交通信号灯的检测与识别

交通信号灯的检测与识别是无人驾驶与辅助驾驶必不可少的一部分，其识别精度直接关乎智能驾驶的安全。一般而言，在实际的道路场景中采集的交通信号灯图像具有复杂的背景，且感兴趣的信号灯区域只占很少的一部分，如下图所示。针对这些难点，国内外的众多研究者提出了相应的解决方案。总的来说，大多基于传统的图像处理方法；但目前也有用强学习能力的卷积神经网络去进行识别，但这类方法往往需要大量的训练样本避免过拟合的风险。截至目前的大多数方法都是在各种颜色空间中利用信号灯颜色的先验进行分割得到兴趣区域，然后再通过信号灯所特有的形状特征和角点特征等进行进一步的判定。比如，Masako Omachi等人提出在RGB色彩空间分割交通信号灯，使用HOUGH变换检测分割出的信号灯所在的圆形区域；徐成等提出在Lab色彩空间分割交通信号灯，使用模板匹配的方法识别交通信号灯的状态；谷明琴等则在HSV色彩空间中使用颜色直方图统计图像的H分量，确定交通信号灯的类型。本博客将基于传统的图像处理算法来进行交通信号灯的识别，重点介绍核心技术。

正如前面所述，道路场景的多变性与复杂性，使得如何快速、准确地检测与识别交通信号灯，并且有效滤除图像中的干扰区域是交通信号灯检测与识别的关键。在图像处理算法设计中，为了提高算法的准确性与时效性，一般只关注局部感兴趣区域而不是整个图像区域。鉴于此，提出一种基于颜色分割与特征匹配相结合的方法，主要分为如下三个步骤：

1. 颜色分割

为了消除噪声，光照等因素的干扰，首先对采集的图像进行直方图均衡化。即：对每一个通道(R,G,B)数据进行直方图均衡化，再合并为一个3通道图像。颜色特征是交通信号灯重要而显著的特征之一。要对交通信号灯进行颜色分割，首先要选择合适的色彩空间。RGB色彩空间中的R、G、B这3个分量之间相关性较高，受光照影响较大，不利于颜色分割。因此，对RGB这3个通道数据进行归一化，即 R=R./(R+G+B),G=G./(R+G+B),B=B./(R+