本發(fā)明涉及智能交通技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及一種智能交通信號燈及控制系統(tǒng)和應(yīng)急控制方法。

背景技術(shù)：

隨著城市人口越來越密集，車輛越來越多，緩解城市交通擁堵成為每個城市發(fā)展急需解決的問題。實(shí)時優(yōu)化城市交通控制信號，提高道路通行效率，使得交通信號燈更加智能化，是解決城市擁堵問題的必由之路。

目前的交通信號燈主要是由路口的交通信號機(jī)來實(shí)現(xiàn)對于故障的檢測。其主要檢測方法是通過獲取每個信號燈盤的電流大小來大概估算燈盤的顯示狀態(tài)。該檢測方法容易會造成檢測結(jié)果的不準(zhǔn)確，如果交通信號機(jī)與信號燈盤之間的電源線由于施工、雷擊等原因被破壞，則根本無從檢測到相關(guān)數(shù)據(jù)。其次，如果信號燈盤本身有部分燈珠不亮，則信號機(jī)也很難檢測到。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明要解決的技術(shù)問題是，針對現(xiàn)有交通信號燈檢測信號燈盤的電流大小來估算顯示狀態(tài)容易導(dǎo)致判斷不準(zhǔn)確的問題，提供一種智能交通信號燈及其控制系統(tǒng)和應(yīng)急控制方法。

為了解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明提供了一種智能交通信號燈，包括：AC/DC轉(zhuǎn)換器、蓄電池、電源切換器、信號燈盤、RGB顏色傳感器和信號燈控制器；

所述電源切換器用于控制所述AC/DC轉(zhuǎn)換器或蓄電池向所述信號燈盤供電；

所述RGB顏色傳感器設(shè)置于所述信號燈盤上，用于檢測信號燈盤的RGB特征值；

所述信號燈控制器與所述RGB顏色傳感器連接，用于根據(jù)所述RGB特征值確定所述信號燈盤的顯示狀態(tài)，并在顯示異常時產(chǎn)生控制信號給所述電源切換器，從AC/DC轉(zhuǎn)換器供電切換至蓄電池供電。

在根據(jù)本發(fā)明所述的智能交通信號燈中，所述智能交通信號燈還包括通訊模塊，用于通過CAN總線和紫蜂無線通訊方式接收的交通信號機(jī)的燈色數(shù)據(jù)；所述信號燈控制器包括燈色控制單元，用于檢測通過CAN總線和紫蜂無線通訊方式接收的交通信號機(jī)的燈色數(shù)據(jù)是否一致，否則請求重發(fā)數(shù)據(jù)，是則根據(jù)燈色數(shù)據(jù)檢測綠沖突；當(dāng)未檢測到綠沖突時，判定燈色數(shù)據(jù)有效，并根據(jù)所述燈色數(shù)據(jù)控制所述信號燈盤的燈色，當(dāng)檢測到綠沖突時，控制所述信號燈盤全紅顯示預(yù)定時間，并按預(yù)存的燈色方案顯示燈色。

在根據(jù)本發(fā)明所述的智能交通信號燈中，所述智能交通信號燈還包括視頻采集模塊，所述信號燈控制器包括視頻檢測單元，用于根據(jù)采集的視頻檢測路口內(nèi)是否有車輛或行人滯留，是則發(fā)送異常信號給所述燈色控制單元，控制路口的信號燈盤全紅顯示預(yù)定時間。

在根據(jù)本發(fā)明所述的智能交通信號燈中，所述視頻檢測單元通過以下步驟基于改進(jìn)的ViBe算法檢測路口內(nèi)是否有車輛或行人滯留：

1)根據(jù)燈色數(shù)據(jù)檢測當(dāng)前時刻為紅燈開始時刻時，基于ViBe算法進(jìn)行背景初始化；

2)根據(jù)燈色數(shù)據(jù)檢測當(dāng)前時刻為紅燈結(jié)束時刻時，檢測當(dāng)前幀圖像的前景和背景，通過以下公式對每個像素點(diǎn)進(jìn)行判斷，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)背景更新：

其中，M_i(x)表示第i幀像素x的Vibe背景模型，P_i(x)表示第i幀像素x的像素值；

3)使用當(dāng)前幀減去背景幀，閾值化后檢測出圖像序列的目標(biāo)，并經(jīng)預(yù)處理后檢測出目標(biāo)區(qū)域的邊緣輪廓線，得到矩形目標(biāo)；

4)根據(jù)得到的矩形目標(biāo)判斷是否屬于靜止目標(biāo)，是則判斷路口內(nèi)存在車輛或行人滯留，否則判斷不存在。

在根據(jù)本發(fā)明所述的智能交通信號燈中，所述視頻檢測單元判斷矩形目標(biāo)的存在時間是否大于1/2個綠燈周期，并判斷矩形目標(biāo)的長寬是否符合車輛或者行人的1/2尺寸，在滿足上述兩個條件時判斷該矩形目標(biāo)為靜止目標(biāo)，否則判斷為非靜止目標(biāo)。

在根據(jù)本發(fā)明所述的智能交通信號燈中，所述智能交通信號燈還包括溫度傳感器、濕度傳感器和/或環(huán)境光亮度傳感器，所述視頻檢測單元還用于根據(jù)所述溫度傳感器、濕度傳感器和/或環(huán)境光亮度傳感器的檢測結(jié)果得到天氣狀況。

在根據(jù)本發(fā)明所述的智能交通信號燈中，所述智能交通信號燈還包括顯示模塊，且所述信號燈控制器還包括顯示驅(qū)動單元，所述顯示驅(qū)動單元與所述顯示模塊連接，用于驅(qū)動所述顯示模塊顯示信號燈電源狀況、天氣狀況、道路狀況和/或路口車輛狀況。

在根據(jù)本發(fā)明所述的智能交通信號燈中，所述信號燈控制器還包括報警單元，用于在檢測到信號燈盤顯示異?；蛘咴趩宇A(yù)存的燈色方案時通過通訊模塊發(fā)送報警信號給指揮中心。

本發(fā)明還提供了一種智能交通信號燈控制系統(tǒng)，包括交通信號機(jī)以及多個如前所述的智能交通信號燈；所述交通信號機(jī)與所述多個智能交通信號燈通訊，用于發(fā)送燈色數(shù)據(jù)給所述多個智能交通信號燈。

本發(fā)明還提供了一種智能交通信號燈的應(yīng)急控制方法，所述應(yīng)急控制方法包括以下步驟：

S1、通過RGB顏色傳感器檢測信號燈盤的RGB特征值；

S2、根據(jù)所述RGB特征值確定所述信號燈盤的顯示狀態(tài)，并在顯示異常時產(chǎn)生控制信號給電源切換器，由AC/DC轉(zhuǎn)換器向信號燈盤供電切換至蓄電池向信號燈盤供電。

在根據(jù)本發(fā)明所述的智能交通信號燈的應(yīng)急控制方法中，所述應(yīng)急控制方法還包括燈色控制步驟：

通過CAN總線和紫蜂無線通訊方式接收交通信號機(jī)的燈色數(shù)據(jù)；

檢測通過CAN總線和紫蜂無線通訊方式接收的交通信號機(jī)的燈色數(shù)據(jù)是否一致，否則請求重發(fā)數(shù)據(jù)，是則根據(jù)燈色數(shù)據(jù)檢測綠沖突；當(dāng)未檢測到綠沖突時，判定燈色數(shù)據(jù)有效，并根據(jù)所述燈色數(shù)據(jù)控制所述信號燈盤的燈色，當(dāng)檢測到綠沖突時，控制所述信號燈盤全紅顯示預(yù)定時間，并按預(yù)存的燈色方案顯示燈色。

在根據(jù)本發(fā)明所述的智能交通信號燈的應(yīng)急控制方法中，所述應(yīng)急控制方法還包括視頻檢測步驟：用于根據(jù)采集的視頻檢測路口內(nèi)是否有車輛或行人滯留，是則發(fā)送異常信號給所述燈色控制單元，控制路口的信號燈盤全紅顯示預(yù)定時間。

在根據(jù)本發(fā)明所述的智能交通信號燈的應(yīng)急控制方法中，所述視頻檢測步驟中基于ViBe算法檢測路口內(nèi)是否有車輛或行人滯留的步驟如下：

根據(jù)燈色數(shù)據(jù)檢測當(dāng)前時刻為紅燈開始時刻時，基于ViBe算法進(jìn)行背景初始化；

根據(jù)燈色數(shù)據(jù)檢測當(dāng)前時刻為紅燈結(jié)束時刻時，檢測當(dāng)前幀圖像的前景和背景，通過以下公式對每個像素點(diǎn)進(jìn)行判斷，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)背景更新：

其中，M_i(x)表示第i幀像素x的Vibe背景模型，P_i(x)表示第i幀像素x的像素值；

使用當(dāng)前幀減去背景幀，閾值化后檢測出圖像序列的目標(biāo)，并經(jīng)預(yù)處理后檢測出目標(biāo)區(qū)域的邊緣輪廓線，得到矩形目標(biāo)；

根據(jù)得到的矩形目標(biāo)判斷是否屬于靜止目標(biāo)，是則判斷路口內(nèi)存在車輛或行人滯留，否則判斷不存在。

在根據(jù)本發(fā)明所述的智能交通信號燈的應(yīng)急控制方法中，所述視頻檢測步驟中判斷矩形目標(biāo)的存在時間是否大于1/2個綠燈周期，并判斷矩形目標(biāo)的長寬是否符合車輛或者行人的1/2尺寸，在滿足上述兩個條件時判斷該矩形目標(biāo)為靜止目標(biāo)，否則判斷為非靜止目標(biāo)。

在根據(jù)本發(fā)明所述的智能交通信號燈的應(yīng)急控制方法中，所述視頻檢測步驟中還結(jié)合溫度傳感器、濕度傳感器和/或環(huán)境光亮度傳感器的檢測結(jié)果得到天氣狀況。

在根據(jù)本發(fā)明所述的智能交通信號燈的應(yīng)急控制方法中，所述應(yīng)急控制方法還包括顯示步驟，用于驅(qū)動顯示模塊顯示信號燈電源狀況、天氣狀況、道路狀況和/或路口車輛狀況。

在根據(jù)本發(fā)明所述的智能交通信號燈的應(yīng)急控制方法中，所述應(yīng)急控制方法還包括報警步驟，用于在檢測到信號燈盤顯示異?；蛘咴趩宇A(yù)存方案時發(fā)送報警信號給指揮中心。

實(shí)施本發(fā)明的智能交通信號燈及控制系統(tǒng)和應(yīng)急控制方法，具有以下有益效果：本發(fā)明通過RGB顏色傳感器直接檢測信號燈盤的RGB特征值，并判斷燈色的顯示狀態(tài)是否正常，該方式與人眼觀察到的情況一致，提高了故障檢測的準(zhǔn)確度，并且可在顯示異常時切換至蓄電池供電，解決了供電故障導(dǎo)致信號燈不能工作的問題，避免了路口出現(xiàn)車輛和行人的混亂。

附圖說明

圖1為根據(jù)本發(fā)明第一實(shí)施例的智能交通信號燈的模塊框圖；

圖2為根據(jù)本發(fā)明優(yōu)選實(shí)施例的智能交通信號燈的控制系統(tǒng)的示意圖；

圖3為根據(jù)本發(fā)明第二實(shí)施例的智能交通信號燈的模塊框圖；

圖4為根據(jù)本發(fā)明第二實(shí)施例的信號燈控制器的模塊框圖；

圖5為根據(jù)本發(fā)明的智能交通信號燈的數(shù)據(jù)檢驗(yàn)流程框圖；

圖6為根據(jù)本發(fā)明的智能交通信號燈的外觀示意圖。

具體實(shí)施方式

為使本發(fā)明實(shí)施例的目的、技術(shù)方案和優(yōu)點(diǎn)更加清楚，下面將結(jié)合本發(fā)明實(shí)施例中的附圖，對本發(fā)明實(shí)施例中的技術(shù)方案進(jìn)行清楚、完整地描述，顯然，所描述的實(shí)施例是本發(fā)明的一部分實(shí)施例，而不是全部的實(shí)施例。基于本發(fā)明中的實(shí)施例，本領(lǐng)域普通技術(shù)人員在沒有做出創(chuàng)造性勞動的前提下所獲得的所有其他實(shí)施例，都屬于本發(fā)明保護(hù)的范圍。

請參閱圖1，為根據(jù)本發(fā)明第一實(shí)施例的智能交通信號燈的模塊框圖。如圖1所示，該實(shí)施例提供的智能交通信號燈10包括：AC/DC轉(zhuǎn)換器100、電源切換器200、蓄電池300、信號燈盤400、信號燈控制器500和RGB顏色傳感器600。

其中AC/DC轉(zhuǎn)換器100輸入端連接至220V交流電源線，輸出端通過電源切換器200連接至信號燈盤400。例如，市電供應(yīng)的220V電壓經(jīng)過交流直流轉(zhuǎn)換后，可輸出14V直流電。蓄電池300作為備用電池，連接至電源切換器200。在正常狀態(tài)下，電源切換器200控制AC/DC轉(zhuǎn)換器100向信號燈盤400供電。在異常狀態(tài)下，電源切換器200控制蓄電池300向信號燈盤400供電。同時電源切換器200還具有對可充電蓄電池300的充電管理功能，可控制AC/DC轉(zhuǎn)換器100向蓄電池300充電，該蓄電池300可采用13.8V電壓。優(yōu)選地，電源切換器200可以實(shí)時檢測AC/DC轉(zhuǎn)換器100輸出端電信號，判斷市電供應(yīng)是否存在，如果沒有，則判定處于異常狀態(tài)，及時切換至蓄電池300供電，使得智能交通信號燈能夠正常工作。

本發(fā)明RGB顏色傳感器600設(shè)置于信號燈盤400上，用于檢測信號燈盤400的RGB特征值。信號燈控制器500與RGB顏色傳感器600連接，用于根據(jù)檢測的RGB特征值確定信號燈盤400的顯示狀態(tài)，并在顯示異常時產(chǎn)生控制信號給電源切換器200，從AC/DC轉(zhuǎn)換器100供電切換至蓄電池300供電。

本發(fā)明直接采用RGB顏色傳感器600對信號燈盤400的亮度和顏色來進(jìn)行判斷，與人眼觀察到的情況一致，屬于最直接的檢測方式。具體地，可以在信號燈盤400的紅、黃和綠的每個燈盤上放置一個小型的RGB顏色傳感器板，用以檢測每個燈的亮滅。信號燈燈色的基準(zhǔn)波長為紅色625nm，黃色590nm，綠色505nm。優(yōu)選地，本發(fā)明采用16位的RGB顏色傳感器，帶有紅外光濾除功能，除了檢測RGB值之外，還可以檢測到當(dāng)前光照度、色溫等，檢測亮度范圍比較寬，從0.005到40klx，采用IIC接口與信號燈控制器500連接。

信號燈控制器500先將檢測到的RGB特征值標(biāo)準(zhǔn)化到[0,255]之間，隨后根據(jù)以下不同情況確定信號燈顯示狀態(tài)，并判斷是否與當(dāng)前燈色數(shù)據(jù)一致，是則判斷顯示正常，否則判斷顯示異常。

優(yōu)選地，該信號燈控制器500在判斷燈色顯示異常時，還及時與指揮中心通訊，將燈色異常狀態(tài)報告給指揮中心，便于及時處理。如果燈色顯示異常的原因是市電供電異常，則切換蓄電池供電后可以使得智能交通信號燈正常工作，以免路口出現(xiàn)車輛和行人的混亂。如果燈色顯示異常的原因是燈盤的部分燈珠不亮，則RGB顏色傳感器600也可以檢測到，即使更換蓄電池300仍然不能正常顯示，也可發(fā)送報警信號給指揮中心，以便于管理員及時更換燈盤。請結(jié)合參閱圖2，為根據(jù)本發(fā)明優(yōu)選實(shí)施例的智能交通信號燈的控制系統(tǒng)的示意圖。如圖2所示，該智能交通信號燈的控制系統(tǒng)包括交通信號機(jī)20和多個智能交通信號燈，例如設(shè)置在路口四個方向的第一智能交通信號燈10-1至第四智能交通信號燈10-4。其中交通信號機(jī)20與多個智能交通信號燈通訊，用于發(fā)送燈色數(shù)據(jù)給各個智能交通信號燈。

現(xiàn)有技術(shù)中，由于信號燈燈色變化不允許出現(xiàn)一丁點(diǎn)的偏差，否則會出現(xiàn)混亂。所以每個交通路口的燈色控制都是由交通信號機(jī)20使用非?？煽康?20V交流電源來直接控制。即每組信號燈盤的每個燈色都需要通過一根220V電源線連接至交通信號機(jī)20，由交通信號機(jī)20通過各自的220V電源線進(jìn)行供電和斷電，從而控制與220V電源線連接的燈色點(diǎn)亮或熄滅。但是，該方案中施工難度大，費(fèi)用高。

在本發(fā)明的更優(yōu)選實(shí)施例中，摒棄了上述通過220V電源線進(jìn)行燈色控制的傳統(tǒng)方式，采用了整個路口使用一根電源線、一根CAN總線和無線zigbee的通訊方式。也就是說，交通信號機(jī)20通過一根電源線連接至路口四個方向的第一智能交通信號燈10-1至第四智能交通信號燈10-4，為各個信號燈盤供電。同時，交通信號機(jī)20通過CAN有線通信方式和ZigBee無線通訊方式與前述多個智能交通信號燈實(shí)現(xiàn)通訊，用于發(fā)送燈色數(shù)據(jù)給各個智能交通信號燈。上述連接方式大大減少了交通信號機(jī)20與每個信號燈盤之間的線材，不僅簡化了施工，而且大大節(jié)省了費(fèi)用。

請參閱圖3，為根據(jù)本發(fā)明第二實(shí)施例的智能交通信號燈的模塊框圖。如圖所示，該智能交通信號燈10還包括通訊模塊700，用于通過CAN總線和紫蜂無線通訊方式接收交通信號機(jī)20的燈色數(shù)據(jù)。請結(jié)合圖4為根據(jù)本發(fā)明第二實(shí)施例的信號燈控制器的模塊框圖。該信號燈控制器500至少包括電源檢測單元510和燈色控制單元520。

其中電源檢測單元510用于檢測信號燈盤400的RGB特征值，并根據(jù)檢測的RGB特征值確定信號燈盤400的顯示狀態(tài)，在顯示異常時產(chǎn)生控制信號給電源切換器200，從AC/DC轉(zhuǎn)換器100供電切換至蓄電池400供電。

燈色控制單元520用于通過CAN總線和ZigBee(紫蜂)無線通訊方式接收的交通信號機(jī)的燈色數(shù)據(jù)是否一致，否則請求重發(fā)數(shù)據(jù)，是則根據(jù)燈色數(shù)據(jù)檢測綠沖突；當(dāng)未檢測到綠沖突時，判定燈色數(shù)據(jù)有效，并根據(jù)所述燈色數(shù)據(jù)控制所述信號燈盤的燈色，當(dāng)檢測到綠沖突時，控制所述信號燈盤全紅顯示預(yù)定時間，并按預(yù)存的燈色方案顯示燈色。在路口聯(lián)網(wǎng)過程中，本發(fā)明中CAN總線數(shù)據(jù)和ZigBee無線數(shù)據(jù)，都獨(dú)立進(jìn)行通訊。

請參閱圖5，為根據(jù)本發(fā)明的智能交通信號燈的數(shù)據(jù)檢驗(yàn)流程框圖。如圖5所示，燈色控制單元520采用如下數(shù)據(jù)檢驗(yàn)流程來判斷數(shù)據(jù)是否有效：

S501、流程開始。

S502、獨(dú)立接收CAN總線數(shù)據(jù)和ZigBee無線數(shù)據(jù)，即分別通過CAN總線和ZigBee(紫蜂)無線通訊方式接收的交通信號機(jī)的燈色數(shù)據(jù)。優(yōu)選地，在每次接收數(shù)據(jù)后進(jìn)行解析校驗(yàn)，如果校驗(yàn)正確則執(zhí)行下一步，如果校驗(yàn)錯誤則請求重發(fā)數(shù)據(jù)。

S503、判斷燈色數(shù)據(jù)是否一致，是則轉(zhuǎn)步驟S505，否則轉(zhuǎn)步驟S504。

S504、判斷燈色數(shù)據(jù)的重發(fā)次數(shù)是否不大于3，是則轉(zhuǎn)步驟S502，請求重發(fā)數(shù)據(jù)，否則轉(zhuǎn)步驟S505。

S505、根據(jù)燈色數(shù)據(jù)檢測是否有綠沖突，是則轉(zhuǎn)步驟S506，否則轉(zhuǎn)步驟S507。

S506、判斷燈色數(shù)據(jù)無效，控制信號燈盤全紅顯示預(yù)定時間，并按預(yù)存的燈色方案顯示燈色。優(yōu)選地，燈色控制單元520在啟動預(yù)存方案時，與同一路口的其它方向的智能交通信號燈的信號燈控制器通訊，控制路口的信號燈盤全紅顯示預(yù)定時間，并按預(yù)存的信號規(guī)則顯示燈色。例如，在每個方向的信號燈控制器中會預(yù)存當(dāng)前路口設(shè)定的方案，啟用預(yù)存方案時，會首先控制整個路口的信號燈盤全紅顯示3秒鐘，作為路口車輛和行人的清空時間。優(yōu)選地，同時每個方向的信號燈控制器通過GPS進(jìn)行校時，這樣會使得4個方向的時間完全一致。然后開始按預(yù)存的信號規(guī)則顯示燈色。

S507、判定燈色數(shù)據(jù)有效，并根據(jù)燈色數(shù)據(jù)控制信號燈盤的燈色。

S508、流程結(jié)束。

因此，本發(fā)明采用比較可靠的CAN總線通訊方式，再輔以目前越來越穩(wěn)定的zigbee無線傳輸方式，然后通過前述數(shù)據(jù)檢驗(yàn)流程來保證通訊的穩(wěn)定性。該方法保證了路口間4個方向采用通訊方式控制信號燈燈色變化的穩(wěn)定與可靠，在穩(wěn)定性的基礎(chǔ)上大大節(jié)省了施工難度和費(fèi)用。本發(fā)明中使用汽車級別的CAN總線，有可靠的錯誤處理和檢錯機(jī)制，在應(yīng)用軟件程序上還采用了16位的CRC校驗(yàn)，來確保傳輸鏈路的正確。而ZigBee安全性很高，本身提供了三級安全模式，包括無安全設(shè)定、使用訪問控制清單(AccessControlList，ACL)防止非法獲取數(shù)據(jù)以及采用高級加密標(biāo)準(zhǔn)(AES128)的對稱密碼，我們采用了AES128的高級加密方式，確保傳輸?shù)恼_。CAN總線和ZigBee方式都采取了碰撞避免策略，避開了發(fā)送數(shù)據(jù)的競爭和沖突。在整個通訊協(xié)議上采用了完全確認(rèn)的數(shù)據(jù)傳輸模式，每個發(fā)送的數(shù)據(jù)包都必須等待接收方的確認(rèn)信息。

可選地，本發(fā)明的智能交通信號燈10還包括視頻采集模塊800。相應(yīng)地，信號燈控制器還包括視頻檢測單元530，用于根據(jù)采集的視頻檢測路口內(nèi)是否有車輛或行人滯留，是則發(fā)送異常信號給燈色控制單元510，控制路口的信號燈盤全紅顯示預(yù)定時間。因此，該視頻檢測單元530可實(shí)現(xiàn)當(dāng)前路口異常狀況的檢測功能，如果路口有車輛、行人等停留或者緩慢行駛的話，會給其他綠燈方向的即將通行的車輛造成很大影響，使得車輛不敢快速行駛或者也停留在路口，進(jìn)一步造成擁堵，甚至事故。本發(fā)明通過攝像機(jī)進(jìn)行圖像采集，再檢測是否有車輛、行人或者其他大型物體停留或者緩慢行駛在路口中，如果阻礙交通的話，控制路口的信號燈盤全紅顯示預(yù)定時間，以清空和排除路口異常。

視頻檢測單元530可以基于改進(jìn)的ViBe算法檢測路口內(nèi)是否有車輛或行人滯留。

ViBe算法是一種像素級的背景建模、前景檢測算法。ViBe算法的原理為每個像素點(diǎn)存儲了一個樣本集，樣本集中采樣值就是該像素點(diǎn)過去的像素值和其鄰居點(diǎn)的像素值，隨后將每一個新的像素值和樣本集進(jìn)行比較來判斷是否屬于背景點(diǎn)。該方法本質(zhì)上是通過背景差的方法來檢測運(yùn)動物體，其需要準(zhǔn)確的對背景進(jìn)行更新，因此其背景的更新策略是整個算法效果的根本保證。傳統(tǒng)的ViBe算法對于背景的更新采用的基本思想是：減少背景更新頻率，人為延伸背景模型中樣本的壽命。用φ來表示時間二次抽樣因子，通過調(diào)節(jié)φ來調(diào)整像素背景模型覆蓋的時間窗口長度。根據(jù)鄰域像素具有相似臨時分布的原理，ViBe在鄰域內(nèi)傳播背景樣本。

該傳統(tǒng)ViBe算法更新背景的方法可能會把靜止或者緩慢運(yùn)動的物體錯誤的更新成背景。為了解決這個問題，本發(fā)明中采用了一種改進(jìn)的更新策略：

A、在紅燈剛開始時進(jìn)行背景初始化，在紅燈結(jié)束前進(jìn)行背景更新。此時運(yùn)動目標(biāo)最少，也最容易得到完整的背景。

B、當(dāng)像素點(diǎn)被判斷為運(yùn)動物體時，不進(jìn)行背景更新；當(dāng)像素點(diǎn)被判斷為背景是，才進(jìn)行背景的更新。運(yùn)用這種方法可以避免靜止的或者緩慢運(yùn)動的物體被錯誤的更新為背景。

因此，視頻檢測單元530基于改進(jìn)的ViBe算法檢測路口內(nèi)是否有車輛或行人滯留的具體步驟如下：

1)根據(jù)燈色數(shù)據(jù)檢測當(dāng)前時刻為紅燈開始時刻時，基于ViBe算法進(jìn)行背景初始化。ViBe算法比較其他算法的最大特點(diǎn)是可以快速實(shí)時得到背景圖像，甚至可以通過單幀圖像就可以獲得背景，但是如果單幀獲得的背景中目標(biāo)過多，以后背景更新就會花費(fèi)很長時間，甚至造成很多誤檢測。本發(fā)明針對信號燈變化的實(shí)際情況，使用了紅燈開始時間段進(jìn)行背景的初始化，保證了背景更新的實(shí)時性和準(zhǔn)確性。

2)根據(jù)燈色數(shù)據(jù)檢測當(dāng)前時刻為紅燈結(jié)束時刻時，檢測當(dāng)前幀圖像的前景和背景，通過以下公式對每個像素點(diǎn)進(jìn)行判斷，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)背景更新：

其中，M_i(x)表示第i幀像素x的Vibe背景模型，P_i(x)表示第i幀像素x的像素值；

也就是說，當(dāng)像素x被判斷為前景時，不更新像素x的背景模型，當(dāng)像素x被判斷為背景時，更新x的背景模型。當(dāng)目標(biāo)靜止或者緩慢運(yùn)動時，該目標(biāo)區(qū)域的像素背景模型不更新，背景差分后，能檢測出靜止或者緩慢運(yùn)動的目標(biāo)。改進(jìn)更新策略能有效抑制靜止的目標(biāo)前景被背景吸收。

3)使用當(dāng)前幀減去背景幀，閾值化后檢測出圖像序列的目標(biāo)，并經(jīng)預(yù)處理后檢測出目標(biāo)區(qū)域的邊緣輪廓線，得到矩形目標(biāo)。

優(yōu)選地，每個像素點(diǎn)都建立好Vibe背景模型，用當(dāng)前幀減去背景幀，再閾值化，檢測出視頻圖像序列的目標(biāo)，包括運(yùn)動、靜止或者緩慢運(yùn)動的目標(biāo)。然后，采用平滑技術(shù)過濾檢測結(jié)果，對于當(dāng)前目標(biāo)存在小空洞等殘缺情況，利用數(shù)學(xué)形態(tài)學(xué)的二次腐蝕，一次膨脹進(jìn)行處理，擴(kuò)展前景區(qū)域，使其形成完整的目標(biāo)。最后利用索貝爾(sobel)算子檢測所有目標(biāo)區(qū)域的邊緣輪廓線，根據(jù)區(qū)塊的邊緣輪廓線得其最小外接矩形。

4)根據(jù)得到的矩形目標(biāo)判斷是否屬于靜止目標(biāo)，是則判斷路口內(nèi)存在車輛或行人滯留，否則判斷不存在。該步驟中判斷矩形目標(biāo)的存在時間是否大于1/2個綠燈周期，并判斷矩形目標(biāo)的長寬是否符合車輛或者行人的1/2尺寸，在滿足上述兩個條件時判斷該矩形目標(biāo)為靜止目標(biāo)，否則判斷為非靜止目標(biāo)。當(dāng)檢測路口內(nèi)有車輛或行人滯留時，發(fā)送異常信號給所述燈色控制單元，控制路口的信號燈盤全紅顯示預(yù)定時間。

在本發(fā)明的更優(yōu)選實(shí)施例中，該智能交通信號燈10還包括溫度傳感器、濕度傳感器和/或環(huán)境光亮度傳感器。視頻檢測單元530還具有當(dāng)前天氣情況的檢測功能，用于根據(jù)溫度傳感器、濕度傳感器和/或環(huán)境光亮度傳感器的檢測結(jié)果得到天氣狀況。本發(fā)明采用視頻結(jié)合傳感器的方式來進(jìn)行檢測，在信號燈盤的框架上方增設(shè)了溫度、濕度以及環(huán)境光亮度一體化傳感器。

其中，環(huán)境光亮度傳感器可以檢測到當(dāng)前的亮度值，作為視頻判斷當(dāng)前天氣狀況的輔助依據(jù)。

溫度傳感器可以檢測到當(dāng)前的天氣溫度狀況，可以大致判斷當(dāng)前的天氣氣溫，也可以知道當(dāng)前季節(jié)是冬天、夏天等。

濕度傳感器可以判斷當(dāng)前天氣下的濕度情況，可以作為雨天、雪天的輔助判斷依據(jù)。

采用視頻來判斷天氣情況，主要是通過檢測當(dāng)前路面的背景，通過對比度檢測可以知道當(dāng)前的能見度，通過積水、積雪等檢測判斷當(dāng)前的下雨下雪情況。

在本發(fā)明的更優(yōu)選實(shí)施例中，智能交通信號燈還包括顯示模塊900，且信號燈控制器500還包括顯示驅(qū)動單元540，顯示驅(qū)動單元540與顯示模塊900連接，用于驅(qū)動顯示模塊900顯示信號燈電源狀況、天氣狀況、道路狀況和/或路口車輛狀況。

請參閱圖6，為根據(jù)本發(fā)明的智能交通信號燈的外觀示意圖。如圖所示，信號燈框架11上方設(shè)有信號燈盤400，即標(biāo)準(zhǔn)的紅黃綠三種顏色的燈盤。下方設(shè)有集成了視頻采集模塊800的信號燈控制器。顯示模塊900可以采用與信號燈框架11并排設(shè)置的LED顯示屏實(shí)現(xiàn)。該LED顯示屏上可以顯示信號燈電源狀況，如正常供電和應(yīng)急供電。LED顯示屏上還可以顯示天氣狀況，如雨天、雪天、霧霾天氣等，可以提醒車輛在惡略天氣下慢行，注意安全。此外，還可以顯示道路狀況，如正常、積水、低洼等，以及路口車輛狀況，如擁堵或順暢。如圖6中顯示信號燈電源狀況“燈態(tài)：應(yīng)急”，天氣狀況“天氣：霧”，道路狀況“道路：正?！?，以及路口車輛狀況“車輛：擁堵”。在本發(fā)明的更優(yōu)選實(shí)施例中，信號燈控制器500還包括報警單元550，用于在檢測到信號燈盤400顯示異?；蛘咴趩宇A(yù)存方案時通過通訊模塊700發(fā)送報警信號給指揮中心。通訊模塊700與指揮中心的通訊方式可以采用應(yīng)答型無線4G通信的方式，此種方式直接向指揮中心報告信號燈盤目前的狀況，使得維修人員可以及時掌握準(zhǔn)確的故障信息，有針對性的進(jìn)行維護(hù)。

本發(fā)明具有多項(xiàng)報警功能：

1)實(shí)時檢測當(dāng)前信號燈狀態(tài)，當(dāng)電源切換器200檢測到市電供應(yīng)異常，或者電源檢測單元510在根據(jù)RGB特征值檢測到信號燈盤400顯示異常時，報警單元550發(fā)送報警信號及時通知指揮中心相關(guān)人員，進(jìn)行維修。2)燈色控制單元520在接收的交通信號機(jī)的燈色數(shù)據(jù)不一致，或者重發(fā)數(shù)據(jù)超過預(yù)定次數(shù)，或者檢測到綠沖突時，啟動預(yù)存方案，因此報警單元550將發(fā)送報警信號給指揮中心。

3)視頻檢測單元530在檢測到有車輛、行人或者其他大型物體停留或者緩慢行駛在路口中，阻礙交通的話，啟動預(yù)存方案，采用路口全紅一段時間，以清空和排除路口異常。然后報警單元550及時給指揮中心報警，讓其盡快處理。

本發(fā)明還提供了一種智能交通信號燈的應(yīng)急控制方法，該智能交通信號燈可以采用如前所述的智能交通信號燈實(shí)現(xiàn)。該應(yīng)急控制方法包括以下步驟：

S1、通過RGB顏色傳感器檢測信號燈盤的RGB特征值；

S2、根據(jù)RGB特征值確定信號燈盤的顯示狀態(tài)，并在顯示異常時產(chǎn)生控制信號給電源切換器，由AC/DC轉(zhuǎn)換器向信號燈盤供電切換至蓄電池向信號燈盤供電。

優(yōu)選地，該應(yīng)急控制方法還包括燈色控制步驟：首先，通過CAN總線和紫蜂無線通訊方式接收信號機(jī)的燈色數(shù)據(jù)。其次，檢測通過CAN總線和紫蜂無線通訊方式接收的交通信號機(jī)的燈色數(shù)據(jù)是否一致，否則請求重發(fā)數(shù)據(jù)，是則根據(jù)燈色數(shù)據(jù)檢測綠沖突；當(dāng)未檢測到綠沖突時，判定燈色數(shù)據(jù)有效，并根據(jù)所述燈色數(shù)據(jù)控制所述信號燈盤的燈色，當(dāng)檢測到綠沖突時，控制所述信號燈盤全紅顯示預(yù)定時間，并按預(yù)存的燈色方案顯示燈色。

優(yōu)選地，應(yīng)急控制方法還包括視頻檢測步驟：用于根據(jù)采集的視頻檢測路口內(nèi)是否有車輛或行人滯留，是則發(fā)送異常信號給所述燈色控制單元，控制路口的信號燈盤全紅顯示預(yù)定時間。

優(yōu)選地，視頻檢測步驟中基于ViBe算法檢測路口內(nèi)是否有車輛或行人滯留的步驟如下：

1)根據(jù)燈色數(shù)據(jù)檢測當(dāng)前時刻為紅燈開始時刻時，基于ViBe算法進(jìn)行背景初始化；

2)根據(jù)燈色數(shù)據(jù)檢測當(dāng)前時刻為紅燈結(jié)束時刻時，檢測當(dāng)前幀圖像的前景和背景，通過以下公式對每個像素點(diǎn)進(jìn)行判斷，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)背景更新：

其中，M_i(x)表示第i幀像素x的Vibe背景模型，P_i(x)表示第i幀像素x的像素值；

3)使用當(dāng)前幀減去背景幀，閾值化后檢測出圖像序列的目標(biāo)，并經(jīng)預(yù)處理后檢測出目標(biāo)區(qū)域的邊緣輪廓線，得到矩形目標(biāo)；

4)根據(jù)得到的矩形目標(biāo)判斷是否屬于靜止目標(biāo)，是則判斷路口內(nèi)存在車輛或行人滯留，否則判斷不存在。

優(yōu)選地，視頻檢測步驟中判斷矩形目標(biāo)的存在時間是否大于1/2個綠燈周期，并判斷矩形目標(biāo)的長寬是否符合車輛或者行人的1/2尺寸，在滿足上述兩個條件時判斷該矩形目標(biāo)為靜止目標(biāo)，否則判斷為非靜止目標(biāo)。

優(yōu)選地，視頻檢測步驟中還結(jié)合溫度傳感器、濕度傳感器和/或環(huán)境光亮度傳感器的檢測結(jié)果得到天氣狀況。

優(yōu)選地，應(yīng)急控制方法還包括顯示步驟，用于驅(qū)動顯示模塊顯示信號燈電源狀況、天氣狀況、道路狀況和/或路口車輛狀況。

優(yōu)選地，應(yīng)急控制方法還包括報警步驟，用于在檢測到信號燈盤顯示異?；蛘咴趩宇A(yù)存方案時發(fā)送報警信號給指揮中心。

最后應(yīng)說明的是：以上實(shí)施例僅用以說明本發(fā)明的技術(shù)方案，而非對其限制；盡管參照前述實(shí)施例對本發(fā)明進(jìn)行了詳細(xì)的說明，本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員應(yīng)當(dāng)理解：其依然可以對前述各實(shí)施例所記載的技術(shù)方案進(jìn)行修改，或者對其中部分技術(shù)特征進(jìn)行等同替換；而這些修改或者替換，并不使相應(yīng)技術(shù)方案的本質(zhì)脫離本發(fā)明各實(shí)施例技術(shù)方案的精神和范圍。