Система распознавания дорожных знаков

Как работает система распознавания дорожных знаков

Наиболее распространенной причиной дорожно-транспортных происшествий является превышение скоростного режима. Это приводит не только к повреждению автомобилей, но и к серьезным последствиям для здоровья водителей и пассажиров. Одной из систем, разработанных для профилактики ДТП, является система распознавания дорожных знаков, которая помогает следить за допустимой скоростью и регулировать движение транспортного средства.

Что такое система распознавания дорожных знаков

Разработка предназначена для увеличения безопасности на дорогах, а также облегчение процесса вождения. Инженеры создают решения, которые будут автоматически распознавать дорожные знаки, фиксировать информацию о допустимых скоростях и ограничениях, включая направление движения, наличие перекрестков, поездных перегонов и других данных.

Система распознавания дорожных знаков

Чем больше предупреждений получает система от внешней среды, тем надежнее становится автомобиль и процесс вождения. Водителю физически тяжело следить за всеми параметрами дороги, особенно в длительных поездках. Программное решение способно решить проблему с невнимательностью и уменьшить влияние человеческого фактора во время движения.

Распознавание дорожных знаков является одной из составляющих, необходимых для беспилотных автомобилей. Машина должна самостоятельно определять разметку, ограничения, знаки и условия движения.

Назначения и главные функции

Поскольку причиной большинства аварий считается нарушение скоростного режима, инженеры автомобильных компаний задались целью искоренить данную проблему. Для этого в машину устанавливается система распознавания знаков. Основные функции которой:

1. Определение и подтверждение информации о дорожных знаках.
2. Поиск информации в базе данных и уведомление водителя.
3. Предупреждение с помощью светового или звукового сигнала, если скорость движения не изменяется.

Возможности систем зависят от поколений разработки. Первоначальные решения могли распознавать только ограничители скорости, запреты на обгон и некоторые дополнительные знаки. Современные системы могут расшифровывать информацию о жилых зонах, начале и конце населенного пункта, конце зоны ограничений, въезд запрещен и многое другое.

Системы находятся на начальном этапе развития, что сказывается на точности обнаружения знаков и их расшифровке. Также существует понятие слепых зон, когда датчики не могут считать информацию.

Конструктивные элементы системы

Система работает на основе сложного аппаратно-программного комплекса. Стандартные элементы конструкции:

• Видеокамера — расположена, как правило, на ветровом стекле и предназначена для обнаружения дорожных знаков.
• Блок управления — принимает информацию с камеры, обрабатывает образы и ищет совпадения с базой данных. Если обнаружено ограничение, информация передается на дисплей.
• Дисплей для вывода информации — предназначен для отображения конечной информации касательно скоростного ограничения, особенностей движения на участке пути. Если водитель не реагирует на уведомления системы, появляются звуковые или световые сигналы.

Отображение информации на приборной панели

Особые требования предъявляются к качеству съемки камеры. Автомобиль движется на высокой скорости, поэтому для распознавания объектов требуется хорошая оптика с высоким разрешением картинки.

Логика и принцип работы

Пошаговое описание логики обнаружения объектов:

1. Камера анализирует окружающую среду и считывает данные о дорожных знаках.
2. Система обнаруживает форму, похожую на знак.
3. Распознавание цвета и наличия дополнительных символов.
4. Поиск соответствий в базе данных.
5. Информирование водителя через дисплей.

Последовательность распознавания типа знака:

1. Определение формы: круг, прямоугольник, квадрат.
2. Анализ цветовой гаммы.
3. Считывание символов или надписей на знаке.
4. Сравнение фактической скорости с допустимой.

Если скорость движения превышает ограничение на участке дороги, система уведомляет водителя. В остальных случаях на дисплее просто появляется информация о скоростном режиме.

Похожие разработки у разных автопроизводителей

Разработкой систем распознавания знаков занимается большинство современных компаний. Названия решений от разных производителей:

• Speed Limit Assist от Mercedes-Benz.
• Road Sign Information от Volvo.
• Traffic Sign Recognition (TSR) встречается в таких авто, как Audi, Ford, BMW, Volkswagen.
• Opel Eye от одноименного производителя.

Отличие систем заключается в качестве используемого оборудования и логики работы алгоритмов распознавания объектов на дороге.

Преимущества и недостатки

Использование систем распознавания знаков характеризуется рядом преимуществ:

• Слежение за допустимой скоростью движения.
• Увеличение безопасности автомобиля, снижение вероятности аварий.
• Повышение комфорта использования транспортного средства.

Из ключевых недостатков необходимо выделить проблемы распознавания знаков в слепых зонах, особенно когда они установлены с нарушениями. С развитием программных решений водитель будет получать рекомендации не только касательно скорости, но и правил безопасного движения.

Проверяем системы распознавания знаков в деле

Дальняя дорога замыливает глаз. Того и гляди прозеваешь очередной дорожный знак. Хорошо, если все обойдется, а попробуй-ка объяснить полицейскому, что нарушил не нарочно. Мы отправились в пробег по Подмосковью — посмотреть на знаки электронными глазами.

BMW > 3-й серии

Opel > Insignia

Подача информации «баварцем» выше всяких похвал: цветные знаки транслируются на проекционный дисплей вместе с текущим значением скорости. Информация о запрете и разрешении обгонов выскакивает отдельными символами — пропустить или перепутать невозможно.

У видеокамеры переднего обзора достаточно работы. Тем не менее список объектов, которые она фиксирует, продолжает расти. Образы автомобилей и пешеходов, дорожная разметка, а теперь еще и знаки. Разумеется, не все. Чтобы система не распылялась по пустякам, разработчики вложили в электронную память минимум символов: ограничение максимальной скорости, запрет обгона и сопряженные с ними таблички с временем и зоной действия, знаки отмены. Их и распознает система, передавая изображение на панель приборов. Машин с такой опцией пока немного, среди поставляемых к нам еще меньше. На тест попали БМВ 3‑й серии и «Опель-Инсигния». И хотя задачи у этих систем одинаковые, различий в работе набралось предостаточно.

ПРЕДМЕТ И МЕТОД

Типичные ситуации для проверки устройств в избытке предоставляют дороги общего пользования. Подмосковные трассы богаты различными ограничениями скорости, более узкие шоссе — запрещающими обгон «леденцами», магистраль и скоростное кольцо в черте города — нестандартными знаками, которые видеоглазок должен считать на довольно быстром ходу. Маршрут мы прошли дважды: в светлое время и в темноте. Причем днем ветровое стекло периодически смачивал дождь, а большегрузные фуры щедро обдавали грязью. В общем, от дорожных реалий не отступили.

В отличие от большинства электронных ассистентов, ответственный за распознавание знаков устроен сравнительно просто. Камера выхватывает и сверяет со своей картотекой таблички, схожие по форме, набору и расположению символов. На похожие ограничения максимальной массы или высоты автомобиля (тоже крупные цифры в красной окантовке) сканеры не реагируют. Правда, доходит до курьезов. При обгоне очередного грузовика «Опель» неожиданно высветил на дисплее «30». Оказалось, сканер считал миниатюрный знак ограничения скорости на цистерне поливальной машины.

2Оба сканера распознают знаки, нарисованные на прямоугольниках временных щитов, — ведь важна форма рисунка, а не подложка. Кроме того, системы четко выхватывают ограничения скорости, горящие на свето-диодных табло (хотя цвета не совпадают с таковыми на обычных дорожных знаках), на растяжках и металлических фермах.

БМВ известны знаки запрета обгона и ограничения скорости, а также их отмены. В инструкции упоминаются еще дополнительные информационные таблички «Влажная дорога» и «Зона действия». Забегая вперед, скажем, что первые нам за время прохождения маршрута не попались, а на другие машина попросту не отреагировала. «Опель», даром что попроще брендом, несет более весомый багаж знаний. Например, выучил знаки «Автомагистраль», «Дорога для автомобилей», «Пешеходная зона», да и таблички, сопутствующие основным знакам, камера «Опель ай» (Opel Eye) не игнорирует.

ПРОВЕРКА НА ДОРОГАХ

БМВ разочаровывает в первые минуты: знаки «80» на правой обочине широких московских магистралей он замечает редко. «Опель» чуть внимательнее. Но чувствуется, что для систем эти условия нештатные: на столь широкой дороге нужно дублировать информацию на растяжках, верхней рампе или разделительном барьере.

За городом помощники заработали увереннее: отвлекающей информации меньше, а знаки гораздо ближе. Однако и в этом горшочке меда не обошлось без дегтя. «Опель» чувствителен к ориентации знака. Если тот чуть наклонен или развернут, камера пропускает его. У БМВ свои причуды. В штатной навигации «баварца» зашиты ограничения скорости для всех дорог. Если сканер не видит придорожных знаков, компьютер опирается на данные дорожных карт. Но лучше бы он этого не делал! Электронный Сусанин не всегда четко отслеживает границы населенных пунктов, переключая лимиты «60» и «90». А иной раз высвечивает совершенно необъяснимые ограничения в 50 или 70 км/ч, причем смена происходит в лесу или чистом поле. Система «Опель ай» лишена привязки к навигации, отслеживает только реальную придорожную информацию, а потому и дезинформирует водителя реже.

Всякий раз, бросая взгляд на монитор «Опеля», изрядно отвлекаешься от дороги. Периферическим зрением предупреждения тоже не увидишь: монохромные подсказки не блещут четкостью изображения.

От системы БМВ, которой помогает навигация, мы ожидали более интеллектуального подхода. А именно — что она будет точнее отслеживать зоны запретов обгона или ограничения скорости. Ведь часто эти знаки действуют до ближайшего перекрестка, которые как раз отлично распознает навигатор. Но почему-то в этом случае от его помощи отказались. В итоге знак горит, пока не появится его отмена, метка в электронной карте с иным ограничением скорости или окончание заданного временного интервала. Последний нам точно определить не удалось: знаки горели на панели разное время, выявить какую-либо зависимость мы не смогли. Кстати, так же поступает и «Инсигния». А вот знак, запрещающий обгон, машина гасит четко спустя 15 секунд. К чему такая спешка? Жирный минус за подачу информации.

ДЕФЕКТЫ ЗРЕНИЯ

Кратковременный, но сильный дождь подпортил «Опелю» оценку за точность. Капли на стекле, которые не успевают смахивать щетки, снижают бдительность ассистента вдвое. Аналогично влияет на остроту его зрения и включенный в ночное время дальний свет: электроника стабильно игнорировала знаки, попадающие в свет фар. БМВ таких капризов себе не позволяет.

Но не надейтесь, что система предупредит вас о знаке заранее. При заявленной стометровой дальнобойности, камеры и «Опеля», и БМВ передают информацию на дисплеи не раньше, чем знак поравняется с передним бампером. А «баварец» и вовсе выдерживает театральную паузу и выдает сообщение, лишь когда столбик замаячит в зеркале заднего вида. Причем это не зависит от погодных условий или времени суток.

Второе поколение камеры «Опель ай» стало компактнее, однако упитанную «тушку» салонное зеркало все равно не скрывает. Из-за этого страдает и без того не лучшая обзорность.

Кроме того, если знак хотя бы немного перекрыт стоящим на обочине грузовиком (человеческий глаз отлавливает его и в этом случае), сканеры бессильны. Даже если дорожный «леденец» расположен чуть поодаль, гарантированно система засечет его только на невысокой скорости. Вообще чем выше забирается стрелка спидометра, тем хуже становится реакция ассистентов. Например, при разрешенных на магистрали 110 км/ч сбои в работе случались даже в идеальных условиях.

А если оценивать точность срабатывания по итогам всего теста, БМВ справился примерно с 90% встретившихся знаков, «Опель» — с 75%.

Посовещавшись, вынесли общий вердикт. Вреда опробованные системы не приносят, а в некоторых случаях их подсказки полезны. Ведь при всей внимательности и опыте все мы люди, которым, известное дело, свойственно ошибаться. Да что далеко ходить — за время 600-километрового теста мы пару-тройку раз пропускали важную информацию. Тут-то лишние электронные глаза совсем не мешали. А что иногда сбиваются — простительно. Ведь они — как начинающие водители, только набираются опыта. И, к счастью, те оплошности, которые они допускают, — это не грубые ошибки, а свойственные новичкам помарки.

Кирилл Милешкин:

Кирилл Милешкин

«Появляющиеся на проекционном дисплее цветные символы запрета обгона и его отмены просмотреть невозможно, а вот реальные знаки на обочине дорог — запросто. Темнота, капли или грязь на ветровом стекле камере не помеха. Мне бы такие зоркие глаза! В итоге БМВ превосходит „Опель“ по двум ключевым параметрам — качеству сканирования и подаче информации. Что касается неправильных подсказок навигации об ограничении скорости, то она ни разу их не завысила относительно реального лимита».

Максим Сачков:

Максим Сачков

«Я предпочел бы „Опель ай“. Электронный ассистент „баварца“ напоминает чересчур заботливую бабушку, тщательно оберегающую от всякого рода напастей своего любимого внука, а его земляк из Рюссельсхайма — молодого папашу, который предоставляет ребенку достаточно свободы и подстраховывает лишь в опасных ситуациях. Мне больше по душе, когда человек полагается на себя и не ждет постоянно помощи от других. Хотя и таким людям в трудную минуту дельный совет пригодится».

+ Проекция на ветровое стекло. Почти не реагирует на ухудшение видимости. Высокий процент распознавания, видит светодиодные, временные и висящие над дорогой знаки.

— Нечетко реагирует на знаки на широкой дороге. Подсказки навигации о разрешенной скорости не всегда верны, полезен был бы контроль зоны действия знаков при помощи навигационной системы.

Система требует перезапуска после каждого старта двигателя. Она нужна далеко не в каждой поездке, так что это простительно. Чего не скажешь о том, как автор меню владеет русским.

«Опель»

+ Распознает дополнительные таблички и знаки «Автомагистраль». Выдает информацию только о реальных дорожных знаках, не путая водителя. Видит светодиодные, временные и висящие над дорогой знаки.

— Знаки, отменяющие и разрешающие обгон, удерживаются на дисплее всего 15 с. Систему необходимо активировать после каждого пуска двигателя. Эффективность снижается ночью и при дожде. Не распознает криво стоящие знаки.

Система распознавания дорожных знаков

Вспомогательные системы автомобиля всегда будут полезными, как пример частые ДТП из-за невнимательности или незнаний знаков дорожного движения. Расскажем как устроена и работает эта система.

Содержание статьи:

• Что это за система
• Составные компоненты системы
• Принцип работы
• Видео

Попав в любой мегаполис, тяжело его представить без большого количества автомобилей. Как результат большая вероятность разнообразных ДТП. Причин для такого несчастного случая может быть много, но чаще всего это превышение скорости и невнимательность или незнание знаков дорожного движения.

Что такое система распознавания знаков движения

Для облегчения водителям на дороге и для исключения варианта незнания знаков, инженеры разработали систему распознавания дорожных знаков. Главным назначением системы является предупреждение водителя о дорожных знаках ограничения скорость, проезда перекрестков или других.

Многие автомобильные производители имеют в своем арсенале подобные системы, в зависимости от производителя, системы именуются по-разному. Чаще всего система встречается под названием TSR (Traffic Sign Recognition). Такое название можно встретить в автомобилях марки Audi, Ford, BMW, Volkswagen и Opel.

В автомобилях производителя Opel, система распознавания дорожных знаков входит в комплекс систем Opel Eye. Это одна из лучших комплексных систем защиты водителя признанная в 2010 году. В этот набор включены системы распознавания пешеходов, распознавания преград, автоматической парковки и подобные системы.

Компания Mercedes-Benz дала название своей системе Speed Limit Assist. В автомобиле этой марки она известна больше как система контроля ограничения скорости. Компания Volvo в своем вооружении называет эту систему RSI – Road Sigh Information, информирование о дорожных знаках.

С прогрессом меняются и названия, система распознавания знаков может быть как самостоятельной системой, так и входить в комплексный набор систем защиты и предупреждения.

С чего состоит система предупреждения

Можно выделить два поколения систем предупреждения. Первая только информирует водителя, выводя небольшую часть информации о знаке. Второе же поколение уже намного сложней, особенно если в автомобиле есть центральный дисплей, на него будет выводиться сам знак, информация о знаке и что вы нарушили.

Первое поколение способно распознать знаки:

• ограничение скорости;
• запрет на обгон;
• некоторые знаки дополнительной информации.

Второе поколение способно распознать кроме выше перечисленных знаков еще:

• движение без остановки запрещено;
• жилая зона;
• начало/конец населенного пункта;
• конец зоны всех ограничений;
• въезд запрещен;
• преимущество встречного/перед встречным автомобилем.

Это еще не полный список знаков, которые способно распознать второе поколение. Для этой системы используется разумный блок управления на основе операционной системы, и в меру появления новый знаков для распознания, система будет обновляться. Последним новшеством стало использование системы GPS вместо данных автомобиля, к примеру, скорости, пути направления и прочими данными, которые можно заменить с помощью GPS.

Принцип распознавания знаков

Так все же, как устроена система и принцип её работы. Как уже говорилось, камера на ветровом стекле это первое с чего начинается работа системы. Камера снимает путь перед автомобилем, как правило, эта зона по сторону переднего пассажира (зависит от направления движения) и вверху над водителем. Эта же камера может быть использована системой обнаружения пешеходов, или помощи движения по полосе.

После полученного изображения, информация передается на блок управления. В первом поколении блок управления простой и сравнивает полученные данные с уже существующими знаками в базе, если же знак распознан, то информация выводится водителю, в ином случае никакого действия не произойдет.

Второе поколение системы куда сложней. Полученные данные система не только перебирает, но и знак на изображении с камеры корректирует и подбирает разные комбинации возможных вариантов. Это говорит о том, что есть больше шансов распознать поврежденный или плохо просматриваемый знак. Так же во втором поколении операционка блока управления накладывает полученную информацию на карты навигации GPS и прорисовывает знаки, чтоб водитель не только слышал, но и видел возможные препятствия.

Стоит учесть, что система способна помнить действие нескольких знаков. Ведь часто бывает один знак еще не закончил зону действия, а второй также назначил свои правила.

Вывод предупреждения может осуществляться как на дисплей на панели приборов, так и на отдельный центральный дисплей вместе с картами навигации. Для примера система сравнит, какая скорость максимально допустима и насколько км/час вы превысили или же начнет информировать, если поехали на знак въезд запрещен.

Поговаривают, что третье поколение будет использовать правила движения по знакам и в случае грубого нарушения давать водителю советы как избежать нарушения и как правильно сделать. Ведь часто бывает, что новички водители без практики попросту нарушают самые простые правила по знакам.

Видео принципа работы системы распознавания дорожных знаков:

Система распознавания дорожных знаков

Водитель любого транспортного средства принимает за минуту огромное количество решений. И следить за обстановкой приходится тоже очень внимательно. Машины вокруг, дорожная разметка и знаки, правильное использование органов управления — все это делать одновременно не то что сложно, а очень сложно. Пока автомобилист наберется опыта и сможет контролировать обстановку вокруг себя более уверенно пройдет масса времени и есть всегда есть вероятность того, что может произойти ДТП.

Система распознавания дорожных знаков призвана помочь водителям в повседневной езде и немного ослабить давление на мозг человека, особенно когда он уставший за рулем.

Основное назначение

Стоит понимать, что большинство ДТП происходит по вине водителя, который не соблюдает скоростной режим. А делается это зря, так как ограничения вводятся не просто так: скорость автомобиля должна быть такой, чтобы водитель мог успеть выполнить все принимаемые им решения, будь то маневр или экстренное торможение. Поэтому и начались разработки специальных систем, которые могут помочь водителю принимать решение или контролировать свои действия. Сейчас система распознавания дорожных знаков встречается на разных автомобилях, в том числе и таких дорогих, как BMW, Mercedes-Benz, Audi, Ford, Opel, Volkswagen и еще многие другие. Эта технология является одной из основных в системе безопасности автомобиля, которой сейчас комплектуется большинство автомобилей. Примером можно назвать Opel Eye от, соответственно, Опель. Эта система признана одной из лучших на протяжении нескольких последних лет. Mercedes-Benz же назвали свою систему Speed Limit Assist, а специализируется она на предупреждении водителя о превышении им скоростного лимита на данном участке дороге в конкретное время.

Конструкция системы

Как правило, все эти конструкции от любого производителя имеют типичный набор инструментов и устройств в своем распоряжении.

Связано это банально с тем, что для работы нужны просто одинаковые приспособления. В их число входят:

• Специальная чувствительная видеокамера.
• Экран или некое другое приспособление, на котором система отчитывается перед водителем.
• Блок управления, который и выполняет основную работу.

Видеокамера располагается рядом с ветровым стеклом в салоне автомобиля. На некоторых моделях, где эта возможность интегрирована во весь автомобиля камера может быть спрятана где-то под стеклом или, например, в уплотнителе стекла, чтобы камера не заслоняла часть лобового стекла и не закрывала обзор. Камер направлена так, чтобы ей было удобно снимать пространство впереди машины, в местах, где стоят знаки по ходу движения, то есть немного справа от дороги. Далее, отснятое видео передается в блок управления, микропроцессор которого в режиме реального времени анализирует его содержимое. Также эта камера используется и другими системами безопасности, такими как система обнаружения пешеходов, на проезжей части и система помощи движения по ряду или полосе в потоке машин.

Алгоритм распознавания

Электронный блок управления системы инициирует специальный механизм, программно заложенный в его систему. В виде последовательности его можно представить так:

1. Опознавание формы дорожного знака (а они у нас бывают очень разные).
2. Определение надписи на знаке.
3. Распознавание цвета знака.
4. Проверка наличия таблички информации.

Разберем принцип работы этого алгоритма на примере знака ограничения скорости движения, распознавание которого и ориентировано большинство автомобилей. Сначала технология опознает знак круглой формы, затем его цветовое сочетание: красное с белым. Следующим становится распознавание надписи, которая есть на знаке, то есть цифра максимально допустимой скорости. Теперь блок анализирует скорость автомобиля, с которой он едет в данный момент и, если есть различие, информирует водителя о превышении максимально допустимой скорости на данном участке дороги. Если же превышения нет, то знак просто высвечивается на приборной панели автомобиля, как бы информирую водителя о том, что знак был распознан.

Очень интересным новшеством является совместная работа системы распознавания дорожных знаков вместе с навигатором автомобиля.

Если навигатор достаточно продвинут, то распознавание знаков будет ориентироваться по навигатору, там ведь тоже есть перечень всех знаков, что будут на маршруте. Так что даже, если камера не успеет засечь знак по какой-то причине — он все равно будет выведен на приборную панель, а водитель будет проинформирован о своем превышении. Как видим, система распознавания знаков является серьезным подспорьем любому водителю — как опытному, так и новичку. В разных ситуациях эта система может помочь сориентироваться в обстановке и принять правильное решение.