祝朝坤，李宗贤(郑州工商学院，河南 郑州 450000)
摘 要：依据树莓派为中心器材来规划的智能交通灯操控器，选用摄像头来实时的捕捉路口的相片，发送给树莓派，在树莓派上运转OpenCV视觉库来处理剖析路口车辆的数目。经过串口发送给STM32F103C8T6微操控器来设置红绿灯亮灭的时长，终究可以经过屏幕显现车流量，等候时刻等信息。设备可靠性高、实用性强、操作简略。
要害词：交通灯；树莓派；OpenCV
0 导言
国内运用和研讨城市交通操控体系的作业起步较晚，20世纪80年代以来，国家一方面进行以改善城市市中心交通为中心的 UTSM(urban traffic systemmanage)技能研讨；另一方面采纳引入与开发相结合的政策，建立了一些城市路途交通操控体系。以北京、上海为代表的大城市，交通操控体系首要是简易单点信号机、 SCOOT 体系、 TRANSYT体系和 SCATS 体系其间几个结合运用；而如湘潭、岳阳等国内中小城市，交通操控体系首要仍是运用国产的简易单点信号机和会集协调式信号机。 这些信号体系尽管取得了较好的作用，但我国实际情况决议了需求对这些体系进行改善。另外在一些城市中，有些红绿灯装有信号操控体系，在所有路途资源都充沛运用的条件下，红绿灯的转化频率只能按时刻分配，不行能让路途变得愈加晓畅，不能合理的红绿灯配时让路途的通行率大大下降，一起会延伸机动车和行人等候通行的时刻，下降了交通通行功率。比方路途东西方向的车辆现已通行结束，但关于南北方向的轿车来说，仍然处于红灯情况，不能通行，有必要比及绿灯。这段时刻就白白糟蹋掉了，阻碍了人们出行和作业；一起轿车在等候期间为的尾气排放，关于城市环境和市民的健康带来了巨大的危险；轿车在等候期间动力糟蹋；由于抢道而引发交通事故，等等一系列的问题。
1 功用概述及结构框图
产品为软硬件结合的城市交通路口智能调理设备，模仿了交通路口的环境情况。全体由树莓派3B，树莓派红外感光夜视摄像头，STM32F103RCT6最小体系板,等首要模块构成。依据树莓派运用OpenCV视觉库实时对收集到的路口图画进行处理，辨认路口的车辆情况，处理后的成果送下位机，下位机在各个时刻合理的智能调理红绿灯时刻的长短，及时缓解路口的拥堵的设备。如图1所示
该交通通路口辨认设备具有学习功用，有必定的数据剖析功用力。可以实时对路口的情况进行图画收集与辨认剖析，辨认后的数据会以必定的时刻距离发送到树莓派中。上位机经过调用摄像头实时的对路口的车流量进行检测辨认，并且将车辆数量信息，红绿灯等候时刻，拥堵情况等显现在屏幕上。辨认的成果发送到人机交互的下位机中。下位机担任驱动红绿灯，合理的规划红绿灯的时刻距离。然后必定程度缓解交通拥堵情况。
经过对晴天，阴天，雨天等，不同的天气情况来每一个小时收集一张路口没有车辆的相片作为模板，然后经过树莓派的视频流实时的收集相片，将收集的相片和与他时刻，天气情况相对应的模板做比照。然后运用OpenCV视觉库对实时收集到图片与模板进行图片相减，降噪滤波，图片的灰度，阈值化，漫水填充，二值化等，终究经过一系列的算法对图画处理，依据处理得到的车辆长度，巨细，色彩等，来判别出路口车辆的多少。然后经过串口将数据发送给下位机，下位机经过一系列的运算之后得出合理的红绿灯时长，然后经过引脚来操控红绿灯。
2 设备硬件规划及原理图
2.1 全体外部结构
在树莓派上运转依据Python的OpenCV的视觉库，用来处理数据。树莓派端接有摄像头，屏幕，下位机STM32F103RCT6中心板。摄像头担任十字路口的图画收集；屏幕担任进行人机交互，显现路口车辆信息与等候时刻；下位机担任操控红绿灯情况。如图 31所示
2.2 树莓派
在主控方面我挑选了树莓派。树莓派(RaspberryPi)是只要信用卡巨细的微型电脑，其体系依据Linux。当然还可以挑选比较简略一些的OpenMV来进行图画处理，不过OpenMV处理才能有限，进行数据量大或许实时性要求高的图画处理的话就绰绰有余了。因而设备的软件方面就调用OpenCV视觉库来处理图画，需求强壮的运算速度和内存，选用了树莓派来做为处理器。直接在官网下载镜像烧录之后运转，体系里面直接就预装了许多编译软件，这儿是直接运用Python言语来进行编译，此次规划中是经过Python脚本言语来调用OpenCV视觉库来完结处理，然后在经过操控树莓派引脚的硬件串口功用将处理得到的数据发给下位机。
2.3 STM32F103RCT6中心板
在红绿灯的操控板挑选上有F4和F1两个系列。比较与F4，F1价格方面优惠许多，还有F4尽管功用愈加的强壮，内部资源也更丰厚，可是此设备由F1来操控彻底可以担任，防止形成资源的糟蹋。因而挑选了STM32F103RCT6，主频是72 MHz，这个中心板是64引脚的，并且体积小，可以将它装置在红绿灯内部进行操控。在软件方面，可以运用规范库来进行编写代码，操作简略。次此设备首要用到它的定时器，引脚，串口，中止等资源。首要是选用中心板来操控红绿灯的亮灭和数码管的倒计时，经过串口接收到树莓派发来的数据之后，在中止里面进行判别，确定是有用的信息的话就回来给主函数，运算之后经过引脚输出来操控红绿灯的亮灭，和数码管显现时刻。
2.4 CSI摄像头
在摄像头的挑选上有一般的USB摄像头和CSI摄像头。可是经过实验发现USB摄像头像素低，存在电源无法带动的问题，并且夜间拍照作用差，还有USB摄像头，占USB带宽，CPU运用率会高一些。所以便选用了树莓派CSI摄像头，CSI的CPU运用率会低一些，并且装备起来免驱动，愈加便利。一起具有红外夜视，红外灯补光，可调焦等功用，在各个时刻段都可以明晰的获取路面的图画。
2.5 首要原理图
首要原理图如图3。
3 设备软件规划
首要选用数字图画处理又称为核算机图画处理，它是指将图画信号转化成数字信号并运用核算机对其进行处理的进程。用核算机进行图画处理的条件是图画有必要以数字格局存储， 把以数字格局寄存的图画称之为数字图画。数字图画处理技能得到了广泛的运用。在日常日子中见到的图画一般是接连方式的模仿图画，所以数字图画处理的一个先决条件便是将接连图画离散化，转化为数字图画。图画的数字化包含采样和量化两个进程。
3.1 上位机图画处理
加载原始图画，获取图画的高和宽。进行低通滤波处理，进行滤波去掉噪声和铲除布景。转化成灰度图，此刻方针图画周围有写不润滑，还有一些噪声，因而进行开闭运算，得到比较润滑的方针，接着转化成二值图以便于获取图画的概括，终究进行概括提取，抓取到方针。再经过对概括外形无限迫临，删除非要害点、得到轮 廓 的 关 键点。终究经过过图画几许距是图画的几许特征，高阶几许距中心化之后具有特征不变性，发生弧距输出，用于形状匹配等操作，这儿咱们经过核算一阶几许距得到指定概括的中心位。如图 4所示：
3.2 上位机屏幕显现数据
屏幕运用的是7英寸高清屏，是直接运用树莓派上的HDMI接口来进行扩展的，数据是经过STM32中心板核算出来的红绿灯时刻长短经过串口回来给树莓派的，然后在树莓派上经过调用Python的GUI库来实时的在屏幕上显现不一起刻段的路面车辆情况，和红黄绿灯的详细时刻，以便更好地进行人机交互。如图 4图 5所示。
4 设备的优势
4.1 比较传统交通灯更高效更安全
本设备加快了轿车经过路口功率，缓解城市交通拥堵问题。设备经过对城市红绿灯的有用实时调控，依据车流量的改变规则，给出相应的红绿灯最佳操控计划。
然后缓解城市交通压力并在必定程度上处理塞车，堵车问题，一起还能削减尾气的排放，使市民出行愈加便利，安全，便利。
4.2 装置本钱
低传统的红绿灯改形成智能交通灯优点许多，但关于才智红绿灯的改造大都是“部分”的。由于现在受制于改形本钱(一个路口的才智信号灯改造需求挨近100万元)，要在大城市全面推动才智信号灯改造，好像并不实际。咱们的产品运用树莓派作为主控板，大大下降了开发本钱，并且经测验，其也可以长时刻的安稳作业，可靠性高、保护便利、扩展功用也较强。
5 定论
在跟着人工智能、物联网等新一代信息技能加快运用，开展智能交通也将是极其重要的一环。假如没有智能化交通网络的支撑，才智城市建设也就无法顺畅打开。因而，智能交通概念走向落地是燃眉之急。而其间，无论是打造智能交通管理体系，仍是着力处理路途拥堵，智能交通灯的规划又是其要害所在。因而，该规划为智能交通设备的运用供给了宽广的开展前景。
参考文献
[1]石松泉，盖累夫．智能交通路口操控器的规划.核算机工程与运用.2004(2):26-27.
[2]王志.智能交通信号灯操控器.立异科技，2007(10).
[3]岳浩.Linux操作体系教程[M].北京:机械工业出书社，2005.
[4]顶峰, 陈雄, 陈婉秋. 依据树莓派B＋微处理器的视频检测盯梢体系[J]. 电视技能, 2015, 39(19):105-108.
[5]刘瑞祯，于仕琪.OpenCV 教程——根底篇[C].北京:航空航天大学出书社,2007.06.
[6]李弼程，彭天强.智能图画处理技能.北京：电子工业出书，2004.
[7]张若愚.Python科学核算.北京：清华大学出书社.2012.
本文来源于科技期刊《电子产品世界》2020年第01期第56页，欢迎您写论文时引证，并注明出处。
