Detekcja parkującego pojazdu

Detekcja parkującego pojazdu odbywa się w dwóch etapach. W pierwszym z nich wykrywany jest moment zatrzymania się pojazdu na dowolnym z miejsc parkingowych. W drugim następuje identyfikacja tego miejsca. Miejsca parkingowe są zdefiniowane za pomocą wielokątów, których położenie w polach widzenia poszczególnych kamer określane jest manualnie (rys. 6.1). Schemat algorytmu detekcji parkującego pojazdu przedstawiono na rys. 6.2; jego poszczególne elementy są szczegółowo omówione w dwóch kolejnych podrozdziałach.

Rys. 6.1 Miejsca parkingowe (zielone wielokąty) oznaczone w polu widzenia dwóch przykładowych kamer

Rys. 6.2 Schemat algorytmu wykrywania zdarzeń parkowania pojazdu 6.1.1.1 Wykrycie momentu zatrzymania

Wykrycie momentu zatrzymania się pojazdu na miejscu parkingowym zaimplementowano jako zestaw zdarzeń, które muszą nastąpić kolejno po sobie [61].

Przede wszystkim, analizowane są tylko te obiekty, które weszły w pole widzenia kamery z zewnątrz (tj. w jednym z obszarów wejścia/wyjścia położonych na granicy kadru i wykorzystywanych w algorytmie wielokamerowego śledzenia obiektów – rozdział 4.4), co stanowi filtrację przestrzenną obiektów. Ponadto, rozpatrywany obiekt musi zostać rozpoznany jako pojazd przez algorytm klasyfikacji typu obiektów. Uznaje się, że pojazd zaparkował jeśli wjechał na miejsce parkingowe, zatrzymał się będąc wciąż wewnątrz tego miejsca oraz pozostał w pobliżu miejsca zatrzymania przez określony czas TS. Jeśli pojazd opuści miejsce zatrzymania, odliczanie czasu zostaje anulowane i ww. seria warunków musi wystąpić ponownie.

Wjazd i opuszczenie miejsca parkingowego wykrywane są w momencie, gdy środek prostokąta opisanego na pojeździe przekroczy krawędź wielokąta oznaczającego miejsce parkingowe, w odpowiednim kierunku. Detekcja zatrzymania pojazdu bazuje na krótko-okresowej średniej wartości prędkości pojazdu. Zatrzymanie ma miejsce, gdy wartość ta przez kilka kolejnych ramek obrazu (np. pięć) jest mniejsza, niż założony próg. Po wykryciu zatrzymania pojazdu, opisany na nim prostokąt definiuje jego obszar zatrzymania; aby mogło być wykryte zdarzenie parkowania, środek pojazdu nie może opuścić obszaru zatrzymania przez czas TS.

Okres T_S, przez jaki pojazd musi pozostawać w jednym miejscu nie może być zbyt mały, w celu uniknięcia fałszywych detekcji pojawiających się np. w sytuacji, gdy pojazd zawraca na jednym z miejsc parkingowych. Z drugiej strony, im większa wartość T_S, tym większe opóźnienie w wykryciu zdarzenia parkingowego i wygenerowaniu odpowiedniego powiadomienia dla operatora systemu. W drodze wstępnych eksperymentów przyjęto wartość TS równą 20 sekund, jako odpowiedni kompromis między szybkością reakcji, a dokładnością wyników.

Przedstawiony algorytm może wydawać się nadmiernie skomplikowany, ale został on dopracowany w celu zminimalizowania liczby błędów pierwszego i drugiego rodzaju powodowanych przez przesłaniające się wzajemnie obiekty oraz uwarunkowania praktyczne (np. kierowca opuszczający pojazd po zatrzymaniu wpływa chwilowo, ale istotnie na położenie prostokąta oznaczającego pojazd).

6.1.1.2 Identyfikacja miejsca parkingowego

Po wykryciu zdarzenia zatrzymania się pojazdu na miejscu parkingowym następuje proces identyfikacji tego miejsca [61]. Zadanie to jest trywialne w przypadku, gdy kamera skierowana jest prostopadle w dół (kąt między kątem widzenia kamery, a powierzchnią

gruntu jest niemal prosty). Jednak wraz ze zmniejszającym się kątem widzenia kamery rośnie trudność związana z określeniem miejsca parkingowego na podstawie tylko położenia prostokąta otaczającego pojazd i wielokąta definiującego miejsce na poziomie gruntu, ze względu na rosnący wpływ wysokości pojazdu na jego rzut perspektywiczny na płaszczyznę drogi. Dodatkowo w przypadku szerokokątnych obiektywów kamer, istotne zniekształcenia są widoczne również w obszarze pojedynczej ramki obrazu w pobliżu jej krawędzi (rys. 6.1).

Aby umożliwić skuteczną identyfikację miejsca parkingowego niezależnie od orientacji kamery w przestrzeni, zdecydowano się przeprowadzić proces kalibracji pola widzenia wykorzystywanych kamer. Kalibracja ma na celu znalezienie jednoznacznego przekształcenia pozwalającego na konwersję współrzędnych trójwymiarowych dowolnego punktu w przestrzeni na współrzędne dwuwymiarowe piksela w ramce obrazu z kamery.

Odwrotna konwersja nie jest możliwa bezpośrednio, gdyż wymaga podania wartości jednej ze współrzędnych opisujących położenie punktu w przestrzeni; zwykle podaje się w tym przypadku wartość z oznaczającą wysokość punktu. Parametry przekształcenia są wyznaczane w oparciu o model kalibracji, którego wejście stanowią pary współrzędnych (3D w przestrzeni i 2D w obrazie), dla wielu punktów kalibracyjnych rozmieszczonych w polu widzenia kamery (rys. 6.3). W eksperymentach wykorzystano model kalibracji opracowany przez Tsai [64][243]. Wykorzystując współrzędne punktów kalibracyjnych, metoda Tsai pozwala wyznaczyć 11 parametrów przekształcenia definiujących cechy wewnętrzne kamery (ogniskowa, zniekształcenia wprowadzane przez obiektyw) oraz zewnętrzne związane z jej umiejscowieniem w przestrzeni (macierze obrotu i przesunięcia).

Każde miejsce parkingowe, na potrzeby jego identyfikacji, modelowane jest za pomocą graniastosłupa prostego (zwykle prostopadłościanu) w przestrzeni. Jego dolna podstawa pokrywa się z wielokątem wyznaczającym położenie miejsca parkingowego w obrazie z kamery, który jest konwertowany do współrzędnych 3D przy założeniu, że znajduje się on na poziomie gruntu. Górną podstawę graniastosłupa tworzy jego podstawa dolna podniesiona o h metrów nad poziom gruntu. Wysokość graniastosłupa odpowiada typowej wysokości pojazdu; przyjęto h = 1,5. Na rys. 6.4 zilustrowano dolne i górne podstawy graniastosłupów (rzutowane na ramkę obrazu) dla przykładowych miejsc parkingowych.

Rys. 6.3 Położenie punktów kalibracyjnych dla jednej z kalibrowanych kamer

Rys. 6.4 Dolne (kolor ciemnozielony) i górne (kolor jasnozielony) podstawy graniastosłupów modelujących położenie miejsc parkingowych w polu widzenia dwóch kamer

W celu identyfikacji miejsca, na którym zatrzymał się pojazd, obliczana jest odległość pojazdu od wszystkich miejsc parkingowych w polu widzenia kamery, zgodnie ze wzorem:

‖ ‖ ‖ ‖ (6.1)

gdzie d_i oznacza miarę odległości pojazdu od i-tego miejsca parkingowego, p symbolizuje pozycję pojazdu jako środek opisanego na nim prostokąta w momencie wykrycia zdarzenia parkowania, a u_i i l_i oznaczają rzutowane na płaszczyznę obrazu współrzędne ekranowe środków odpowiednio górnej i dolnej podstawy graniastosłupa modelującego i-te miejsce parkingowe. Przyjmuje się, że pojazd zaparkował na i-tym miejscu, jeśli odległość di do tego miejsca jest najmniejsza spośród odległości do wszystkich pozostałych miejsc parkingowych.

Na płycie DVD dołączonej do rozprawy umieszczono filmy „parkowanie-1.avi”,

„parkowanie-2.avi” oraz „parkowanie-3.avi” ilustrujące działanie algorytmu detekcji parkujących pojazdów.