[0001] 本
发明是
申请号为201510164694.7、申请日为2015年4月8日、
发明名称为“信号灯所在路口通行数据采集方法”的
专利的分案申请。
技术领域
[0002] 本发明涉及信息采集领域，尤其涉及一种信号灯所在路口通行数据采集方法。
背景技术
[0003] 在城市道路行驶中，
汽车从出发地到目的地花费时间最多的地方，不是在道路的正常行驶阶段，而是在道路交通路口的等灯或堵塞在道路交通路口附近的阶段。随着科技的进步和人们生活
水平的提高，城市化进展不断地拓展，城市内车辆越来越多，城市道路也越来越拥堵，尤其在上下班高峰时段和节假日，在道路交通路口处占用驾驶员过多的时间，不仅影响驾驶员的心情，容易造成交通事故，而且也是城市拥堵的重要原因。因此，如何减少在道路交通路口处等待的时间，提高车辆行驶的效率和速度，是道路交通管理部
门极其关心的问题之一。
[0004]
现有技术中，存在一些交通信息发布的技术方案，帮助附近的驾驶员规避车辆过多的路段，平均车流，改善交通。例如，通过将驾驶员当前
位置周围多条路段的拥堵情况通过路边大屏幕显示屏进行显示，使得驾驶员及时获得前往目的地的多条路段的交通信息，衡量利弊，及时改变驾驶路线，在保障较快到达目的地的同时，对拥堵路段的车流进行了适当分流。然而，现有的技术方案只是简单提供了各个路段的拥堵信息，没有提供交通路口滞留车辆的信息以及附近红绿灯状态的信息，提供了信息有限，参考价值一般。现有技术中还存在一些基于路口
图像识别的信息分发方案，但因为未考虑雾霾天气的影响而可靠性不高。
[0005] 因此，需要一种新的交通信息发布模式，能够将驾驶员当前位置附近的交通路口滞留车辆的信息以及附近红绿灯状态的信息及时发送到驾驶员车辆内部终端上，帮助驾驶员更细致地了解附近各个交通路口的交通信息，从而调节路线或行驶速度，更有效地达到车辆分流效果，同时，这种模式需要克服雾霾天气对信息采集的干扰，提高数据采集的准确性。
发明内容
[0006] 为了解决上述问题，根据本发明的一个方面，本发明提供了一种信号灯所在路口通行数据采集方法，其包括：利用CCD视觉
传感器对所述信号灯所在路口进行拍摄以获得路口图像；利用去雾霾处理器对所述路口图像进行清晰化处理以获得清晰化路口图像；利用拥堵指数分析器对所述清晰化路口图像进行
图像处理以获得路口拥堵指数；利用信号灯数据采集器实时采集信号灯信息；利用AT89C51
单片机获得所述路口拥堵指数和所述信号灯信息，其中所述AT89C51单片机与所述拥堵指数分析器和所述信号灯数据采集器分别连接。
[0007] 本发明的数据采集方法利用信号灯所在路口通行数据采集系统实施，因此，根据本发明的另一个方面，本发明还提供了一种信号灯所在路口通行数据采集系统，所述系统包括CCD视觉传感器、去雾霾处理器、拥堵指数分析器、信号灯数据采集器和AT89C51单片机，所述CCD视觉传感器对所述信号灯所在路口进行拍摄以获得路口图像，所述去雾霾处理器对所述路口图像进行清晰化处理以获得清晰化路口图像，所述拥堵指数分析器对所述清晰化路口图像进行图像处理以获得路口拥堵指数，所述信号灯数据采集器用于实时采集信号灯信息，所述AT89C51单片机与所述拥堵指数分析器和所述信号灯数据采集器分别连接，以获得所述路口拥堵指数和所述信号灯信息。
[0008] 更具体地，所述数据采集系统进一步包括：
[0009] GPRS收发器，与所述AT89C51单片机连接，用于将所述路口拥堵指数和所述信号灯信息打成GPRS实时数据包，以通过GPRS通信链路发送到当地交管信息发布平台；
[0010] 供电电源，包括
太阳能供电器件、
蓄电池、切换
开关和
电压转换器，所述切换开关与所述太阳能供电器件和所述
蓄电池分别连接，根据蓄电池剩余电量决定是否切换到所述太阳能供电器件以由所述太阳能供电器件供电，所述电压转换器与所述切换开关连接，以将通过切换开关输入的5V电压转换为3.3V电压；
[0011] 用户输入器件，用于根据用户的输入，设定预定拥堵指数
阈值、第一路口预定区域和第二路口预定区域，第一路口预定区域和第二路口预定区域都是以所述信号灯所在路口为中心的圆形区域；
[0012] 移动
硬盘，与用户输入器件连接，用于存储预定拥堵指数阈值、第一路口预定区域和第二路口预定区域，存储第一路口预定区域内多个交通路口的路口拥堵指数和信号灯信息，还存储第二路口预定区域内的各个车辆的无线接收终端ID。
[0013] 具体地，所述去雾霾处理器包括：
[0014] 存储子器件，用于预先存储天空上限灰度阈值和天空下限灰度阈值，所述天空上限灰度阈值和所述天空下限灰度阈值用于分离出图像中的天空区域，还用于预先存储预设
像素值阈值，所述预设像素值阈值取值在0到255之间；
[0015] 雾霾浓度检测子器件，位于空气中，用于实时检测信号灯所在位置的雾霾浓度，并根据雾霾浓度确定雾霾去除强度，所述雾霾去除强度取值在0到1之间；
[0016] 区域划分子器件，连接所述CCD视觉传感器以接收所述路口图像，对所述路口图像进行灰度化处理以获得灰度化区域图像，还与存储子器件连接，将所述灰度化区域图像中灰度值在所述天空上限灰度阈值和所述天空下限灰度阈值之间的像素识别并组成灰度化天空子图案，从所述灰度化区域
图像分割出所述灰度化天空子图案以获得灰度化非天空子图像，基于所述灰度化非天空子图像在所述巡逻区域图像中的对应位置获得与所述灰度化非天空子图像对应的彩色非天空子图像；
[0017] 黑色通道获取子器件，与所述区域划分子器件连接以获得所述彩色非天空子图像，针对所述彩色非天空子图像中每一个像素，计算其R，G，B三
颜色通道像素值，在所述彩色非天空子图像中所有像素的R，G，B三颜色通道像素值中提取一个数值最小的颜色通道像素值所在的颜色通道作为黑色通道；
[0018] 整体大气光值获取子器件，与所述存储子器件连接以获得预设像素值阈值，与所述区域划分子器件和所述黑色通道获取子器件分别连接以获得所述路口图像和所述黑色通道，将所述路口图像中黑色通道像素值大于等于预设像素值阈值的多个像素组成待检验像素集，将所述待检验像素集中具有最大灰度值的像素的灰度值作为整体大气光值；
[0019] 大气散射光值获取子器件，与所述区域划分子器件和所述雾霾浓度检测子器件分别连接，对所述路口图像的每一个像素，提取其R，G，B三颜色通道像素值中最小值作为目标像素值，使用保持边缘的高斯平滑
滤波器EPGF(edge-preserving gaussian filter)对所述目标像素值进行滤波处理以获得滤波目标像素值，将目标像素值减去滤波目标像素值以获得目标像素差值，使用EPGF对目标像素差值进行滤波处理以获得滤波目标像素差值，将滤波目标像素值减去滤波目标像素差值以获得雾霾去除基准值，将雾霾去除强度乘以雾霾去除基准值以获得雾霾去除阈值，取雾霾去除阈值和目标像素值中的最小值作为比较参考值，取比较参考值和0中的最大值作为每一个像素的大气散射光值；
[0020] 介质传输率获取子器件，与所述整体大气光值获取子器件和所述大气散射光值获取子器件分别连接，将每一个像素的大气散射光值除以整体大气光值以获得除值，将1减去所述除值以获得每一个像素的介质传输率；
[0021] 清晰化图像获取子器件，与所述区域划分子器件、所述整体大气光值获取子器件和所述介质传输率获取子器件分别连接，将1减去每一个像素的介质传输率以获得第一差值，将所述第一差值乘以整体大气光值以获得乘积值，将所述路口图像中每一个像素的像素值减去所述乘积值以获得第二差值，将所述第二差值除以每一个像素的介质传输率以获得每一个像素的清晰化像素值，所述路口图像中每一个像素的像素值包括所述路口图像中每一个像素的R，G，B三颜色通道像素值，相应地，获得的每一个像素的清晰化像素值包括每一个像素的R，G，B三颜色通道清晰化像素值，所有像素的清晰化像素值组成清晰化路口图像。
[0022] 更具体地，所述拥堵指数分析器用于对清晰化路口图像中交通路口处滞留的车辆数量进行分析，以获得路口拥堵指数，交通路口处滞留的车辆数量越多，对应的路口拥堵指数越高。
[0023] 更具体地，所述AT89C51单片机与所述GPRS收发器和所述移动硬盘分别连接，通过所述GPRS收发器将第一路口预定区域和第二路口预定区域发送到当地交管信息发布平台，通过所述GPRS收发器接收当地交管信息发布平台反馈的第一路口预定区域内各个交通路口的路口拥堵指数和信号灯信息，并接收当地交管信息发布平台反馈的第二路口预定区域内的各个车辆的无线接收终端ID。
[0024] 更具体地，所述AT89C51单片机当所述拥堵指数分析器输出的路口拥堵指数大于预定拥堵指数阈值时，通过所述GPRS收发器，将第一路口预定区域内多个交通路口的路口拥堵指数和信号灯信息发送到与第二路口预定区域内的各个车辆的无线接收终端ID对应的各个无线接收终端。
[0025] 更具体地，所述采集系统被设置在信号灯所在路口的固定
横杆上。
[0026] 更具体地，所述用户输入器件、所述移动硬盘、所述去雾霾处理器、所述拥堵指数分析器、所述信号灯数据采集器和所述AT89C51单片机都设于信号灯所在路口的固定横杆上的仪表盒内。
[0027] 更具体地，所述CCD视觉传感器和所述GPRS收发器都设置在信号灯所在路口的固定横杆中央位置。
[0028] 更具体地，所述信号灯信息包括信号灯的当前状态、红灯间隔时间、绿灯间隔时间和黄灯间隔时间，所述当前状态包括红灯状态、黄灯状态和绿灯状态。
[0029] 更具体地，所述用户输入器件分别通过设定第一路口预定区域对应的圆形区域的半径和第二路口预定区域对应的圆形区域的半径设置第一路口预定区域和第二路口预定区域。
[0030] 本发明提供的信号灯所在路口通行数据采集方法，引入CCD视觉传感器和拥堵指数分析器对信号灯所在路口通行数据采集系统所在交通路口的滞留车辆进行拍摄和分析，确定当前交通路口的拥堵情况，通过GPRS数据传输手段达成与当地交管信息发布平台的信息交互，获得驾驶员当前位置附近的多个交通路口的路口拥堵指数和信号灯信息，根据当前交通路口的拥堵程度向驾驶员的车辆内部GPRS终端发送不同的交通信息，实现数据的定向发布，同时，根据大气衰减模型确定雾霾对图像的影响因素，并对多雾天气下采集的图像进行去雾霾化处理，使得系统在保障
精度的同时拓宽系统的应用范围。
附图说明
[0031] 以下将结合附图对本发明的实施方案进行描述，其中：
[0032] 图1为根据本发明实施方案示出的信号灯所在路口通行数据采集系统的结构方
框图。
具体实施方式
[0033] 下面将参照附图对实施本发明的信号灯所在路口通行数据采集方法的数据采集系统的实施方案进行详细说明。
[0034] 设置了信号灯的路口，一般为两条或两条以上的道路相交处。这是车辆与行人汇集、转向和疏散的必经之地，是交通的咽喉。因此，正确设计道路交叉口，合理组织、管理交叉口交通，是提高道路通行能
力和保障交通安全的重要方面。道路交叉口分平面交叉口、环形交叉口和
立体交叉口。平面交叉口是道路在同一个平面上相交形成的交叉口。通常有T形、Y形、十字形、X形、错位、环形等形式。环形交叉口是在路口中间设置一个面积较大的环岛(中心岛)，车辆交织进入环道，并绕岛单向行驶。立体交叉口是道路不在同一个平面上相交形成的立体交叉。
[0035] 除了正确设计路口，还需要为驾驶员提供正确的路口信息，才能保障各个路口的通行效率。通过观察发现，驾驶员驾驶车辆在城市道路行驶中，最为关注的是前方路口是否为红灯，前方路口是否出现车辆拥堵情况，尤其在有紧急事件，需要快速赶赴到目的地的时候。
[0036] 然而，现有技术中仅仅提供了驾驶员当前位置附近的几条重要路段的交通信息，而且现有技术中的信息的提供，是通过路边的大屏幕显示板，信息发布的
覆盖率不高，提供的交通信息内容有限。导致驾驶员虽然及时选择了行驶畅途的路段，赶到路口时却正好是红灯或因为事故引起的突发堵塞，仍旧浪费大部分时间在交通路口处。现有技术中一些仅有的基于图像识别的路口信息发布系统由于缺少抗雾霾处理设备，容易导致信息采集错误。
[0037] 本发明的信号灯所在路口通行数据采集方法，能够为汽车驾驶员提供附近发生拥堵的路口的各项关键信息，而且，为了消除路口图像中的雾霾成分，基于大气衰减模型设计了去雾霾处理器，从而全面提高系统的可靠性。
[0038] 图1为根据本发明实施方案示出的信号灯所在路口通行数据采集系统的结构方框图，所述系统包括CCD视觉传感器1、去雾霾处理器2、拥堵指数分析器3、信号灯数据采集器4和AT89C51单片机5，所述CCD视觉传感器1对所述信号灯所在路口进行拍摄以获得路口图像，所述去雾霾处理器2对所述路口图像进行清晰化处理以获得清晰化路口图像，所述拥堵指数分析器3对所述清晰化路口图像进行图像处理以获得路口拥堵指数，所述信号灯数据采集器4用于实时采集信号灯信息，所述AT89C51单片机5与所述拥堵指数分析器3和所述信号灯数据采集器4分别连接，以获得所述路口拥堵指数和所述信号灯信息。
[0039] 接着，对本发明的信号灯所在路口通行数据采集系统的结构进行更具体的说明。
[0040] 所述系统还包括：GPRS收发器，与所述AT89C51单片机5连接，用于将所述路口拥堵指数和所述信号灯信息打成GPRS实时数据包，以通过GPRS通信链路发送到当地交管信息发布平台。
[0041] 所述系统还包括：供电电源，包括太阳能供电器件、蓄电池、切换开关和电压转换器，所述切换开关与所述太阳能供电器件和所述蓄电池分别连接，根据蓄电池剩余电量决定是否切换到所述太阳能供电器件以由所述太阳能供电器件供电，所述电压转换器与所述切换开关连接，以将通过切换开关输入的5V电压转换为3.3V电压。
[0042] 所述系统还包括：用户输入器件，用于根据用户的输入，设定预定拥堵指数阈值、第一路口预定区域和第二路口预定区域，第一路口预定区域和第二路口预定区域都是以所述信号灯所在路口为中心的圆形区域。
[0043] 所述系统还包括：移动硬盘，与用户输入器件连接，用于存储预定拥堵指数阈值、第一路口预定区域和第二路口预定区域，存储第一路口预定区域内多个交通路口的路口拥堵指数和信号灯信息，还存储第二路口预定区域内的各个车辆的无线接收终端ID。
[0044] 所述去雾霾处理器2还包括以下部件：
[0045] 存储子器件，用于预先存储天空上限灰度阈值和天空下限灰度阈值，所述天空上限灰度阈值和所述天空下限灰度阈值用于分离出图像中的天空区域，还用于预先存储预设像素值阈值，所述预设像素值阈值取值在0到255之间；
[0046] 雾霾浓度检测子器件，位于空气中，用于实时检测信号灯所在位置的雾霾浓度，并根据雾霾浓度确定雾霾去除强度，所述雾霾去除强度取值在0到1之间；
[0047] 区域划分子器件，连接所述CCD视觉传感器1以接收所述路口图像，对所述路口图像进行灰度化处理以获得灰度化区域图像，还与存储子器件连接，将所述灰度化区域图像中灰度值在所述天空上限灰度阈值和所述天空下限灰度阈值之间的像素识别并组成灰度化天空子图案，从所述灰度化区域图像分割出所述灰度化天空子图案以获得灰度化非天空子图像，基于所述灰度化非天空子图像在所述巡逻区域图像中的对应位置获得与所述灰度化非天空子图像对应的彩色非天空子图像；
[0048] 黑色通道获取子器件，与所述区域划分子器件连接以获得所述彩色非天空子图像，针对所述彩色非天空子图像中每一个像素，计算其R，G，B三颜色通道像素值，在所述彩色非天空子图像中所有像素的R，G，B三颜色通道像素值中提取一个数值最小的颜色通道像素值所在的颜色通道作为黑色通道；
[0049] 整体大气光值获取子器件，与所述存储子器件连接以获得预设像素值阈值，与所述区域划分子器件和所述黑色通道获取子器件分别连接以获得所述路口图像和所述黑色通道，将所述路口图像中黑色通道像素值大于等于预设像素值阈值的多个像素组成待检验像素集，将所述待检验像素集中具有最大灰度值的像素的灰度值作为整体大气光值；
[0050] 大气散射光值获取子器件，与所述区域划分子器件和所述雾霾浓度检测子器件分别连接，对所述路口图像的每一个像素，提取其R，G，B三颜色通道像素值中最小值作为目标像素值，使用保持边缘的高斯平滑滤波器EPGF(edge-preserving gaussian filter)对所述目标像素值进行滤波处理以获得滤波目标像素值，将目标像素值减去滤波目标像素值以获得目标像素差值，使用EPGF对目标像素差值进行滤波处理以获得滤波目标像素差值，将滤波目标像素值减去滤波目标像素差值以获得雾霾去除基准值，将雾霾去除强度乘以雾霾去除基准值以获得雾霾去除阈值，取雾霾去除阈值和目标像素值中的最小值作为比较参考值，取比较参考值和0中的最大值作为每一个像素的大气散射光值；
[0051] 介质传输率获取子器件，与所述整体大气光值获取子器件和所述大气散射光值获取子器件分别连接，将每一个像素的大气散射光值除以整体大气光值以获得除值，将1减去所述除值以获得每一个像素的介质传输率；
[0052] 清晰化图像获取子器件，与所述区域划分子器件、所述整体大气光值获取子器件和所述介质传输率获取子器件分别连接，将1减去每一个像素的介质传输率以获得第一差值，将所述第一差值乘以整体大气光值以获得乘积值，将所述路口图像中每一个像素的像素值减去所述乘积值以获得第二差值，将所述第二差值除以每一个像素的介质传输率以获得每一个像素的清晰化像素值，所述路口图像中每一个像素的像素值包括所述路口图像中每一个像素的R，G，B三颜色通道像素值，相应地，获得的每一个像素的清晰化像素值包括每一个像素的R，G，B三颜色通道清晰化像素值，所有像素的清晰化像素值组成清晰化路口图像。
[0053] 所述拥堵指数分析器3用于对清晰化路口图像中交通路口处滞留的车辆数量进行分析，以获得路口拥堵指数，交通路口处滞留的车辆数量越多，对应的路口拥堵指数越高。
[0054] 所述AT89C51单片机5与所述GPRS收发器和所述移动硬盘分别连接，通过所述GPRS收发器将第一路口预定区域和第二路口预定区域发送到当地交管信息发布平台，通过所述GPRS收发器接收当地交管信息发布平台反馈的第一路口预定区域内各个交通路口的路口拥堵指数和信号灯信息，并接收当地交管信息发布平台反馈的第二路口预定区域内的各个车辆的无线接收终端ID。
[0055] 所述AT89C51单片机5当所述拥堵指数分析器3输出的路口拥堵指数大于预定拥堵指数阈值时，通过所述GPRS收发器，将第一路口预定区域内多个交通路口的路口拥堵指数和信号灯信息发送到与第二路口预定区域内的各个车辆的无线接收终端ID对应的各个无线接收终端。
[0056] 可选地，所述采集系统被设置在信号灯所在路口的固定横杆上；所述用户输入器件、所述移动硬盘、所述去雾霾处理器2、所述拥堵指数分析器3、所述信号灯数据采集器4和所述AT89C51单片机5都设于信号灯所在路口的固定横杆上的仪表盒内；所述CCD视觉传感器1和所述GPRS收发器都设置在信号灯所在路口的固定横杆中央位置；所述信号灯信息包括信号灯的当前状态、红灯间隔时间、绿灯间隔时间和黄灯间隔时间，所述当前状态包括红灯状态、黄灯状态和绿灯状态；以及，所述用户输入器件分别通过设定第一路口预定区域对应的圆形区域的半径和第二路口预定区域对应的圆形区域的半径设置第一路口预定区域和第二路口预定区域。
[0057] 另外，雾霾图像可以通过一系列图像处理设备实现图像的去雾霾化，以获得清晰化的图像，提高图像的能见度。这些图像处理设备分别执行不同的图像处理功能，基于雾霾形成的原理，达到去除雾霾的效果。雾霾图像的清晰化处理对于军用和民用领域都具有极大的应用价值，军用领域包括军事国防、遥感导航等，民用领域包括道路监测、目标
跟踪和自动驾驶等。
[0058] 雾霾图像形成的过程可以用大气衰减过程来描绘，在雾霾图像和实际图像即清晰化图像之间的关系可用整体大气光值和每一个像素的介质传输率来表述，即在已知雾霾图像的情况下，根据整体大气光值和每一个像素的介质传输率，可以求解出清晰化图像。
[0059] 对于整体大气光值和每一个像素的介质传输率的求解都存在一些有效且经过验证的手段，例如，对于每一个像素的介质传输率，需要获得整体大气光值和每一个像素的大气散射光值，而每一个像素的大气散射光值可在对每一个像素在雾霾图像中的像素值进行两次保持边缘的高斯平滑滤波而获得，其间，雾霾去除的强度可调；而整体大气光值的获得方式有两种，一种方式是，可通过获取雾霾图像的黑色通道(即在雾霾图像中使得一些像素的黑色通道值非常低，黑色通道为R，G，B三颜色通道中的一种)，在雾霾图像中，通过寻找黑色通道像素值偏大的多个像素中寻找灰度值最大的像素来获得，即将寻找到的、灰度值最大的像素的灰度值作为整体大气光值，参与雾霾图像中每一个像素的清晰化处理；另外，整体大气光值也可通过以下方式获得：计算雾霾图像中每一像素的灰度值，将灰度值最大的像素的灰度值作为整体大气光值。
[0060] 具体的雾霾图像和实际图像即清晰化图像之间的关系，以及各个参数之间的关系可参见以上内容。
[0061] 通过对雾霾图像形成原理的探讨，搭建了雾霾图像和清晰化图像之间的关系，用多个参数表示这种关系，随后通过获得的多个参数值和雾霾图像即可还原获得清晰度较高的图像，由于参数的获得借用了一些统计手段和经验手段，因此所述清晰度较高的图像不可能完全等同于实际图像，但已经具有相当程度的去雾霾效果，为雾霾天气下的各个领域作业提供有效保障。
[0062] 采用本发明的信号灯所在路口通行数据采集方法，针对现有交通路口信息发布方案发布信息有限、针对性不高以及易受雾霾天气干扰的技术问题，采用CCD视觉传感器1、去雾霾处理器2和拥堵指数分析器3获取当前路口的拥堵信息，采用信号灯数据采集器获取当前路口的信号灯信息，并通过GPRS收发器与远端当地交管信息发布平台的交互，获得当前交通路口附近区域的各个交通路口的拥堵信息和信号灯信息，通过GPRS方式提供给附近的车辆终端，以便于驾驶员的参考，整个系统可适用于任何雾霾天气下，为驾驶员躲避拥堵路口提供了重要依据。
[0063] 可以理解的是，虽然本发明已以较佳
实施例披露如上，然而上述实施例并非用以限定本发明。对于任何熟悉本领域的技术人员而言，在不脱离本发明技术方案范围情况下，都可利用上述揭示的技术内容对本发明技术方案做出许多可能的变动和修饰，或
修改为等同变化的等效实施例。因此，凡是未脱离本发明技术方案的内容，依据本发明的技术实质对以上实施例所做的任何简单修改、等同变化及修饰，均仍属于本发明技术方案保护的范围内。
