Разработка облика системы технического зрения

Разрабатываемая СТЗ для обнаружения дорожных знаков предназначена для использования в мобильных системах, передвигающихся в дорожной среде, т.е. транспортных системах, таких как автомобили, что накладывает определенные ограничения по скорости работы и качеству обнаружения.

Если система технического зрения устанавливается в автомобиль с уровнем автоматизации не ниже пятого, то процесс принятия решения должен происходить в режиме реального времени. Оценим время, за которое должно происходить обнаружение дорожного знака, для различных скоростей движения автомобиля и различных расстояния от автомобиля до знака. Иллюстрация для оценки приведена на рисунке 42.

Рисунок 42 – Иллюстрация оценки требуемой скорости работы алгоритма

Автомобиль (или другое транспортное средство) движется со скоростью V [км/ч]. В момент времени t = 0 с расстояние между дорожным знаком и автомобилем составляет L [м]. К моменту, когда автомобиль достигнет знака, этот знак должен быть обнаружен, а результат обнаружения передан на обработку системе управления для принятия решения о том, нужно ли менять режим движения, траекторию, и если нужно, то как. Поскольку временные затраты, необходимые для принятия решения, неизвестны, установим следующее ограничение по скорости работы метода обнаружения: время, затрачиваемое на обнаружение, должно быть меньше времени, за которое автомобиль достигает знака. Рассмотрим время, необходимое для достижения знака автомобилем, при различных значениях V и L (таблица 2).

Таблица 2 – Время достижения автомобилем знака

В городской среде максимальная разрешенная скорость движения автотранспорта составляет 60 км/ч, и именно там дорожные знаки встречаются наиболее часто, а также много пешеходов и чаще приходится менять режим движения. На магистралях максимальная разрешенная скорость для легкого транспорта составляет 110 км/ч, на всех других дорогах – 90 км/ч. Поэтому, с учетом данных из таблицы 2, целесообразно установить следующие значения для максимально допустимого времени обработки кадра: для скоростей до

60 км/ч включительно – не более 0,12 с; для скоростей от 60 до 90 км/ч включительно – не более 0,2 с при расстоянии до знака не менее 5 м. При скоростях выше 60 км/ч кадр может быть нечетким, следовательно, алгоритм обнаружения может работать хуже, поэтому имеет смысл установить максимально допустимое время обнаружения равным 0,12 с для скоростей до 60 км/ч включительно и 0,2 с для скоростей выше 60 и до 90 км/ч включительно, но при этом считать актуальной задачу максимального увеличения быстродействия алгоритма обнаружения.

Помимо быстродействия, для системы технического зрения важным показателем является качество обнаружения – сюда входит и доля ложных срабатываний, и доля пропущенных объектов. При пятом уровне автоматизации транспортного средства и выше система технического зрения должна обрабатывать без вмешательства оператора все возможные ситуации – как минимум, не должна пропускать объекты в кадре. Поскольку в настоящее время не существует экспериментальных доказательств существования алгоритмов обнаружения, удовлетворяющих этому условию, т.е. гарантирующих обнаружение абсолютно всех целевых объектов на изображении, система технического зрения должна включать дополнительные элементы, датчики (камеры инфракрасного диапазона, сканирующие лазерные дальномеры и т.п.), которые смогут дополнять результаты алгоритма обнаружения объектов по телевизионному изображению и компенсировать его ошибки.

Как правило, для выполнения всех поставленных перед автоматизированным транспортным средством задач от системы технического зрения требуется содержать датчики различного типа, при этом зачастую не в единичном экземпляре – например, несколько телевизионных камер для кругового обзора; также часто применяются стереокамеры. По этой причине, т.е. по причине наличия в СТЗ множества объектов, программная часть должна обрабатывать поступающие с этих объектов данные независимо и параллельно.

Кроме того, в зависимости от оборудования и программной платформы, на которых будет размещаться система технического зрения, возникают ограничения по количеству занимаемой памяти на жестком диске и доступной оперативной памяти, вычислительным мощностям и энергопотреблению. Аналитический обзор вычислительных устройств не входит в рамки данной работы. Для исследований используется настольный компьютер с центральным и графическим процессорами в качестве вычислителя, однако при включении СТЗ в состав общей системы управления реальным объектом для модуля обнаружения объектов может выделено как больше, так и меньше ресурсов, поэтому целесообразно иметь возможность масштабирования системы обнаружения под разные вычислительные конфигурации.