1-3-2-3 شناخت علامت توسط دیگر طبقه بندی کننده ها 14

1-3-2-4 OCR and Pictograms Recognition. 15

1-4 بهدست آوردن موقعیت جغرافیایی محل نصب علایم ترافیکی، ارزیابی محل نصب آن. 15

1-5 ساختار این پایان نامه. 16

2-پیشینه تحقیق.. 17

2-1 مقدمه. 17

2-2 پیشینه تحقیقاتی سیستمهای آشکارسازی علایم ترافیکی.. 17

2-2-1 آشکارسازی بر اساس رنگ… 18

2-2-2 آشکارسازی بر اساس شکل.. 19

2-2-3آشکارسازی بر اساس شکل ورنگ… 22

2-2-4 آشکارسازی بر اساس یادگیری ماشین.. 24

2-2 پیشینه تحقیقاتی سیستمهای شناخت علایم ترافیکی.. 24

2-3-1شناخت علایم ترافیکی بوسیله شبکه های عصبی.. 25

2-3-2 شناخت علایم ترافیکی بوسیله تطبیق الگو. 26

2-3-3 شناخت علامت توسط دیگر طبقه بندی کننده ها 27

2-3-4 OCR and Pictograms Recognition. 28

3-آشکارسازی علایم ترافیکی.. 30

3-1 مقدمه. 30

3-2 دلایل دشواری مقایسه بین تکنیکهای آشکارسازی علایم. 30

3-3 مشکلاتی که سر راه آشکارسازی و شناسایی علایم ترافیکی قرار دارد. 31

3-3-1میزان نور متغیر است و قابل کنترل نیست.. 31

3-3-2حضور اشیا دیگر. 32

3-3-3تفاوت ظاهری علایم. 33

3-3-4تغییر فیزیکی علامت.. 34

3-3-5 تغییر رنگ علامت.. 35

3-3-6 حرکت بلوری.. 35

3-4 رویکردهای آشکارسازی علایم ترافیکی.. 36

3-4-1 آشکارسازی علایم ترافیکی بر اساس رنگ… 36

3-4-1-1 بررسی اجمالی فضاهای رنگی.. 37

3-4-1-2-1 قطعه بندی آستانه رنگی.. 41

3-4-1-2-2 پیوستن پویای پیکسل.. 42

3-4-1-2-3 تبدیل به HSI/HSV.. 42

3-4-1-2-4 رشد دادن منطقه. 42

3-4-1-2-5 شاخص گذاری رنگ… 43

3-4-2 آشکارسازی بر اساس شکل.. 43

Hierarchal Spatial Feature Matching. 44

3-4-2-2 Hough Transform.. 44

3-4-2-3 Similarity Detection. 45

3-4-2-4 Distance Transform Matching. 45

3-4-3 آشکارسازی علامت با استفاده از شکل ورنگ… 46

3-4-4 آشکارسازی بر اساس یادگیری ماشین.. 47

4-شناسایی علایم ترافیکی.. 49

4-1 مقدمه. 49

4-2 شناسایی اشکال توسط ماشین.. 49

4-2-1 مشکلاتی که در این راه وجود دارند. 50

4-2-1-1 چرخش،بازتاب(آینه)،ترجمه،تغییر مقیاس… 51

4-3 الگوریتمهای شناخت علایم ترافیکی.. 52

4-3-1شبکه های عصبی.. 53

4-3-1-1 شبکه های پس انتشار. 54

4-3-1-2 پرسپترون چند لایه. 54

4-3-2 تطبیق الگو. 55

4-3-3 کلاس بندی با PSO.. 56

4-3-4 کلاس بندی با SVM… 57

4-3-5 شناخت علایم ترافیکی توسط OCR and pictogram.. 61

5-طراحی و پیاده سازی سیستم وارزیابی آن. 62

5-1 مقدمه. 62

5-2آشکارسازی علامت بوسیله ،تجزیه وتحلیل لکه. 62

5-2-1 تعریف لکه. 62

5-2-2شناسایی مناطق مورد علاقه: 65

5-2-3فیلترهای میانه دوبعدی.. 66

5-2-4 استخراج لبه های اشیا: 68

5-2-5 حذف لکه های زاید. 70

5-2-5-1تجزیه وتحلیل هیستوگرام رنگها 72

5-2-5-2 تجزیه وتحلیل ابعاد علامت: 74

5-2-6بلوک دیاگرام آشکارسازی علایم ترافیکی : 77

5-2-7 نتایج بدست آمده برای بخش آشکارسازی علایم ترافیکی.. 77

5-3 شناسایی علایم ترافیکی: 79

5-3-1شیوه ای بازگشتی برای تقسیم بندی شکل براساس بردار ویژه. 79

5-3-1-1 محاسبه ماتریس کواریانس: 79

5-3-1-2 استخراج دو مقدار ویژه. 80

5-3-1-3 ناحیه بندی شکل بر اساس بردارهای ویژه. 81

5-3-1-4 محاسبه مقادیر ویژه وبردارهای ویژه؛ زیر ناحیه ها 82

83

5-3-2 استخراج پارامترهای مستقل از مقیاس،انحراف،دوران. 83

5-3-2-1پارامتر (eigen-ratio) 84

5-3-2-2 پارامتر (compactness) 84

5-3-2-3 پارامتر (normal-angle) 85

5-3-2-4 پارامتر(center) 86

5-3-3 آزمایش مستقل بودن پارامترها(دوران،انتقال،مقیاس) 87

5-3-4 تقسیم بندی علایم ترافیکی بر اساس شکل ظاهری ورنگ آنها 91

5-3-5 شناسایی شکل کلی علایم ترافیکی،توسط شبکه های عصبی.. 96

5-3-6 آموزش شبکه های عصبی.. 97

5-3-6-1 آموزش شبکه عصبی برای شناسایی شکل کلی علامت.. 98

5-3-6-2 آزمایش صحت کلاس بندی در شبکه عصبی.. 99

5-3-7 شناسایی پیام علامت.. 102

5-3-8 بلوک دیاگرام سیستم شناسایی علایم ترافیکی بوسیله شبکه عصبی.. 104

5-3-9 نتایج شناسایی علایم ترافیکی.. 105

5-4 تعیین محل نصب علامت و ارزیابی آن. 106

5-4-1 سیستم موقعیت یاب جهانی چگونه کار میکند. 107

5-4-2 محاسبه محل نصب علامت.. 109

5-4-3 ارزیابی علامت ترافیکی.. 111

5-4-4 رسم نقاط بر روی نقشه. 112

5-4-4-1 سیستم اطلاعات جغرافیای(GIS) 112

5-4-4-2 تجزیه وتحلیل World file. 114

5-4-5-2 رسم یک نقطه جغرافیایی.. 120

5-4-5 نتیجه اجرای کلی الگوریتم وارزیابی نقاط بدست آمده. 123

6-نتایج وپیشنهادات.. 128

7-منابع. 129

8-چکیده انگلیسی.. 137

1-مقدمه

ابتدا در این فصل به معرفی علایم ترافیکی وسیستمی که علایم ترافیکی را شناسایی کند، می پردازیم وسپس کارهایی که برای شناسایی صحیح علامت لازم است ،مورد بررسی قرار خواهد گرفت؛ درنهایت هم ساختار این پایان نامه را توضیح می­دهیم.

1-1-دلایل احساس نیاز به سیستم شناسایی علایم ترافیکی

تمایل انسان­ها به آسایش هرچه بیش­تر و حمل و نقل آسان، سبب ایجاد وسایل نقلیه زمینی گردیده است. با رشد جمعیت، هر روزه به تعداد وسایل نقلیه ای كه در خیابان ها وجاده ها تردد می كنند افزوده می شود. با توجه به این تعداد بی شمار وسایل نقلیه، نیاز به كنترل آنها به منظور جلوگیری از تصادفات تا حد ممكن و در نتیجه كاهش تلفات جانی و مالی فراوان كاملاً احساس می شود. بخش عمده ای از وظیفه كنترل و هدایت وسایل نقلیه در خیابان ها و جاده ها توسط علائم راهنمایی و رانندگی صورت می­گیرد. بنابراین مشاهده علائم و عمل كردن به پیام آن ها بوسیله رانندگان ضروری و مهم می باشد. با توجه به اهمیت این مسأله اگر بتوان سیستم خودكاری برای تشخیص علائم واعلام پیام آن­ها به رانندگان طراحی نمود، كمك زیادی به آرامش رانندگان خواهد کرد و عبور ومرور روان خواهد شد و بدین ترتیب كلیه رانندگان بویژه رانندگان مبتدی می توانندتمركز بیش­تری بر روی كنترل وسیله نقلیه داشته باشند.

1-1-2 علایم ترافیکی

علایم راهنمایی و رانندگی مانند انواع چراغ ها، تابلوها، خط کشی ها، نوشته ها، ترسیم ها ونیز علایم تعیین سمت عبور که باید روی راه ها کشیده شود، براساس قانون الحاق ایران به کنوانسیون عبور ومرور در جاده و کنوانسیون مربوط به علایم راهها-مصوب 1354 تهیه شده اند. تشخیص، انتخاب، تهیه، جانمایی، نصب ، ترسیم و نگهداری علایم عمودی و افقی راهنمایی و رانندگی درشهرها بر اساس دستورالعملی خواهد بود که به پیشنهاد شورای عالی هماهنگی ترافیک شهرهای کشور به تصویب وزیر کشور می رسد و در جاده ها به عهده وزارت راه وترابری می باشد. در مواقع اضطراری راهنمایی و رانندگی و پلیس راه می توانند خود اقدام به انتخاب نوع علایم و محل استفاده و در صورت لزوم تهیه و نصب آنها به طور موقت نموده و مراتب را بر حسب مورد ، به شهرداری و یا وزارت راه و ترابری اعلام نمایند. مفاهیم رنگ و شکل علایم و تابلوها و چگونگی رفتار رانندگان پس از دیدن آنها ، که درکتاب های آموزشی باید ارائه شود، از سوی کار گروهی متشکل از نمایندگان وزارت کشور

، وزارت راه و ترابری و راهنمایی و رانندگی تهیه و به همراه این آیین ن امه برای اطلاع عمومی در اختیار مراجع صلاحیت دار و با همکاری شوراهای اسلامی شهرها در اختیار عموم مردم قرار می گیرد]1[. علایم ترافیکی در ایران به شش دسته کلی تقسم بندی می­شوند:

1-1-2-1:علایم اخطاری(هشدار دهنده):از این علایم برای آگاه ساختن راننده نسبت به خطرات احتمالی موجود در مسیر استفاده میشود.این علایم معمولا با مثلث قرمز رنگ نمایش داده می­شود.

شکل‏1‑1:علایم اخطاری]1[

1-1-2-2-تابلوهای انتظامی(مقرراتی):با استفاده از این نوع علایم،دستورالعملی را به راننده متذکر می­شوند ویاممنوعیت یا محدودیتی را گوشزد می­کنند.

شکل‏1‑2:علایم انتظامی]1[

1-1-2-3-تابلوهای اخباری(اطلاعاتی):این علایم معمولا اطلاعات مشخصی ومعینی را به رانندگان درباره منطقه می دهند.

شکل‏1‑3:علایم ورود به منطقه]1[

شکل‏1‑4:علایم اخباری]1[

1-1-2-4-علایم راهنمای مسیر:این علایم معمولا جهت حرکت وفاصله تا مقصد را مشخص میکنند.

شکل‏1‑5:علایم راهنمای مسیر]1[

1-1-2-5-علایم مکمل:جهت اختصاص علایم رانندگی به گروه خاصی از وسایل نقلیه ویا تکمیل معنی علایم رانندگی دیگر کاربرد دارد.

شکل‏1‑6:علایم مکمل]1[

1-1-2-6-تابلوهای محلی:با توجه به خصوصیات محل نصب علایم، طراحی می­شوند.

شکل‏1‑7:علایممحلی]1[

1-2 کاربرد آشکارسازی وشناسایی علایم ترافیکی[1]

آشکارسازی وشناسایی علایم ترافیکی در سال­های اخیر بیش­تر مورد استقبال محققان قرار گرفته است وتحقیقات زیادی در این زمینه صورت گرفته است،این علاقه ناشی از محدوده وسیع برنامه های کاربردی در این حوزه است، معمولا این برنامه ها دارای قابلیت­های زیر هستند:

• نگهداری بزرگراهها:امروزه برای این­که وضعیت ظاهری علایم ترافیکی را بررسی کنند وهم چنین بررسی مکان نصب این علایم،باید یک اپراتور انسانی به­طور مستمر به نوارویدیویی که از بزرگراه­ها گرفته شده است، نگاه کند.این کار بسیار کسل کننده و زجرآور است،زیرا علایم ترافیکی در زمان­های مختلفی پدیدار می­شوندواپراتور توجه زیادی برای این کار باید به خرج بدهد.“Esprit European project AUTOCAT”درحال حاضر پیش­قدم شده تامحل علایم ترافیکی را به­صورت اتوماتیک جمع آوری کند.

• فهرست علایم موجود:به­طوراساسی برنامه های کاربردی ای که برای این کار طراحی شده اند هم درشهر وهم در بزرگراه شبیه هم هستند و وظایف یکسانی دارند.

• سیستم های پشتیبان راننده:[2]تشخیص علایم رانندگی وکلاس بندی آن­ها موضوعی است که در سیستم های پشتیبانی از رانندگی کم­تر مورد مطالعه قرار گرفته است.خودروهای هوشمند در آینده باید برخی از تصمیمات،مانند میزان سرعت و انتخاب مسیر را با توجه به علایم رانندگی اتخاذ کنند.اگرچه در آینده می­توان این سیستم را بخشی از یک وسیله نقلیه کاملا خودکار دانست،اما در حال حاضرمی­توان از این سیستم برای محدود کردن اتوماتیک سرعت وسیله نقلیه ویا دادن هشدارهای لازم به راننده استفاده کرد. اگر سرعت بیش از حد مجاز باشد و یا در زمانی که راننده،در حال انجام حرکت غیر قانونی است، به او علامت یا هشداری دهد]3[.

در قرن بیست ویکم، اتومبیل بخش لاینفکی از زندگی را اشغال کرده است، پس باید راننده ها از قوانین ومقرراتی که توسط علایم ترافیکی گوشزد می­شود تبعیت کنند. با توجه به پیشرفت تکنولوژی، سیستم­های دستیار راننده وسیستم­های پشتیبان راننده برای افزایش راحتی واطمینان ایجاد شدند]4[.

1-2-1 سیستم های پشتیبان راننده

اتومبیل­های های مدرن، در نوع حسگرها، کامپیوتر وتکنولوژی ارتباطی تغییرات بزرگی نسبت به گذشته داشته اند؛ به­عنوان مثال می­توان سیستم های کروزکنترل تطبیقی (ACC[3]) ، (LDWA[4])، (BLIS[5]) را برشمرد.این سیستم های پشتیبان راننده به­طور خودکار بخشی از کار رانندگی را به­عهده می­گیرد، درنتیجه رانندگی راحت­تر وامن تری را برای راننده به ارمغان می­آورد ]5[. خطای انسانی عامل 90% تصادفات رانندگی است، در بسیاری از این حوادث، راننده تلاشی برای اجتناب از این برخورد انجام نمی­دهد. این نشان از سهل انگاری و غفلت راننده درباره حادثه است]6،7[.

فلسفه وجود سیستم های پشتیبان راننده؛ کاهش تعداد تصادفاتی است که با خطای انسانی انجام می­گیرد.پس با کمک این سیستم ها می­توان از جنبه های زیان بار حوادث(مرگ ومیر، صدمات مالی، ایجاد ترافیک) جلوگیری کرد وآن­ها را کاهش داد. این سیستم ها با افزایش راحتی رانندگی، روان کردن جریان ترافیک، باعث کاهش تولید گازهای گلخانه ای و هم چنین کاهش هزینه ها می­گردد]8[.

1-2-2 سیستم های دستیار راننده[6]

سیستم های دستیار راننده، کمک شایانی را به رانندگان ارائه می­دهند. بسیاری از این سیستم­ها به منظور افزایش امنیت وراحتی در طی دهه گذشته در وسایل نقلیه به­کار گرفته شده اند، به­عنوان مثال می­توان به سیستم­های کنترل ثبات خودرو(VSC[7])،سیستمهای هدایت برقی کمکی (EPAS[8])،کنترل ضد رول آور(ARC[9]) اشاره کرد. برخی از این دستیارهای راننده وظایف خاصی را برای بهبود عملکرد، در رانندگی انجام می­دهند، برخی دیگر نیز برای همراهی وهمکاری با انسان طراحی شده اند. مخالفان طرح­های کاملا اتوماتیک سیستم­های دستیار راننده، به این نکته اشاره می­کنند که این سیستم­ها باعث سلب اقتدار و مسئولیت انسان می­شوند.

از آنجا که سیستمهای دستیار راننده معمولا با یک راننده انسان همکاری می­کنند، پس در نتیجه عمل­کرد آن­ها به واکنش خوب و سنجیده عامل انسانی هم بستگی دارد. بنابراین باید عملکرد راننده انسان را هم در ارزیابی این حلقه موثر دانست. تا­همین اواخر برای آزمایش نمونه های اولیه این سیستمها از شبیه سازهای رانندگی استفاده می­کردند، این فرایند هزینه و زمان زیادی را به سیستم تحمیل می­کرد. امروزه از روشی مبتنی بر شبیه سازی کامپیوتری به­همراه رانندگان انسانی به­عنوان جایگزین روش قبلی استفاده می­شود، چون که دقیقا رفتارهایی که انسان در شرایط مختلف بروز می دهد را نمی­توان تعیین کرد]9[.

شکل‏1‑8: سیستمی که مرسدس بنز طراحی کرده، علامت ورود ممنوع را شناسایی می کند]10[

شکل‏1‑9:نمونه هایی از دستیار های راننده؛ (a)دستیار راننده طراحی شده شرکتVALEO،برای پارک کردن ودید دنده عقب؛(b) دستیار راننده طراحی شده شرکت مرسدس بنز،برای پارک کردن ودید دنده عقب

3 اهداف پایان نامه

باتوجه­ اهداف در نظر گرفته شده برای پایان نامه، سیستمی که طراحی می­شود باید کارهای زیر را به­درستی انجام دهد:

• آشکارسازی علایم ترافیکی[10]

• کلاس بندی علایم ترافیکی[11] وشناخت علایم ترافیکی[12]

• به­دست آوردن موقعیت جغرافیایی محل نصب علایم ترافیکی وارزیابی محل نصب آن

1-3- 1 آشکارسازی علامت ترافیکی

در مرحله آشکارسازی علامت روی تصویر پیش پردازش انجام می گیرد و بخش بندی[13] تصویر با توجه به خصوصیات رنگ[14]واشکال[15]، انجام می­گیرد. هر کدام از این بخش­ها حاوی مناطقی است که احتمال وجود علامت ترافیکی در آن زیاد است.رنگ­ها نقش مهمی را در سیستم­های آشکارسازی علامت ترافیکی را ایفا می کنند، با این حال شناسایی اشکال نیز مورد استفاده گروه­های تحقیقاتی فراوانی قرارگرفته است]11[. پس می توان گفت که عمده روشهایی که در این مرحله مورد استفاده قرار می­گیرد به شرح زیر است:

• آشکارسازی بر اساس رنگ[16]

• آشکارسازی بر اساس شکل[17]