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检测铁路交叉口的交通信号灯状态以解决交通违规问题

最近，我们面临着一个有趣的，看似简单但模棱两可的任务，即检测铁路交通信号灯的状态以解决交通违规问题。问题出在与铁路自动化的连接是一个复杂的过程，需要大量的批准，并且铺设相应的电缆也需要资本成本。一种替代方法是从CCTV摄像机检测交通灯的状态，并根据来自摄像机的数据记录交通违章的事实。



在事先设定目标并商定了测试软硬件设施以检测受管制的铁路道口交通违规的计划之后，我们选择了Oktyabrskaya铁路工程中心作为测试对象。在那里实施了铁路道口的完整模型，在该模型上安装了摄像头和用于修复违规行为的综合设施：







在布局上显示红绿灯的情况下调试和测试视频分析的过程



目标：



  • 在摄像机视场的十字路口检测交通信号灯的状态
  • 通过红色信号灯识别并记录号码，通过交叉路口固定车辆通道


所使用的硬件和软件复合体的组成：



  1. IP摄像机，2 MP
  2. 工业PC室外机箱Micro，2 GB RAM，CPU Intel Atom x5，VPU Movidius
  3. 开关
  4. 用于检测和识别车辆状态牌照的EDGE软件


交通灯状态检测算法：



  1. 从摄像机接收RTSP流
  2. 将流切成帧
  3. 确定信号灯状态的检测区域
  4. 获取每盏灯的亮度值（以N帧/秒为单位）
  5. 按阈值对亮度值进行二值化
  6. 在整个N帧/秒的分析间隔内检查反相灯的工作情况
  7. 以N帧/秒的实时延迟返回交通信号灯状态


在二进制化之前，检查灯是否反相：







二进制化之后：



0 0 0 0 1 1 1 1 0 0 0 0 0 1 1 1 1 0 0 0 0 1 1 1 1

1 1 1 1 1 0 0 0 0 1 1 1 1 0 0 0 0 1 1 1 1 0 0 0 0



演示检测器操作：



使用对象视频分析检测铁路交通信号灯的状态



我们在实施时遇到的问题：



  1. 您无法简单地检测该区域的颜色值或红色量，因为在夜间，相机会打开红外照明，并且图像会变成黑白。
  2. 即使在测量亮度值时，也不能仅使用一个灯泡的数据，因为例如车辆紧急停车信号或方向指示灯的闪烁会固定灯泡中的反射，并使亮度上下平滑变化。显然，可以将其与波长相关联，但这并不能消除从外部远程影响交通灯状态的简单可能性。
  3. 有时交通信号灯无法正常工作，并且有必要将二值化后的随机发射降至最低，例如，当两个灯同时点亮为红色或亮度值以恒定但衰减较小的方式逐步变化时，这种情况是可以接受的。




铁路交通信号灯工作的期望与现实



解决方案优势：



  1. 缺乏资本成本和电缆铺设许可
  2. 无需与铁路自动化集成
  3. 在现场可以快速启动的可能性（摄像机安装，区域标记，工业操作）
  4. 是否可以对视频档案进行后处理数据
  5. 一天中不同时间的操作稳定性（比较一段时间内亮度变化的测量值和颜色检测时）


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