一种防止行人闯红灯的提醒系统及方法与流程

本发明属于自动化控制技术领域，具体涉及一种防止行人闯红灯的提醒系统及方法。

背景技术：

现如今车辆日益增多，行人和非机动车辆在不遵守交通秩序的情况下闯红灯，因此遭遇交通事故的事情也是时有发生。如果有一种智能的交通信号灯，可以做到提醒闯红灯的行人停止危险行为，并让过往车辆可以看到警示，那么在一定程度上，可以避免由行人闯红灯而引发的交通事故。

技术实现要素：

根据以上现有技术的不足，本发明所要解决的技术问题是提出一种防止行人闯红灯的提醒系统及方法，通过图像识别，将信息发送给行人，提醒行人遵守交通规则。

为了解决上述技术问题，本发明采用的技术方案为：一种防止行人闯红灯的提醒系统，包括：

信号感应单元：用于感应禁止通行期间内感应区域的阻隔信号；

目标追踪单元：与所述信号感应单元连接，所述信号感应单元检测到的阻隔信号为目标追踪单元的启动信号，目标追踪单元对禁止通行区域内的图像进行采集并经过分析判断锁定追踪目标，经过信息处理给出是否有行人闯红灯的判定结果；以及

警告信息提示单元：与所述目标追踪单元连接，用于接收目标追踪单元发送过来的禁止通行期间内的行人闯红灯的判定结果给出相应的声光告警信息。

优选的，所述警告信息提示单元包括语音提示系统和/或自动追光系统。

优选的，所述自动追光系统根据目标追踪单元给出的判定结果，追踪感应区域内的行人位置，对相应位置的行人投射光线。

优选的，所述自动追光系统包括红色LED灯和绿色LED灯，红色LED灯和绿色LED灯分别串联可调光敏电阻，白天投射红色光，夜晚投射红色LED灯和绿色LED灯混合而成的黄色光。

优选的，所述信号感应单元包括放置于感应区域相对两侧的脉冲信号发射器和信号接收器，所述信号接收器连接有信号传输装置，所述信号接收器失去信号发射器的返回信号时，通过信号接收器发送给目标追踪单元，目标追踪单元启动捕捉功能。

优选的，所述目标追踪单元包括摄像头，摄像头获取禁止通行区域内的图像后，建立特征矩阵F，取特征矩阵F的第P行元素构成特征向量F^P，计算待识别的红外图像的特征向量F^P和模板Vi特征相量的加权欧几里德距离D(P)＝(F^P,Vi)，D(P)在阈值D范围内的则认为是目标图像，目标追踪单元将图像中目标位置发送给自动追光系统。

一种防止行人闯红灯的提醒方法，在防止行人闯红灯的提醒系统的基础上，具体步骤包括：

在红灯禁止通行时间段内，感应人行道路上是否有人体阻隔信号；

检测到有行人时，采集人行道检测区域内的图像，经过分析处理，确定行人的目标位置，向行人所在的区域投射光线，并发出语音告警信息。

优选的，在白天投射红色的光束，夜晚发射黄色的光束。

本发明有益效果是:提出了一种新的交通安全提醒方法，除了常规的语音提醒之外，将图像与追踪结合起来，将告警信息定向传给闯红灯的行人，比语音方式具有定向特性。白天红色光，晚上黄色光具有更加显眼的效果。

附图说明

下面对本说明书附图所表达的内容及图中的标记作简要说明：

图1是本发明具体实施方式的工作原理框图。

图2是本发明具体实施方式的提醒系统的工作流程图。

图3是本发明具体实施方式的提醒系统结构简图。

其中，1信号发射器，2信号接收器，3信号传输装置，4摄像头，5信号处理器，6灯光发射器，7音箱。

具体实施方式

下面通过对实施例的描述，本发明的具体实施方式如所涉及的各构件的形状、构造、各部分之间的相互位置及连接关系、各部分的作用及工作原理、制造工艺及操作使用方法等，作进一步详细的说明，以帮助本领域技术人员对本发明的发明构思、技术方案有更完整、准确和深入的理解。

本发明提供的防止闯红灯的交通提醒系统，主要思路为：感应系统在绿灯时间内不工作，在红灯时间内，若有行人闯红灯，则信号接收器接受的信号会产生变化，此时的信号即可作为启动信号，通过信号传输，让主控制器工作；智能摄像头锁定目标，并将灯光需要照射的区域编写成信号，对自动追光系统及语音提示系统下达指令；通过主控制器下达的指令，自动追光系统通过灯光发射器，可对人行道区域进行移动照射；通过主控制器下达的指令，语音提示系统通过音箱，自动播放语音提示信息。

一种防止行人闯红灯的提醒系统，包括：

信号感应单元：用于感应禁止通行期间内感应区域的阻隔信号；

目标追踪单元：与所述信号感应单元连接，所述信号感应单元检测到的阻隔信号为目标追踪单元的启动信号，目标追踪单元对禁止通行区域内的图像进行采集并经过分析判断锁定追踪目标，经过信息处理给出是否有行人闯红灯的判定结果；以及

警告信息提示单元：与所述目标追踪单元连接，用于接收目标追踪单元发送过来的禁止通行期间内的行人闯红灯的判定结果给出相应的声光告警信息。

警告信息提示单元包括语音提示系统和/或自动追光系统。自动追光系统根据目标追踪单元给出的判定结果，追踪感应区域内的行人位置，对相应位置的行人投射光线。自动追光系统包括红色LED灯和绿色LED灯，红色LED灯和绿色LED灯分别串联可调光敏电阻，白天投射红色光，夜晚投射红色LED灯和绿色LED灯混合而成的黄色光。信号感应单元包括放置于感应区域相对两侧的脉冲信号发射器和信号接收器，所述信号接收器连接有信号传输装置，所述信号接收器失去信号发射器的返回信号时，通过信号接收器发送给目标追踪单元，目标追踪单元启动捕捉功能。目标追踪单元包括摄像头，摄像头获取禁止通行区域内的图像后，建立特征矩阵F，取特征矩阵F的第P行元素构成特征向量F^P，计算待识别的红外图像的特征向量F^P和模板Vi特征相量的加权欧几里德距离D(P)＝(F^P,Vi)，D(P)在阈值D范围内的则认为是目标图像，目标追踪单元将图像中目标位置发送给自动追光系统。

首先对行人闯红灯行为进行检测。在有人闯红灯的时候，信号发射路径会被阻断，信号接收器产生一个低电平信号，作为主控制器的启动信号。

主控制器通过智能摄像头捕捉目标。智能摄像头即智能跟踪高速球机，通过Hu-Fourier的特征目标识别算法，对闯红灯的行人进行精准追踪，且不会被来往的车辆干扰的。具体通过识别每一帧图像中的目标位置实现功能。

将一幅图像看作一个二维分布的f(x,y)，x表示在图像上的水平位置，y表示在图像上的纵向位置。这里函数值f(x,y)表示点(x,y)处的图像像素灰度值。设一幅图像的灰度函数为f(x,y)，二维傅里叶变换称为特征函数，几何矩mp,q定义如公式：

几何矩给出了灰度值在图像区域上的连续积分，当图像是由像素位置的一个离散阵列组成时，每一个像素有一个量化了的灰度值。为了计算一个N×N图像的几何矩，有公式：

图像的不同阶几何矩表示了图像灰度分布的不同空间特性，几何矩集可以成为一幅图像形状的描述子。

对各类几何矩可以组成一个有限长度为n的向量{mi^(k)|i＝0,1,…,n-1}。将此公式按照公式(3)进行离散傅里叶变化，则{Fl^(k)|l＝0,1,…,n-1}也是一个长度为n的向量，称为矩-傅里叶描述子。

其中k代表第k类几何矩，l表示几何矩的阶次。

二维空间中所表示的(p+q)阶的几何矩mpq，被推广至n维空间(x1,x2,…xn)，即如公式：

设mi为上面各式所表示的各阶几何矩，并按照一定的次序排列，则可组成几何矩特征向量：M＝{mi|i＝0,1,…,n-1}。

用m＝{mi^(k)|i＝0,1,…,n-1}表示对几何矩特征向量取前面的n各元素所组成的向量，k表示第k类矩，按照式(5)进行一维离散傅里叶变换：

则可组成一个向量，称为矩-傅里叶描述子特征向量，记作：F＝{Fl^(k)|l＝0.1，…，n-1}。

当一幅图像中存在s个目标时，其对应的s×n维矩阵矩-傅里叶描述子特征矩阵如式所示：

对任意一种特征向量的前n个元素可组成一个有限特征向量。所以可用式(7)表示第k个图像目标特征所对应的一个特征向量。

图像目标的所有N个特征的集合构成了参考特征向量集V。设未知模式或待匹配图像目标的特征向量为：用参考特征向量集与待识别目标图像的特征向量进行匹配，以便识别。

由于图像不变矩既可以保证目标在尺度，图像旋转，平移等情况下的特征不变性，又可以保证不同的目标的可区分性，Hu提出了p+q≤3下(即阶数不大于3的情况下)的7个不变矩，它们同时满足平移，尺度和图像旋转不变的条件。

Hu矩的七个不变矩中，由于存在第6个矩和第7个矩的乘积与第3个和第4个矩的乘积相等，为减少计算量，在构建Hu-Fourier描述子特征矩阵时，选择Hu矩的前6个不变矩作为特征量。一幅图像中目标的Hu-Fourier描述子构建的s×6特征矩阵如下式所示：

目标模板的Hu矩-傅里叶描述子特征向量：Vi＝(v1v2…v6)，待匹配图像目标的特征向量为：

设图像目标的特征矩阵集为s×6维矩阵组成的矩阵集F＝{Fi^(k)|i＝1,2,…6；k＝1,…,s}和目标模板的特征的特征向量Vi＝{vi|i＝1,2,…,6}，Fi^(k)表示图像中第k个目标和第i列个特征，则矩阵Fi^(k)，V间的加权欧几里德距离如式(9)：

这里的ρij表示对分量的加权系数，这样可以在动态范围内平衡各变量，使得函数D取得合适值的k所对应的图像被选作目标图像。列Fi^(k).的方差的倒数通常作为系数ρij，即如下式：

上式中，

根据第一帧图像中选定的目标，建立目标模板的特征向量Vi＝(v1v2…v6)。对于由红外图像组成的序列，用Hu-Fourier描述子计算每一帧图像的s×6维特征矩阵F。

特征向量匹配算法步骤如下：

(1)取特征矩阵F的第P行元素构成特征向量F^P。

(2)计算待识别的红外图像的特征向量F^P和模板Vi特征相量的加权欧几里德距离

D(P)＝(F^P,Vi)，D(P)在阈值D范围内的则认为是目标图像。

(3)重复(1)～(2)，识别出每一帧待识别图像中的目标。

智能摄像头在人行道区域内扫描行人目标，当锁定目标后，信号处理器进行信号编写，控制灯光发射器的旋转角度，并对自动追光系统和语音提示系统下达指令。灯光发射器由红绿两色的LED灯泡提供有色光，通过光敏电阻控制，白天可发射红色的光束，夜晚可以发射黄色的光束。根据主控制器下达的指令，对规定路径进行照射，通过转动角度，完成追光功能。语音提示系统由音箱组成，当主控制器下达指令时，即开始播放语音提示。当智能摄像头失去锁定目标后，给信号处理器一个反馈信号，信号处理器控制语音提示系统及追光系统停止工作。

当行人闯红灯时，如图3所示，会阻断信号发射器1的脉冲信号，信号接收器2会产生一个启动信号，由信号传输装置3将信号传至信号处理器5中。此时摄像头4会追踪目标区域中的目标，同时音箱7会发出语音警报。信号处理器5分析信号，并将信号转化为指令，使灯光发射器6发射灯光至指定区域，实现灯光追踪照射功能。若行人停止闯红灯行为，即退至智能摄像头4工作区域外时，信号处理器5会对灯光发射器6和音箱7发出新的指令，使灯光发射器6及音箱7停止工作。

上面对本发明进行了示例性描述，显然本发明具体实现并不受上述方式的限制，只要采用了本发明的方法构思和技术方案进行的各种非实质性的改进，或未经改进将本发明的构思和技术方案直接应用于其它场合的，均在本发明的保护范围之内。本发明的保护范围应该以权利要求书所限定的保护范围为准。