[发明专利]一种基于卷积网络的交通信号灯识别算法

说明书

技术领域

本发明涉及智能车辆的环境感知领域与交通安全领域，特别涉及一种基于卷积网络的交通信号灯识别算法。

背景技术

近年来，全国民用汽车保有量持续增加，但是许多驾驶员并没有养成良好的驾驶操作习惯，因此导致交通事故的频繁发生。所以，提高交通运行安全成为了社会上的热点问题，有关车载辅助驾驶系统的研究也成为了热点。

在车载辅助驾驶系统中，交通信号灯识别尤为重要，它既可以辅助驾驶员驾驶，也可以帮助色盲、色弱者了解前方道路交通信号灯的状态。但是交通信号灯识别受距离影响而导致其远近尺度大小不一，再加上易受到外界条件(如遮挡、光照)的影响，所以实现鲁棒性检测与识别非常困难。

申请号为201610902205.8的中国发明专利申请公开了一种基于红外线的检测识别交通信号灯的方法及装置。利用车辆、交通信号灯周围安装的红外线装置、控制台三者来实现当前路口当前的信号灯信息传递。首先，车辆通过安装在路口的红外线发射装置来确定自己的位置，然后接受控制台发射的对应路口的交通信号灯信息。

但是该方法需要大量资金来建设基础设置，同时不能保证在任一城市该系统都可运用。

申请号为201510181832.2的中国发明专利申请公开了一种交通信号灯的定位方法。通过对交通信号灯图像进行扩展，并计算出图像的二值图，从中提取亮区面积、小面积亮区数目等多种信息，计算出当前为白天还是夜晚。若是白天，再结合黑色框架来定位信号灯。若是晚上则利用亮度信息。

该发明在白天需要标准的黑色背景框架信息，但是在很多地区交通信号灯背景板并不标准。所以，因此设计一个高效的实时的交通信号灯识别算法，具有重要的意义。

发明内容

本发明的目的在于提供一种基于卷积网络的交通信号灯识别算法，以在车载环境下快速、精确的识别前方交通信号灯的颜色与形状，辅助车辆驾驶员驾驶，同时向色盲与色弱者提供当前道路的交通信号灯信息。

说明：

1)根据我国《GB14886-2006道路交通信号灯设置与安装规范》，对智能汽车驾驶具有意义的信号灯主要是：机动车信号灯与方向指示信号灯。因此，本发明中所述的交通信号灯仅为机动车信号灯与方向指示信号灯；

2)本发明中所述的交通信号灯一级分类包括横向交通信号灯、竖向交通信号灯、非交通信号灯；

3)本发明中所述的区域均为矩形；

4)本发明中所述的颜色包括红色、绿色、黄色；

5)本发明中所述的交通信号灯形状包括圆形、左转箭头、直行箭头、右转箭头。

本发明实施例提供了一种基于卷积网络的交通信号灯识别算法，所述算法包括：

原始图像采集与处理模块，用于采集车辆行驶前方的图像数据，并对图像分辨率进行处理，得到RGB色彩空间的输入图像。

输入图像特征提取模块，用于依靠多层卷积特征提取器从所述的输入图像中提取特征，得到卷积特征图。

候选区域获取模块，用于依靠滑动窗口从所述的卷积特征图中获取信息，并将滑动窗口与所述的输入图像中的某一块区域建立映射关系，以此得到图像区域集合，同时获取所述每个图像区域中交通信号灯区域的精确位置。最终从所述的图像区域集合中挑选出最有可能包含交通信号灯的图像区域，生成候选区域集合。

交通信号灯候选区域获取模块，结合滑动窗口信息以及全连接与奇异值分解，得到所述的候选区域集合中每个候选区域的特征向量，进而从中分离出含有交通信号灯的候选区域，生成交通信号灯候选区域集合。

交通信号灯检测模块，用于通过位置回归器来确定所述的每个交通信号灯候选区域在输入图像中的精确位置，结合模块13，最终得到每个交通信号灯候选区域中交通信号灯区域在所述的输入图像中的精确位置。所述的精确位置包括矩形框的中点坐标、矩形框的长与宽。颜色与形状识别模块，用于将所述的交通信号灯区域从RGB色彩空间转化为HSV色彩空间，分割出交通信号灯背景板的二值图像，并根据交通信号灯背景板的特征、交通信号灯发光部分的特征以及交通信号灯一级分类，确定交通信号灯的颜色与形状。所述交通信号灯背景板的特征包括交通信号灯背景板区域的明度、几何特征。所述的交通信号灯发光部分的特征包括圆形度、几何特征、连通域大小以及发光部分相对于所述的交通信号灯背景板的二值图像的相对位置。

识别结果输出模块，用于产生相应的语音、文字等提示信息，输出识别结果。

本发明的优点为：

本发明充分运用了卷积计算的优点，能够降低光照、遮挡、车辆运动对识别精度的影响，提高抗干扰能力。