Пояснительная записка королёв (Разработка информационной системы распознавания дорожных знаков с использованием сверточной нейронной сети), страница 4

Запрещающие дорожные знаки – запрещают водителю совершить какое-либо действие, предписывающее на знаке. Чаще всего аварийные ситуации случаются из – за, несоблюдения этих знаков. Примером будут знаки ограничения скорости, запрета обгона, въезда, стоянки и остановки. Как известно, красный цвет сразу же обращает на себя внимание, поэтому запрещающие знаки имеют круглую форму и ярко красный цвет, для того чтобы водитель смог его увидеть в любом состоянии и погодных условиях.

На рисунке 1.5 можно увидеть примеры запрещающих дорожных знаков

Рисунок 1.5 – Запрещающие знаки

Предупреждающие дорожные знаки – основной функцией этих знаков является предупреждение водителей об опасности и предостерегать от дорожно – транспортных происшествий. Такие знаки обычно устанавливают на опасных участках дороги. В основе знака в большинстве случаев лежит треугольник с красной обводкой.

Рисунок 1.6 – Предупреждающие дорожные знаки

Предписывающие дорожные знаки – используются для того, чтобы показывать водителям единственно разрешенное действие, будь то проезд только прямо, или только поворот налево (но в этом случае разрешен и разворот). Такие знаки позволяют выполнять только определенные действия только определенным участникам дорожного движения. На рисунке 1.7 можно увидеть пример предписывающих знаков

Рисунок 1.7 – Предписывающие дорожные знаки

Знаки приоритета – устанавливают очередность проезда перекрестков, пересечений дорог или узких участков дороги.

Знаки особых предписаний могут сочетать элементы как предписывающих, так и запрещающих знаков. Пример знаков особых предписаний рисунок 1.8

Рисунок 1.8 – Знаки особых предписаний

Распознавать будет разумнее всего именно эти группы знаков потому что именно эти знаки оказывают существенное влияние на дорожную ситуацию. В то же время, из первых пяти групп наибольшую важность представляют запрещающие дорожные знаки, как, например, знаки ограничения скорости или запрета обгона. Именно игнорирование запрещающих дорожных знаков, согласно статистике, является самой частой причиной возникновения ДТП.

1.3 Существующие системы, применяемые для распознавания дорожных знаков

1.3.1Общая архитектура

Информационная система идентификации дорожных знаков в общем виде состоит из следующих аппаратных решений и программных модулей:

• камера для съемки изображения;

• аппаратный модуль захвата;

• модуль обнаружения;

• модуль классификации;

• база данных.

Изображение с камеры поступает на вход системы. Затем неким алгоритмом определяется положение дорожного знака. После этого знак распознается программой распознавания. База данных, в зависимости от поставленных перед системой задач, может иметь различную схему.

1.3.2 Opel eye

Система Opel Eye – это система распознавания дорожных знаков. Система Opel Eye работает по следующему принципу: между лобовым стеклом автомобиля и зеркалом заднего вида расположена видеокамера с высоким разрешением и широким углом обзора. Эта камера постоянно получает информацию о том, что находится впереди автомобиля. Видеокамера способна передавать до тридцати кадров в секунду на два процессора обработки сигналов. В памяти системы заложена база дорожных знаков. Если изображение, передаваемое с камеры, соответствует какому-либо знаку, заложенному в базу данных, то система выводит на панель приборов соответствующий знак [50]. Это могут быть, например, знак с запретом обгона, знак с ограничением скорости движение и т.д. На рисунке 1.9 представлен пример работы системы Opel Eye.

Рисунок 1.9 – Пример работы Opel eye

Система Opel Eye поможет водителю: если по какой-либо причине водитель не заметил ограничение скорости (или другой знак дорожного движения), то система Opel Eye этот знак не упустит и выведет его на панель приборов. Сейчас многие автомобили используют навигационную систему, в которую уже заложены сообщения по ограничению скорости на различных участках трассы. Система Opel Eye принципиально отличается от других навигационных систем, так как в режиме реального времени она оценивает действительную ситуацию на дороге [39].

Также, стоит отметить, что система распознавания знаков Opel Eye имеет такие дополнения как FCA и LDW. FCA – это система предупреждения о фронтальном столкновении. LDW – это система, контролирующая смену полосы движения.

Таким образом, при появлении опасности столкновения с автомобилем, который движется впереди или при пересечении полосы движения - в салоне машины прозвучит звуковой сигнал. Также вместе со звуковым сигналом на панель приборов высветится соответствующее сообщение. Точность распознавания знаков резко снижается если он наклонен или загрязнен общая точность, примерно 75 процентов.

1.3.3 Speed limit assist (Mercedes)

В новых автомобилях S-, CL-, CLS- и E-Классов скоро появится новая система Speed Limit Assist — система помощи водителю в соблюдении скоростного режима. Она призвана напомнить водителю об ограничении скорости на проходимом им в этот момент участке дороги. На рисунке 1.10 показан пример работающей системы Speed Limit Assist.

Рисунок 1.10 – Пример работы Speed limit assist

Последняя версия Speed Limit Assist способна не только распознавать дорожные знаки, но и анализировать применима ли, например, полученная информация для грузовиков. Кроме того, система распознает знаки окончания ограничения скоростного режима. В то же время, если после знака ограничения скорости через некоторое время не последовало его отмены, навигационная система покажет сохраненные у себя данные для этого участка дороги. Система анализирует полученную с камеры на лобовом стекле информацию в режиме реального времени. Место расположение знака ограничения скорости — сбоку от дороги или вверху — не имеет значения. Благодаря доработке технологии распознавания знаков, поступающих от камеры к системе Speed Limit Assist, анализ информации занимает не более секунды, и результат моментально передается на дисплей. По мнению немецких экспертов, система помощи водителю в соблюдении скоростного режима поможет избежать или, по крайней мере, снизить количество дорожно-транспортных происшествий [44].

Статистика показывает, что многие серьезные автомобильные аварии на дорогах вызваны превышением допустимого скоростного режима. Точность определения дорожных знаков существенно снижается при загрязнении знака и наклоне. Общая точность определения примерно 70 процентов.

1.3.4 Road sign information

Система помогает водителю помнить о дорожных знаках, которые он проехал. Показывает знаки ограничения скорости и обгон запрещен одновременно. Может также показывать знак «Дорога для автомобилей» и «Автомагистраль». При обнаружении знака ограничения скорости, на шкалу скорости ставится красный треугольник со значением ограничения. Знаки сбрасываются при обнаружении знака «Конец ограничения» и т.п. Бывают ложные срабатывания. Рисунок 1.11 демонстрирует работу системы.

Рисунок 1.11 – Пример работы системы Road sign information

Программный комплекс может распознавать следующие знаки:

• ограничение скорости;

• обгон запрещён;

• конец всех ограничений;

• автомагистраль / конец автомагистрали;

• информационные таблички (на английском языке).

Точность распознавания резко снижается при наклоне, частичном перекрытии или загрязнённости знака, его повороте.

1.3.5 Система распознавания дорожных знаков лаборатории компьютерной графики и мультимедиа МГУ им. Ломоносова

Главными направлениями исследований лаборатории является компьютерная графика, компьютерное зрение, а также обработка изображений и видео. Так же этой лабораторией была разработана информационная система по идентификации знаков дорожного движения по видео для мобильных платформ. В группе лаборатории ведутся исследования по нескольким направлениям в рамках данной задачи:

• высокоскоростное выделение дорожных знаков;

• распознавание знаков с помощью многослойных нейронных сетей;

• построение синтетических коллекций изображений для обучения алгоритмов.

На рисунке 1.12 можно увидеть пример результата распознания этой системой

Рисунок 1.12 - Пример результата распознавания знака системой

Для обнаружения знаков в разработанной системе используется детектор Виолы-Джонса на основе каскада классификаторов, обучаемых с помощью бустинга. Разработка была протестирована на общедоступной базе бельгийских знаков, состоящей более чем из 4000 изображений. Для запрещающих и предписывающих знаков точность составила 96.5% и 95.5% соответственно, при 10-9 ложных срабатываний на окно детектора [15].

1.4 Сравнение технических характеристик существующих систем распознавания дорожных знаков

В таблице 1.1 представлена сравнительная характеристика существующих систем распознавания.

Таблица 1.1 – Сравнительная характеристика

Параметр	Opel Eye	Speed Limit Assist	Road sign information	Лаборатория комп. графики и мультимедиа им. Ломоносова
Заявленная точность распознавания	90%	95%	96%	95%
Освещенность знака не менее	50	50	50	50
Распознавание знаков ограничения скорости	Да	Да	Да	Да
Распознавание прочих запрещающих знаков	Да	Нет	Да	Да
Прочая информация	Начало работы от скорости движения >60			Открытая система , в основе алгоритм Виолы Джонса
Реальная точность распознавания	75%	70%	75%	95%