基于行人检测的自适应巴士发车控制箱的制作方法
【专利摘要】本实用新型涉及一种基于行人检测的自适应巴士发车控制箱，包括箱体、亮度传感器、CMOS视觉传感器、移动硬盘和MSP430单片机，亮度传感器、CMOS视觉传感器、移动硬盘和MSP430单片机都设置在箱体上，亮度传感器用于确定图像处理所使用的参考图像，CMOS视觉传感器用于对交通路口进行拍摄以获得高清路口图像，移动硬盘用于存储与图像处理相关的数据，MSP430单片机用于基于高清路口图像的分析确定巴士发车控制信息。通过本实用新型，能够基于行人数量的采集自适应控制附近巴士线路的发车频率，从而进一步优化城市资源配置。
【专利说明】
基于行人检测的自适应巴士发车控制箱
技术领域
[0001]本实用新型涉及控制箱领域，尤其涉及一种基于行人检测的自适应巴士发车控制箱。
【背景技术】
[0002]1829年7月4日，英国人George Shillibeer的巴士出现于伦敦街头，沿新建的“新路” (New Road)往返柏丁顿Paddington与银行地带，经停约克郡Yorkshire Stingo，每日每个方向4班。不到十年，这一服务法国、英国及美国东岸各大城市(如巴黎、里昂、伦敦、纽约)得到普及。
[0003]巴士对社会影响巨大，对城市发展起着最基本的推动作用的。巴士使市民体验到彼此间前所未有的接近，也缩短城市和邻近村镇间的距离、往来频繁。
[0004]然而，在现有技术中，巴士的发车频率难以控制，最准确的控制方案是基于附近交通路口人流进行实时控制，然而难点在于巴士站台的人流的检测，城市内公共空间本身有限，如果在每一个交通路口增加一套新的数据采集设备和数据通信设备对人流数量进行实时采集和传送，容易导致原本有限的公共空间更加不足，
[0005]因此，需要一种自适应巴士发车控制方案，能够对每一个交通路口的现有控制箱进行结构改造和优化，增加数据采集功能和数据通信功能以实现对交通路口处的人流数量的实时采集和传送，以将确定的发车密度通过无线通信链路发送给交通路口地址附近巴士线路归属的巴士车队管理平台。
【实用新型内容】
[0006]为了解决上述问题，本实用新型提供了一种基于行人检测的自适应巴士发车控制箱，在现有的控制箱中增加人流检测设备和数据通信设备，在数据通信设备中，基于行人数量确定交通路口地址的客流指数，基于客流指数确定交通路口地址附近巴士线路的发车密度，并基于交通路口地址将确定的发车密度通过无线通信链路发送给交通路口地址附近巴士线路归属的巴士车队管理平台。
[0007]根据本实用新型的一方面，提供了一种基于行人检测的自适应巴士发车控制箱，所述控制箱包括箱体、亮度传感器、CMOS视觉传感器、移动硬盘和MSP430单片机，亮度传感器、CMOS视觉传感器、移动硬盘和MSP430单片机都设置在箱体上，亮度传感器用于确定图像处理所使用的参考图像，CMOS视觉传感器用于对交通路口进行拍摄以获得高清路口图像，移动硬盘用于存储与图像处理相关的数据，MSP430单片机用于基于高清路口图像的分析确定巴士发车控制信息。
[0008]更具体地，在所述基于行人检测的自适应巴士发车控制箱中，包括:控制箱主体，包括箱体、防水式门结构和散热结构和控制箱无线通信设备;箱体采用厚度为1.5毫米的冷乳钢板并具有加筋板和肋板;防水式门结构包括内门、外门、门铰链、防水胶条和门限位器，外门采用双折边结构，用于增加外门四边的强度并增强防水功能，门铰链为3个合金铰链，用于将外门与箱体连接，门限位器安装在内门上，用于在内门打开或关闭时实现内门的自适应锁紧限位，防水胶条设置在外门内侧壁上;散热结构包括轴流风机、排气孔、进气孔和防尘滤网，轴流风机设置在箱体顶壁内侧中央位置，用于加速箱体内外气体的交换，排气孔设置在箱体的上方，进气孔设置在箱体的下方，防尘滤网设置在进气孔上;亮度传感器，嵌入在箱体上，用于检测环境亮度，根据环境亮度确定并输出对应的环境亮度等级;CMOS视觉传感器，嵌入在箱体上，用于对交通路口进行拍摄，以获得高清路口图像，高清路口图像的分辨率为3840 X 2160;移动硬盘，设置在箱体内，用于预先存储多个基准亮度路口图像，每一个基准亮度路口图像对应一个环境亮度等级，每一个基准亮度路口图像为在对应环境亮度等级下CMOS视觉传感器对交通路口在无任何行人状态下进行预先拍摄所获得的图像，移动硬盘还用于预先存储交通路口地址、预设差值阈值、纵横比范围和对称度范围，纵横比范围为对多个基准行人图像进行纵横比计算后统计的范围，对称度范围为对多个基准行人图像进行对称度计算后统计的范围；背景选择设备，设置在箱体内，与亮度传感器和移动硬盘分别连接，基于当前时刻亮度传感器输出的环境亮度等级在移动硬盘中寻找对应的基准亮度路口图像并作为目标背景图像输出；背景复杂度检测设备，设置在箱体内，与CMOS视觉传感器连接，用于接收高清路口图像，并计算高清路口图像中像素颜色变化的剧烈程度以作为背景复杂度输出;运动区域检测设备，设置在箱体内，与CMOS视觉传感器、移动硬盘、背景选择设备和背景复杂度检测设备分别连接，基于背景复杂度确定第一权重值和第二权重值，第一权重值和第二权重值之和为I，背景复杂度越大，第一权重值越小，第二权重值越大，通过CMOS视觉传感器接收当前时刻的高清路口图像和当前时刻下一秒的高清路口图像，分别作为第一高清路口图像和第二高清路口图像，将第一高清路口图像的每一个像素的灰度值减去第二高清路口图像中对应位置的像素的灰度值并取绝对值以获得第一绝对值，将第一高清路口图像的每一个像素的灰度值减去目标背景图像中对应位置的像素的灰度值并取绝对值以获得第二绝对值，第一权重值与第一绝对值相乘以获得第一乘积，第二权重值与第二绝对值相乘以获得第二乘积，当第一乘积与第二乘积都是非零且第一乘积与第二乘积之间的差值的绝对值小于预设差值阈值时，第一高清路口图像的对应像素被确定为运动像素，否则，第一高清路口图像的对应像素被确定为静止像素，将第一高清路口图像中所有运动像素组成的图像作为运动图像输出，运动图像由一个或多个运动区域组成；图像形态学处理设备，设置在箱体内，与运动区域检测设备连接，用于接收运动图像，并对每一个运动区域进行去噪处理以获得去噪子图像，填补去噪子图像内部空洞并连接去噪子图像内的断点以获得整形子图像，输出一个或多个整形子图像;特征提取设备，设置在箱体内，与图像形态学处理设备连接，提取每一个整形子图像的横向最大像素数量和纵向最大像素数量，将纵向最大像素数量除以横向最大像素数量以获得纵横比，并计算每一个整形子图像的对称度;MSP430单片机，设置在箱体内，与特征提取设备和移动硬盘分别连接，将每一个整形子图像的纵横比和对称度分别与纵横比范围和对称度范围进行比较，当整形子图像的纵横比落在纵横比范围内且对称度落在对称度范围时，对应的整形子图像被确定为行人子图像，计算行人子图像的个数并作为行人数量输出；控制箱无线通信设备与MSP430单片机和移动硬盘分别连接，接收行人数量和交通路口地址，基于行人数量确定交通路口地址的客流指数，基于客流指数确定交通路口地址附近巴士线路的发车密度，并基于交通路口地址将确定的发车密度通过无线通信链路发送给交通路口地址附近巴士线路归属的巴士车队管理平台。
[0009]更具体地，在所述基于行人检测的自适应巴士发车控制箱中:控制箱无线通信设备嵌入在箱体外表面上。
[0010]更具体地，在所述基于行人检测的自适应巴士发车控制箱中:行人数量越多，交通路口地址的客流指数越大，交通路口地址附近巴士线路的发车密度越频繁。
[0011 ]更具体地，在所述基于行人检测的自适应巴士发车控制箱中:控制箱无线通信设备包括逻辑控制器和时分双工通信接口。
[0012]更具体地，在所述基于行人检测的自适应巴士发车控制箱中:背景选择设备、背景复杂度检测设备和运动区域检测设备被集成在一块集成电路板上。
【附图说明】
[0013]以下将结合附图对本实用新型的实施方案进行描述，其中:
[0014]图1为根据本实用新型实施方案示出的基于行人检测的自适应巴士发车控制箱的结构方框图。
[0015]图2为根据本实用新型实施方案示出的基于行人检测的自适应巴士发车控制箱的控制箱无线通信设备的结构方框图。
[0016]附图标记:I箱体;2亮度传感器;3CM0S视觉传感器;4移动硬盘;5MSP430单片机;6逻辑控制器;7时分双工通信接口
【具体实施方式】
[0017]下面将参照附图对本实用新型的基于行人检测的自适应巴士发车控制箱的实施方案进行详细说明。
[0018]最初，城市巴士大都由载货汽车底盘改装而成，现代城市巴士的底盘一般都是根据客车的要求专门设计和制造而成。发达国家的城市巴士，均已实行无人售票，因此装有收款机或验票机，从而提升上下乘客的速度，提高巴士的运行效率。
[0019]但是，城市的巴士车队在发车时经常会出现这样的困扰:如果发车太频繁，则浪费公共交通资源，提高了巴士车队的运营成本，然而，如果发车太慢，则站台上等车的乘客过多，给城市居民的出行带来极大的不便。现有技术中缺乏这样的自适应发车控制方案，各个巴士车队只好根据经验来判断各个交通路段在各个时间段的乘客数量，然而，交通路段的人流数量是实时变化的，与历史经验有可能大相径庭，这样的控制方式是不科学的。
[0020]为了克服上述不足，本实用新型搭建了一种基于行人检测的自适应巴士发车控制箱，能够检测出每一个交通路段的实时人流数量，以判断出附近的巴士的发车频率，从而实现巴士发车频率的自适应控制，避免城市公交资源浪费或不足的情况发生。
[0021]图1为根据本实用新型实施方案示出的基于行人检测的自适应巴士发车控制箱的结构方框图，所述控制箱包括箱体、亮度传感器、CMOS视觉传感器、移动硬盘和MSP430单片机，亮度传感器、CMOS视觉传感器、移动硬盘和MSP430单片机都设置在箱体上，亮度传感器用于确定图像处理所使用的参考图像，CMOS视觉传感器用于对交通路口进行拍摄以获得高清路口图像，移动硬盘用于存储与图像处理相关的数据，MSP430单片机用于基于高清路口图像的分析确定巴士发车控制信息。
[0022]接着，继续对本实用新型的基于行人检测的自适应巴士发车控制箱的具体结构进行进一步的说明。
[0023]所述控制箱包括:控制箱主体，包括箱体、防水式门结构和散热结构和控制箱无线通信设备。
[0024]箱体采用厚度为1.5毫米的冷乳钢板并具有加筋板和肋板;防水式门结构包括内门、外门、门铰链、防水胶条和门限位器，外门采用双折边结构，用于增加外门四边的强度并增强防水功能，门铰链为3个合金铰链，用于将外门与箱体连接，门限位器安装在内门上，用于在内门打开或关闭时实现内门的自适应锁紧限位，防水胶条设置在外门内侧壁上。
[0025]散热结构包括轴流风机、排气孔、进气孔和防尘滤网，轴流风机设置在箱体顶壁内侧中央位置，用于加速箱体内外气体的交换，排气孔设置在箱体的上方，进气孔设置在箱体的下方，防尘滤网设置在进气孔上。
[0026]所述控制箱包括:亮度传感器，嵌入在箱体上，用于检测环境亮度，根据环境亮度确定并输出对应的环境亮度等级;CMOS视觉传感器，嵌入在箱体上，用于对交通路口进行拍摄，以获得高清路口图像，高清路口图像的分辨率为3840 X 2160。
[0027]所述控制箱包括:移动硬盘，设置在箱体内，用于预先存储多个基准亮度路口图像，每一个基准亮度路口图像对应一个环境亮度等级，每一个基准亮度路口图像为在对应环境亮度等级下CMOS视觉传感器对交通路口在无任何行人状态下进行预先拍摄所获得的图像，移动硬盘还用于预先存储交通路口地址、预设差值阈值、纵横比范围和对称度范围，纵横比范围为对多个基准行人图像进行纵横比计算后统计的范围，对称度范围为对多个基准行人图像进行对称度计算后统计的范围。
[0028]所述控制箱包括:背景选择设备，设置在箱体内，与亮度传感器和移动硬盘分别连接，基于当前时刻亮度传感器输出的环境亮度等级在移动硬盘中寻找对应的基准亮度路口图像并作为目标背景图像输出。
[0029]所述控制箱包括:背景复杂度检测设备，设置在箱体内，与CMOS视觉传感器连接，用于接收高清路口图像，并计算高清路口图像中像素颜色变化的剧烈程度以作为背景复杂度输出。
[0030]所述控制箱包括:运动区域检测设备，设置在箱体内，与CMOS视觉传感器、移动硬盘、背景选择设备和背景复杂度检测设备分别连接，基于背景复杂度确定第一权重值和第二权重值，第一权重值和第二权重值之和为I，背景复杂度越大，第一权重值越小，第二权重值越大，通过CMOS视觉传感器接收当前时刻的高清路口图像和当前时刻下一秒的高清路口图像，分别作为第一高清路口图像和第二高清路口图像，将第一高清路口图像的每一个像素的灰度值减去第二高清路口图像中对应位置的像素的灰度值并取绝对值以获得第一绝对值，将第一高清路口图像的每一个像素的灰度值减去目标背景图像中对应位置的像素的灰度值并取绝对值以获得第二绝对值，第一权重值与第一绝对值相乘以获得第一乘积，第二权重值与第二绝对值相乘以获得第二乘积，当第一乘积与第二乘积都是非零且第一乘积与第二乘积之间的差值的绝对值小于预设差值阈值时，第一高清路口图像的对应像素被确定为运动像素，否则，第一高清路口图像的对应像素被确定为静止像素，将第一高清路口图像中所有运动像素组成的图像作为运动图像输出，运动图像由一个或多个运动区域组成。
[0031]所述控制箱包括:图像形态学处理设备，设置在箱体内，与运动区域检测设备连接，用于接收运动图像，并对每一个运动区域进行去噪处理以获得去噪子图像，填补去噪子图像内部空洞并连接去噪子图像内的断点以获得整形子图像，输出一个或多个整形子图像。
[0032]所述控制箱包括:特征提取设备，设置在箱体内，与图像形态学处理设备连接，提取每一个整形子图像的横向最大像素数量和纵向最大像素数量，将纵向最大像素数量除以横向最大像素数量以获得纵横比，并计算每一个整形子图像的对称度。
[0033]所述控制箱包括:MSP430单片机，设置在箱体内，与特征提取设备和移动硬盘分别连接，将每一个整形子图像的纵横比和对称度分别与纵横比范围和对称度范围进行比较，当整形子图像的纵横比落在纵横比范围内且对称度落在对称度范围时，对应的整形子图像被确定为行人子图像，计算行人子图像的个数并作为行人数量输出。
[0034]控制箱无线通信设备与MSP430单片机和移动硬盘分别连接，接收行人数量和交通路口地址，基于行人数量确定交通路口地址的客流指数，基于客流指数确定交通路口地址附近巴士线路的发车密度，并基于交通路口地址将确定的发车密度通过无线通信链路发送给交通路口地址附近巴士线路归属的巴士车队管理平台。
[0035]可选地，在所述控制箱中:控制箱无线通信设备嵌入在箱体外表面上;行人数量越多，交通路口地址的客流指数越大，交通路口地址附近巴士线路的发车密度越频繁；以及如图2所示，控制箱无线通信设备可包括逻辑控制器和时分双工通信接口 ；背景选择设备、背景复杂度检测设备和运动区域检测设备可被集成在一块集成电路板上。
[0036]另外，CM0S(ComplementaryMetal-Oxide-Semiconductor)，中文学名为互补金属氧化物半导体，他本是计算机系统内一种重要的芯片，保存了系统引导最基本的资料。CMOS的制造技术和一般计算机芯片没什么差别，主要是利用硅和锗这两种元素所做成的半导体，使其在CMOS上共存着带N(带-电)和P(带+电)级的半导体，这两个互补效应所产生的电流即可被处理芯片纪录和解读成影像。后来发现CMOS经过加工也可以作为数码摄影中的图像传感器。
[0037]对于独立于电网的便携式应用而言，以低功耗特性而著称的CMOS技术具有一个明显的优势:CMOS图像传感器是针对5V和3.3V电源电压而设计的。而CCD芯片则需要大约12V的电源电压，因此不得不采用一个电压转换器，从而导致功耗增加。在总功耗方面，把控制和系统功能集成到CMOS传感器中将带来另一个好处:他去除了与其他半导体元件的所有外部连接线。其高功耗的驱动器如今已遭弃用，这是因为在芯片内部进行通信所消耗的能量要比通过PCB或衬底的外部实现方式低得多。
[0038]CMOS传感器也可细分为被动式像素传感器(Passive Pixel Sensor CMOS)与主动式像素传感器(Active Pixel Sensor CMOS)。
[0039]被动式像素传感器(Passive Pixel Sensor，简称PPS)，又叫无源式像素传感器，他由一个反向偏置的光敏二极管和一个开关管构成。光敏二极管本质上是一个由P型半导体和N型半导体组成的PN结，他可等效为一个反向偏置的二极管和一个MOS电容并联。当开关管开启时，光敏二极管与垂直的列线(Column bus)连通。位于列线末端的电荷积分放大器读出电路(Charge integrating amplifier)保持列线电压为一常数，当光敏二极管存贝士的信号电荷被读出时，其电压被复位到列线电压水平，与此同时，与光信号成正比的电荷由电荷积分放大器转换为电荷输出。
[0040]主动式像素传感器(Active Pixel Sensor，简称APS)，又叫有源式像素传感器。几乎在CMOS PPS像素结构实用新型的同时，人们很快认识到在像素内引入缓冲器或放大器可以改善像素的性能，在CMOS APS中每一像素内都有自己的放大器。集成在表面的放大晶体管减少了像素元件的有效表面积，降低了 “封装密度”，使40%?50%的入射光被反射。这种传感器的另一个问题是，如何使传感器的多通道放大器之间有较好的匹配，这可以通过降低残余水平的固定图形噪声较好地实现。由于CMOS APS像素内的每个放大器仅在此读出期间被激发，所以CMOS APS的功耗比CXD图像传感器的还小。
[0041]采用本实用新型的基于行人检测的自适应巴士发车控制箱，针对现有技术巴士队发车频率难以控制的技术问题，为了避免占用更多的城市公共资源，对每一个交通路口处的现有的控制箱进行优化设计，增加高精度的图像识别设备和无线通信设备，建立逻辑清晰的基于人流数据的发车频率控制逻辑，从而在方便城市居民出现的同时，实现了巴士车队运营利益的最大化。
[0042]可以理解的是，虽然本实用新型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实用新型。对于任何熟悉本领域的技术人员而言，在不脱离本实用新型技术方案范围情况下，都可利用上述揭示的技术内容对本实用新型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，凡是未脱离本实用新型技术方案的内容，依据本实用新型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，均仍属于本实用新型技术方案保护的范围内。
【主权项】
1.一种基于行人检测的自适应巴士发车控制箱，其特征在于，所述控制箱包括箱体、亮度传感器、CMOS视觉传感器、移动硬盘和MSP430单片机，亮度传感器、CMOS视觉传感器、移动硬盘和MSP430单片机都设置在箱体上，亮度传感器用于确定图像处理所使用的参考图像，CMOS视觉传感器用于对交通路口进行拍摄以获得高清路口图像，移动硬盘用于存储与图像处理相关的数据，MSP430单片机用于基于高清路口图像的分析确定巴士发车控制信息。
【文档编号】G08G1/01GK205486792SQ201620241246
【公开日】2016年8月17日
【申请日】2016年3月27日
【发明人】不公告发明人
【申请人】无锡智谷锐拓技术服务有限公司