基于图像识别的公交智能语音报站系统的设计与实现

王宜仁+李长凯+陈润+严冬

【摘 要】提出了一种基于图像识别技术的公交智能语音报站系统的设计方法。通过安装在车辆前端的CCD摄像头来获取相距公交站台一定距离的地面标志符，经过图像识别技术和单片机控制技术处理，获取的路面图像并识别地面标志符，然后启动对应站点的语音播报及LED屏提示系统，从而实现公交车智能语音报站。实物作品仿真实验表明，该设计能够准确识别并正确播报公交站台。

【关键词】单片机；图像识别；地面标识符

一、研究背景

目前，公交车报站系统主要有人工触发语音报站器、无线信标语音报站器和GPS自动语音报站器等类型。

（一）人工触发语音报站器

由驾驶员控制按键进行语音报站，通过内定程序来检测按键次数来播报各站。需要人工参与，司机劳动强度过大，易分精力，有一定的局限性，效率较低。

（二）无线信标语音报站器

在每个公交车站牌处设置发射信标点，当公交车临靠近站点时会收到此站点信标信号，公交车自动播报当前站点，离开站点后信号消失则进行预报下一站点，此报站器需要每个站点都组建无线发射信标，工程浩大、代价过高，当公交车数量多时各公交车之间会因为信号的接受不同而存在频率干扰，影响正常报站。

（三）GPS自动语音报站器

这种报站器是在公交车上安装GPS定位系统来自动识别站点位置并且播报各个站点。无线卫星定位虽说报站精准，无须人工操作，无须建设任何车外设施，但是价格过于昂贵，目前无法普及。

二、系统总体设计结构

公交车通常按照特定路线行驶，在到达每一站点之前会提前播报到站提示语音，在驶離当前站点后会播报下一站点的提示语音。基于这种情况，可以先对公交站点进行处理。

具体处理方法：距离某个站点前500米的路面设置特定的路面标识符。在公交车前端先安装CCD摄像头[1]，实时获取路面图像，同时单片机会对获取的图像进行处理，将获得图像数据与单片机内定程序进行对比，如果符合事先写入单片机的标识符特征信息就触发相应的语音播报系统。当公交车到达站点前识别到路面标识符就进行播报相应语音提示信息，离开站点后播报下一站点相应语音提示信息[2]，系统总体设计结构如图1所示。

（一）建立路面模拟标识符

路面标识符建立会直接影响公交车在行驶过程中摄像头识别的准确率。选取路面标识符方法如下：在距离站点前一定距离的路面印上长度为50cm、宽度为25cm的白色矩形（矩形的大小要根据实际情况选取）作为模拟的路面标识符。

（二） 图像处理

公交车在行驶过程中，摄像头采集的路面信息会实时经过单片机的处理，从而获取路面图像数据。图像处理过程包括图像滤波、二值化、边缘检测等。以下图像是根据全国大学生“飞思卡尔”智能车的赛道由摄像头采集的图像[3]，用来模拟现实路面。

对二值化图像中标识符的识别过程如下：二值化后数据“0”代表黑色，数据“1”代表白色。假设摄像头的分辨率为180*120。其中的180、120分别代表图像的列数、行数。实验中为了提高图像的真实性应尽量选择中间部分，在对图像的预处理上，舍弃图像边缘部分的部分行和列，在模拟试验中选取第70行～第100行、第10列～第170列作为图像处理区域。单片机会对摄像头采集回来的图像进行逐行扫描，160列代表了160个像素点，每个像素点有黑白之分，而标识符在图像中是一块黑色的区域，也就是说如果摄像头采集的图像中有一块像素点均为黑色，且这块像素点的宽度符合事先写入单片机的数据，就表明这块黑色区域就是到站标识符[4]。

（三）语音播报

语音模块采用WT588D语音模块，它不仅可以作为一般语音芯片从片发声，而且I/O口多，带控制功能和外置FLASH存储器，所以能做FLASH单片机[5]。WT588D语音芯片是一款功能强大的可重复擦除烧写的语音芯片。配套WT588D VioceChip上位机操作软件可随意更换WT588D语音单片机芯片的任何一种控制模式，把信息下载到SPI-Flash上即可[6]。

（四）实时时钟及LED显示系统

本设计采用DS1302芯片配合单片机实现实时时钟。LED显示系统是先将公交车要显示的信息编写好，并且存入单片机的flash中。当公交车即将到达某一站点就会播报相应的提示语音。

三、实物仿真测试

利用本设计小车在模拟公交站台的闭合环形仿真公交线路上行驶，路线上设置若干公交站台，在每个站台设置唯一识别的标识符。经过反复多次测试，结果表明小车对站台（地面标示符）识别率达到100%。

四、总结与展望

基于图像识别技术的公交智能语音报站器，工作原理类似于人脑对看到的事物做出判断一样，具有实时智能化的特性。通过采集路面信息，识别距离站台一定距离的标识符来确定前方是否即将到站，可以降低识别整个站台的错误率，提高了到站播报的准确性。虽然到目前为止，图像识别在实时性、准确性和性价比等方面仍有待提高，但是随着现今图像技术的飞跃发展，实时性、准确性必将大大增强。所以考虑到成本控制、装配措施、维修简易等因素，基于图像识别技术的公交智能语音报站系统无需人工参与，自动实现站点识别、播放语音和显示到站信息，容易实现、费用低廉、识别准确率高，市场潜力大。本设计相较于目前已有的公交报站系统而言，必将具有越来越明显的竞争优势。

参考文献：

[1] 艾宁，基于CCD摄像头的智能车路径识别及跟踪研究[J].电子测量总技，2009.32（8）77-79.

[2] 王峰. 基于单片机的公交车自动报站器[D]. www.automationit.cn ， 2004.

[3] 卓晴，黄开胜，邵贝贝.学做智能车：挑战“飞思卡尔”杯.北京：北京航空航

[4] 孙即祥，图像处理[M].北京：科学出版社，2009：316-356

[5] 张培仁，孙力.C8051F系列单片机原理与应用[M].清华大学出版社.

[6] 黄智伟.全国大学生电子设计竞赛电路设计[M].北京：北京航空航天大学出社，2006.

基金项目：

国家级创新创业训练计划创新训练项目（201512216031）； 省级重点教研项目 （2016jyxm0473）；大学生创客实验室建设计划 （2015ckjh116）。endprint