基于行人檢測的自適應巴士發車控制箱的制作方法
【專利摘要】本實用新型涉及一種基于行人檢測的自適應巴士發車控制箱，包括箱體、亮度傳感器、CMOS視覺傳感器、移動硬盤和MSP430單片機，亮度傳感器、CMOS視覺傳感器、移動硬盤和MSP430單片機都設置在箱體上，亮度傳感器用于確定圖像處理所使用的參考圖像，CMOS視覺傳感器用于對交通路口進行拍攝以獲得高清路口圖像，移動硬盤用于存儲與圖像處理相關的數據，MSP430單片機用于基于高清路口圖像的分析確定巴士發車控制信息。通過本實用新型，能夠基于行人數量的采集自適應控制附近巴士線路的發車頻率，從而進一步優化城市資源配置。
【專利說明】
基于行人檢測的自適應巴士發車控制箱
技術領域
[0001]本實用新型涉及控制箱領域，尤其涉及一種基于行人檢測的自適應巴士發車控制箱。
【背景技術】
[0002]1829年7月4日，英國人George Shillibeer的巴士出現于倫敦街頭，沿新建的“新路” (New Road)往返柏丁頓Paddington與銀行地帶，經停約克郡Yorkshire Stingo，每日每個方向4班。不到十年，這一服務法國、英國及美國東岸各大城市(如巴黎、里昂、倫敦、紐約)得到普及。
[0003]巴士對社會影響巨大，對城市發展起著最基本的推動作用的。巴士使市民體驗到彼此間前所未有的接近，也縮短城市和鄰近村鎮間的距離、往來頻繁。
[0004]然而，在現有技術中，巴士的發車頻率難以控制，最準確的控制方案是基于附近交通路口人流進行實時控制，然而難點在于巴士站臺的人流的檢測，城市內公共空間本身有限，如果在每一個交通路口增加一套新的數據采集設備和數據通信設備對人流數量進行實時采集和傳送，容易導致原本有限的公共空間更加不足，
[0005]因此，需要一種自適應巴士發車控制方案，能夠對每一個交通路口的現有控制箱進行結構改造和優化，增加數據采集功能和數據通信功能以實現對交通路口處的人流數量的實時采集和傳送，以將確定的發車密度通過無線通信鏈路發送給交通路口地址附近巴士線路歸屬的巴士車隊管理平臺。
【實用新型內容】
[0006]為了解決上述問題，本實用新型提供了一種基于行人檢測的自適應巴士發車控制箱，在現有的控制箱中增加人流檢測設備和數據通信設備，在數據通信設備中，基于行人數量確定交通路口地址的客流指數，基于客流指數確定交通路口地址附近巴士線路的發車密度，并基于交通路口地址將確定的發車密度通過無線通信鏈路發送給交通路口地址附近巴士線路歸屬的巴士車隊管理平臺。
[0007]根據本實用新型的一方面，提供了一種基于行人檢測的自適應巴士發車控制箱，所述控制箱包括箱體、亮度傳感器、CMOS視覺傳感器、移動硬盤和MSP430單片機，亮度傳感器、CMOS視覺傳感器、移動硬盤和MSP430單片機都設置在箱體上，亮度傳感器用于確定圖像處理所使用的參考圖像，CMOS視覺傳感器用于對交通路口進行拍攝以獲得高清路口圖像，移動硬盤用于存儲與圖像處理相關的數據，MSP430單片機用于基于高清路口圖像的分析確定巴士發車控制信息。
[0008]更具體地，在所述基于行人檢測的自適應巴士發車控制箱中，包括:控制箱主體，包括箱體、防水式門結構和散熱結構和控制箱無線通信設備;箱體采用厚度為1.5毫米的冷乳鋼板并具有加筋板和肋板;防水式門結構包括內門、外門、門鉸鏈、防水膠條和門限位器，外門采用雙折邊結構，用于增加外門四邊的強度并增強防水功能，門鉸鏈為3個合金鉸鏈，用于將外門與箱體連接，門限位器安裝在內門上，用于在內門打開或關閉時實現內門的自適應鎖緊限位，防水膠條設置在外門內側壁上;散熱結構包括軸流風機、排氣孔、進氣孔和防塵濾網，軸流風機設置在箱體頂壁內側中央位置，用于加速箱體內外氣體的交換，排氣孔設置在箱體的上方，進氣孔設置在箱體的下方，防塵濾網設置在進氣孔上;亮度傳感器，嵌入在箱體上，用于檢測環境亮度，根據環境亮度確定并輸出對應的環境亮度等級;CMOS視覺傳感器，嵌入在箱體上，用于對交通路口進行拍攝，以獲得高清路口圖像，高清路口圖像的分辨率為3840 X 2160;移動硬盤，設置在箱體內，用于預先存儲多個基準亮度路口圖像，每一個基準亮度路口圖像對應一個環境亮度等級，每一個基準亮度路口圖像為在對應環境亮度等級下CMOS視覺傳感器對交通路口在無任何行人狀態下進行預先拍攝所獲得的圖像，移動硬盤還用于預先存儲交通路口地址、預設差值閾值、縱橫比范圍和對稱度范圍，縱橫比范圍為對多個基準行人圖像進行縱橫比計算后統計的范圍，對稱度范圍為對多個基準行人圖像進行對稱度計算后統計的范圍；背景選擇設備，設置在箱體內，與亮度傳感器和移動硬盤分別連接，基于當前時刻亮度傳感器輸出的環境亮度等級在移動硬盤中尋找對應的基準亮度路口圖像并作為目標背景圖像輸出；背景復雜度檢測設備，設置在箱體內，與CMOS視覺傳感器連接，用于接收高清路口圖像，并計算高清路口圖像中像素顏色變化的劇烈程度以作為背景復雜度輸出;運動區域檢測設備，設置在箱體內，與CMOS視覺傳感器、移動硬盤、背景選擇設備和背景復雜度檢測設備分別連接，基于背景復雜度確定第一權重值和第二權重值，第一權重值和第二權重值之和為I，背景復雜度越大，第一權重值越小，第二權重值越大，通過CMOS視覺傳感器接收當前時刻的高清路口圖像和當前時刻下一秒的高清路口圖像，分別作為第一高清路口圖像和第二高清路口圖像，將第一高清路口圖像的每一個像素的灰度值減去第二高清路口圖像中對應位置的像素的灰度值并取絕對值以獲得第一絕對值，將第一高清路口圖像的每一個像素的灰度值減去目標背景圖像中對應位置的像素的灰度值并取絕對值以獲得第二絕對值，第一權重值與第一絕對值相乘以獲得第一乘積，第二權重值與第二絕對值相乘以獲得第二乘積，當第一乘積與第二乘積都是非零且第一乘積與第二乘積之間的差值的絕對值小于預設差值閾值時，第一高清路口圖像的對應像素被確定為運動像素，否則，第一高清路口圖像的對應像素被確定為靜止像素，將第一高清路口圖像中所有運動像素組成的圖像作為運動圖像輸出，運動圖像由一個或多個運動區域組成；圖像形態學處理設備，設置在箱體內，與運動區域檢測設備連接，用于接收運動圖像，并對每一個運動區域進行去噪處理以獲得去噪子圖像，填補去噪子圖像內部空洞并連接去噪子圖像內的斷點以獲得整形子圖像，輸出一個或多個整形子圖像;特征提取設備，設置在箱體內，與圖像形態學處理設備連接，提取每一個整形子圖像的橫向最大像素數量和縱向最大像素數量，將縱向最大像素數量除以橫向最大像素數量以獲得縱橫比，并計算每一個整形子圖像的對稱度;MSP430單片機，設置在箱體內，與特征提取設備和移動硬盤分別連接，將每一個整形子圖像的縱橫比和對稱度分別與縱橫比范圍和對稱度范圍進行比較，當整形子圖像的縱橫比落在縱橫比范圍內且對稱度落在對稱度范圍時，對應的整形子圖像被確定為行人子圖像，計算行人子圖像的個數并作為行人數量輸出；控制箱無線通信設備與MSP430單片機和移動硬盤分別連接，接收行人數量和交通路口地址，基于行人數量確定交通路口地址的客流指數，基于客流指數確定交通路口地址附近巴士線路的發車密度，并基于交通路口地址將確定的發車密度通過無線通信鏈路發送給交通路口地址附近巴士線路歸屬的巴士車隊管理平臺。
[0009]更具體地，在所述基于行人檢測的自適應巴士發車控制箱中:控制箱無線通信設備嵌入在箱體外表面上。
[0010]更具體地，在所述基于行人檢測的自適應巴士發車控制箱中:行人數量越多，交通路口地址的客流指數越大，交通路口地址附近巴士線路的發車密度越頻繁。
[0011 ]更具體地，在所述基于行人檢測的自適應巴士發車控制箱中:控制箱無線通信設備包括邏輯控制器和時分雙工通信接口。
[0012]更具體地，在所述基于行人檢測的自適應巴士發車控制箱中:背景選擇設備、背景復雜度檢測設備和運動區域檢測設備被集成在一塊集成電路板上。
【附圖說明】
[0013]以下將結合附圖對本實用新型的實施方案進行描述，其中:
[0014]圖1為根據本實用新型實施方案示出的基于行人檢測的自適應巴士發車控制箱的結構方框圖。
[0015]圖2為根據本實用新型實施方案示出的基于行人檢測的自適應巴士發車控制箱的控制箱無線通信設備的結構方框圖。
[0016]附圖標記:I箱體;2亮度傳感器;3CM0S視覺傳感器;4移動硬盤;5MSP430單片機;6邏輯控制器;7時分雙工通信接口
【具體實施方式】
[0017]下面將參照附圖對本實用新型的基于行人檢測的自適應巴士發車控制箱的實施方案進行詳細說明。
[0018]最初，城市巴士大都由載貨汽車底盤改裝而成，現代城市巴士的底盤一般都是根據客車的要求專門設計和制造而成。發達國家的城市巴士，均已實行無人售票，因此裝有收款機或驗票機，從而提升上下乘客的速度，提高巴士的運行效率。
[0019]但是，城市的巴士車隊在發車時經常會出現這樣的困擾:如果發車太頻繁，則浪費公共交通資源，提高了巴士車隊的運營成本，然而，如果發車太慢，則站臺上等車的乘客過多，給城市居民的出行帶來極大的不便。現有技術中缺乏這樣的自適應發車控制方案，各個巴士車隊只好根據經驗來判斷各個交通路段在各個時間段的乘客數量，然而，交通路段的人流數量是實時變化的，與歷史經驗有可能大相徑庭，這樣的控制方式是不科學的。
[0020]為了克服上述不足，本實用新型搭建了一種基于行人檢測的自適應巴士發車控制箱，能夠檢測出每一個交通路段的實時人流數量，以判斷出附近的巴士的發車頻率，從而實現巴士發車頻率的自適應控制，避免城市公交資源浪費或不足的情況發生。
[0021]圖1為根據本實用新型實施方案示出的基于行人檢測的自適應巴士發車控制箱的結構方框圖，所述控制箱包括箱體、亮度傳感器、CMOS視覺傳感器、移動硬盤和MSP430單片機，亮度傳感器、CMOS視覺傳感器、移動硬盤和MSP430單片機都設置在箱體上，亮度傳感器用于確定圖像處理所使用的參考圖像，CMOS視覺傳感器用于對交通路口進行拍攝以獲得高清路口圖像，移動硬盤用于存儲與圖像處理相關的數據，MSP430單片機用于基于高清路口圖像的分析確定巴士發車控制信息。
[0022]接著，繼續對本實用新型的基于行人檢測的自適應巴士發車控制箱的具體結構進行進一步的說明。
[0023]所述控制箱包括:控制箱主體，包括箱體、防水式門結構和散熱結構和控制箱無線通信設備。
[0024]箱體采用厚度為1.5毫米的冷乳鋼板并具有加筋板和肋板;防水式門結構包括內門、外門、門鉸鏈、防水膠條和門限位器，外門采用雙折邊結構，用于增加外門四邊的強度并增強防水功能，門鉸鏈為3個合金鉸鏈，用于將外門與箱體連接，門限位器安裝在內門上，用于在內門打開或關閉時實現內門的自適應鎖緊限位，防水膠條設置在外門內側壁上。
[0025]散熱結構包括軸流風機、排氣孔、進氣孔和防塵濾網，軸流風機設置在箱體頂壁內側中央位置，用于加速箱體內外氣體的交換，排氣孔設置在箱體的上方，進氣孔設置在箱體的下方，防塵濾網設置在進氣孔上。
[0026]所述控制箱包括:亮度傳感器，嵌入在箱體上，用于檢測環境亮度，根據環境亮度確定并輸出對應的環境亮度等級;CMOS視覺傳感器，嵌入在箱體上，用于對交通路口進行拍攝，以獲得高清路口圖像，高清路口圖像的分辨率為3840 X 2160。
[0027]所述控制箱包括:移動硬盤，設置在箱體內，用于預先存儲多個基準亮度路口圖像，每一個基準亮度路口圖像對應一個環境亮度等級，每一個基準亮度路口圖像為在對應環境亮度等級下CMOS視覺傳感器對交通路口在無任何行人狀態下進行預先拍攝所獲得的圖像，移動硬盤還用于預先存儲交通路口地址、預設差值閾值、縱橫比范圍和對稱度范圍，縱橫比范圍為對多個基準行人圖像進行縱橫比計算后統計的范圍，對稱度范圍為對多個基準行人圖像進行對稱度計算后統計的范圍。
[0028]所述控制箱包括:背景選擇設備，設置在箱體內，與亮度傳感器和移動硬盤分別連接，基于當前時刻亮度傳感器輸出的環境亮度等級在移動硬盤中尋找對應的基準亮度路口圖像并作為目標背景圖像輸出。
[0029]所述控制箱包括:背景復雜度檢測設備，設置在箱體內，與CMOS視覺傳感器連接，用于接收高清路口圖像，并計算高清路口圖像中像素顏色變化的劇烈程度以作為背景復雜度輸出。
[0030]所述控制箱包括:運動區域檢測設備，設置在箱體內，與CMOS視覺傳感器、移動硬盤、背景選擇設備和背景復雜度檢測設備分別連接，基于背景復雜度確定第一權重值和第二權重值，第一權重值和第二權重值之和為I，背景復雜度越大，第一權重值越小，第二權重值越大，通過CMOS視覺傳感器接收當前時刻的高清路口圖像和當前時刻下一秒的高清路口圖像，分別作為第一高清路口圖像和第二高清路口圖像，將第一高清路口圖像的每一個像素的灰度值減去第二高清路口圖像中對應位置的像素的灰度值并取絕對值以獲得第一絕對值，將第一高清路口圖像的每一個像素的灰度值減去目標背景圖像中對應位置的像素的灰度值并取絕對值以獲得第二絕對值，第一權重值與第一絕對值相乘以獲得第一乘積，第二權重值與第二絕對值相乘以獲得第二乘積，當第一乘積與第二乘積都是非零且第一乘積與第二乘積之間的差值的絕對值小于預設差值閾值時，第一高清路口圖像的對應像素被確定為運動像素，否則，第一高清路口圖像的對應像素被確定為靜止像素，將第一高清路口圖像中所有運動像素組成的圖像作為運動圖像輸出，運動圖像由一個或多個運動區域組成。
[0031]所述控制箱包括:圖像形態學處理設備，設置在箱體內，與運動區域檢測設備連接，用于接收運動圖像，并對每一個運動區域進行去噪處理以獲得去噪子圖像，填補去噪子圖像內部空洞并連接去噪子圖像內的斷點以獲得整形子圖像，輸出一個或多個整形子圖像。
[0032]所述控制箱包括:特征提取設備，設置在箱體內，與圖像形態學處理設備連接，提取每一個整形子圖像的橫向最大像素數量和縱向最大像素數量，將縱向最大像素數量除以橫向最大像素數量以獲得縱橫比，并計算每一個整形子圖像的對稱度。
[0033]所述控制箱包括:MSP430單片機，設置在箱體內，與特征提取設備和移動硬盤分別連接，將每一個整形子圖像的縱橫比和對稱度分別與縱橫比范圍和對稱度范圍進行比較，當整形子圖像的縱橫比落在縱橫比范圍內且對稱度落在對稱度范圍時，對應的整形子圖像被確定為行人子圖像，計算行人子圖像的個數并作為行人數量輸出。
[0034]控制箱無線通信設備與MSP430單片機和移動硬盤分別連接，接收行人數量和交通路口地址，基于行人數量確定交通路口地址的客流指數，基于客流指數確定交通路口地址附近巴士線路的發車密度，并基于交通路口地址將確定的發車密度通過無線通信鏈路發送給交通路口地址附近巴士線路歸屬的巴士車隊管理平臺。
[0035]可選地，在所述控制箱中:控制箱無線通信設備嵌入在箱體外表面上;行人數量越多，交通路口地址的客流指數越大，交通路口地址附近巴士線路的發車密度越頻繁；以及如圖2所示，控制箱無線通信設備可包括邏輯控制器和時分雙工通信接口 ；背景選擇設備、背景復雜度檢測設備和運動區域檢測設備可被集成在一塊集成電路板上。
[0036]另外，CM0S(ComplementaryMetal-Oxide-Semiconductor)，中文學名為互補金屬氧化物半導體，他本是計算機系統內一種重要的芯片，保存了系統引導最基本的資料。CMOS的制造技術和一般計算機芯片沒什么差別，主要是利用硅和鍺這兩種元素所做成的半導體，使其在CMOS上共存著帶N(帶-電)和P(帶+電)級的半導體，這兩個互補效應所產生的電流即可被處理芯片紀錄和解讀成影像。后來發現CMOS經過加工也可以作為數碼攝影中的圖像傳感器。
[0037]對于獨立于電網的便攜式應用而言，以低功耗特性而著稱的CMOS技術具有一個明顯的優勢:CMOS圖像傳感器是針對5V和3.3V電源電壓而設計的。而CCD芯片則需要大約12V的電源電壓，因此不得不采用一個電壓轉換器，從而導致功耗增加。在總功耗方面，把控制和系統功能集成到CMOS傳感器中將帶來另一個好處:他去除了與其他半導體元件的所有外部連接線。其高功耗的驅動器如今已遭棄用，這是因為在芯片內部進行通信所消耗的能量要比通過PCB或襯底的外部實現方式低得多。
[0038]CMOS傳感器也可細分為被動式像素傳感器(Passive Pixel Sensor CMOS)與主動式像素傳感器(Active Pixel Sensor CMOS)。
[0039]被動式像素傳感器(Passive Pixel Sensor，簡稱PPS)，又叫無源式像素傳感器，他由一個反向偏置的光敏二極管和一個開關管構成。光敏二極管本質上是一個由P型半導體和N型半導體組成的PN結，他可等效為一個反向偏置的二極管和一個MOS電容并聯。當開關管開啟時，光敏二極管與垂直的列線(Column bus)連通。位于列線末端的電荷積分放大器讀出電路(Charge integrating amplifier)保持列線電壓為一常數，當光敏二極管存貝士的信號電荷被讀出時，其電壓被復位到列線電壓水平，與此同時，與光信號成正比的電荷由電荷積分放大器轉換為電荷輸出。
[0040]主動式像素傳感器(Active Pixel Sensor，簡稱APS)，又叫有源式像素傳感器。幾乎在CMOS PPS像素結構實用新型的同時，人們很快認識到在像素內引入緩沖器或放大器可以改善像素的性能，在CMOS APS中每一像素內都有自己的放大器。集成在表面的放大晶體管減少了像素元件的有效表面積，降低了 “封裝密度”，使40%?50%的入射光被反射。這種傳感器的另一個問題是，如何使傳感器的多通道放大器之間有較好的匹配，這可以通過降低殘余水平的固定圖形噪聲較好地實現。由于CMOS APS像素內的每個放大器僅在此讀出期間被激發，所以CMOS APS的功耗比CXD圖像傳感器的還小。
[0041]采用本實用新型的基于行人檢測的自適應巴士發車控制箱，針對現有技術巴士隊發車頻率難以控制的技術問題，為了避免占用更多的城市公共資源，對每一個交通路口處的現有的控制箱進行優化設計，增加高精度的圖像識別設備和無線通信設備，建立邏輯清晰的基于人流數據的發車頻率控制邏輯，從而在方便城市居民出現的同時，實現了巴士車隊運營利益的最大化。
[0042]可以理解的是，雖然本實用新型已以較佳實施例披露如上，然而上述實施例并非用以限定本實用新型。對于任何熟悉本領域的技術人員而言，在不脫離本實用新型技術方案范圍情況下，都可利用上述揭示的技術內容對本實用新型技術方案做出許多可能的變動和修飾，或修改為等同變化的等效實施例。因此，凡是未脫離本實用新型技術方案的內容，依據本實用新型的技術實質對以上實施例所做的任何簡單修改、等同變化及修飾，均仍屬于本實用新型技術方案保護的范圍內。
【主權項】
1.一種基于行人檢測的自適應巴士發車控制箱，其特征在于，所述控制箱包括箱體、亮度傳感器、CMOS視覺傳感器、移動硬盤和MSP430單片機，亮度傳感器、CMOS視覺傳感器、移動硬盤和MSP430單片機都設置在箱體上，亮度傳感器用于確定圖像處理所使用的參考圖像，CMOS視覺傳感器用于對交通路口進行拍攝以獲得高清路口圖像，移動硬盤用于存儲與圖像處理相關的數據，MSP430單片機用于基于高清路口圖像的分析確定巴士發車控制信息。
【文檔編號】G08G1/01GK205486792SQ201620241246
【公開日】2016年8月17日
【申請日】2016年3月27日
【發明人】不公告發明人
【申請人】無錫智谷銳拓技術服務有限公司