CN101833863A

CN101833863A - 车流速度检测方法及装置、交通信号灯控制方法及***

Info

Publication number: CN101833863A
Application number: CN201010178353A
Authority: CN
Inventors: 高磊; 潘佩芬
Original assignee: Raisecom Technology Co Ltd
Current assignee: Raisecom Technology Co Ltd
Priority date: 2010-05-17
Filing date: 2010-05-17
Publication date: 2010-09-15
Anticipated expiration: 2030-05-17
Also published as: CN101833863B

Abstract

本发明公开了一种车流速度检测方法及装置，以及一种交通信号灯控制方法及***，以克服现有的车流速度检测技术或信号灯控制技术在获取车流速度时精度较低或操作不便等缺陷。其中该车流速度检测方法包括：实时获取车辆通行方向上一采集范围的视频图像；对时间上连续的第一视频图像和第二视频图像进行对比，通过确定该第二视频图像中某一车辆在该第一视频图像中的位置，获得该车辆通行方向上的车流速度。与现有技术相比，本发明的车流速度检测技术能快速获取车流速度，检测精度高，操作方便，降低了实现成本。

Description

车流速度检测方法及装置、交通信号灯控制方法及***

技术领域

本发明涉及城市交通技术领域，尤其涉及一种车流速度检测方法及装置，以及一种交通信号灯控制方法及***。

背景技术

随着社会经济的发展，城市交通问题越来越引起人们的关注，如何合理而有效地控制路***通流量，对于保证机动车辆的安全运行，维持城市道路的顺畅起到了重要作用，因此，一直以来也是城市交通监控***中最需要解决的问题。

目前，大多数城市道路交叉路口的车流量控制是通过设置允许车辆间隔性定向通行的交通信号灯来实现的。交通信号灯在通常情况下均由单片机或者PLC实现间隔切换的定时控制，而交通信号灯中每种颜色的灯亮时间是预先设定好的，这显然在时间和空间方面的应变性能较差，无法解决绿灯放行时间随车流量的变化而变化，而更严重的，当某个道路交叉路口由于非预期的违章、事故或者其他原因单向或者双向、甚至所有车流方向均出现车行缓慢甚至堵塞时，通常交通信号灯的指挥作用将减弱甚至彻底无用。此时，如果仅仅靠该路口车辆的自行协商往往需要花费很长的时间才能使该路口重新畅通，而在一些有条件的场合，交警会现场指挥疏导，此时虽然比单纯的自协商解决能够缩短时间，但是却需要人力和物力成本，而且交警也基本上不能在第一时间出现在现场，这些都将在一定程度上造成了交通资源的浪费，加重了道路交通压力。

为了解决上述问题，可以利用实时的路口车流量信息作为交通信号灯切换控制的基础。而获取实时的路口车流量信息需要对车辆流数据进行提取，需要进行车辆检测，现有技术中常用的车辆流检测方法有超声波检测、红外检测、环形感应圈检测和计算机视觉检测等等，其中，超声波检测精度不高，容易受到车辆遮挡和行人的影响，检测距离也较短(一般不超过12米)；红外检测受车辆本身热源的影响，抗噪声能力不强，检测精度也不高；环形感应圈检测精度高，但要求设置在路面的混凝土结构中，对路面有损坏，施工、安装以及维护等操作不便；计算机视觉检测是最近几年兴起的一项技术，其将视频检测应用到车流量的检测和控制上，是一种结合了数字视频图像和人工模式识别的技术，但是该检测技术目前对于待处理图片的要求较高，而且处理过程很复杂，一般需要清楚辨识车身颜色、车牌号码等具体细节特征。

发明内容

本发明所要解决的一个技术问题是需要提供一种车流速度检测技术，以克服现有的车流速度检测技术的精度较低或操作不便等缺陷。

为了解决上述技术问题，本发明首先提供了一种车流速度检测装置，该装置包括拍摄模块以及对比模块，其中：

该拍摄模块，用于实时获取车辆通行方向上一采集范围的视频图像；

该对比模块，用于对时间上连续的第一视频图像和第二视频图像进行对比，通过确定该第二视频图像中某一车辆在该第一视频图像中的位置，获得该车辆通行方向上的车流速度。

其中，该对比模块用于通过确定该第二视频图像中的该某一车辆在该第一视频图像中的位置，获得该某一车辆在该车辆通行方向上的平均速度，将该平均速度视为该车辆通行方向上的该车流速度。

其中，该对比模块用于对该第一视频图像和第二视频图像中的车辆进行边缘提取，确定车辆在该第一视频图像和第二视频图像中的轮廓特征，根据该轮廓特征确定该第二视频图像中的该某一车辆在该第一视频图像中的位置。

其中，该对比模块用于对该第一视频图像和第二视频图像中的车辆进行所述边缘提取前，进一步对该第一视频图像和第二视频图像进行模糊处理。

其中，该对比模块用于当所述第一视频图像和第二视频图像为彩色图像时，将所述彩色图像处理成黑白图像或者灰度图像，再进行所述对比。

为了解决上述技术问题，本发明还提供了一种车流速度检测方法，包括：

实时获取车辆通行方向上一采集范围的视频图像；

对时间上连续的第一视频图像和第二视频图像进行对比，通过确定该第二视频图像中某一车辆在该第一视频图像中的位置，获得该车辆通行方向上的车流速度。

其中，通过确定该第二视频图像中该车辆在该第一视频图像中的位置，获得该车流速度的步骤，包括：

通过确定该第二视频图像中的该某一车辆在该第一视频图像中的位置，获得该某一车辆在该车辆通行方向上的平均速度，将该平均速度视为该车辆通行方向上的该车流速度。

其中，确定该第二视频图像中的该车辆在该第一视频图像中的位置的步骤，包括：

对该第一视频图像和第二视频图像中的车辆进行边缘提取，确定车辆在该第一视频图像和第二视频图像中的轮廓特征，根据该轮廓特征确定该第二视频图像中的该某一车辆在该第一视频图像中的位置。

其中，对该第一视频图像和第二视频图像中的车辆进行所述边缘提取前，进一步对该第一视频图像和第二视频图像进行模糊处理。

其中，该第一视频图像和第二视频图像包括黑白图像或者灰度图像。

其中，当所述第一视频图像和第二视频图像为彩色图像时，将所述彩色图像处理成黑白图像或者灰度图像，再进行所述对比。

与现有技术相比，本发明的车流速度检测技术能快速获取车流速度，检测精度高，操作方便，降低了实现成本。

本发明所要解决的另一个技术问题是需要提供一种交通信号灯控制技术，以克服现有的信号灯控制技术在获取车流速度时精度较低或操作不便等缺陷。

为了解决上述技术问题，本发明首先提供了一种交通信号灯控制***，用于根据车辆通行方向上的车流速度确定该车辆通行方向上信号灯的切换，其中，该***包括车流速度检测装置，该装置包括拍摄模块以及对比模块，其中：

其中，该***包括：

控制模块，用于该车流速度小于该车辆通行方向上的下限速度时，控制该信号灯减少该车辆通行方向上的车辆通行时间。

为了解决上述技术问题，本发明还提供了一种交通信号灯控制方法，根据车辆通行方向上的车流速度确定该车辆通行方向上信号灯的切换，其中，获得该车辆通行方向上的车流速度的方法，包括：

实时获取车辆通行方向上一采集范围的视频图像；

其中，当该车流速度小于该车辆通行方向上的下限速度时，控制该信号灯减少该车辆通行方向上的车辆通行时间。

与现有技术相比，本发明提供的交通信号灯的控制技术的一个实施例，使得路***通状况能够得到实时地监控，道路通畅情况得到自动有效地调整。

本发明的其它特征和优点将在随后的说明书中阐述，并且，部分地从说明书中变得显而易见，或者通过实施本发明而了解。本发明的目的和其他优点可通过在说明书、权利要求书以及附图中所特别指出的结构来实现和获得。

附图说明

附图用来提供对本发明的进一步理解，并且构成说明书的一部分，与本发明的实施例一起用于解释本发明，并不构成对本发明的限制。在附图中：

图1为本发明车流速度检测方法实施例的流程示意图；

图2为本发明车流速度检测装置实施例的组成示意图；

图3为本发明交通信号灯控制方法实施例的流程示意图；

图3a为本发明交通信号灯控制方法应用实例的流程示意图；

图4为本发明交通信号灯控制***实施例的组成示意图；

图4a为本发明交通信号灯控制***应用实例的组成示意图。

具体实施方式

以下将结合附图及实施例来详细说明本发明的实施方式，借此对本发明如何应用技术手段来解决技术问题，并达成技术效果的实现过程能充分理解并据以实施。

首先，如果不冲突，本发明实施例以及实施例中的各个特征可以相互结合，均在本发明的保护范围之内。另外，在附图的流程图示出的步骤可以在诸如一组计算机可执行指令的计算机***中执行，并且，虽然在流程图中示出了逻辑顺序，但是在某些情况下，可以以不同于此处的顺序执行所示出或描述的步骤。

为了实现本发明车流速度的检测，预先设置一个摄像机，作为道路视频图像的采集工具，摄像机的安装位置距离地面为某一设定高度H(例如，设置在交通信号灯的安装支架上)，并设定一确定俯角θ(例如，60°)。该高度H和俯角θ大小的设定，由该交通信号灯控制***所需监控的路口单向距离确定。摄像机的焦距为摄像机本身的物理属性，确定摄像机时即可确定。

该摄像机可以实时拍摄道路上同一行车方向上一定距离内某几条车道内车辆的视频图像，由于对拍摄到的多条车道可以采取同样的原理进行道路车流速度的检测，因此，以下的叙述中，出于简洁的目的，仅仅以一条车道内的车流速度的检测为示例来说明本发明技术方案的实质性内容，但这仅仅是说明性而非限制性的，以下所阐述的方法和装置/***同样可用于多车道车流速度的检测。

摄像机(或者其它拍摄模块)在安装完成后，其高度H和俯角θ以及当前设定焦距均为确定值，此时，其所能探测到的区域为一个固定大小的区域，在该区域中确定一个采集范围，该采集范围的宽度至少为所探测的车辆通行方向上的车道宽度，其长度为车辆通行方向上的距离。如果该摄像机用于拍摄车道路口的车流，则可以根据需要确定路口车辆的排队长度。由此，可以进行车道上交通状况的获取，即，对车道上车流速度状况进行实时地检测。

上述的车流速度是指区间平均速度，即在某一瞬间行驶于道路某一特定长度内的全部车辆的车速的平均值。在本发明中，由于图片采集时间不会过大，所以采用实施例中的定义来近似获取。

图1为本发明车流速度检测方法实施例的流程示意图。如图1所示，该车流速度检测方法实施例主要包括如下步骤：

步骤S110，拍摄模块实时获取车辆通行方向上一采集范围的视频图像，并可以依照时间顺序对所获取的视频图像进行存储；其中的采集范围，在本实施例中指的是一条车道上一定行车距离的范围；即便拍摄模块能够拍摄到该条车道一侧或两侧车道上的交通信息，也不用于该条车道上后续的处理；

上述的拍摄模块可以由任何能够进行视频图像采集的采集装置来替代，例如，摄像头或者监视器等等；

优选地，可以采用黑白图像摄像机(可以拍摄黑白图像的摄像机)或者灰度图像摄像机(可以拍摄灰度图像的摄像机)来获取采集范围的视频图像，或者通过彩色图像摄像机(可以拍摄彩色图像的摄像机)来获取采集范围的彩色图像，然后将该彩色图像变换成黑白或者灰度图像；获取黑白或者灰度图像的目的，是可以简化后续的处理；

步骤S120，对时间上连续的第一视频图像和第二视频图像(其中第一视频图像在前，第二视频图像在后)进行对比，通过确定第二视频图像中某一车辆在第一视频图像中的位置(这可以根据车辆的轮廓特征信息来比对获取)，获得该车辆在其车道上的平均速度，并将该平均速度视为该车辆通行方向上的车流速度；如果该第二视频图像中的车辆都没有在第一视频图像中找到相同的轮廓特征(可以认为第一视频图像中的车辆都已经驶离采集范围)，则可以以第一视频图像中的最后一辆车为参照物，视其刚刚驶离整个采集范围，以此获得该车辆通行方向上的最低可能平均速度；

本步骤中，可以通过对第一和第二视频图像中的车辆进行边缘提取，确定两幅视频图像中每个车辆的轮廓特征，根据车辆的轮廓特征对该第一视频图像和第二视频图像进行对比；本步骤还可以根据提取得到的轮廓特征获得两幅视频图像中的车辆数；本步骤中进行边缘提取前，可以通过对视频图像的模糊处理以快速进行车辆轮廓的边缘提取。其中的模糊处理，是指利于从视频图像中识别出车辆的轮廓的图像处理，比如突出视频图像中图像值(如灰度图像的灰度值)急剧变化的部分，而忽略图像值变化不大的部分。

本步骤中，对车辆进行边缘提取可以选用现有技术中的边缘提取方法，其中，边缘提取方法中的算子可以选用拉普拉斯算子、Prewitt算子、Sobel算子、Robert算子、Canny算子等等；优选地可以选用Canny算子，可以得到效果较为完整的边缘提取结果；

根据该车辆在两幅视频图像中的位置确定在该采集时间间隔T内的车行距离L，根据该车行距离L以及该采集时间间隔T，就可以获得该车辆在该采集时间间隔内的平均速度，将该车辆的平均速度视为该车辆通行方向上的车流速度，即：车流速度等于车行距离L除以采集时间间隔T；

本步骤进一步可以获得第二视频图像中车辆数相对于第一视频图像中车辆数的变化量ΔN，如果该变化量ΔN小于0(即第一视频图像中的车辆数大于第二视频图像中的车辆数)，则说明在该第一和第二视频图像相隔的采集时间间隔T内，该车辆通行方向上车辆能够顺利通行，否则说明该车辆通行方向上在该采集时间间隔T内可能发生堵塞现象；

判定此时该车辆通行方向可能发生堵塞现象(即前述的变化量ΔN大于等于0)时，进一步地可以判断该采集时间间隔T是否处于该车辆通行方向的该车行方向属于禁止通行状态(即，通常为红灯，可以结合信号灯状态信号所处时间来判断，或者可以结合信号灯切换的信号来判断)，如果是的话，对于此次结果可以不做任何处理，否则判断第一视频图像和第二视频图像中的该车辆是否相同，即判断轮廓特征是否相同，如果是，则可以确定该车辆通行方向处于堵塞状态，否则根据该车行距离以及该采集时间间隔T获得车流速度。

在获得车流速度后，可以根据该车流速度以及预定的该车辆通行方向上的最小车流速度确定该车辆通行方向上车辆通行策略；判断该车流速度是否大于等于预定的该车辆通行方向上的最小车流速度；如果是则表明该车辆通行方向当前的车流速度快于设计值，可以不做处理；否则表明该车辆通行方向当前的车流速度过慢；为了防止该方向车辆通行方向上堵塞程度进一步地加剧，可以向信号灯控制模块(控制各种信号灯点亮时间和切换时刻的控制模块)发送一控制信号，指示信号灯控制模块延长该方向车辆通行方向上禁止通行的时间，且延长与该方向(比如车辆东行方向)相异的另一个方向(比如车辆南行方向)车辆通行方向上允许通行的时间，以缓解该另一个方向的道路压力。

如果某个方向上车速较慢，说明这个方向上可能已经处于车行不畅状态，如果持续地使该路段通行，可能会致使该方向上的车辆会越来越多，这实际上是增加了该方向上的通行压力，甚至可能很容易导致该路口被车辆彻底堵死，使得两个交叉方向都产生拥堵。而如果延长该方向上禁止通行状态的时间，可以等该方向上前方已经速度过慢的车辆逐渐输送出去后，再放行该方向，从而有效地缓解该方向上的车行阻力。

一个信号灯变换周期可以是定长的，也可以是不定长的，但是确定一个周期的方式是确定的，即：某方向的通行信号(绿灯)本次开始到紧接着的下次开始的时长；当然，也可以以其他信号的开始或者停止来确定一个信号灯变换周期的大小。

在图1所示的车流速度检测方法实施例中，利用拍摄模块获取实时的视频图像，优选地可以根据所允许的存储空间来设定视频图像的采集时间间隔，从而较优化的、甚至最优化的在满足检测需要的情况下减少数据处理量，提高数据处理效率。

更优选地，视频图像的采集时间间隔与交通信号灯中指示放行(允许通行)的指示灯(通常为绿灯)的持续点亮时间相同，且与绿灯的切换时间同步，由此以便于能够更有效率地对车流量数据进行分析比对，省略了指示禁行的指示灯持续点亮期间的工作，能够方便地比较出一次允许通行的过程中某个道路中车辆的数量变化。

此外，在上述的步骤S120之后，还可以利用车辆的轮廓特征信息，获取允许车辆通行的信号灯点亮期间的车辆排队长度(即，在绿灯开启前的车辆排队情况以及绿灯关闭后的车辆排队情况)，即，所述图像中最后一个车辆尾部至路口的距离。由此可以从整体上获取整个道路的车行状况。通常而言，绿灯开启时表示允许车行状态，因此若绿灯开启和结束两个时刻，车辆排队长度的变化很小的话，可以认为是车行不畅的，因此允许车辆通行的信号灯点亮期间的车辆排队长度也可作为车辆通行状况的评价指标之一。

上述步骤S120中，当车行方向处于禁止通行状态和允许通行状态的切换过程时(通常情况是黄灯或者部分采集周期在红灯、部分采集周期在绿灯时期)，变化量ΔN大于等于0也不作处理，根据后续视频图像进行是否堵塞的判断。为了实现这种方式，需要保证一个信号灯变换周期不为通行时间和禁行时间两者之和或者其和的整数倍，也即不会始终使采集状态处于允许通行状态与禁止通行状态的切换过程。为了进一步地简化实现方式，优选地，可以将采集时间间隔设置与绿灯的变化周期一致或者绿灯变化周期时间的整数分之一(如五分之一等)，这样在某个车行方向上的车辆变化数的计算可以容易进行，也即车流速度可以容易获得。

上述步骤S120中，如果第二视频图像中的每个车辆的轮廓特征，与第一视频图像中的每个车辆的轮廓特征均不相同，则可以认为是第一视频图像中的车辆均以驶离采集范围，因此可以认为此时车辆通行是顺畅的。

需要说明的是，上述视频图像的采集方向是以正对车行方向而阐述的，在其他的实施例中，也可以朝向车行远离方向，其实现的方法类似，在此不再赘述。

图2为本发明车流速度检测装置实施例的组成示意图。结合图1所示的方法实施例，图2所示的该车流速度检测装置实施例主要包括拍摄模块210以及对比模块220，其中：

拍摄模块210，用于实时获取车辆通行方向上一采集范围的视频图像，并可以依照时间顺序对所获取的视频图像进行存储；其中的采集范围，在本实施例中指的是一条车道上一定行车距离的范围；即便拍摄模块能够拍摄到该条车道一侧或两侧车道上的交通信息，也不用于该条车道上后续的处理；

上述的拍摄模块210可以由任何能够进行视频图像采集的采集装置来替代，例如，摄像头或者监视器等等；

优选地，该拍摄模块210可以是黑白摄像机，也可以是彩色摄像机(可以拍摄彩色图像的摄像机)，也可以是拍摄灰度图像的摄像机；区别在于，对于彩色摄像机，需要对所获取的彩***图像变换成黑白视频图像或者灰度视频图像；获取黑白视频图像或者灰度视频图像的目的，是可以简化后续的处理；

对比模块220，与该拍摄模块210相连，用于对时间上连续的第一视频图像和第二视频图像(其中第一视频图像在前，第二视频图像在后)进行对比，获得该车辆在该车辆通行方向上的平均速度，并将该平均速度视为该车辆通行方向上的车流速度；

对比模块220还可以用于获得第二视频图像中车辆数相对于第一视频图像中车辆数的变化量ΔN，如果该变化量ΔN小于0(即第一视频图像中的车辆数大于第二视频图像中的车辆数)，则说明在该第一和第二视频图像相隔的采集时间间隔T内，该车辆通行方向上车辆能够顺利通行，否则说明该车辆通行方向上在该采集时间间隔T内可能发生堵塞现象；

对比模块220判定出此时该车辆通行方向可能发生堵塞现象(即前述的变化量ΔN大于等于0)时，进一步地可以判断该采集时间间隔T是否处于该车辆通行方向的该车行方向属于禁止通行状态(即，通常为红灯，可以结合信号灯状态信号所处时间来判断，或者可以结合信号灯切换的信号来判断)，如果是的话，对于此次结果可以不做任何处理，否则判断第一视频图像和第二视频图像中的该车辆是否相同，即判断特征点是否相同，如果是，则可以确定该车辆通行方向处于堵塞状态，否则根据该车行距离以及该采集时间间隔T获得车流速度。

上述对比模块220可以对第一和第二视频图像中的车辆进行边缘提取，确定两幅视频图像中每个车辆的轮廓特征，根据该轮廓特征对第一视频图像和第二视频图像进行比对；根据该车辆轮廓点还可以获得每一幅视频图像中的车辆数。对比模块220进行边缘提取前，可以通过对视频图像的模糊处理以快速进行车辆的边缘提取。其中的模糊处理，是指利于从视频图像中识别出车辆的轮廓特征的图像处理，比如突出视频图像中图像值(如灰度图像的灰度值)急剧变化的部分，而忽略图像值变化不大的部分。

提取模块210对车辆进行边缘提取可以选用现有技术中的边缘提取方法，其中，边缘提取方法中的算子可以选用拉普拉斯算子、Prewitt算子、Sobel算子、Robert算子、Canny算子等等；优选地可以选用Canny算子，可以得到效果较为完整的边缘提取结果。

图2所示实施例中还可以包括一策略模块240，与该对比模块220相连，用于根据该车流速度以及预定的该车辆通行方向上的最小车流速度确定该车辆通行方向上车辆通行策略；比如判断该车流速度是否大于等于预定的该车辆通行方向上的最小车流速度；如果是则表明该车辆通行方向当前的车流速度快于设计值，可以不做处理；否则表明该车辆通行方向当前的车流速度过慢；为了防止该车辆通行方向上堵塞程度进一步地加剧，可以向信号灯控制模块发送一控制信号，指示信号灯控制模块执行延长该车辆通行方向上禁止通行的时间，且延长与该方向相异的另一个方向车辆通行方向上允许通行的时间，以缓解该另一个方向的道路压力。

利用上述拍摄模块210获取实时的视频图像，优选地可以根据所允许的存储空间来设定采集时间间隔，从而较优化的、甚至最优化的在满足检测需要的情况下减少数据处理量，提高数据处理效率。

更优选地，上述拍摄模块210可以用于确定采集时间间隔与交通信号灯中指示放行(允许通行)的指示灯(通常为绿灯)的持续点亮时间相同，且与绿灯的切换时间同步，由此以便于能够更有效率地对车流量数据进行分析比对，省略了指示禁行的指示灯持续点亮期间的工作，能够方便地比较出一次允许通行的过程中某个道路中车辆的数量变化。

此外，上述对比模块220还可以用于利用车辆的轮廓特征信息，获取允许车辆通行的信号灯点亮期间的车辆排队长度(比如在绿灯开启前的车辆排队情况以及绿灯关闭后的车辆排队情况)，即，所述图像中最后一个车辆尾部至路口的距离。由此可以从整体上获取整个道路的车行状况。

本发明所提出的技术方案对于视频图像的成像质量要求较低，只需要所获取的视频图像能够对采集范围内的车辆进行整体辨识即可，而不需要对车辆具体的细节特征(例如，车身颜色、车牌号码等)进行清楚的识别。相比现有技术而言，本发明技术方案降低了对视频图像的成像质量要求，也即降低了对图像拍摄模块成像分辨率和像素等的要求，与现有技术中所采用的数字视频图像和人工模式识别等技术所需要的高精度摄像设备相比较，成本明显降低。

本发明在对车辆进行边缘提取处理过程中，可以包括对视频图像的模糊处理，该模糊处理利于从视频图像中识别出车辆的轮廓特征，便于快速进行车辆的边缘提取处理，比如突出视频图像中图像值(如灰度图像的灰度值)急剧变化的部分，而忽略图像值变化不大的部分。这与现有技术中所采用的数字视频图像和人工模式识别的技术相比较，也是一个完全不同的处理过程。现有技术中通常的方式是首先对所采集的视频图像通过锐化等处理手段使得图像更加清楚，以提高图像的可识别度，从而来识别出车辆的多个显著特征点，并提高模式识别的精度。需要说明的是，采用两种截然相反的图像处理方式是由于所需要达到的目的不同而导致的。该模糊处理与现有技术中的锐化等处理，不仅处理方式和思想明显不一样，而且处理的难度也不一样，本发明技术方案所采用的该模糊处理相比现有技术中的锐化等处理，显然更容易实现，而且中间所需的计算过程更少，降低了对成像设备的精度和硬件要求。

利用图1所示出的车流速度检测方法，可以确定道路交叉路口的各个车辆通行方向的车流速度。如图3所示，本发明交通信号灯控制方法实施例主要包括如下步骤：

步骤S301，实时获取车辆通行方向上一采集范围的视频图像；

步骤S302，对时间上连续的第一视频图像和第二视频图像进行对比，通过确定第二视频图像中某一车辆在第一视频图像中的位置，获得该车辆通行方向上的车流速度；

步骤S303，根据车流速度及预设的下限速度，确定车辆通行方向上的切换策略；

步骤S304，根据切换策略控制车辆通行方向上信号灯的切换。

图3a为本发明交通信号灯控制方法应用实例的流程示意图。结合图1所示的车流速度检测方法实施例、图2所示的车流速度检测装置实施例，图3a所示的交通信号灯控制方法应用实例示例性地对说明如何根据所测知的第一通行方向(如东西方向)的车流速度(以下以第一车流速度A表示)和第二通行方向(如南北方向)的车流速度(以下以第二车流速度B表示)来进行交通信号灯的切换控制。

并且，预设第一车流速度的最小值为A_min，第二车流速度的最小值为B_min，当A＜A_min时，认为第一通行方向车流不畅，B＜B_min时，认为第二通行方向车流不畅。

如图3a所示，该交通信号灯控制方法应用实例主要包括如下步骤：

步骤S310，实时获取第一通行方向上一采集范围的视频图像；

步骤S320，实时获取第二通行方向上一采集范围的视频图像；

步骤S330，分别在第一通行方向上和第二通行方向上，对时间上连续的第一视频图像和第二视频图像进行对比，通过确定第二视频图像中某一车辆在第一视频图像中的位置，分别获得第一通行方向上的第一车流速度A和第二通行方向上的第二车流速度B；

步骤S340，根据该第一车流速度A、第二车流速度B、该第一通行方向上的第一下限速度A_min和该第二通行方向上的第二下限速度B_min，确定第一通行方向上的第一切换策略，和第二通行方向上的第二切换策略，其中：

当A＞A_min，且B＞B_min时，说明第一通行方向和第二通行方向均顺畅，该第一切换策略和第二切换策略均表示无需调整信号灯变换周期中每个信号灯的控制时间；

当A＜A_min，且B＞B_min时，说明第一通行方向受阻，但是第二通行方向畅通，此时可以在一个信号灯变换周期内适当减少第一通行方向上的车辆通行时间，相应地增加第二通行方向上的车辆通行时间，第一切换策略的内容是向第一通行方向车道上的信号灯控制模块发送增加禁止车辆通行信号灯点亮时间的信号，该信号灯控制模块可以按照某个时间步长增加点亮时间，例如，增加10秒(s)点亮时间，同时，第二切换策略的内容是向第二通行方向车道上的信号灯控制模块发送减少禁止车辆通行信号灯点亮时间的信号，该信号灯控制模块可以按照某个时间步长减少点亮时间，例如，减少10秒(s)点亮时间；

当B＜B_min，且A＞A_min时，说明第二通行方向受阻，但是第一通行方向畅通，此时可以在一个信号灯变换周期内适当减少第二通行方向上的车辆通行时间，相应地增加第一通行方向上的车辆通行时间，第一切换策略的内容是向第一通行方向车道上的信号灯控制模块发送减少禁止车辆通行信号灯点亮时间的信号，该信号灯控制模块可以按照某个时间步长减少点亮时间，例如，减少10秒(s)点亮时间，同时，第二切换策略的内容是向第二通行方向车道上的信号灯控制模块发送增加禁止车辆通行信号灯点亮时间的信号，该信号灯控制模块可以按照某个时间步长增加点亮时间，例如，增加10s点亮时间；

当B＜B_min，且A＜A_min时，说明第一通行方向和第二通行方向均不畅通，此时，根据预置的优先通行策略确定该第一切换策略和第二切换策略的内容，比如选择延长第一通行方向或者第二通行方向之一的车道上车辆允许通行时间；该优先通行策略可以是：主干道优先原则，或者选定车辆排队长度较短的方向优先通行原则，或者将优先通行方向的允许通行时间与另一方向允许通行时间设定为一比例值，同时改变两个允许通行时间。其中的优先通行策略是指，根据交叉路口的通行特点或者道路等级等确定的某一通行方向上的车辆，在同等条件下可以先于另一通行方向上的车辆。

步骤S350，根据该第一切换策略，控制该第一通行方向上信号灯的切换，并根据该第二切换策略，控制该第二通行方向上信号灯的切换。

由图3a所示的应用实例可以得出，根据道路车流量的实时状况可以及时调整路***通信号灯的点亮时间，由此能够动态地调整道路车行状况，而无需人工干预，从而有效提高交通资源率，减轻道路压力。

图3a所示出的交通信号灯控制方法应用实例仅仅是示意性的，在实际中可以根据需要来控制信号灯的切换方向及时间，例如进一步地包括直行和转弯等方向上信号灯的相关控制。

由于第一通行方向和第二通行方向都有两个单行方向(如东西方向分为东向单行方向和西向单行方向，南北方向分为南向单行方向和北向单行方向)。在一些实际应用中，同一个通行方向上的两个单行方向上，允许通行的时间长度并不相等(比如每个信号灯变换周期中，东向单行方向的允许通行时间为60秒，而西向单行方向的允许通行时间为45秒)，所以图3a所示的应用实例并不以这种应用情形为例，而是针对更加简单和普通的应用情形，即：同一个通行方向上两个单行方向上，相同信号灯的点亮和关闭时刻都相同，来说明本发明中的交通信号灯控制方法应用实例。

对于同一个通行方向上的两个单行方向上允许通行的时间长度并不相等的应用情形，可以分别获取每个单行方向上的车流速度，并利用如图3a所示的控制原理，即可容易获得本发明交通信号灯控制方法的另一些实施例和/或应用实例。

进一步地，步骤S310和步骤S320还可以分别获取两个通行方向上的排队长度，利用通信网络(包括有线通信网络或者无线通信网络例如GPRS等)将某个路口的实时通行状况(包括两个通行方向上的车流速度和排队长度)传送到指定的通信节点，例如，传送到同一通行方向上邻近的下一个路***通灯控制模块，使其能够对由于下一路***通不畅而影响本路口的通行状况进行预判。具体地说，如果本地的路***通灯控制模块接到下一个路口某个方向车流速度过慢的信息之后，为了缓解该方向可能出现的拥堵状况，可以按照预置的策略减少该方向车辆允许通行的时间，由此可以实现多个路口的连续的自动超前调节，有效地减缓路网压力，合理调节交通流，缩短车辆出行时间，提高交通路网管控能力。

上述步骤S310中获取该第一车流速度A的步骤可以包括，确定该第一通行方向上的车辆的轮廓特征，根据该第一通行方向上的车辆的轮廓特征对该第一通行方向上的车辆进行边缘提取，确定该第一通行方向上的车辆的速度，将该第一通行方向上的车辆的速度作为该第一车流速度A。

上述步骤S320中获取该第二车流速度B的步骤可以包括，确定该第二通行方向上的车辆的轮廓特征，根据该第二通行方向上的车辆的轮廓特征对该第二通行方向上的车辆进行边缘提取，确定该第二通行方向上的车辆的速度，将该第二通行方向上的车辆的速度作为该第二车流速度B。

进一步地，还可以利用通信网络将某个路口的实时通行状况传送到诸如交通监控中心等管理通信节点以对某个区域的整个交通状况进行整体掌控和调整。

如图4所示，本发明交通信号灯控制***实施例主要包括拍摄模块401、对比模块402、决策模块403及控制模块404，其中：

拍摄模块401，用于实时获取车辆通行方向上一采集范围的视频图像；

对比模块402，与该拍摄模块401相连，用于对时间上连续的第一视频图像和第二视频图像进行对比，通过确定第二视频图像中某一车辆在第一视频图像中的位置，获得车流速度；

决策模块403，与该对比模块402相连，用于根据车流速度及预设的下限速度，确定车辆通行方向上的切换策略；

控制模块404，与该决策模块403相连，用于根据切换策略控制车辆通行方向上信号灯的切换。

图4所示的交通信号灯控制***实施例还可以包括一传输模块405，与该对比模块402相连，该传输模块405利用通信网络将包括该车流速度在内的实时通行状况发送到指定的通信节点，如同一通行方向上邻近的下一个路***通灯控制模块或者交通监控中心等，以使该通信节点根据该实时通行状况实现自动超前调节以及路网交通调节等管理措施。

图4a为本发明交通信号灯控制***应用实例的组成示意图。结合图3a所示的方法应用实例，图4a所示的应用实例主要包括第一获取模块410、第二获取模块420、决策模块440以及控制模块450，其中：

第一拍摄模块410，用于实时获取第一通行方向上一采集范围的视频图像；

第二拍摄模块420，用于实时获取第二通行方向上一采集范围的视频图像；

对比模块430，与该第一拍摄模块410及第二拍摄模块420相连，用于分别在第一通行方向上和第二通行方向上，对时间上连续的第一视频图像和第二视频图像进行对比，通过确定第二视频图像中某一车辆在第一视频图像中的位置，分别获得第一通行方向上的第一车流速度A和第二通行方向上的第二车流速度B；

决策模块440，与该对比模块430相连，用于根据该第一车流速度A、第二车流速度B，以及预设的该第一通行方向上的第一下限速度A_min和该第二通行方向上的第二下限速度B_min，确定第一通行方向上的第一切换策略，和第二通行方向上的第二切换策略，其中：

当A＜A_min，且B＞B_min时，说明第一通行方向受阻，但是第二通行方向畅通，此时可以在一个信号灯变换周期内适当减少第一通行方向上的车辆通行时间，相应地增加第二通行方向上的车辆通行时间，第一切换策略的内容是向第一通行方向车道上的信号灯控制模块发送增加禁止车辆通行信号灯点亮时间的信号，该信号灯控制模块可以按照某个时间步长增加点亮时间，例如，增加10s点亮时间，同时，第二切换策略的内容是向第二通行方向车道上的信号灯控制模块发送减少禁止车辆通行信号灯点亮时间的信号，该信号灯控制模块可以按照某个时间步长减少点亮时间，例如，减少10秒(s)点亮时间；

当B＜B_min，且A＞A_min时，说明第二通行方向受阻，但是第一通行方向畅通，此时可以在一个信号灯变换周期内适当减少第二通行方向上的车辆通行时间，相应地增加第一通行方向上的车辆通行时间，第一切换策略的内容是向第一通行方向车道上的信号灯控制模块发送减少禁止车辆通行信号灯点亮时间的信号，该信号灯控制模块可以按照某个时间步长减少点亮时间，例如，减少10秒(s)点亮时间，同时，第二切换策略的内容是向第二通行方向车道上的信号灯控制模块发送增加禁止车辆通行信号灯点亮时间的信号，该信号灯控制模块可以按照某个时间步长增加点亮时间，例如，增加10s点无时间；

当B＜B_min，且A＜A_min时，说明第一通行方向和第二通行方向均不畅通，此时，根据预置的优先通行策略确定该第一切换策略和第二切换策略的内容，比如选择延长第一通行方向或者第二通行方向之一的车道上车辆允许通行时间；该优先通行策略可以是：主干道优先原则，或者选定车辆排队长度较短的方向优先通行原则，或者将优先通行方向的允许通行时间与另一方向允许通行时间设定为一比例值，同时改变两个允许通行时间。其中的优先通行策略是指，根据交叉路口的通行特点或者道路等级等确定的某一通行方向上的车辆，在同等条件下可以先于另一通行方向上的车辆；

控制模块450，与该决策模块440相连，用于根据该第一切换策略，控制该第一通行方向上信号灯的切换，并用于根据该第二切换策略，控制该第二通行方向上信号灯的切换。

其中该第一获取模块410用于确定该第一通行方向上的车辆的轮廓特征，根据该第一通行方向上的车辆的轮廓特征对该第一通行方向上的车辆进行边缘提取，确定该第一通行方向上的车辆的速度，将该第一通行方向上的车辆的速度作为该第一车流速度。

其中该第二获取模块420用于确定该第二通行方向上的车辆的轮廓特征，根据该第二通行方向上的车辆的轮廓特征对该第二通行方向上的车辆进行边缘提取，确定该第二通行方向上的车辆的速度，将该第二通行方向上的车辆的速度作为该第二车流速度。

图4a所示的交通信号灯控制***应用实例还可以包括一传输模块460，与该对比模块430相连，上述对比模块430还可以分别获取第一通行方向和第二通行方向上的排队长度，该传输模块460利用通信网络将包括该排队长度和第一车流速度A、第二车流速度B的实时通行状况发送到指定的通信节点，如同一通行方向上邻近的下一个路***通灯控制模块或者交通监控中心等，以使该通信节点根据该实时通行状况实现自动超前调节以及路网交通调节等管理措施。

本发明车流速度技术方案以及基于该车流速度技术方案的交通信号灯控制技术方案，只需要对连续拍摄的视频图像进行简单比对即可，不需要精确提取车辆的众多细节特征，降低了图像成像质量的要求，降低了设备的性能要求，使得***整体成本大大降低，而且整个过程处理中所进行运算的数据量较小，处理效率高。

本发明车流速度技术方案以及基于该车流速度技术方案的交通信号灯控制技术方案，不需要为车辆或者道路预先设置任何标志，而且也不需要对于现有设备进行复杂地改进，安装施工以及后期维护方便快捷，成本低廉。

本领域的技术人员应该明白，上述的本发明的各模块或各步骤可以用通用的计算装置来实现，它们可以集中在单个的计算装置上，或者分布在多个计算装置所组成的网络上，可选地，它们可以用计算装置可执行的程序代码来实现，从而，可以将它们存储在存储装置中由计算装置来执行，或者将它们分别制作成各个集成电路模块，或者将它们中的多个模块或步骤制作成单个集成电路模块来实现。这样，本发明不限制于任何特定的硬件和软件结合。

虽然本发明所揭露的实施方式如上，但所述的内容只是为了便于理解本发明而采用的实施方式，并非用以限定本发明。任何本发明所属技术领域内的技术人员，在不脱离本发明所揭露的精神和范围的前提下，可以在实施的形式上及细节上作任何的修改与变化，但本发明的专利保护范围，仍须以所附的权利要求书所界定的范围为准。

Claims

1.一种车流速度检测装置，其特征在于，包括拍摄模块以及对比模块，其中：

2.根据权利要求1所述的装置，其特征在于：

该对比模块用于通过确定该第二视频图像中的该某一车辆在该第一视频图像中的位置，获得该某一车辆在该车辆通行方向上的平均速度，将该平均速度视为该车辆通行方向上的该车流速度。

3.根据权利要求2所述的装置，其特征在于：

该对比模块用于对该第一视频图像和第二视频图像中的车辆进行边缘提取，确定车辆在该第一视频图像和第二视频图像中的轮廓特征，根据该轮廓特征确定该第二视频图像中的该某一车辆在该第一视频图像中的位置。

4.根据权利要求3所述的装置，其特征在于：

该对比模块用于对该第一视频图像和第二视频图像中的车辆进行所述边缘提取前，进一步对该第一视频图像和第二视频图像进行模糊处理。

5.根据权利要求1所述的装置，其特征在于：

该对比模块用于当所述第一视频图像和第二视频图像为彩色图像时，将所述彩色图像处理成黑白图像或者灰度图像，再进行所述对比。

6.一种交通信号灯控制***，用于根据车辆通行方向上的车流速度确定该车辆通行方向上信号灯的切换，其特征在于，该***包括如权利要求1至5中任一项权利要求所述的车流速度检测装置。

7.根据权利要求6所述的***，其特征在于，该***包括：

8.一种车流速度检测方法，其特征在于，包括：

实时获取车辆通行方向上一采集范围的视频图像；

9.根据权利要求8所述的方法，其特征在于，通过确定该第二视频图像中该车辆在该第一视频图像中的位置，获得该车流速度的步骤，包括：

10.根据权利要求9所述的方法，其特征在于，确定该第二视频图像中的该车辆在该第一视频图像中的位置的步骤，包括：

11.根据权利要求10所述的方法，其特征在于：

对该第一视频图像和第二视频图像中的车辆进行所述边缘提取前，进一步对该第一视频图像和第二视频图像进行模糊处理。

12.根据权利要求8所述的方法，其特征在于：

该第一视频图像和第二视频图像包括黑白图像或者灰度图像。

13.根据权利要求8所述的方法，其特征在于：

当所述第一视频图像和第二视频图像为彩色图像时，将所述彩色图像处理成黑白图像或者灰度图像，再进行所述对比。

14.一种交通信号灯控制方法，根据车辆通行方向上的车流速度确定该车辆通行方向上信号灯的切换，其特征在于，根据如权利要求8至13中任一项权利要求所述的车流速度检测方法获得该车辆通行方向上的车流速度。

15.根据权利要求14所述的方法，其特征在于：

当该车流速度小于该车辆通行方向上的下限速度时，控制该信号灯减少该车辆通行方向上的车辆通行时间。