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什么是交通標志識別系統(tǒng)？

汽車安全系統(tǒng)交通標志識別系統(tǒng)，英文翻譯為：Sign，簡稱TSR，利用前置攝像頭結(jié)合模式識別常見的交通標志（限速、停車、掉頭等）。 ）。此功能會提醒駕駛員注意前方的交通標志，以便駕駛員能夠遵守它們。TSR 功能通過減少駕駛員不遵守交通法規(guī)（例如停車標志、非法左轉(zhuǎn)或其他無意交通違規(guī)）的可能性來提高安全性。這些系統(tǒng)需要靈活的軟件平臺來增強檢測算法限速標志設置方法，以適應不同地區(qū)的交通標志。

交通標志識別原理

交通標志識別，又稱TSR（Sign），是指對車輛行駛過程中出現(xiàn)的道路交通標志信息進行采集和識別，及時向駕駛員發(fā)出指令或警告，或直接控制車輛行駛的能力。確保交通暢通，防止事故發(fā)生。在配備安全輔助駕駛系統(tǒng)的車輛中，如果車輛能夠提供高效的TSR系統(tǒng)，則能夠及時為駕駛員提供可靠的道路交通標志信息，有效提高行車安全性和舒適性。

下面介紹一種典型的道路交通標志識別方法。

TSR是根據(jù)人類視覺系統(tǒng)來識別物體的特征，其識別原理是利用路標豐富的顏色信息和固定的形狀信息進行特征識別。具體來說，識別過程可以分為“分離”和“識別”兩個步驟。分離是指在獲取的圖像中找到候選目標并進行相應的預處理，然后進行交通標志識別，包括特征提取和分類，最后進一步確定目標的真實性。

1、交通標志分離

交通標志分離實際上需要從復雜的場景圖像中快速獲取可能是交通標志的感興趣區(qū)域。然后使用模式識別方法進一步識別感興趣區(qū)域并定位其具體位置。由于交通標志具有指示性、提示性和警示性的功能，具有醒目、色彩鮮艷、圖形簡潔、含義清晰的特點。所以感興趣的區(qū)域通常是由它的顏色和形狀組成的。

目前交通標志識別常用的色彩空間有RGB、HIS、CIE。RGB作為圖像處理中常用的三基色，是構建其他顏色的基礎。其他顏色表示可以通過RGB變換得到。

我們知道大部分交通標志的顏色都是比較簡單的一、固定的。例如，紅色標志一般表示禁止，藍色標志一般表示指示，黃色標志一般表示警告。在這里，RGB、紅、黃、藍三基色被識別并匹配來表示。

由于色彩空間還包含飽和度等更多信息，為了更好地區(qū)分色彩和亮度信息，研究人員采用適合人類視覺特征的色彩模型HSI模型來處理交通標志識別，其中H代表不同的顏色， S表示顏色的深淺，I表示明暗程度。HSI最大的特點是H、S、I之間的相關性極小，HSI空間中的每一幅彩色圖像都對應一個相對一致的色調(diào)H。

2、交通標志識別

在試駕環(huán)境中對交通標志信息的感興趣區(qū)域進行分割時，需要通過一定的算法對其進行判別，以確定它屬于哪個具體的交通標志。一般的判別方法包括模板匹配法、基于聚類的分析法、形狀分析法、神經(jīng)網(wǎng)絡分析法、基于支持向量機的方法。

(1）基于模板匹配方式

(2）基于聚類分析

(3）基于神經(jīng)網(wǎng)絡的方法

(4）SVM的方法

支持向量機是一種典型的前饋神經(jīng)網(wǎng)絡方法，用于解決模式分類和非線性問題。距離最大化，為分類提供更好的泛化能力。對于非線性可分離模式分類問題，需要將負責的模式分類問題非線性地投影到一個高維特征空間中，所以只要變換是非線性的并且特征空間的維數(shù)足夠高，就可以將原始模式空間變成了一個新的。一個高維特征空間，其中其模式以高概率變?yōu)榫€性可分的。變換過程需要生成卷積核函數(shù)，對應的典型核函數(shù)表示如下：

高斯函數(shù)：；用于徑向集函數(shù)分類器；

內(nèi)積函數(shù)：對于高階多項式集分類器；

內(nèi)核函數(shù)：用于實現(xiàn)單隱層感知器神經(jīng)網(wǎng)絡。

TSR的一些具體應用場景

由于道路交通狀況的復雜性，交通標志可能會被污損，顏色和形狀可能會發(fā)生變化，樹木和建筑物的遮擋可能會導致無法及時識別。這些因素可能會導致圖像幀匹配過程中出現(xiàn)錯誤，從而無法穩(wěn)定地識別出相應的交通標志。因此，交通標志識別在駕駛輔助領域并未得到廣泛應用，較為成熟的應用方案如下：

基于限速標志的自動限速

基于限速標志的自動限速主要是利用識別出的限速標志所顯示的限速值進行提前預測。這里我們設置了幾個不同的速度值進行對比。

VReal表示車輛當前的實際巡航速度，即車輛的目標巡航速度，Vlim表示限速信息，表示識別到的前車速度。

根據(jù)自身車速敏感信息，不同程度實施以下限速策略：

1）這輛車勻速巡航

當檢測到車輛 VReal>Vlim 并且

當檢測到車輛VReal=Vlim時，系統(tǒng)根據(jù)識別的限速值Vlim自動減速；

2）車輛跟隨前車

當檢測到車輛VReal>>Vlim時，系統(tǒng)在本車不與前車相撞的情況下進行自動減速控制；

當檢測到車輛 VReal

3）通過限速標志后的控制邏輯

上述車輛自動限速后，當車輛通過限速標志并識別出新的限速標志后，需要重新實施限速。如果新限速標志的限速值小于當前值，則1）2） 中的邏輯進一步限速。如果新的限速牌限速值大于當前值，則需要根據(jù)當前更新的車輛實際速度、前車速度和車輛的目標巡航速度。車輛速度的加速度重新分配確保了適當?shù)目刂疲瑫r優(yōu)先考慮速度限制和碰撞。

基于合并策略的早期合并

對于在高速公路上行駛的車輛，在不同場景下，行駛車輛需要提前考慮變道問題。目前有兩種可行的解決方案：

首先，當檢測到前方一定距離的并道標志時，會提前通過語音或儀表圖像提示駕駛員變道到目標車道；

其次，如果系統(tǒng)在一定距離之前接收到與高精度地圖相關的車道等級信息，可以直接控制車輛變道到目標車道。在此期間，需要檢測目標車道線是否為虛線以及目標車道是否可以安全變道。

基于紅綠燈識別的早期制動

基于紅綠燈標志識別的駕駛輔助系統(tǒng)需要系統(tǒng)根據(jù)識別出的紅綠燈提前控制車輛的巡航和變道。

主要有以下幾種控制場景：

1）綠燈識別

如果車輛處于跟隨前車狀態(tài)，且前車正在以較低的速度行駛，則在保證碰撞安全的前提下，車輛將繼續(xù)跟隨前車，并且在同時實時監(jiān)控燈光的變化。停止跟隨策略，保持一定的減速停止；

2）檢測到黃光

如果車輛識別出黃燈，無論車輛是否處于跟車狀態(tài)，都需要控制車輛制動減速。減速過程中，可以進行舒適的減速，將發(fā)動機反向阻力轉(zhuǎn)化為制動切入；

3）識別出紅燈

如果已經(jīng)識別到紅燈，根據(jù)前車的停車狀態(tài)，在保證避免碰撞的前提下，控制車輛快速減速停車，并與前車保持1m以上的距離車輛處于制動停止狀態(tài)；

（其中，第一個功能的應用比較容易理解；第二個功能的應用更具發(fā)展意義，涉及到L2到L3級別的自動換道邏輯；第三個功能的應用似乎更智能——提前剎車限速標志設置方法，類似V2X的邏輯。）

我國先進駕駛輔助系統(tǒng)發(fā)展現(xiàn)狀

結(jié)合技術本身的發(fā)展以及中國道路交通環(huán)境和消費者的具體需求，我們可以總結(jié)出先進駕駛輔助系統(tǒng)技術在中國市場的發(fā)展趨勢：

（1）從技術發(fā)展的角度來看，由于消費者只會越來越關注汽車的安全性，因此在未來很長一段時間內(nèi)，高級駕駛輔助系統(tǒng)都會繼續(xù)發(fā)展。同時，高級駕駛輔助系統(tǒng)正在從單一技術的獨立開發(fā)向綜合主動安全系統(tǒng)的開發(fā)轉(zhuǎn)變，多種技術可以共享傳感器、控制系統(tǒng)等平臺，車輛一旦配備了基礎的ESP、ACC等技術，就可以并以較低的成本添加其他安全駕駛輔助技術，這將進一步推動先進駕駛輔助系統(tǒng)技術在汽車中的應用。

（2）一些相對低端、實用性強的先進駕駛輔助系統(tǒng)技術，如胎壓監(jiān)測系統(tǒng)、ESP電子穩(wěn)定系統(tǒng)等，已經(jīng)得到了市場的充分認可。終端市場將穩(wěn)步增長。

（3）中國消費者對避險輔助和視力改善技術表現(xiàn)出顯著的關注和需求，必將成為下一階段該領域的主要增長點。

（4）一些對道路要求更高的技術，比如變道輔助、車道偏離預警、ACC等，還有一些不符合中國消費者駕駛習慣的技術，比如車道保持系統(tǒng)、駕駛員疲勞檢測、酒精鎖定系統(tǒng)等，可能會面臨長期的緩慢發(fā)展。

TSR的一些難點

今天，現(xiàn)有技術無法確定所有交通標志，也無法在所有條件下運行。有幾種情況會限制 TSR 系統(tǒng)的性能，包括：

大燈臟污或調(diào)整不當

擋風玻璃臟、起霧或堵塞

翹曲、扭曲或彎曲的標志

輪胎或車輪狀況異常

由于重物或改裝懸架導致車輛傾斜

雖然 TSR 和類似的車輛傳感技術有助于實現(xiàn)完全自動駕駛，但我們還沒有做到。甚至 TSR 也只是一個駕駛員輔助系統(tǒng)。駕駛員不能完全依賴任何 ADAS 系統(tǒng)為他們開車。

總的來說，TSR的基礎功能已經(jīng)比較成熟，但是功能的高級化和生態(tài)鏈的簡化還有一段路要走。