能信號燈狀態檢測方法；
[0008] 目的2 :提供一種實現上述檢測方法的智能信號燈狀態檢測系統；
[0009] 據此解決現有技術所存在的問題。
[0010] 為了達到上述目的，本專利采用如下的技術方案：
[0011] 目的1:基于視頻處理的智能信號燈狀態檢測方法，該檢測方法包括如下步驟：
[0012] (1)在信號燈視頻中給出信號燈的初始化位置及相關信息，使用定位算法確定信 號燈區域位置；
[0013] (2)分析信號燈區域的成像質量，診斷視頻質量是否異常；
[0014] (3)對信號燈區域進行顏色空間分析提取相應的色彩區域，并確定亮燈區域的位 置；
[0015] (4)根據步驟（3)得到的信號燈區域的顏色及亮燈區域位置特征實時判斷信號燈 的當前狀態。
[0016] 優選的，所述步驟（2)中通過對視頻幀的亮度、對比度、偏色的計算，以診斷視頻 質量，若連續視頻質量異常嚴重，則進行報警。進一步的，該視頻質量診斷過程如下：
[0017] (201)從視頻中信號燈區域中提取全局亮度，并檢測亮度是否異常，若正常轉入步 驟（202)，若異常轉入步驟（205);
[0018] (202)檢測視頻中信號燈區域的對比度是否異常，若正常轉入步驟（203)，若異常 轉入步驟（205);
[0019] (203)檢測從視頻中信號燈區域的顏色失真是否異常，若正常轉入步驟（204)，若 異常轉入步驟（205);
[0020] (204)確定視頻質量正常，進行后續視頻分析處理；
[0021] (205)確認視頻亮度、對比度、顏色異常提示報警并且進入視頻的下一幀繼續步驟 (201) 〇
[0022] 優選的，所述步驟（3)中基于亮度、飽和度結合高斯模型與HSI顏色空間分割出信 號燈區域，同時利用聚類分析提取信號燈區域內的滿足色度、亮度和飽和度信息的連通域。 進一步，步驟（3)的包括如下子步驟：
[0023] (301)從視頻中信號燈區域中提取滿足色度、飽和度、亮度閾值范圍的顏色點；
[0024] (302)判斷視頻的晝夜模式，對晝夜場景的視頻進行不同特征圖像處理的步驟；
[0025] (303)若為晝場景，則進行彩色圖像分割，并將圖像轉換為灰度圖像，并計算灰度 圖像的平均亮度；
[0026] (304)若為夜場景，則直接進行灰度圖像分割，并計算灰度分割圖像的平均亮度；
[0027] (305)對分割圖像進行預處理；
[0028] (306)通過對預處理后的分割圖像中的前景點進行連通域標記，并通過幾何特征 提取多個連通域作為信號燈亮燈區域的候選區域。
[0029] 優選的，所述步驟（4)針對作為信號燈亮燈區域的候選區域的多個連通域通過幾 何特征模型提取信號燈的最優連通域，據此確定信號燈的狀態。進一步的，所述步驟（4)包 括如下子步驟：
[0030] (401)判斷候選連通域的顏色和亮度，以此確定信號燈的狀態；
[0031] (402)判斷候選連通域相對于信號燈內紅、黃、綠的燈的位置，以確定信號燈的位 置狀態；
[0032] (403)基于步驟（401)與步驟（402)給出的候選區域的顏色及位置信息判斷信號 燈的狀態，對應的連通域為最優連通域。
[0033] 優選的，所述檢測方法還包括通過統計各燈位置及顏色信息實時校驗信號燈區域 位置的偏移的步驟。進一步的，該步驟通過如下子步驟實現：
[0034] (501)判斷信號燈的狀態，若信號燈狀態為紅燈或者綠燈，則周期性的統計其特 征，否則結束流程；
[0035] (502)通過紅燈或者綠燈區域的特征，提取相應的位置及顏色閾值的特征并進行 周期性的統計；
[0036] (503)根據步驟（502)的統計值，確定紅燈、綠燈區域中心位置的偏移；
[0037] (504)根據步驟（502)的統計值，確定整個信號燈區域中心位置的偏移；
[0038] (505)根據步驟（503)和步驟（504)確定的信號燈亮燈區域位置及信號燈區域位 置的偏移值判斷信號燈周期是否正常，若正常轉入步驟（506)，若不正常轉入步驟（507);
[0039] (506)通過統計值，校驗信號燈區域的位置；
[0040] (507)還原紅燈和綠燈的中心位置為初始化規則中的位置。
[0041] 優選的，所述檢測方法還包括依據視頻異常診斷結果及信號燈的狀態，對信號燈 異常色度的顏色進行校正的步驟。進一步的，該步驟通過如下子步驟實現：
[0042] (601)首先判斷是否進行顏色校正，若是則進入步驟（602)，否則結束流程；
[0043] (602)根據確定的信號燈狀態及其對應的亮度區域，判定信號燈顏色是否異常，若 異常則進入步驟（603)，否則結束流程；
[0044] (603)提取異常色度的像素點并進行顏色校正。
[0045] 優選的，所述檢測方法還包括依據亮燈狀態信號燈的位置，對信號燈的形狀，即圓 形燈、箭頭燈、人行橫道燈等進行識別的步驟。進一步的，該步驟通過如下子步驟實現：
[0046] (701)首先判斷信號燈周期是否正常，若是則進入步驟（702)，否則結束流程；
[0047] (702)根據確定的信號燈狀態及其對應的亮度區域，將此區域通過預先訓練好的 SVM分類器進行識別，識別出信號燈的形狀即，箭頭燈（左轉、右轉）、圓形燈（直行等）、文 字燈（直行待行燈）、人行橫道燈。
[0048] 目的2 :基于視頻處理的智能信號燈狀態檢測系統，所述檢測系統包括：
[0049] 信號燈區域位置定位模塊，所述信號燈區域位置定位模塊確定信號燈視頻中信號 燈區域位置；
[0050] 視頻異常診斷模塊，所述視頻異常診斷模塊用于診斷經信號燈區域位置定位模塊 定位的信號燈區域的視頻成像質量是否異常并給出異常級別；
[0051] 顏色空間分析模塊，所述顏色空間分析模塊對視頻質量在異常級別范圍內的信號 燈區域進行顏色空間分析，提取信號燈區域內的滿足色度、亮度和飽和度信息的連通域；
[0052] 信號燈狀態判斷模塊，所述信號燈狀態判斷模塊對由顏色空間分析模塊提取得到 的連通域進行分析，提取最優連通域，確定信號燈的狀態。
[0053] 優選的，所述檢測系統還包括信號燈區域位置校正模塊，所述信號燈區域位置校 正模塊通過統計各燈位置及顏色信息實時校驗信號燈區域位置的偏移。
[0054] 優選的，所述檢測系統還包括信號燈異常色度校正模塊，所述信號燈異常色度校 正模塊依據視頻異常診斷結果及信號燈的狀態，對信號燈異常色度的顏色進行校正。
[0055] 優選的，所述檢測系統還包括信號燈形狀識別模塊，所述信號燈形狀識別模塊依 據信號燈狀態及其對應的亮度區域，利用SVM分類器識別信號燈的形狀。
[0056] 本專利提供的方案無需附件硬件及其安裝，穩定有效，自適應性強且復雜度小，能 實時監測信號燈的狀態，并在惡劣的環境及較差成像條件下為公安交通提供更加準確有效 的執法證據。
[0057] 本方案適用多種類型的信號燈檢測，尤其適用復雜場景下的智能交通系統。
【附圖說明】
[0058] 以下結合附圖和【具體實施方式】來進一步說明本專利。
[0059] 圖1是本專利實例中基于視頻處理的信號燈檢測的流程示意圖；
[0060] 圖2是本專利實例中視頻異常診斷的流程示意圖；
[0061] 圖3是本專利實例中信號燈的顏色及空間幾何特征分析的流程示意圖；
[0062] 圖4是本專利實例中信號燈狀態判斷的流程示意圖；
[0063] 圖5是本專利實例中信號燈信息統計及位置偏移校正的流程示意圖；
[0064] 圖6是本專利實例中信號燈異常色度顏色校正的流程示意圖；
[0065] 圖7是本專利實例中信號燈形狀識別的流程示意圖；
[0066] 圖8是本專利實例中基于視頻處理的信號燈狀態檢測系統的系統示意圖。
【具體實施方式】
[0067] 為了使本專利實現的技術手段、創作特征、達成目的與功效易于明白了解，下面結 合具體圖示，進一步闡述本專利。
[0068] 本專利提供的基于視頻處理的智能信號燈檢測方案，適用多種類型的信號燈檢 測，尤其適用復雜場景下的智能交通系統。其整個檢測過程包含步驟為：
[0069] 首先，在信號燈視頻中給出信號燈的初始化位置及相關信息，使用定位算法確定 信號燈區域位置，本專利中稱為信號燈檢測區域；
[0070] 接著，分析信號燈檢測區域的成像質量，診斷視頻質量是否異常并給出異常級別； 若長時間視頻質量異常嚴重，則認為外部硬件燈異常出現的情況，則通過報警機制通知用 戶，讓用戶及時排除故障。
[0071] 若視頻質量在異常級別范圍內，則結合高斯模型與HSI顏色空間分割出信號燈