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色盲人群开车辅助装置

2017-08-04

发明与创新·中学生 2017年8期
关键词:提示音色盲交通灯

我同学的爸爸是一名色盲患者,只能“望车兴叹”,因为根据我国相关规定,考驾照必须通过色觉检测图检测。

有关资料显示,色盲发生率在我国男性约为5%~8%、女性约为0.5%~1%,也就是说我国超过6 000万人不能考取驾照。如何既不违反国家现有规定,又能圆色盲患者的开车梦?

一、设计分析

由于色盲人群无法准确识别颜色,所以在遇到交通灯时无法做出正确的反应。如果能把交通灯的颜色转换为文字或声音,就能解决这一问题。

为了帮助色盲人群识别交通灯的颜色,首先要将一个摄像头固定在挡风玻璃上,实时拍摄交通灯的颜色变化(可直接用行车记录仪采集的图像)。

由于摄像头拍摄到的图片包含很多信息,需将交通灯的图像从中分割出来并对其进行分析。根据《数字图像处理》一书中的介绍,彩色图像由RGB三通道信息组成,根据三通道的数值可以对交通灯的颜色做出正确的判断。

判定交通灯的颜色之后,根据颜色选择不同的声音,通过语音提示讓司机根据交通灯的颜色变化做出正确的反应。可利用USB充电口,直接插在车载USB口对该装置充电。

装置的示意图如图1所示。

二、项目原理

1.图像分割

利用Hough圆检测结合交通灯context信息,实现车载摄像头对交通灯的分割。Hough圆检测的原理如下。

使用(a,b,r)确定一个圆心为(a,b),半径为 r的圆。设某个圆(a1,b1,r1)过点(x1,y1),则有(x1-a1)2 + (y1-b1)2 = r12 。过点(x1,y1)的所有圆可表示为(a1(i),b1(i),r1(i)),其中r1∈(0,∞),每一个i值都对应一个不同的圆,(a1(i),b1(i),r1(i))表示无穷多个过点(x1,y1)的圆。

故可以得到,过点(x1,y1)的所有圆可表示为(a1(i),b1(i),r1(i)),过点(x2,y2)的所有圆可表示为(a2(i),b2(i),r2(i)),过点(x3,y3)的所有圆可表示为(a3(i),b3(i),r3(i))。

如果这三个点在同一个圆上,那么存在一个圆(a0,b0,r0),使得 a0 = a1(k)= a2(k)= a3(k),b0 = b1(k)= b2(k)= b3(k),r0 = r1(k)= r2(k)= r3(k),即这三个点同时在圆(a0,b0,r0)上。三个圆锥面的交点A(a0,b0,r0)即是同时过这三个点的圆,从而得到圆的半径r0及圆心坐标(a0,b0)。

由图3可知,AB为交通灯所在位置的垂线,BC为路面,stage2与stage1分别为汽车行驶过程,可以得到车载摄像头中交通灯的先验信息。

(1)交通灯总是出现在车辆摄像头的上半部分。

(2)交通灯三个圆相连,间隔很短。

通过Hough圆变换以及车载摄像头中交通灯的context信息,就可将交通灯图像分割出来。

2.颜色识别

由于彩色图像有RGB三个通道,分别代表红色、绿色、蓝色,该装置可以实时读取视频图像,从中提取交通灯的部分图像元素。每个图像元素包含24个比特位,1~8位代表R通道的数值,9~16位代表G通道的数值,17~24位代表B通道的数值,每个通道的数值范围是0~255。红色元素对应的RGB数值为(255,0,0),绿色元素对应的RGB数值为(0,255,0),黄色元素对应的RGB数值为(255,255,0)。

由于摄像头像素精度和环境因素的限制,视频图像的元素数值不一定与理论值完全一致。但交通灯的颜色只有三种,可以设定两个阈值TR=128和TG=128,TR代表R通道的阈值,TG代表G通道的阈值。

读取元素的三通道数值后,当R通道数值小于TR(128)时,即判定为绿色;当R通道数值大于TR(128)时,再判断G通道数值,当G通道数值大于TG(128)时,即判定为黄色,否则判定为红色。

3.声音转换

在该装置内预先存储三种提示音,分别代表三种交通灯颜色:绿色代表通行,选用急促轻快的提示音;红色代表停止,选用沉重缓慢的提示音;黄色代表注意,选用中性的声音。(指导老师:杨 艳)

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