基于圖像識別的公交智能語音報站系統(tǒng)的設計與實現(xiàn)

王宜仁+李長凱+陳潤+嚴冬

【摘 要】提出了一種基于圖像識別技術的公交智能語音報站系統(tǒng)的設計方法。通過安裝在車輛前端的CCD攝像頭來獲取相距公交站臺一定距離的地面標志符，經(jīng)過圖像識別技術和單片機控制技術處理，獲取的路面圖像并識別地面標志符，然后啟動對應站點的語音播報及LED屏提示系統(tǒng)，從而實現(xiàn)公交車智能語音報站。實物作品仿真實驗表明，該設計能夠準確識別并正確播報公交站臺。

【關鍵詞】單片機；圖像識別；地面標識符

一、研究背景

目前，公交車報站系統(tǒng)主要有人工觸發(fā)語音報站器、無線信標語音報站器和GPS自動語音報站器等類型。

（一）人工觸發(fā)語音報站器

由駕駛員控制按鍵進行語音報站，通過內定程序來檢測按鍵次數(shù)來播報各站。需要人工參與，司機勞動強度過大，易分精力，有一定的局限性，效率較低。

（二）無線信標語音報站器

在每個公交車站牌處設置發(fā)射信標點，當公交車臨靠近站點時會收到此站點信標信號，公交車自動播報當前站點，離開站點后信號消失則進行預報下一站點，此報站器需要每個站點都組建無線發(fā)射信標，工程浩大、代價過高，當公交車數(shù)量多時各公交車之間會因為信號的接受不同而存在頻率干擾，影響正常報站。

（三）GPS自動語音報站器

這種報站器是在公交車上安裝GPS定位系統(tǒng)來自動識別站點位置并且播報各個站點。無線衛(wèi)星定位雖說報站精準，無須人工操作，無須建設任何車外設施，但是價格過于昂貴，目前無法普及。

二、系統(tǒng)總體設計結構

公交車通常按照特定路線行駛，在到達每一站點之前會提前播報到站提示語音，在駛離當前站點后會播報下一站點的提示語音?；谶@種情況，可以先對公交站點進行處理。

具體處理方法：距離某個站點前500米的路面設置特定的路面標識符。在公交車前端先安裝CCD攝像頭[1]，實時獲取路面圖像，同時單片機會對獲取的圖像進行處理，將獲得圖像數(shù)據(jù)與單片機內定程序進行對比，如果符合事先寫入單片機的標識符特征信息就觸發(fā)相應的語音播報系統(tǒng)。當公交車到達站點前識別到路面標識符就進行播報相應語音提示信息，離開站點后播報下一站點相應語音提示信息[2]，系統(tǒng)總體設計結構如圖1所示。

（一）建立路面模擬標識符

路面標識符建立會直接影響公交車在行駛過程中攝像頭識別的準確率。選取路面標識符方法如下：在距離站點前一定距離的路面印上長度為50cm、寬度為25cm的白色矩形（矩形的大小要根據(jù)實際情況選取）作為模擬的路面標識符。

（二） 圖像處理

公交車在行駛過程中，攝像頭采集的路面信息會實時經(jīng)過單片機的處理，從而獲取路面圖像數(shù)據(jù)。圖像處理過程包括圖像濾波、二值化、邊緣檢測等。以下圖像是根據(jù)全國大學生“飛思卡爾”智能車的賽道由攝像頭采集的圖像[3]，用來模擬現(xiàn)實路面。

對二值化圖像中標識符的識別過程如下：二值化后數(shù)據(jù)“0”代表黑色，數(shù)據(jù)“1”代表白色。假設攝像頭的分辨率為180*120。其中的180、120分別代表圖像的列數(shù)、行數(shù)。實驗中為了提高圖像的真實性應盡量選擇中間部分，在對圖像的預處理上，舍棄圖像邊緣部分的部分行和列，在模擬試驗中選取第70行～第100行、第10列～第170列作為圖像處理區(qū)域。單片機會對攝像頭采集回來的圖像進行逐行掃描，160列代表了160個像素點，每個像素點有黑白之分，而標識符在圖像中是一塊黑色的區(qū)域，也就是說如果攝像頭采集的圖像中有一塊像素點均為黑色，且這塊像素點的寬度符合事先寫入單片機的數(shù)據(jù)，就表明這塊黑色區(qū)域就是到站標識符[4]。

（三）語音播報

語音模塊采用WT588D語音模塊，它不僅可以作為一般語音芯片從片發(fā)聲，而且I/O口多，帶控制功能和外置FLASH存儲器，所以能做FLASH單片機[5]。WT588D語音芯片是一款功能強大的可重復擦除燒寫的語音芯片。配套WT588D VioceChip上位機操作軟件可隨意更換WT588D語音單片機芯片的任何一種控制模式，把信息下載到SPI-Flash上即可[6]。

（四）實時時鐘及LED顯示系統(tǒng)

本設計采用DS1302芯片配合單片機實現(xiàn)實時時鐘。LED顯示系統(tǒng)是先將公交車要顯示的信息編寫好，并且存入單片機的flash中。當公交車即將到達某一站點就會播報相應的提示語音。

三、實物仿真測試

利用本設計小車在模擬公交站臺的閉合環(huán)形仿真公交線路上行駛，路線上設置若干公交站臺，在每個站臺設置唯一識別的標識符。經(jīng)過反復多次測試，結果表明小車對站臺（地面標示符）識別率達到100%。

四、總結與展望

基于圖像識別技術的公交智能語音報站器，工作原理類似于人腦對看到的事物做出判斷一樣，具有實時智能化的特性。通過采集路面信息，識別距離站臺一定距離的標識符來確定前方是否即將到站，可以降低識別整個站臺的錯誤率，提高了到站播報的準確性。雖然到目前為止，圖像識別在實時性、準確性和性價比等方面仍有待提高，但是隨著現(xiàn)今圖像技術的飛躍發(fā)展，實時性、準確性必將大大增強。所以考慮到成本控制、裝配措施、維修簡易等因素，基于圖像識別技術的公交智能語音報站系統(tǒng)無需人工參與，自動實現(xiàn)站點識別、播放語音和顯示到站信息，容易實現(xiàn)、費用低廉、識別準確率高，市場潛力大。本設計相較于目前已有的公交報站系統(tǒng)而言，必將具有越來越明顯的競爭優(yōu)勢。

參考文獻：

[1] 艾寧，基于CCD攝像頭的智能車路徑識別及跟蹤研究[J].電子測量總技，2009.32（8）77-79.

[2] 王峰. 基于單片機的公交車自動報站器[D]. www.automationit.cn ， 2004.

[3] 卓晴，黃開勝，邵貝貝.學做智能車：挑戰(zhàn)“飛思卡爾”杯.北京：北京航空航

[4] 孫即祥，圖像處理[M].北京：科學出版社，2009：316-356

[5] 張培仁，孫力.C8051F系列單片機原理與應用[M].清華大學出版社.

[6] 黃智偉.全國大學生電子設計競賽電路設計[M].北京：北京航空航天大學出社，2006.

基金項目：

國家級創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)訓練計劃創(chuàng)新訓練項目（201512216031）； 省級重點教研項目 （2016jyxm0473）；大學生創(chuàng)客實驗室建設計劃 （2015ckjh116）。endprint