基于图像处理及嵌入式系统的交通灯智能控制研究

摘 要：随着城市经济水平的提升，城市人口数量逐渐增加。交通拥堵情况严重，在新时期，对于交通系统的控制与管理，在保障社会稳定发展中具有较为积极的作用。交通灯智能控制系统在城市交通管理中的应用，能够实现交通的智能化管理，图像处理技术以及嵌入式系统是交通灯智能控制系统中的重点内容。基于此，在本文中针对图像处理以及嵌入式系统的交通灯智能控制系统进行研究。

关键词：图像处理；嵌入式系统；交通灯；智能控制系统；研究

智能交通灯系统是未来交通系统的重点方向，数据通讯传输技术、集信息技术、电子传感技术、控制技术以及计算机技术于一体，应用到地面交通管理系统中，能够实现全面化、全方位的交通指挥。该系统在实际应用中具有准时、高效等特点。我国对于交通等系统的研究比较晚，与国际上很多国家相比在系统技术应用上还存在着一定的差距。所以对于图像处理以及嵌入式系统的研究，对于优化智能控制而言十分关键。

1 智能交通灯控制系统功能需求与主要技术

1.1 功能需求

基于图片处理以及嵌入式系统的智能交通灯控制系统在设计之前，需要对交通灯的具体应用需求进行分析。首先智能化的交通灯控制系统在实际应用中，需要获取停止车辆的排队长度，在路况数据信息获取上，通过摄像头定时拍摄路口车排队情况，将图像的实时情况传输到处理器中；其次，系统中计算出配对车辆的长度，对路口画面进行拍摄，按照算法来获取相应的信息；第三，实时调控红绿灯变换在周期；第四，交通路况的信号反馈，嵌入式系统在出现故障的情况下，需要同过GPRS无线系统将故障直接反映到监控中心中[ 1 ]。

1.2 主要技术应用

1.2.1图像处理技术

该种技术能够用于对系统中的图像进行分析，一般为数字图像处理技术，经过采样以及数字化的方式，将数据信息通过数组的元素进行处理。图像处理技术主要包含了图像压缩、匹配、分割以及图像分析等技术。

1.2.2嵌入式技术

嵌入式系统是智能交通信号灯控制系统中的核心技术，以计算机技术为基础，成本低，体积小，包含嵌入式微处理器、外圍设备、以及嵌入式的操作系统，在该系统中的应用，保障系统能够具备控制、监视以及管理等功能。其中嵌入式的硬件组包含了电源模块、时钟模块、复位、外围电路、微处理器等，在外设中包含了US、LCD、键盘等[ 2 ]。

2 智能交通灯控制系统组成

2.1 总体结构

基于图像处理以及嵌入式系统的智能交通信号灯控制系统，主要包含以下几个功能模块，分别为：ARM处理器、ARM控制器、控制中心。其中ARM处理器连接交通岗中的摄像镜头，负责对于系统所采集到的图像信息处理与储存。而ARM控制器负责交通灯智能控制。控制中心对ARM处理器与ARM控制器的数据信息进行整合。在某交通十字路口中，东西南北四个方向都有交通灯、摄像头，摄像头能够从四个方向获取车辆的排队情况，例如，当ARM处理器进行处理图像的信息时，了解车辆的实际排队情况，控制器便能够从处理器中获取到对应的信息，并且根据实际情况，控制信号灯。当系统发生故障时，ARM控制器能够负责与监控中心之间进行通讯[ 3 ]。

2.2 硬件组成

在智能交通等信号控制硬件系统中，主要包含以下模块：电源模块、应急电源、交通灯模块、ARM红绿灯控制器模块、无线模块、图像处理器模块、摄像头模块。其中ARM嵌入式模块的功能突出，具有耗电少、功能强、包含32位/16位双指令合作伙伴。信号灯控制系统中包含了两个ARM处理器，一个应用与图像的处理，另一个应用于信通信号的控制。在两个处理器之间通过多种方式进行信号通信，如，SPI总线方式、I2C方式、UART串口方式。在SPI总线中，包含3线串行方式， 其中一条为时钟线SCK，一条为数据输出线MISO，另一条为数据输入线MOSI。

在硬件系统中，无线模块具备了故障报警功能，是智能交通灯控制系统运行稳定的基础。当控制系统中发生了故障，系统能够通过通讯系统通知管理人员，以便问题能够迅速的被解决[ 4 ]。

2.3 系统软件

基于图像处理以及嵌入式系统的智能化交通信号灯控制系统中，软件系统操作环境为Linux操作系统，包含了车辆排队长度检测模块、故障报警模块以及交通灯智能控制模块。在车辆排队长度检测模块中，软件系统能够通过程序编写，从摄像头中获取路口车辆的实际排对图像，并且通过图像的处理，获取到对应方向的车辆排队长度，保障路口上的车辆排队长度参数能够直接传递到交通灯智能控制模块中；在交通灯智能控制模块中，从车辆排队模块中获取到不同交通方向的信号灯执行状况，以及车辆的具体信息。根据交通拥堵的现状确定相应的绿灯延时方案；在故障报警模块中，主要包含了对于控制系统故障的检测和故障申报。当该模块检测到系统故障时，直接联系通讯系统进行故障申报。通过GPRS发送相应的故障信息，实现系统故障的处理。如果出现电源故障，需要启动临时电源紧急供电。

3 结论

综上所述，在本文中针对智能交通灯控制系统进行研究，基于图片处理以及嵌入式系统的智能交通灯控制系统在设计之前，需要对交通灯的具体应用需求进行分析。在了解系统设计需求的基础上，进行关键技术分析。从系统软件和系统硬件两个角度分析控制系统功能。其中在硬件系统中，主要包含电源模块、应急电源、交通灯模块、ARM红绿灯控制器模块、无线模块、图像处理器模块等。

参考文献：

[1] 许卉.基于图像处理算法的嵌入式交通信号控制系统的研究与设计[D].内蒙古大学，2015.

[2] 梅婧.基于图像处理及嵌入式系统的交通灯智能控制[D].东华大学，2014.

[3] 郝丽敏.基于数字图像处理的智能交通控制系统的研究[D].武汉理工大学，2012.

[4] 孔文杰.基于图像处理和DSP的交通灯实时智能控制系统研究[D].郑州大学，2010.

作者简介：

肖磊（1993-），男，湖北荆州人，本科，就读于汉口学院，电气工程及其自动化专业。