[发明专利]一种基于视频控制的智能交通灯系统

说明书

技术领域

本发明属于图像处理技术领域，具体涉及一种以自动视频监控技术为核心，以实时单点自适应控制为基本目的，以网络集中控制为扩展目标，来完成对不同时段不同类型车流的智能自动控制系统。

背景技术

智能交通灯是未来交通管理和车流量控制的发展方向，通过它可以更高效地对交通流进行限制、调整、疏导以改善通行效率、保障交通安全。

目前常用的交通灯控制方式主要有定时分配控制方式、电磁感应控制方式和监控室控制方式。定时分配控制方式成本低但是不能实现智能控制；电磁感应控制方式虽然能实现自动控制，但是设备安装麻烦，稳定性不佳；监控室控制方式灵活高效，但是需要人工干预,工作量大。

本设计通过综合目前各种交通灯的利弊，针对国内车辆种类多、随机性大、影响因素多等实际情况，提出1套完整的新型的基于视频监控的智能交通灯设计方案，该交通灯由视频采集、图像处理和控制模块组成，使用FPGA核心搭建专用高速视频采集模块，使用DSP处理器进行实时图像运算，通过图像算法提取车流量信息，最终结合模糊算法实现智能控制。

发明内容

本的发明目的是提供一种以自动视频监控技术为核心，以实时单点自适应控制为基本目的，以网络集中控制为扩展目标，来完成对不同时段不同类型车流的智能自动控制系统。

实现本发明目的的技术方案是：一种基于视频控制的智能交通灯系统，该系统以自动视频监控技术为核心，以实时单点自适应控制为基本目的，以网络集中控制为扩展目标，来完成对不同时段不同类型车流的智能自动控制，该系统包括：视频采集模块，以FPGA为核心，其高速并行的逻辑运算能力用于控制CMOS图像传感器的时序，并高效地存储和传输图像数据；图像处理模块，以DSP为核心，其丰富的硬件运算部件和加强的CPU多总线结构用来实时处理图像数据、分析交通流量状态；控制模块，由软件控制算法和DSP端口组成，这种预留的控制接口外接上不同的驱动电路即可控制不同规格的信号灯。

作为本发明的进一步改进，所述该视频采集模块CMOS图像传感器OV7660的控制信号端和数据信号端直接与FPGA相连，通过近400个状态机精确完成OV7660各类指令的时序操作，为了协调各模块的处理速率，采集过程以帧为单位对图像数据进行缓存，在SDRAM中开辟缓存空间存储当前帧和前一帧,在当前帧写入的时候进行前一帧读取。

作为本发明的进一步改进，所述图像处理模块执行下列步骤： 

 （1）帧灰度化，DSP从双口RAM中读到16位RGB565格式的彩色图像数据,为了提高图像处理的速度同时保留图像的大部分细节，可以提取图像中的亮度信息，将图像转换为YUV格式。其中亮度信息：

；

 （2）去噪，本系统采用滑动窗口中值滤波进行去噪处理，其去噪效果明显且能较好保存图像边缘，将的数据序列分为3组分别排序，获得最大值组、中值组、最小值组，然后在最大值组的最小值、中值组的中值和最小值组的最大值3个值中取中值，结果即为序列的中值；

 （3）背景提取与更新，本系统采用卡尔曼滤波思想建立背景模型，提取和更新背景；

 （4）前景提取及增强，采用OTSU方法进行自适应阈值分割，同时使用形态学方法来增强二值图像，针对白色像素，先膨胀后腐蚀，即可消除一定大小范围内的背景噪声和前景空洞；

 （5）提取车流信息，得到的车流信息为红灯时每一相位上等待的车流量和绿灯时每一相位通行的车流量，以此为基础进行交通灯的智能控制。

作为本发明的进一步改进，所述图像处理模块采用均值法获取初始背景图像，利用卡尔曼滤波原理建立背景模型，OTSU算法进行图像的二值化分割。

作为本发明的进一步改进，所述控制模块中模糊控制器的输入此时为红灯相位上等待的车流量和绿灯相位上通行的车流量，输出为下一周期亮红灯的时间，车流量的模糊集合取5个等级，模糊规则的制定原则是使通行的车流量最大，同时使等待的时间不至于过长。

本发明由FPGA控制图像传感器采集视频图像，并由DSP对视频图像在线实时分析，利用卡尔曼滤波原理进行背景图像的更新，对差分图像应用OTSU算法得到前景数据,最后利用模糊算法预测下一时刻的车流量并对交通灯进行控制。

本发明的有益效果在于：

（1）本方法根据各方向车流量变化自动调节通行时间，从而减少车辆和平均等待时间,提高通行效率；

（2）该系统链路精简高效,极大地发挥了FPGA时序控制优势，并通过优化缓存方案提高了数据传输的稳定性；