一、交通信号灯介绍。 不同国家和地区采用的交通信号灯式样各不相同,在国内,交通信号灯的设置都必须遵循GB14887-2011《道路交通信号灯》和GB14886-2006《道路交通信号灯设置与安装规范》。 从颜色来看,交通信号灯的颜色有红色、黄色、绿色这三种颜色,而且三种颜色在交通信号灯中出现的位置都有一定的顺序关系。 从功能来看,交通信号灯有机动车信号灯、非机动车信号灯、左转非机动车信号灯、人行横道信号灯、车道信号灯、方向指示信号灯、闪光警告信号灯、道口信号灯、掉头信号灯等。其中机动车信号灯、闪光警告信号灯、道口信号灯的光信号无图案;非机动车信号灯、左转非机动车信号灯、人行横道信号灯、车道信号灯、方向指示信号灯、掉头信号灯的光信号为各种图案。 从安装方式来看,交通信号灯的安装方式有横放安装和竖放安装两种,一般安装在道路上方。 信号灯发光单元、壳体、遮沿表面应平滑,无开裂、无银丝、无明显变形和毛刺等缺陷,信号灯壳体颜色应与光信号颜色有明显区别。 含有图案的信号灯,其图案形状和尺寸应满足图5-17所示的要求。信号灯各发光单元中心距不得大于发光单元透光面尺寸的135%。 机动车信号灯由红、黄、绿三个几何位置分立单元组成一组,指导机动车通行。非机动车信号灯由红、黄、绿三个几何位置分立的内有自行车图案的圆形单元组成一组,指导非机动车通行。人行横道信号灯由几何位置分立的内有红色和绿色行人站立图案的单元组成一组,指导行人通行。机动车信号灯用于指导某一方向上机动车通行,箭头方向向左、向上和向右分别代表左转、直行和右转，绿色箭头表示允许车辆沿箭头所指的方向通行。 各种不同排列顺序的机动车信号灯如图5-18所示。 二、交通信号灯识别系统组成。 交通信号灯识别系统包括检测和识别两个基本环节:首先是定位交通信号灯,通过摄像机,从复杂的城市道路交通环境中获取图像,根据交通信号灯的颜色、几何特征等信息,准确定位其位置,获取候选区域;然后是识别交通信号灯,检测算法中,已经获取交通信号灯的候选区域,通过对其分析及特征提取，运用分类算法,实现对其分类识别。 交通信号灯有各种识别系统。如图5-19所示为某交通信号灯识别系统,它主要由图像采集模块、图像预处理模块、检测模块、识别模块、跟踪模块和通信模块等组成。
(1)图像采集模块摄像机成像质量好坏影响后续识别和跟踪的效果,一般采用彩色摄像机,其中摄像机的镜头焦距、曝光时间、增益、白平衡等参数的选择都对摄像机成像效果和后续处理有重要影响。
(2)图像预处理模块图像预处理模块包括彩色空间选择和转换、彩色空间各分量的统计分析、基于统计分析的彩色图像分割、噪声去除、基于区域生长聚类的区域标记,通过图像预处理后得到交通信号灯的候选区域。
(3)检测模块检测模块包括离线训练和在线检测两部分。离线训练通过交通信号灯的样本和背景样本的统计学习得到分类器,利用得到的分类器完成交通信号灯的检测。
(4)识别模块通过检测模块在图像中的检测定位,结合图像预处理得出的信号灯色彩结果、交通信号灯发光单元面积大小和位置先验知识完成交通信号灯识别功能。
(5)跟踪模块通过识别模块得到的结果可以得到跟踪目标,利用基于彩色的跟踪算法可以对目标进行跟踪,有效提高目标识别的实时性和稳定性。运动目标跟踪方法可分为四类,分别是基于区域的跟踪方法、基于特征的跟踪方法、基于主动轮廓线的跟踪方法和基于模型的跟踪方法。
(6)通信模块该模块是联系环境感知模块、规划决策模块与车辆底层控制模块的桥梁,通过制定的通信协议完成各系统的通信,实现信息共享。
三、交通信号灯识别方法。
交通信号灯的识别方法主要有基于颜色特征的识别算法和基于形状特征的识别方法。
1、基于颜色特征的识别算法。
基于颜色特征的交通信号灯识别算法主要是选取某个色彩空间对交通信号灯的红、黄、绿3种颜色进行描述。在这些算法中,通常依据对色彩空间的不同,主要有以下三类。
(1)基于RGB颜色空间的识别算法通常采集到的交通信号灯图像都是RGB格式的,因此,如果直接在RGB色彩空间中进行交通信号灯的识别,由于不需要色彩空间的转换,算法的实时性会很好;缺点是R、G、B三个通道之间相互依赖性较高,对光学变化很敏感。
(2)基于HSI颜色空间的识别算法HSI色彩模型比较符合人类对色彩的视觉感知,而且HSI模型的3个分量之间的相互依赖性比较低,更加适合交通信号灯的识别;缺点是从RGB色彩空间转换过来会比较复杂。
(3)基于HSV颜色空间的识别算法在HSV颜色空间中,H和S两个分量是用来描述色彩信息的,V则是表征对非色彩的感知。虽然在HSV颜色空间中进行交通信号灯的识别对光学变化不敏感,但是相关参数的确定比较复杂,必须视具体环境而定。
2.基于形状特征的识别算法。
基于形状特征的识别算法主要是利用交通信号灯和它的相关支撑物之间的几何信息。这一识别算法的主要优势在于交通信号灯的形状信息一般不会受到光学变化和天气变化的影响。
也可以将交通信号灯的颜色特征和形状特征结合起来,以减少单独利用某一特征所带来的影响。
