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实时识别交通信号灯及其信号倒计时时间

Mrs.S.Sathiya1, Dr.M.Balasubramanian2, D.Vishnu Priya3

1Assistant Professor, 2 Assistant Professor,3 M.E Student Dept. of Computer Science amp; Eng, Annamalai University, India

摘要：本文描述了一种有效的来检测交通信号灯和识别相应的信号倒计时时间的方法。驾驶辅助系统(DAS)是安装在车辆上的一种应用系统，该系统为安全驾驶提供指导。交通信号灯检测也是DAS的一部分。这项工作分为两部分，第一部分涉及到交通信号灯的检测。通过利用阈值进行颜色分割，提取出交通信号灯的候选区域和定时器显示区域，从而检测出交通信号灯的变化。通过比较红色像素的计数和作为阈值的结果得到的绿色像素的计数，可以检测到主要的交通灯。第二部分通过颜色分割来识别定时器显示的LED数字，并通过水平和垂直扫描来分割和提取。然后将提取的图像大小调整为标准大小，然后将其转换为二进制形式，并将静态宽度的边界框放置在提取的LED的每个段上。每个LED段的开/关状态均可获得7个段，并基于每个LED段状态的不同组合，可以识别出数字。DAS提供更好的舒适性、燃油经济性和安全性的方法。该方法能够在合理的时间内检测到主要的交通信号灯和信号倒计时时间。实验结果表明，对交通灯的检测和对LED数字的识别分别达到了96%和88%的准确率。

关键词:驾驶员辅助系统；倒数计时器；红绿灯；发光二极管(LED)。

1、引言

交通场景往往是复杂的，因为它包含了大量的信息，对交通标志持续保持注意力对于司机来说不是一件容易的事。因此，一些交通数据或标志可能会被忽略，比如道路场景的复杂性，视觉信息的高度，甚至是司机的压力或视觉疲劳。为了协助这项任务，达斯在最近几年提出了建议。它提供了各种环境信息,比如交通标志、限速、交通灯、人行横道,或任何其他信息,如行人或障碍。交通信号灯检测的特定功能是非常有用的，因为它为交通灯状态(前进,停止或谨慎)提供良好的交通环境,如高概率的谅解十字路口或人行横道，危险区域，等红绿灯时伴随着计时器显示某一阶段将会持续多长时间。这在交通繁忙的地区尤为常见。倒计时定时器对司机和行人判断交通信号灯是有用的，如果有足够的时间来试图穿过十字路口在交通灯变红之前，相反，在绿灯亮的时间。

2、相关工作

交通灯检测有着广泛的应用。主要的交通灯可以通过各种方法检测。检测交通灯的一种方法是通过它们的颜色和边缘信息^[1]。利用颜色空间转换对交通灯输入图像进行归一化处理。每个颜色的阈值，即红色，黄色和绿色的阈值范围内，可以提取作为候选区域。通过Sobel滤波器得到候选区域的边缘信息。并利用霍夫变换验证了交通灯的形状为圆形。但是，所提出的方法可能不适用于LED交通灯是由于光表面的不连续性。

在定时器上显示的数字是确定的，通过开发一个实时显示检测器和数字字符识别应用，在程序使用技术的基础上连接组件的方法^[2]。计算机视觉系统的设计，自动读取数字仪表显示^[3]。组合已经实施，一些新增加的技术有助于识别工作。

其余部分按如下方式组织。第三节简要概述了我们探测交通灯和识别信号时间的方法。通过水平和垂直扫描从图像中提取出倒数计时。这个新颖的方案是为了识别数字而量身定做的。在第四节和第五节分别讨论了交通灯检测和LED数字识别的详细讨论。实验结果在第六章中得到了描述，而结论和未来的工作是在第七节。

3、系统概述

3.1交通信号灯检测

传统上，白炽灯和卤素灯泡被使用。由于低效率的光输出和单点故障，市政当局正在逐步改进使用LED阵列的交通信号，这些LED阵列消耗的电力更少，光输出量增加，持续时间更长。交通信号灯可以在不同区域的不同位置上安装。一般来说，世界各地都有不同的交通信号灯的使用，比如左边是红色的水平红绿灯，右边是绿色。这些信号灯中每种颜色使用特定的形状，这可以帮助色盲的人辨别信号。

绿色-一个普通的“球”形状，黄色-钻石形状，和红色-一个正方形。

a、广场红绿灯 b、横杆交通信号灯

图1 交通信号灯不寻常的形状

光的大小在某种程度上也有变化，这也应该被解决。因此，为了解决所有这些问题，通过阈值的方法可以实现。

交通信号灯检测是通过输入图像的颜色分割,基于R,G,B颜色阈值^[4]。无论交通灯的大小和形状如何，这种方法都能很好地识别出主要的发光交通信号灯。虽然交通信号灯的形状不被考虑，但作为识别的标准，只有圆形的交通灯被考虑进去。如果有箭头的交通信号灯，司机司机必须协助其识别方向。在任何一种交通光探测系统中，该系统只能根据其外观的一些假设来提出。这是因为不同地区的交通信号灯不同。

图2 系统框图

3.2 LED数字识别

一些交通灯还包括LED显示计数计时器。交通灯上的这些计时器对于司机和行人来说是很有用的，如果有足够的时间试图在光线变红之前穿过十字路口，反之，绿灯亮之前的时间就会变大。显示中的数字被分割并识别以提醒驱动程序。结果发现，LED显示器只用于显示信号的时间在世界各地。因此，本文给出了一种识别七段LED数字的技术。

a、红灯计时器 b、绿灯计时器

图3 带计时器的交通信号

4、交通信号灯检测

4.1颜色分割

在图像的背景和背景区域的不同强度或颜色的基础上，阈值通常提供了一种简便、方便的方法来执行这种分割。此外,它通常是有用的，能够看到哪些区域的图像像素值在规定的范围内,或强度(或颜色)。为了将该区域的像素与其他部分区分开来，最终会被分割，并对每个像素强度值与阈值进行比较。因此，重要的像素是分开的。

任何类型时输入图像中的红色、黄色和绿色的光的存在，可以很容易地确定通过设置阈值识别如下。

红灯阈值：

如果红色色度gt;250，绿色色度lt;50和蓝色色度lt;50，结果是红灯；

黄灯阈值：

如果红色色度gt;250，绿色色度gt;200和蓝色色度lt;150，结果是黄灯；

绿灯阈值：

如果红色色度lt;50，绿色色度gt;50和蓝色色度gt;200，结果是绿灯；

单独的红色组件和绿色组件存储在两个单独的变量中，然后进行比较。

4.2像素比较

完成颜色分割后，将红色像素总数与绿色像素总数进行比较，然后根据下面列出的条件得出以下结论。

如果红色像素计数gt;绿色和黄色像素计数，然后，主导光是红色。

如果绿色像素计数gt;红色和黄色像素计数，然后，主导光是绿色。

输出是通过图像显示，以及通过声音协助，以提醒司机。

5、 LED数字识别

5.1 LED数字检测

下一个阶段是确定在交通灯下面显示的计时器的值。为了找到倒数计时器中的数字，必须先对其进行分段和提取。

在交通信号中，计时器的值将是红色或绿色或黄色。因此，整个图像都是按行排列的，以方便查找红色、绿色或黄色的颜色。如果其中任何一个颜色存在于图像,然后选择整行存储在另一个变量,如图4所示。

5.2分割和提取

为了从之前获得的图像中提取出数字，进行水平和垂直扫描。因此数字单独分割并提取,如图5所示。

图4 基于水平扫描的基于颜色的数字检测 图5 使用水平和垂直扫描的分段和提取的数字

5.3 LED数字识别

在前面的步骤中，只有数字部分被分割和提取，但是没有被识别。显示中的数字是未知的,要么是一个,要么是两个。为了执行此操作，必须遵循以下几个子过程。

5.3.1 调整

换句话说，图像缩放是放大数字图像的过程，在分辨率上没有很大的损失。缩放是一个重要的过程，它涉及到效率、平滑性和锐度之间的权衡。在这个工作中，分段数字看起来非常小，因此需要调整大小。标准尺寸的分段数的大小100x80。调整后的数字放大,如图6所示。

图6缩放图像

5.3.2 红色，绿色，蓝色通道成分提取

为了将这些数字绑定在前面，可以使用前面所获得的单位数字的单个RGB通道组件。R,G,B通道如图7所示。

1. 红色通道 （b）绿色通道 （c）蓝色通道

图7 提取R，G，B通道

5.3.3图像二进制化

二进制图像是一个数字图像，每个像素只有两个可能的值。通常用于二进制图像中的两种颜色是黑白的，但可以使用任何两种颜色。二化的主要目的是明确数字。由于光的强度，在LED部分周围可能会有一些额外的像素。根据数字的颜色，红色、绿色和蓝色通道被选择为按要求。例如，在选择黄色数字的绿色通道时，可以更好地显示转换为二进制形式的数字。二化图像与图8相似。

5.3.4边界框

边界框是一个简单的方块，它被绘制在每个LED段上。这些箱子可以放置在每个LED组的帮助下(x,y)坐标^[5]。以来,图像大小和分割数字标准100x80大小,每一部分的存在可以很容易预测。

表1 各节段边界框的位置信息

因此，如图10所示，创建了一个宽度10的边界框。对于我们的图像，边界框是预先准备的，以便于以下职位。

图10 每个LED数字段的边界框

5.3.5 LED段的开/关状态

为了检查LED中每个段的段状态，检查边界框中的任何像素的存在。第一步是名称LED段如图8以了解其现状。一旦段命名，每一段的状态通过检查包围盒在LED图10所示各节段。

5.3.6数字识别

根据分段状态的不同组合，可以很容易地对每个数字进行认知。表2，1表示“开”,0表示“关闭”。

表2 所有七个LED段的开/关状态