Водитель любого транспортного средства принимает за минуту огромное количество решений. И следить за обстановкой приходится тоже очень внимательно. Машины вокруг, дорожная разметка и знаки, правильное использование органов управления – все это делать одновременно не то что сложно, а очень сложно. Пока автомобилист наберется опыта и сможет контролировать обстановку вокруг себя более уверенно пройдет масса времени и есть всегда есть вероятность того, что может произойти ДТП.

Система распознавания дорожных знаков призвана помочь водителям в повседневной езде и немного ослабить давление на мозг человека, особенно когда он уставший за рулем.

Основное назначение

Стоит понимать, что большинство ДТП происходит по вине водителя, который не соблюдает скоростной режим. А делается это зря, так как ограничения вводятся не просто так: скорость автомобиля должна быть такой, чтобы водитель мог успеть выполнить все принимаемые им решения, будь то маневр или экстренное торможение. Поэтому и начались разработки специальных систем, которые могут помочь водителю принимать решение или контролировать свои действия. Сейчас система распознавания дорожных знаков встречается на разных автомобилях, в том числе и таких дорогих, как BMW, Mercedes-Benz, Audi, Ford, Opel, Volkswagen и еще многие другие. Эта технология является одной из основных в системе безопасности автомобиля, которой сейчас комплектуется большинство автомобилей. Примером можно назвать Opel Eye от, соответственно, Опель. Эта система признана одной из лучших на протяжении нескольких последних лет. Mercedes-Benz же назвали свою систему Speed Limit Assist, а специализируется она на предупреждении водителя о превышении им скоростного лимита на данном участке дороге в конкретное время.

Конструкция системы

Как правило, все эти конструкции от любого производителя имеют типичный набор инструментов и устройств в своем распоряжении.

Связано это банально с тем, что для работы нужны просто одинаковые приспособления. В их число входят:

• Специальная чувствительная видеокамера.
• Экран или некое другое приспособление, на котором система отчитывается перед водителем.
• Блок управления, который и выполняет основную работу.

Видеокамера располагается рядом с ветровым стеклом в салоне автомобиля. На некоторых моделях, где эта возможность интегрирована во весь автомобиля камера может быть спрятана где-то под стеклом или, например, в уплотнителе стекла, чтобы камера не заслоняла часть лобового стекла и не закрывала обзор. Камер направлена так, чтобы ей было удобно снимать пространство впереди машины, в местах, где стоят знаки по ходу движения, то есть немного справа от дороги. Далее, отснятое видео передается в блок управления, микропроцессор которого в режиме реального времени анализирует его содержимое. Также эта камера используется и другими системами безопасности, такими как система обнаружения пешеходов, на проезжей части и система помощи движения по ряду или полосе в потоке машин.

Алгоритм распознавания

Электронный блок управления системы инициирует специальный механизм, программно заложенный в его систему. В виде последовательности его можно представить так:

1. Опознавание формы дорожного знака (а они у нас бывают очень разные).
2. Определение надписи на знаке.
3. Распознавание цвета знака.
4. Проверка наличия таблички информации.

Разберем принцип работы этого алгоритма на примере знака ограничения скорости движения, распознавание которого и ориентировано большинство автомобилей. Сначала технология опознает знак круглой формы, затем его цветовое сочетание: красное с белым. Следующим становится распознавание надписи, которая есть на знаке, то есть цифра максимально допустимой скорости. Теперь блок анализирует скорость автомобиля, с которой он едет в данный момент и, если есть различие, информирует водителя о превышении максимально допустимой скорости на данном участке дороги. Если же превышения нет, то знак просто высвечивается на приборной панели автомобиля, как бы информирую водителя о том, что знак был распознан.

Очень интересным новшеством является совместная работа системы распознавания дорожных знаков вместе с навигатором автомобиля.

Если навигатор достаточно продвинут, то распознавание знаков будет ориентироваться по навигатору, там ведь тоже есть перечень всех знаков, что будут на маршруте. Так что даже, если камера не успеет засечь знак по какой-то причине – он все равно будет выведен на приборную панель, а водитель будет проинформирован о своем превышении. Как видим, система распознавания знаков является серьезным подспорьем любому водителю – как опытному, так и новичку. В разных ситуациях эта система может помочь сориентироваться в обстановке и принять правильное решение.

Да Нет

Отправить свою хорошую работу в базу знаний просто. Используйте форму, расположенную ниже

Студенты, аспиранты, молодые ученые, использующие базу знаний в своей учебе и работе, будут вам очень благодарны.

Подобные документы

Дорожные условия как фактор, определяющий надежность работы водителя. Оценка влияния, качества, правильности установки и информативности дорожных знаков и иных сооружений на безопасность дорожного движения. Назначение и классификация дорожных знаков.

дипломная работа , добавлен 11.12.2009


Особенности и формы маршрутного ориентирования в городах. Установка знаков на пересечениях в одном уровне. Принципы размещения и проектирования дорожных знаков индивидуального проектирования. Компоновка и расчет знаков индивидуального проектирования.

курсовая работа , добавлен 08.12.2008


Общая характеристика дорожных знаков: предупреждающие, приоритетные, запрещающие, предписывающие, информационные, сервисные и знаки дополнительной информации. Анализ эффективности работы технических средств организации дорожного движения на перекрестке.

курсовая работа , добавлен 19.12.2011


Правила перехода на перекрестке, пешеходном переходе или другом участке дороги. Изучение дорожных знаков для водителей транспортных средств. Регулирование движения светофором на дорогах. Значение в городе наземных и подземных переходов для пешеходов.

презентация , добавлен 14.02.2014


Исследование дорожных условий и схемы организации дорожного движения в месте совершения ДТП. Механизм развития ДТП по версии участников ДТП. Определение скорости движения автомобиля перед торможением и минимально допустимой дистанции между автомобилями.

курсовая работа , добавлен 01.03.2010


Виды дорожной разметки. Расчёт геометрических параметров. Перечисление и обоснование применения разметки на проектируемой развязке. Перечисление и обоснование применения знаков на проектируемой развязке. Правила применения дорожных знаков, разметки.

курсовая работа , добавлен 21.06.2010


Метод выявления опасных участков дороги на основе анализа данных о дорожно-транспортных происшествиях (ДТП). Метод коэффициентов аварийности. Основные виды ДТП. Анализ основных характеристик дорожных условий и эксплуатационного состояния дороги.

курсовая работа , добавлен 08.10.2014

Сталкивается с необходимостью принятия множества решений в течение минуты. Кроме того, с особой внимательностью нужно наблюдать за обстановкой на дороге. Отслеживать перемещение автомобилей вокруг, следить за разметкой трассы и знаками, соответствующим использованием их органами управления, чрезвычайно трудно. До тех пор, когда водитель приобретёт необходимый опыт и будет способен осуществлять уверенный контроль обстановки во время движения, пройдёт большое количество времени и постоянно присутствует риск аварийной ситуации.

Главное предназначение системы

Следует отметить, что большая часть возникает ввиду неправильного поведения водителя, не соблюдающего требуемый скоростной режим. И это напрасно, поскольку введение ограничений придумано не просто так: автомобиль должен следовать с такой скоростью, чтобы у водителя было время правильно среагировать на изменения обстановки дорожного движения, независимо совершая манёвр либо экстренно тормозя. Именно это и спровоцировало разработку систем специального назначения, оказывающих помощь шофёру в принятии решений либо регулировании его действий. Системой распознавания , иное название которой Traffic Sign Recognition, оснащают свои модели большинство брендовых автопроизводителей, БМВ, Вольво и пр. Подобное устройство на автомобилях марки Opel является составляющей комплекса Opel Eye. Такого рода разработку считают одним из наилучших открытий в сфере автомобильной безопасности две тысячи десятого года. Производители Mercedes-Benz дали название своей установке по определению знаков дорожного движения - Speed Limit Assist (что означает контроль за скоростью), а Volvo - RSI (система информирования).

Представленный вид технологии является самым главным в комплексе , что входит в комплектацию большей части современных машин.

Системные компоненты

Зачастую любая вариация Traffic Sign Recognition от любой компании изготовителя состоит из типичного инструментария и оборудования. Это обуславливается необходимостью для функционирования любой системы такого рода наличия приборов одинакового характера, представленных:

• специально предназначенной видеокамерой повышенной чувствительности;
• дисплеем либо иного рода устройством, выводящим сведения системы для автовладельца;
• блоком управления, выполняющим главную часть работы.

Видеокамеру размещают возле ветрового стекла внутри автомобильного салона. В ряде моделей, где такая система является встроенной в авто, камера может скрываться где-то под оконным стеклом либо, к примеру, в области уплотнителя. Направление камеры необходимо задавать такое, чтобы ей хорошо было видно обзор пространства перед машиной, на участках, где располагают дорожные знаки, вдоль дороги немного правее от трассы. В последующем снятое видео поступает для обработки на управляющий блок, микропроцессором которого осуществляется одновременный анализ содержимого. К тому же такую камеру применяют и иные разработки безопасности: в виде установки выявления пешехода на дороге и системы помощи передвижения в ряду либо по полосе при большом автомобильном потоке.

Специфика функционирования

Посредством электронного управляющего блока системы TSR осуществляется инициирование специального механизма, который заложен в программу системы. Поэтапность процедур заключается:

• в распознавании особенностей формы дорожного знака;
• определении надписей на табличке знака;
• опознавании цветового оттенка знака;
• проверке присутствия информирующей таблички.

Рассмотрим особенности функционирования настоящей последовательности на примере знаков об ограничении скоростного режима движения, на определение которого и направлены системы распознавания дорожных знаков большей части авто. Первостепенно установкой опознаются знаки, имеющие круглую форму, после этого сочетание его оттенков - красного с белым. Затем распознаётся надпись, присутствующая на табличке, а именно показатель предельно допустимого значения скорости. Далее, блоком выполняется анализ скорости непосредственно движения конкретного авто и, в случае наличия различий, водителю подаётся сигнал о превышении предельно разрешённого скоростного режима на конкретном участке трассы. В случае же отсутствия нарушений образ знака просто появляется на дисплее панели приборов машины, таким образом сообщая водителю о распознавании дорожного знака.

Новшеством в системе распознавания дорожных знаков выступает совместное функционирование с автомобильным навигатором.

Traffic Sign Recognition усовершенствованного типа сообщает водителю не только об ограничителях скорости, но и прочих знаках, регулирующих дорожное движение. Наряду с указателями, запрещающими обгон, отдельными знаками об информации дополнительного характера, системой распознаются знаки, указывающие:

• на запрещение движения без остановки;
• запрещение въезда;
• о главной дороге (окончании её);
• о преимуществе машин, движущихся по встречной полосе либо напротив;
• на необходимость уступить путь;
• о конце зоны со всеми ограничениями;
• о начале (конце) населённого пункта;
• о начале (конце) автомагистрали;
• на въезд в жилую зону.

Ряд знаков, представленных в перечне выше, не выводятся на дисплей. Согласование информации о знаках, что распознаны, происходит с системой навигации и текущими показателями движения машины. В конечном счёте системой передаются сведения водителю об обстановке на дороге и обеспечивается безопасное движение.

Таким образом, такого рода система безопасности выступает существенной помощью для любого водителя - как опытного, так и новичка. Она способствует правильности реакции автовладельца и принятию соответствующего решения.

Современные мегаполисы кишат большим количеством автомобилей. Из-за этого у любого приезжего возникает масса трудностей и неприятностей, вплоть до дорожно-транспортного происшествия. Дело в том, что не каждый знает особенности города, где располагаются дорожные знаки и что они означают. Для подобных ситуаций инженеры и придумали систему для распознавания дорожных знаков. Теперь водителю не придется особо смотреть по сторонам, следить за всеми дорожными знаками.

Что это за система?

Чтобы облегчить жизнь водителей, инженеры придумали довольно интересную систему для распознавания дорожных з наков. Ее главная задача состоит в предупреждении водителя о приближающемся дорожном знаке, перекрестке и так далее. Теперь у вас не будет возникать проблем и трудностей по поводу пропущенного знака.

Стоит отметить, что название системы может немного отличаться, все зависит от производителя и особенностей видения. Но, в общем, встречается аббревиатура TSR , которая расшифровывается как Traffic Sin Reconition . Применяется у таких производителей как , , и многих других.

К небольшой особенности следует отнести компанию Opel . Дело в том, что система распознавания знаков сразу же внедряется в комплекс Opel Eye , что довольно удобно и практично. В 2010-м году подобная система получила большое количество положительных отзывов не только от экспертов, но и простых водителей. За все время существования системы уменьшилось количество дорожно-транспортных происшествий. В систему входит не только распознавание знаков и пешеходов, но и автоматическая парковка.

Что касается компании Mercedes - Benz , то здесь система имеет особенность в ограничении скоростного режима. Теперь водитель не сможет превышать положенную скорость, даже на несколько километров. Специалисты отмечают, что система может быть как самостоятельной, так и входить в целый комплекс по защите и предупреждению.

Из чего состоит система

Отдельного внимания заслуживают компоненты системы, из чего она состоит. Практически каждый производитель использует следующий список:

· Видеокамера, которая устанавливается на ветровое стекло;

· Центральный блок для управления;

· Дисплей, чтобы выводить информацию.

Конечно, список может дополняться, все зависит от производителя и его желания. Специалисты отмечают, что подобное расположение камеры, на уровне головы водителя, является оптимальным. Ведь за счет такого подхода система без особого труда считывает информацию и передает ее на дисплей транспортного средства. Камера выполнена с применением качественной оптики, материалов и технологий.

Всего существует два поколения системы:

· Первое только информирует водителя о приближающемся знаке. Оно способно распознать знак ограничения скорости, запрета на обгон;

· Второе помимо считывания информации показывает, что нарушил водитель и где именно. Может распознавать знак движения без остановки запрещено, жилой зоны, начала и конца населенных пунктови преимущества движения.

Что касается второго поколения, то здесь применяется умный блок управления с операционной системой. При необходимости система обновляется, чтобы пополнять количество знаков.

Как работает система?

Что касается самого принципа работы, то здесь нет ничего сложного. Основным является камера, которая устанавливается на лобовое стекло. Она снимает весь путь водителя, в любое время года и суток. Камера крепится на стороне пассажира и сверху от водителя. Расположение может варьироваться в зависимости от особенностей дорожного движения. Камера способна распознавать пассажиров, что довольно удобно.

Полученная информация передается на центральный блок транспортного средства. Далее действия варьируются в зависимости от поколения. Если у водителя имеется только первое поколение, то происходит сравнение с базой и выдача знака на дисплей. Если второе поколение, то помимо выдачи знака и сравнения с базой данной водитель получает полную информацию о возможном нарушении. При таком подходе можно сразу понять, придется ли тратить деньги на штраф или нет.

Специалисты отмечают, что современная система распознавания знаков запоминает сразу несколько действий. Дело в том, что в настоящее время существует большое количество знаков с продолжительным действием. Если подобное не учитывать, то возникнет масса неприятностей.

Многие говорят, что следующее поколение системы получит возможность не только считывать знаки, но и использовать правило дорожного движения, давать рекомендации в некоторых ситуациях. Подобное понадобится новичкам, кто только сел за руль транспортного средства.

Вывод

Система распознавания знаков пользуется большой популярностью. Она облегчает жизнь водителей, позволяет предотвращать неприятные ситуации.

Введение

С каждым годом количество автомобилей в мире возрастает, соответственно возрастает и количество дорожно-транспортных происшествий. В связи с этим все больше внимания уделяется автомобильным системам интеллектуальной обработки информации и принятия решений. Инженерами разных стран мира разработано множество систем активной безопасности для автомобилей таких, как ABS (антиблокировочная система), EBD (система распределения тормозных усилий), ESP (система динамической стабилизации автомобиля) и многие другие. Одной из наиболее современных является система распознавания дорожных знаков и дорожной разметки, функциональные возможности которой заключаются в оповещении водителя о наличии дорожных знаков в поле зрения камеры и предупреждении о приближении к опасным участкам дороги.

Идентификация дорожных знаков относится к актуальной и сложной научно-практической задаче распознавания образов. В настоящее время в этой области ведутся интенсивные исследования. Результатом этих работ стало появление коммерческих интеллектуальных систем, основной особенностью которых является закрытость алгоритма функционирования. Серийные автомобили, оснащенные системой распознавания дорожных знаков и дорожной разметки, появились на рынке в 2010 – 2011 гг. Однако многие системы подобного рода основаны на алгоритмах с высокой ресурсоемкостью, что затрудняет их использование в системах реального времени.

Цель данной работы заключается в разработке алгоритма, осуществляющего распознавание дорожных знаков ограничения скорости, основной особенностью которого является высокая скорость обработки кадров (не менее 10 кадров/с). Достижение этой цели подразумевает решение следующих задач: преобразование цветового пространства; удаление шумов; выделение областей интереса; верификация объектов интереса; идентификация дорожного знака .

Преобразование цветового пространства кадров видеосигнала

Все дорожные знаки ограничения скорости имеют два общих признака – контур красного цвета и круглую форму знака (рис. 1). Поэтому первой стадией обработки кадров видеосигнала является выделение областей красного цвета.

Рис. 1. Дорожные знаки ограничения скорости

Входной видеосигнал состоит из последовательности изображений (кадров), каждое из которых представлено в цветовом пространстве RGB и фактически представляет собой матрицу размерностью M×N×3, состоящую из целых чисел в диапазоне , которые определяют цвет каждого пикселя изображения. В таком цветовом пространстве поиск областей красного цвета предполагает одновременный анализ трех составляющих, при этом изменение составляющей R будет влиять на допустимые значения составляющих G и B. Поэтому целесообразно использование цветового пространства HSV, в котором эффективность выделения красного цвета выше по сравнению с RGB пространством.

HSV (Hue, Saturation, Value - тон, насыщенность, значение) - цветовая модель, в которой координатами цвета являются:

• Hue - цветовой тон , (например, красный , зелёный или сине-голубой). Варьируется в пределах 0-360°, однако иногда приводится к диапазону 0-100 или 0-1.
• Saturation - насыщенность . Варьируется в пределах 0-100 или 0-1. Чем больше этот параметр, тем «чище» цвет, поэтому этот параметр иногда называют чистотой цвета . А чем ближе этот параметр к нулю , тем ближе цвет к нейтральному серому .
• Value (значение цвета). Также задаётся в пределах 0-100 и 0-1.

Цветовая модель HSV наиболее близкая к человеческому восприятию цветов.

Преобразование изображения из цветовой модели RGB в цветовую модель HSV производится по следующим формулам :

Если H < 0, то H = H + 360.

После данных преобразований координаты цвета будут находиться в следующих диапазонах: .

Цвет дорожных знаков меняется в зависимости от освещения. Так пороговые значения цветового тона (Hue) для дорожных знаков с красным контуром в дневное время будут отличаться от пороговых значений цветового тона (Hue) для этих знаков в ночное время. В связи с эффектом отражения света от поверхности дорожных знаков, например, при свете автомобильных фар или уличного освещения в ночное время красный цвет на знаках может восприниматься как оранжевый. Поэтому нами экспериментально были подобраны пороговые значения координат цвета в различных погодных условиях и при различной освещенности (табл. 1).

Таблица 1. Пороговые значения координат цвета, используемые для выделения красного цвета

Как видно из результатов таблицы 1 цветовое пространство HSV является наиболее подходящим для выделения красного цвета, т.к. пороговые значения координат цвета практически в любых условиях постоянны и только в ночное время пороговые значения цветового тона (Hue) отличны.

Выделение объектов красного цвета на кадрах видеосигнала после их конвертации в цветовое пространство HSV производится следующим образом:

Суммарная матрица изображения размером M×N×3 разделяется на три матрицы размером M×N, которые соответствуют трем компонентам цвета H, S и V.


Над каждой из матриц H, S, V производится пороговое преобразование в соответствии с пороговыми значениями из таблицы 1 такое, что если компонент матрицы попадает в интервал между пороговыми значениями, то яркость данного пикселя равна 1, в противном случае – 0. В результате данной операции получаются три матрицы со значениями компонентов 0 или 1.


Модифицированные матрицы H*, S*, V* объединяются с помощью выполнения над ними операции логического И. В результате получается бинарное изображение, на котором белые области соответствуют объектам красного цвета, а черные – всему остальному.

Рис. 2. Функции пороговой обработки

Рис. 3. Выделение красного цвета на изображении: а – исходное изображение; б – результат порогового преобразования

Удаление шумов с помощью морфологической фильтрации изображения

Морфологическая фильтрация представляет собой применение к, как правило, бинарному изображению следующих операций: расширение, сужение, открытие, закрытие.

Расширение - это свёртка некоторого изображения (или области изображения), которое мы будем называть A, с некоторым ядром, которое мы будем называть B. Ядро имеет точку привязки (якорь) и может быть любых форм и размеров. Чаще всего ядро имеет квадратную форму с точкой привязки в центре. Ядро может рассматриваться как шаблон или маска, и его эффект на расширение зависит от оператора локального максимума. Когда ядро “скользит” над изображением вычисляется максимальное значение пикселя перекрываемого B, и затем значение пикселя лежащего под опорной точкой заменяется этим максимальным значением. Это вызывает появление ярких областей на изображении.

Сужение - обратная операция. Действие оператора сужения заключается в вычислении локального минимума под ядром. Данный оператор создаёт новое изображение на основе исходного по следующему алгоритму: когда ядро “скользит” над изображением вычисляется минимальное значение пикселя перекрываемого B, и затем значение пикселя лежащего под опорной точкой заменяется этим минимальным значением.

Суть операции сужения в том, что вкрапления и шумы размываются, в то время как большие и соответственно более значимые регионы не затрагиваются. А идея операции расширения – найти регионы аналогичного цвета и интенсивности и попытаться их объединить. Полезность расширения возникает, потому что во многих случаях большая область разбита на несколько более мелких, шумами, тенями и т.д. Применение небольшого расширения должно привести к тому, что эти области “сплавятся” в одну.

Операции открытие и закрытие, представляют собой комбинацию операций сужения и расширения. В случае открытия сначала выполняется сужение, а затем расширение. В операторе закрытия наоборот сначала выполняется расширение, а затем сужение. Закрытие может использоваться для устранения нежелательных шумов.

Результаты морфологической фильтрации представлены на рис. 4. Из рисунка следует, что фильтрация эффективно удаляет шумы на изображении и способствует увеличению точности последующей верификации объектов интереса.

Рис. 4. Удаление шумов на изображении с помощью морфологической операции закрытие: а – изображение с шумом; б – изображение после фильтрации

Верификация объектов интереса

Только цветового признака для определения принадлежности объекта из области интереса к классу дорожных знаков ограничения скорости недостаточно, так как помимо дорожных знаков на изображении могут находиться другие объекты красного цвета (например, автомобили, рекламные доски, автомобильные стоп-сигналы). Второй признак, который можно выделить для всех рассматриваемых дорожных знаков, – форма эллипса очень близкого к кругу.

Для определения наличия эллипсов (кругов) в областях интереса целесообразно применять преобразование Хафа. Данный метод предназначен для поиска объектов, принадлежащих определённому классу фигур с использованием процедуры голосования. Процедура голосования применяется к пространству параметров, из которого и получаются объекты определённого класса фигур по локальному максимуму в, так называемом, накопительном пространстве (accumulator space), которое строится при вычислении трансформации Хафа.

Точки окружности можно представить формулой:

,

где (a, b) – координаты центра окружности, а R – ее радиус.

Таким образом, формула, задающая семейство окружностей, имеет вид:

Как видно из формулы, для нахождения окружностей нужно задавать 3 параметра - координаты центра окружности и её радиус. Это приводит к увеличению пространства Хафа на целое измерение, что в итоге сказывается на скорости работы. Поэтому для поиска окружностей применяется т.н. градиентный метод Хафа (Hough gradient method).

Эффективность использования преобразования Хафа резко падает при увеличении размерности фазового пространства, поэтому перед его применением желательно минимизировать каким-либо образом количество параметров кривой. Можно существенно снизить количество кривых, потенциально проходящих через данную точку изображения, если рассматривать только кривые, касательная которой перпендикулярна градиенту яркости изображения в рассматриваемой точке. Таким образом, можно, например, свести задачу выделения окружностей с неизвестным радиусом к двумерному фазовому пространству:

Применить детектор границ Кенни для нахождения границ на изображении .


Определить центры кругов.


Относительно центра определить ненулевые точки, лежащие на одном расстоянии.

Идентификация дорожного знака

Для распознавания дорожных знаков на кадрах видеопоследовательности после определения областей интереса к данным изображениям необходимо применить алгоритмы идентификации объектов на растровом изображении с целью определения смысла дорожного знака.

Прежде всего, изображение дорожного знака из области интереса должно быть приведено к единому размеру. После чего такое изображение подается на вход модуля идентификации. В разработанной системе для распознавания дорожных знаков на изображениях из областей интереса используется нейронная сеть с архитектурой многослойный персептрон.

Исследователями были предложены многие модели нейронных сетей для распознавания дорожных знаков. Простейшая используемая в работах нейронная сеть представляет собой многослойный персептрон с количеством нейронов во входном слое равным количеству пикселей в изображении дорожного знака из области интереса, одним скрытым слоем с экспериментально подобранным числом нейронов и выходным слоем с количеством нейронов равным количеству распознаваемых дорожных знаков. Однако такая нейронная сеть не дает удовлетворительных результатов распознавания, так как является слишком общей и громоздкой.

Для увеличения скорости работы алгоритма необходимо сократить размер входного вектора признаков. В простейшем случае при размере входного изображения 30 × 30 пикселей входной вектор признаков будет состоять из 3 * 30 * 30 = 2700 компонентов – значения пикселей изображения по 3 компонентам цвета (RGB), что неприемлемо для работы системы в реальном времени.

Предлагается сократить количество компонентов входного вектора признаков следующим образом:

где – элементы матрицы A размера 90 × 30, составленной из значений пикселей входного изображения по 3 компонентам цвета (RGB).

Преобразовать входное цветное изображение в изображение в градациях серого по формуле:


C = 0.229R + 0.587G + 0.114B


где C – интенсивность серого, R, G, B – красная, зеленая и синяя составляющие соответственно.


1. Для изображения в градациях серого рассчитать 30 вертикальных (vh) и 30 горизонтальных параметров (hh) по формулам соответственно:
   

где – компоненты матрицы C, T – адаптивный порог, вычисляемый по формуле:

В результате данных преобразований количество компонентов входного вектора признаков сократится с 2700 до 63, что позволит значительно увеличить производительность алгоритма идентификации объектов на растровом изображении.

Архитектура, используемой в системе нейронной сети представлена на рисунке 5.

Рис. 5. Архитектура нейронной сети

Экспериментально было подобрано число нейронов в скрытом слое для классификации знаков ограничения скорости. Число нейронов в скрытом слое N равно 90.

Выходной слой нейронной сети состоит из 8 нейронов, каждый из которых соответствует своему дорожному знаку (таблица 2).

Таблица 2. Соответствие дорожных знаков и выходных нейронов

Результаты экспериментов применения разработанного алгоритма распознавания дорожных знаков ограничения скорости

Исследование точности и быстродействия разработанного алгоритма выполнялось в среде IDE Microsoft Visual Studio 2010 с использованием библиотеки Qt 4.7 на видеоролике участка трассы Саратов – Волгоград протяженностью 50 км. Видеоролик был снят смартфоном Samsung Galaxy S. В качестве аппаратной платформы использовался нетбук HP Mini 210 со следующими техническими характеристиками:

Процессор Intel Atom N455;

ОЗУ 2 Gb DDR2.

Все методы обработки изображений реализованы с использованием хорошо оптимизированной библиотеки OpenCV 2.3.

Результаты исследования алгоритма представлены в таблице 3.

Таблица 3. Результаты исследования точности и быстродействия разработанного алгоритма

Полученные характеристики точности и быстродействия разработанного алгоритма являются приемлемыми и позволяют использовать данный алгоритм в подобных системах реального времени.

Выводы

Разработан алгоритм распознавания дорожных знаков ограничения скорости. В результате проведения экспериментального исследования в среде IDE Microsoft Visual Studio 2010 с использованием библиотеки Qt 4.7 и библиотеки OpenCV 2.3 установлено, что точность (около 91 %) и быстродействие (20 кадров/с) алгоритма позволяет создавать на его основе интеллектуальные системы технического зрения, способные в режиме реального времени оповещать водителя о наличии дорожных знаков ограничения скорости в поле зрения камеры.

В дальнейшем планируется адаптация данного алгоритма для работы на мобильном устройстве (смартфоне) на базе операционной системы Google Android.

Использованная литература

Гонсалес Р., Вудс Р. Цифровая обработка изображений. – М.: Техносфера – 2005. – 1072 с.


Bradski G., Kaehler A. Learning OpenCV. - Sebastopol: O’Reilly, 2008 . - 555 p.


Brkic K. An overview of traffic sign detection methods.


Canny J. A Computational Approach to Edge Detection // IEEE Transactions on Pattern Analysis and Machine Intelligence. - November 1986. - V. 8, N. 6. - P. 679 – 697.