1、引言

機器視覺又稱計算機視覺，是用計算機來實現人的視覺功能，也就是用機器代替人眼來做測量和判斷。機器視覺技術包含光源照明技術、光成像技術、傳感器技術、數字圖像處理技術、機械工程技術、檢測控制技術、模擬與數字視頻技術、計算機技術、人機接口技術等相關技術，是實現計算機集成系統的基礎技術。

對于交通燈的識別，將使世界上7~8%的色盲、色弱患者駕駛汽車成為可能，也為無人駕駛汽車在技術上前進一步。因而將為汽車工業以及汽車電子工業帶來更大的經濟效益，和更大的社會效益，并可在國際上填補該領域的空白。

2、基于機器視覺的交通燈識別方法

2.1、交通燈識別方法的流程圖如下所示

2.2、交通燈定位

當獲取一張原始的圖像時，考慮到背景的變化及其他物體對交通燈識別的干擾，我們需要將圖像中交通燈的部分提取出來。在此本文用交通燈的形狀及灰度值來定位交通燈在圖像中的位置。

2.2.1、交通燈形狀的矩形度與圓形度

可以通過交通燈的矩形度來找出交通燈一定的范圍，在此采用一種簡單的矩形度計算方法rectangularity算子，即將上述低灰度值的分散區域作為輸入區域，當得到某一矩形和輸入區域有相同的一、二階矩時，計算出輸入區域的面積和該矩形面積的比，即為矩形度rectangularity的值。顯然當輸入區域為矩形時，得到矩形度的最大值1；輸入的區域越接近矩形，則矩形度越接近與1（無輸入區域時矩形度為0）。

通過上述矩形度的算法，可以在低灰度值的區域中篩選出一定范圍（包含交通燈輪廓）的類矩形，最后通過交通燈在圖像中占據的面積定位出交通燈的輪廓。

圖2-1通過形狀定位出交通燈的位置

然后在上圖的基礎上，采用一種簡單的Circularity算子，確定出包含有交通燈的輪廓。

具體的算法如下：

假設F是一個閉合區域的面積，max這個區域內中心點到邊界或輪廓的最大距離，那么：

circularity=F/（max^2*π）（2-1）

根據式2-1可得圓的circularity為1。由此可知對于一個輪廓或多邊形包圍的區域如果其circularity接近與1，那么這個輪廓近似于一個圓?？梢酝ㄟ^一個閾值選取出與圓的相似的輪廓，例如可以選取circularity在［0.8，1］范圍內的輪廓。如果有多個輪廓符合，則將這些輪廓所對應的區域存放入一個數組之內。

2.3、顏色空間變化

當確認交通燈的位置后，我們需要通過顏色識別來確定交通燈的狀態。

由于RGB顏色空間的相似不能代表顏色的相似，HSI顏色空間則沒有這個方面的問題，它們很適合人們肉眼的分辨，較好地反映人對顏色的感知和鑒別能力。因此可以先將RGB顏色空間轉化為HSI顏色空間。

RGB空間轉化為HSI空間的一般公式如下：

圖2-2通過飽和度提取的交通燈信息

2.4、顏色識別

本文通過圖像分割來識別交通燈的顏色。將圖像通過選定的閾值分割后，找出所需要的圖形。

2.4.1、基于閾值的分割

這是一種最常用的區域分割技術，閾值是用于區分不同目

標的灰度值。如果圖象只有目標和背景兩大類，那么只需選取一個閾值稱為單閾值分割。這種方法是將圖象中每個象素的灰度值和閾值比較，灰度值大于閾值的象素為一類，灰度值小于閾值的象素為另一類。如果圖象中有多個目標，就需要選取多個閾值將各個目標分開，這種方法稱為多閾值分割。閾值分割的結果依賴于閾值的選取，確定閾值是閾值分割的關鍵，閾值分割實質上就是按照某個標準求出最佳閾值的過程。

在背景和目標圖像的先驗概率相等這一特定條件下，最佳閾值是背景灰度均值與目標圖像灰度均值之均值。即：

通常閾值化分割方法根據某種測度準則確定分割閾值。如果僅使用象素的灰度級確定分割閾值，則閾值化是點相關的；如果由每個象素鄰域的局部特性決定門限，則閾值化是區域相關的。基于點相關的閾值化方法有P-TIle方法，直方圖凹形分析法，最大類間方差法，最大熵法以及矩不變門限法等。基于區域相關的分割方法有直方圖轉換法，基于二階灰度統計的方法，松弛法以及基于過度區提取的分割方法等。

圖2-3顏色識別的結果

2.5、數字識別

在本例中，OCR被用來識別出交通數字燈上的數字顯示變化，使用OCR之前應先將圖像的灰度值取反。

2.5.1、灰度值轉換

灰度值轉換是將圖像的灰度值顛倒過來，其中圖像的bite和cyclic類型的計算公式為g‘=255-g

圖像的direcTIon類型轉化公式為：

g’=（g+90）modulo180（2-6）

圖2-4灰度值取反結果

2.5.2、OCR

OCR是英文OpTIcalCharacterRecogniTIon的縮寫，意思為光學字符識別，通稱為文字識別，它的工作原理為通過掃描儀或數碼相機等光學輸入設備獲取紙張上的文字圖片信息，利用各種模式識別算法分析文字形態特征，判斷出漢字的標準編碼，并按通用格式存儲在文本文件中，由此可以看出，OCR實際上是讓計算機認字，實現文字自動輸入。它是一種快捷、省力、高效的文字輸入方法。

圖2-5OCR識別數字結果

因OCR是通過檢測暗的模式確定其形狀，所以在上一步的灰度值轉化過程中先將原圖像的灰度值取反，把原本灰度值高的部分轉換成灰度值低的部分，然后用字符識別方法將形狀翻譯成計算機文字，即對文本資料進行掃描，然后對圖像文件進行分析處理，最后獲取文字及版面信息。

3、結論

交通數字信號燈是指揮交通必不可少的、無人職守的公共交通設施，其重要性是人所共知的。本文建立的交通數字信號識別系統采用機器視覺技術，對交通信號燈的顏色及其數字進行自動識別。眾所周知，色弱、色盲是一種遺傳疾病。根據統計，全世界約有7%～8%的人患有不同程度的色盲、色弱疾病，這給患者的工作和生活帶來了一定的障礙和困難，許多工作和專業都對色盲、色弱患者關閉了大門。在我國，色盲者從出生開始直至壽終正寢，駕駛機動車的權利就被硬性法規標準所剝奪！若能夠運用機器視覺技術讓色盲患者正確區分紅綠等多種顏色，辨別彩色圖像中的種種事物，賦予他們正常人的生活權利，意義深遠。