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 نقلیه‌ای كه در خیابان‌ها وجاده‌ها تردد می‌كنند افزوده می‌شود. با توجه به این تعداد بی‌شمار 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 می‌شود. بخش عمده‌ای از وظیفه كنترل و هدایت وسایل نقلیه در خیابان‌ها و جاده‌ها توسط علائم راهنمایی و رانندگی صورت می­گیرد. بنابراین مشاهده علائم و عمل كردن به پیام آن ها بوسیله رانندگان ضروری و مهم می‌باشد. 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 می‌توانندتمركز 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.

شکل ‏1‑1: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.

شکل ‏1‑2:علایم انتظامی]1[

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

شکل ‏1‑3:علایم ورود به منطقه]1[

شکل ‏1‑4:علایم اخباری]1[

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

شکل ‏1‑5: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.

شکل ‏1‑6:علایم مکمل]1[

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

شکل ‏1‑7:علایم محلی]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[.

شکل ‏1‑8: سیستمی که مرسدس بنز طراحی کرده، علامت ورود ممنوع را شناسایی می کند]10[

 شکل ‏1‑9: نمونه هایی از دستیار های راننده؛  (a)دستیار راننده طراحی شده شرکت VALEO ،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]
• آشکارسازی بر اساس شکل و رنگ
• آشکارسازی بر اساس یادگیری ماشین

1-3-1-1 آشکارسازی بر اساس رنگ

با توجه به محیط­ها وصحنه های پیچیده ای که در اطراف جاده ها وجود دارد،ممکن است که آشکارسازی و شناسایی علایم ترافیکی با مشکل مواجه شود.رنگ علامت ترافیکی در گذر زمان وقرار گرفتن طولانی در معرض نور خورشید و واکنش با هوا، محو می­شود. قابلیت دیده شدن علامت ترافیکی در شرایط مختلف جوی مانند باران،برف،طوفان وهوای مه آلود تغییر می­کند.

اطلاعاتی که از رنگ­ها به­دست می آید به شرایط نوری مانند وجود سایه،ابرهاونور خورشید حساس است.حضور اشیا دیگری که هم­رنگ علایم ترافیکی هستند مانند ساختمان ها ویا وسایل نقلیه که ممکن است باعث سر درگمی و آسیب به پروژه می­شوند را نیز باید بررسی کرد.امکان دارد که تصویربرداری در یک اتومبیل  هنگام حرکت انجام گیرد پس باید تاری ولرزش تصویر را هم در نظر گرفت]3[.

1-3-1-2 آشکارسازی بر اساس شکل

رنگ ها نقش مهمی را در سیستمهای آشکارسازی علامت ترافیکی را ایفا می­کنند،با این حال شناسایی اشکال نیز مورد استفاده گروههای تحقیقاتی فراوانی قرار گرفته است]11[.

روشهای مختلفی برای آشکارسازی علایم ترافیکی از روی شکل آن­ها وجود دارد،یکی از رایج ترین آنها روشHT[18] است. این روش با رویکرد  شناسایی گوشه ها با استدلال ویا تطبیق قالب ساده[19] عملی می­شود.تعمیم HTبه یک روش برای یافتن شکل دلخواه در تصویر می­تواند با استفاده از تصویر لبه[20]، انجام گیرد.این تکنیک از اولین تکنیک های بینایی ماشین می­باشد.این تکنیک با گذشت زمان گسترش یافت و بهبود داده شد. لوی وبارنز[21] طوری از آن استفاده کردند که بتواند علایم ترافیکی را تشخیص دهد.روش آن­ها در چندین سیستم آشکارسازی علایم ترافیکی مورد استفاده قرار گرفت.لوی وبانرز برای شناسایی علایم ترافیکی،از آشکار ساز چند ضلعی منظمی استفاده کردند]12[.

گاوریلا[22] از تطبیق الگوی مبتنی بر تبدیل فاصله(DT[23])برای آشکارسازی شکل استفاده کرد.ابتدا لبه های تصویر اصلی استخراج می­شوند،سپس تصویرDT ایجاد می­شود.تصویر DT،تصویری است که هر پیکسل فاصله خود تا نزدیک­ترین لبه را نمایش می­دهد. این روش برای پیدا کردن شکل مورد علاقه کاربردرفراوانی دارد،بدینصورت که تطابق الگو بین شکل(بعنوان مثال یک مثلث منتظم) و تصویر DTانجام می گیرد]13[.