基于圖像處理及嵌入式系統的交通燈智能控制研究

摘 要：隨著城市經濟水平的提升，城市人口數量逐漸增加。交通擁堵情況嚴重，在新時期，對于交通系統的控制與管理，在保障社會穩定發展中具有較為積極的作用。交通燈智能控制系統在城市交通管理中的應用，能夠實現交通的智能化管理，圖像處理技術以及嵌入式系統是交通燈智能控制系統中的重點內容。基于此，在本文中針對圖像處理以及嵌入式系統的交通燈智能控制系統進行研究。

關鍵詞：圖像處理；嵌入式系統；交通燈；智能控制系統；研究

智能交通燈系統是未來交通系統的重點方向，數據通訊傳輸技術、集信息技術、電子傳感技術、控制技術以及計算機技術于一體，應用到地面交通管理系統中，能夠實現全面化、全方位的交通指揮。該系統在實際應用中具有準時、高效等特點。我國對于交通等系統的研究比較晚，與國際上很多國家相比在系統技術應用上還存在著一定的差距。所以對于圖像處理以及嵌入式系統的研究，對于優化智能控制而言十分關鍵。

1 智能交通燈控制系統功能需求與主要技術

1.1 功能需求

基于圖片處理以及嵌入式系統的智能交通燈控制系統在設計之前，需要對交通燈的具體應用需求進行分析。首先智能化的交通燈控制系統在實際應用中，需要獲取停止車輛的排隊長度，在路況數據信息獲取上，通過攝像頭定時拍攝路口車排隊情況，將圖像的實時情況傳輸到處理器中；其次，系統中計算出配對車輛的長度，對路口畫面進行拍攝，按照算法來獲取相應的信息；第三，實時調控紅綠燈變換在周期；第四，交通路況的信號反饋，嵌入式系統在出現故障的情況下，需要同過GPRS無線系統將故障直接反映到監控中心中[ 1 ]。

1.2 主要技術應用

1.2.1圖像處理技術

該種技術能夠用于對系統中的圖像進行分析，一般為數字圖像處理技術，經過采樣以及數字化的方式，將數據信息通過數組的元素進行處理。圖像處理技術主要包含了圖像壓縮、匹配、分割以及圖像分析等技術。

1.2.2嵌入式技術

嵌入式系統是智能交通信號燈控制系統中的核心技術，以計算機技術為基礎，成本低，體積小，包含嵌入式微處理器、外圍設備、以及嵌入式的操作系統，在該系統中的應用，保障系統能夠具備控制、監視以及管理等功能。其中嵌入式的硬件組包含了電源模塊、時鐘模塊、復位、外圍電路、微處理器等，在外設中包含了US、LCD、鍵盤等[ 2 ]。

2 智能交通燈控制系統組成

2.1 總體結構

基于圖像處理以及嵌入式系統的智能交通信號燈控制系統，主要包含以下幾個功能模塊，分別為：ARM處理器、ARM控制器、控制中心。其中ARM處理器連接交通崗中的攝像鏡頭，負責對于系統所采集到的圖像信息處理與儲存。而ARM控制器負責交通燈智能控制。控制中心對ARM處理器與ARM控制器的數據信息進行整合。在某交通十字路口中，東西南北四個方向都有交通燈、攝像頭，攝像頭能夠從四個方向獲取車輛的排隊情況，例如，當ARM處理器進行處理圖像的信息時，了解車輛的實際排隊情況，控制器便能夠從處理器中獲取到對應的信息，并且根據實際情況，控制信號燈。當系統發生故障時，ARM控制器能夠負責與監控中心之間進行通訊[ 3 ]。

2.2 硬件組成

在智能交通等信號控制硬件系統中，主要包含以下模塊：電源模塊、應急電源、交通燈模塊、ARM紅綠燈控制器模塊、無線模塊、圖像處理器模塊、攝像頭模塊。其中ARM嵌入式模塊的功能突出，具有耗電少、功能強、包含32位/16位雙指令合作伙伴。信號燈控制系統中包含了兩個ARM處理器，一個應用與圖像的處理，另一個應用于信通信號的控制。在兩個處理器之間通過多種方式進行信號通信，如，SPI總線方式、I2C方式、UART串口方式。在SPI總線中，包含3線串行方式， 其中一條為時鐘線SCK，一條為數據輸出線MISO，另一條為數據輸入線MOSI。

在硬件系統中，無線模塊具備了故障報警功能，是智能交通燈控制系統運行穩定的基礎。當控制系統中發生了故障，系統能夠通過通訊系統通知管理人員，以便問題能夠迅速的被解決[ 4 ]。

2.3 系統軟件

基于圖像處理以及嵌入式系統的智能化交通信號燈控制系統中，軟件系統操作環境為Linux操作系統，包含了車輛排隊長度檢測模塊、故障報警模塊以及交通燈智能控制模塊。在車輛排隊長度檢測模塊中，軟件系統能夠通過程序編寫，從攝像頭中獲取路口車輛的實際排對圖像，并且通過圖像的處理，獲取到對應方向的車輛排隊長度，保障路口上的車輛排隊長度參數能夠直接傳遞到交通燈智能控制模塊中；在交通燈智能控制模塊中，從車輛排隊模塊中獲取到不同交通方向的信號燈執行狀況，以及車輛的具體信息。根據交通擁堵的現狀確定相應的綠燈延時方案；在故障報警模塊中，主要包含了對于控制系統故障的檢測和故障申報。當該模塊檢測到系統故障時，直接聯系通訊系統進行故障申報。通過GPRS發送相應的故障信息，實現系統故障的處理。如果出現電源故障，需要啟動臨時電源緊急供電。

3 結論

綜上所述，在本文中針對智能交通燈控制系統進行研究，基于圖片處理以及嵌入式系統的智能交通燈控制系統在設計之前，需要對交通燈的具體應用需求進行分析。在了解系統設計需求的基礎上，進行關鍵技術分析。從系統軟件和系統硬件兩個角度分析控制系統功能。其中在硬件系統中，主要包含電源模塊、應急電源、交通燈模塊、ARM紅綠燈控制器模塊、無線模塊、圖像處理器模塊等。

參考文獻：

[1] 許卉.基于圖像處理算法的嵌入式交通信號控制系統的研究與設計[D].內蒙古大學，2015.

[2] 梅婧.基于圖像處理及嵌入式系統的交通燈智能控制[D].東華大學，2014.

[3] 郝麗敏.基于數字圖像處理的智能交通控制系統的研究[D].武漢理工大學，2012.

[4] 孔文杰.基于圖像處理和DSP的交通燈實時智能控制系統研究[D].鄭州大學，2010.

作者簡介：

肖磊（1993-），男，湖北荊州人，本科，就讀于漢口學院，電氣工程及其自動化專業。