色盲人群開車輔助裝置

我同學(xué)的爸爸是一名色盲患者，只能“望車興嘆”，因?yàn)楦鶕?jù)我國相關(guān)規(guī)定，考駕照必須通過色覺檢測圖檢測。

有關(guān)資料顯示，色盲發(fā)生率在我國男性約為5%～8%、女性約為0.5%～1%，也就是說我國超過6 000萬人不能考取駕照。如何既不違反國家現(xiàn)有規(guī)定，又能圓色盲患者的開車夢？

一、設(shè)計(jì)分析

由于色盲人群無法準(zhǔn)確識別顏色，所以在遇到交通燈時無法做出正確的反應(yīng)。如果能把交通燈的顏色轉(zhuǎn)換為文字或聲音，就能解決這一問題。

為了幫助色盲人群識別交通燈的顏色，首先要將一個攝像頭固定在擋風(fēng)玻璃上，實(shí)時拍攝交通燈的顏色變化（可直接用行車記錄儀采集的圖像）。

由于攝像頭拍攝到的圖片包含很多信息，需將交通燈的圖像從中分割出來并對其進(jìn)行分析。根據(jù)《數(shù)字圖像處理》一書中的介紹，彩色圖像由RGB三通道信息組成，根據(jù)三通道的數(shù)值可以對交通燈的顏色做出正確的判斷。

判定交通燈的顏色之后，根據(jù)顏色選擇不同的聲音，通過語音提示讓司機(jī)根據(jù)交通燈的顏色變化做出正確的反應(yīng)。可利用USB充電口，直接插在車載USB口對該裝置充電。

裝置的示意圖如圖1所示。

二、項(xiàng)目原理

1.圖像分割

利用Hough圓檢測結(jié)合交通燈context信息，實(shí)現(xiàn)車載攝像頭對交通燈的分割。Hough圓檢測的原理如下。

使用（a，b，r）確定一個圓心為（a，b），半徑為 r的圓。設(shè)某個圓（a1，b1，r1）過點(diǎn)（x1，y1），則有（x1-a1）2 + （y1-b1）2 = r12 。過點(diǎn)（x1，y1）的所有圓可表示為（a1（i），b1（i），r1（i）），其中r1∈（0，∞），每一個i值都對應(yīng)一個不同的圓，（a1（i），b1（i），r1（i））表示無窮多個過點(diǎn)（x1，y1）的圓。

故可以得到，過點(diǎn)（x1，y1）的所有圓可表示為（a1（i），b1（i），r1（i）），過點(diǎn)（x2，y2）的所有圓可表示為（a2（i），b2（i），r2（i）），過點(diǎn)（x3，y3）的所有圓可表示為（a3（i），b3（i），r3（i））。

如果這三個點(diǎn)在同一個圓上，那么存在一個圓（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），即這三個點(diǎn)同時在圓（a0，b0，r0）上。三個圓錐面的交點(diǎn)A（a0，b0，r0）即是同時過這三個點(diǎn)的圓，從而得到圓的半徑r0及圓心坐標(biāo)（a0，b0）。

由圖3可知，AB為交通燈所在位置的垂線，BC為路面，stage2與stage1分別為汽車行駛過程，可以得到車載攝像頭中交通燈的先驗(yàn)信息。

（1）交通燈總是出現(xiàn)在車輛攝像頭的上半部分。

（2）交通燈三個圓相連，間隔很短。

通過Hough圓變換以及車載攝像頭中交通燈的context信息，就可將交通燈圖像分割出來。

2.顏色識別

由于彩色圖像有RGB三個通道，分別代表紅色、綠色、藍(lán)色，該裝置可以實(shí)時讀取視頻圖像，從中提取交通燈的部分圖像元素。每個圖像元素包含24個比特位，1～8位代表R通道的數(shù)值，9～16位代表G通道的數(shù)值，17～24位代表B通道的數(shù)值，每個通道的數(shù)值范圍是0～255。紅色元素對應(yīng)的RGB數(shù)值為（255，0，0），綠色元素對應(yīng)的RGB數(shù)值為（0，255，0），黃色元素對應(yīng)的RGB數(shù)值為（255，255，0）。

由于攝像頭像素精度和環(huán)境因素的限制，視頻圖像的元素數(shù)值不一定與理論值完全一致。但交通燈的顏色只有三種，可以設(shè)定兩個閾值TR=128和TG=128，TR代表R通道的閾值，TG代表G通道的閾值。

讀取元素的三通道數(shù)值后，當(dāng)R通道數(shù)值小于TR（128）時，即判定為綠色；當(dāng)R通道數(shù)值大于TR（128）時，再判斷G通道數(shù)值，當(dāng)G通道數(shù)值大于TG（128）時，即判定為黃色，否則判定為紅色。

3.聲音轉(zhuǎn)換

在該裝置內(nèi)預(yù)先存儲三種提示音，分別代表三種交通燈顏色：綠色代表通行，選用急促輕快的提示音；紅色代表停止，選用沉重緩慢的提示音；黃色代表注意，選用中性的聲音。（指導(dǎo)老師：楊 艷）