По статистике превышение скорости является одной из весьма распространенных причин ДТП, которые могут закончиться тяжелыми последствиями для водителя и пассажиров. Разработанная TSR или система распознавания дорожных знаков (Traffic Sign Recognition) создана с тем, чтобы водитель не забывал придерживаться разрешенной скорости согласно правилам дорожного движения. Устройство считывает и распознает дорожные знаки, регламентирующие скорость, напоминая при этом водителю о максимальной разрешенной скорости на определенном участке дороги, если его автомобиль едет быстрее, чем допустимо.

Устанавливаемая на авто система распознавания дорожных знаков конструктивно состоит из видеокамеры, блока управления и устройства подачи информации.
Видеокамера закреплена на ветровое стекло и находится за зеркалом заднего вида. Камера осуществляет функцию фиксации участка дороги впереди движущегося транспортного средства в местах нахождения дорожных знаков сверху и справа по направлению движения, и посылает данные в электронный блок управления. Видеокамера также применяется и другими системами активной безопасности, таких как система помощи движения по полосе и система выявления пешеходов.

Электронный блок управления предназначен для осуществления следующих функций:

Определение конфигурации дорожного знака круглой формы.
Определение красного цвета знака на белом фоне.
Определение допустимой величины скорости, обозначенной на знаке.
Определение табличек, определяющих время и зону действия знака, а также вид транспортного средства.
Определение реальной скорости авто.
Сопоставление реальной скорости автомобиля с максимально разрешенной указанной на знаке.
Предупреждение водителя звуковым или световым сигналом.
Контурное изображение знака, ограничивающего скорость движения, поступает на экран расположения приборов или на экран системы информации и продолжает быть опознанным до тех пор, пока ограничение не исчезнет или не будет заменено. Если на автомобиле установлен информационный дисплей, то картинка будет отражаться на лобовом стекле.

В некоторых конструкциях система распознавания дорожных знаков согласована с системой навигации, и пользуется данными о знаках, ограничивающих скорость, из карт навигации. Распознавание возможно даже в том случае, когда видеокамера не определит знак – все равно данные о нем поступят на панель приборов.

Однако, возможности системы распознавания дорожных знаков не ограничиваются только определением знаков, ограничивающих скорость, запрета обгона или дополнительных информационных таблиц. Помимо этого, устройство способно передавать водителю информацию о следующих знаках:
Запрещающих въезд.
Пересечения с главной дорогой.
Проезд без остановки запрещен.
Начало и конец населенного пункта.
Начало и конец скоростной магистрали.
Знак, информирующий о въезде в жилую зону.
Окончание зоны ограничения знака.

На сегодняшний день превышение скорости или несоответствие ее конкретным дорожным условиям является одной из основных причин совершения ДТП, в результате которых ежегодно гибнут и получают увечья тысячи человек. Причем, согласно статистике ДТП, при увеличении скорости, тяжесть последствий ДТП возрастает в геометрической прогрессии. К сожалению, не многие водители знают, что превышение скорости в реальных условиях дорожного движения не приводит к существенному выигрышу во времени. Водитель, преодолевает средний городской маршрут (около 20 км) со скоростью 80 км / ч, вместо разрешенных 60 км / ч, выигрывает во времени всего две минуты. Стоит ли рисковать и нервничать ради пары минут? Не стоит также забывать, что водитель, превышающей скорость, подвергает риску не только себя, но и окружающих людей. В ДТП на скорости 30 км / ч риск смертельного исхода для пешехода 5%, при 50 км / ч -- 40%, а при 65 км / ч -- уже 84%. Превышение скорости часто становится причиной тяжелых дорожно- транспортных происшествий, однако водители часто относятся к этой проблеме без должного внимания. Даже законопослушные водители, которые никогда не позволяют себе вождение в нетрезвом виде, выезда на встречную полосу и т.п., не считают опасным «небольшое» (до 20 км / ч) превышение разрешенной скорости. На следующем графике приведена статистика ДТП, в которой явно показано, что наиболее частой причиной аварий является превышение скорости.

Несмотря на то, что на дорогах России с каждым днем появляется все больше камер регистрирующих превышение скорости, количество нарушений остается на высоком уровне. С каждым годом количество автомобилей в мире возрастает, соответственно возрастает и количество дорожно-транспортных происшествий.

Рис. 1.

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. Система распознавания дорожных знаков призвана предупреждать водителей о необходимости соблюдения скоростного режима. Данная система определяет дорожные знаки ограничения скорости при их проезде и напоминает водителю текущую максимальную разрешенную скорость, если он движется быстрее.

Применяемые на автомобилях системы распознавания дорожных знаков имеют типовую конструкцию, которая включает:

• - видеокамеру;
• - блок управления;
• - экран.

Видеокамера располагается на ветровом стекле за зеркалом заднего вида.

Камера снимает пространство перед автомобилем в зоне расположения дорожных знаков (справа и сверху по ходу движения) и передает изображение в электронный блок управления. Видеокамера также используется другими системами активной безопасности - системой обнаружения пешеходов, системой помощи движению по полосе. Электронный блок управления реализует следующий алгоритм работы:

• а) распознавание формы дорожного знака (круглая форма);
• б) распознавание цвета знака (красный цвет на белом);
• в) распознавание надписи (величина скорости);
• г) распознавание информационной таблички (вид транспорта, время действия, зона действия);
• д) анализ фактической скорости автомобиля;
• е) сравнение скорости автомобиля с максимально допустимой скоростью;
• ж) визуальное и звуковое предупреждение водителя при отклонении.

Изображение в виде знака ограничения скорости выводится на экран панели приборов (расположен внутри спидометра, на некоторых моделях - на лобовом стекле) и остается видимым, пока ограничение не закончится или будет изменено. В ряде конструкций системы распознавания дорожных знаков электронный блок взаимодействует с навигационной системой, а именно в своей работе использует данные о знаках ограничения скорости из навигационных карт. Даже если знак не будет определен видеокамерой, информация о нем будет выведена на панель приборов.

• - преобразование цветового пространства кадров видеосигнала;
• - выделение контуров и удаление шумов;
• - верификация объектов интереса;
• - идентификация дорожного знака.

Дорожные знаки ограничения скорости имеют важные особенности такие как форма круга и красная окантовка. Поэтому первой стадией работы метода является выделение областей красного цвета на изображении. Для этого предпочтительнее использовать цветовую модель HSV, а не RGB, как у входного изображения. HSV дает возможность более точно указать оттенки красного цвета. Далее приведены формулы для перевода из палитры RGB в палитру HSV:

Важно отметить, что цветовая модель HSV наиболее близкая к человеческому восприятию цветов. После данных преобразований координаты цвета будут находиться в следующих диапазонах: 0

Среди выделенных контуров необходимо выделить контура, которые будут объектами 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. Таким образом, необходимо выделить контура очертания которых представляют окружность. Для поиска окружностей среди выделенных контуров используется теоретически обоснованное преобразование Хафа. В итоге получена область интереса на изображении, то есть сам дорожных знак.

Заключительный этап работы систем автоматического распознавания дорожных знаков посвящен распознаванию дорожных знаков. В целом,

существующие для этого методы либо используют предварительно построенные шаблоны, либо основаны на обучении. В первом случае для каждого возможного знака создаются специальные шаблоны, которые помещаются в базу данных. После этого производится сравнение вновь поступившего на вход знака со всеми шаблонами путем вычисления какого-либо расстояния (Евклидова, Махаланобиса и т. п.). Естественно. что при этом необходимо приведение всех знаков к одному и тому же размеру. Однако такой метод обычно обладает значительными ошибками даже при небольшом изменении в цвете и освещенности объектов. Поэтому, вместо того чтобы сравнивать сами знаки, выделяют некие их характерные признаки (гистограммы, сумма проекций и интенсивностей и т. д.), что приводит к повышению надежности распознавания.

В конечном итоге система, интегрированная в систему управления автомобилем, должна распознать и идентифицировать определенные дорожные знаки в поле зрения камеры. Дорожные знаки должны соответствовать ГОСТ Р 52290-2004. В этой системе будем использовать знаки ограничения скорости, они описаны в ГОСТ Р 52290-2004.

Эта задача усложняется внешними факторами такими, как изменение дневной освещенности, изменение погодных условий, выбор аппаратуры с достаточным качеством и надежностью. Система должна позволять с высокой вероятностью распознать знаки которые установлены криво либо имеют дефекты. Необходимо учесть степень сложности распознавания знаков на большой скорости. При увеличении скорости транспортного средства нагрузку на систему возрастает, так как скорость подачи информативных кадров возрастает и время на распознавание уменьшается.

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.

Одной из основных причин дорожно-транспортных происшествий с тяжелыми последствиями является превышение скорости. Система распознавания дорожных знаков призвана предупреждать водителей о необходимости соблюдения скоростного режима. Данная система определяет дорожные знаки ограничения скорости при их проезде и напоминает водителю текущую максимальную разрешенную скорость, если он движется быстрее.

Систему распознавания дорожных знаков (Traffic Sign Recognition , TSR ) имеют в своем активе многие известные автопроизводители - Audi, BMW, Ford, Mercedes-Benz, Opel, Volkswagen. Система распознавания дорожных знаков на автомобилях Opel входит в состав системы Opel Eye (вместе с системой Lane Departure Warning). Система Opel Eye отмечена в числе лучших разработок в области автомобильной безопасности 2010 года. Mercedes-Benz назвал свою систему Speed Limit Assist (система контроля ограничения скорости), Volvo - Road Sigh Information, RSI (система информирования о дорожных знаках).

Применяемые на автомобилях системы распознавания дорожных знаков имеют типовую конструкцию, которая включает видеокамеру, блок управления и средство вывода информации.

Электронный блок управления реализует следующий алгоритм работы:

• распознавание формы дорожного знака (круглая форма );
• распознавание цвета знака (красный цвет на белом );
• распознавание надписи (величина скорости );
• распознавание информационной таблички (вид транспорта, время действия, зона действия );
• анализ фактической скорости автомобиля;
• сравнение скорости автомобиля с максимально допустимой скоростью;
• визуальное и звуковое предупреждение водителя при отклонении.

Изображение в виде знака ограничения скорости выводится на дисплей комбинации приборов или дисплей информационной системы и остается видимым, пока ограничение не закончится или будет изменено. На автомобилях, оборудованных информационным дисплеем , изображение выводится на лобовое стекло.

В ряде конструкций система распознавания дорожных знаков взаимодействует с навигационной системой и использует сведения о знаках ограничения скорости из навигационных карт. Даже если знак не будет определен видеокамерой, информация о нем будет выведена на панель приборов.

Система способна распознавать ограничения скорости, действующие для определенного вида транспорта (по знакам дополнительной информации - табличкам), а также знаки отмены ограничения скорости. Система Opel Eye пошла дальше - она распознает наряду со знаками ограничения скорости, знаки, запрещающие обгон.

второго поколения информирует водителя о различных дорожных знаках. Помимо знаков ограничения скорости, запрета обгона, отдельных знаков дополнительной информации, система распознает следующие знаки:

• движение без остановки запрещено;
• въезд запрещен;
• главная дорога (конец главной дороги);
• преимущество встречного движения (преимущество перед встречным движением);
• уступите доргу;
• конец зоны всех ограничений;
• начало (конец) населенного пункта;
• начало (конец) автомагистрали;
• жилая зона.

Перечисленные знаки на дисплее не отображаются. Информация о распознанных знаках согласуется с данными навигационной системы, текущими параметрами движения автомобиля. В результате система информирует водителя о текущей дорожной ситуации и способствует безопасному движению.