Termografia poprawia bezpieczeństwo pieszych

Swoje zadanie systemy PAEB realizują etapami. Główne fazy ich działania to: wykrycie obiektu, czyli stwierdzenie, że „coś jest na drodze”, jego rozpoznanie, na przykład: „to człowiek”, „to auto”, „to zwierzę” oraz identyfikacja: „to rowerzysta”, „to przechodzień”. Na tej podstawie podejmowana zostaje decyzja o hamowaniu.

Skuteczność systemów PAEB, a więc i bezpieczeństwo najbardziej narażonych uczestników ruchu drogowego, zależy od wielu czynników. Konieczna jest odpowiednia precyzja, by odróżnić pieszych od tła i wystarczająco szerokie pole widzenia, żeby zapewnić widoczność wszystkich zagrożonych osób. Połączenie tych wymagań warunkuje rozdzielczość systemu PAEB.

Wymagania stawiane PAEB

Człowiek, chociaż ze względu na budowę siatkówki, której receptory są zagęszczone w jej centrum, ma punktowo wyostrzony wzrok w środku pola widzenia, zawsze może obrócić głowę, aby móc się zorientować w sytuacji wokół. System PAEB powinien być w stanie zasymulować pracę oka bez konieczności obracania sensora. W przeciwnym razie nie będzie mógł równie szybko reagować na pieszych pojawiających się w strefie zagrożenia z boku, jak na tych wychodzących na wprost auta.

Wymagana jest nie tylko wystarczająca szerokość, ale i wysokość pola widzenia. Tę drugą trzeba dobrać z zapasem. Wynika to stąd, że drogi, po których porusza się pojazd, nie są idealnie płaskie. W związku z występowaniem nachyleń i spadków spowodowanych nierównomiernością nawierzchni, dziurami i progami zwalniającymi margines pola widzenia w pionie gwarantuje, że pieszy w trakcie jazdy samochodu nie znajdzie się poza polem widzenia systemu PAEB.

Decyzja o zahamowaniu samochodu podejmowana jest w razie wykrycia pieszego o trajektorii ruchu, która prawdopodobnie przetnie się z torem jazdy. Zatrzymanie auta, zanim dojdzie do zderzenia, wymaga odpowiedniego czasu na jego wyhamowanie. Pod tym kątem systemy automatyczne przewyższają ludzi – przy szybkości auta do 70 km/h najdłuższą składową czasu hamowania jest czas reakcji człowieka. Dzięki temu, że czas reakcji automatu jest krótszy, hamowanie jest szybsze.

Czujniki w PAEB

Nowoczesne pojazdy stanowią nagromadzenie czujników. Są one źródłem danych pomiarowych, na których opierają się systemy ADAS, w tym PAEB. Sensory monitorują stan auta, umożliwiają jego lokalną i globalną lokalizację oraz analizują otoczenie samochodu. W tym celu wykorzystywane są głównie radary i kamery.

Te drugie postrzegają świat w sposób, który odwzorowuje ludzki wzrok. W ADAS dzięki temu są m.in. źródłem danych w systemach rozpoznawania znaków drogowych. Są też wykorzystywane do tworzenia map 2D otoczenia pojazdu.

Popularne w tym zastosowaniu są kamery w paśmie widzialnym (400–700 nm), które „widzą” kolory. Są niedrogie i zapewniają obrazy dobrej jakości. Coraz częściej wykorzystuje się również kamery działające w innych przedziałach długości fal, na przykład w zakresie podczerwieni. To szczególnie w nich pokłada się nadzieje w temacie ochrony pieszych, o czym piszemy dalej.

Korzysta się ponadto z zestawów kamer dwóch i większej ich liczby umieszczonych w stałej znanej odległości, skupionych w jednym punkcie, w którym nakładają się ich pola widzenia. W taki sposób można obliczyć odległość obiektu inspekcji, a na tej podstawie pozostałe informacje przestrzenne. Tego typu rozwiązanie jest jednak trudne do wdrożenia w samochodach, gdyż dla precyzji pomiaru kluczowe jest zapewnienie stabilności kamer. To w przypadku aut wymaga kompensacji skutków wibracji.

Radary to dojrzałe rozwiązanie znane już od prawie wieku. Pozwalają na precyzyjne wyznaczanie pozycji, prędkości i kierunku ruchu obiektów obserwacji. Na wyniki pomiarów nie mają wpływu zjawiska pogodowe, jak mgła i deszcz, ani inne pogarszające widoczność, jak kurz czy odblaski słoneczne. Odczyty radaru nie zależą także od warunków oświetleniowych. W autach wykorzystuje się radary działające na częstotliwości 24 GHz, choć upowszechniają się też te na częstotliwościach 76–77 GHz i 77–81 GHz, odpowiednio w zastosowaniach dalekiego i krótkiego zasięgu.

Ograniczenia kamer i radarów

Niestety, radary mają znacznie mniejszą rozdzielczość przestrzenną niż kamery i nie są skuteczne w rozpoznawaniu szczegółów obiektów ani specjalnie pomocne w ich klasyfikacji. Mogą też przeoczyć te nakładające się i sąsiadujące. Kamery światła widzialnego natomiast mają problemy z „widzeniem” w warunkach obniżonej widoczności (mgła, deszcz, odblaski) i w ciemności – w nocy „nie widzą” poza zasięgiem światła reflektorów auta, czyli w zasadzie są „ślepe” w odległości większej niż 50 metrów. Dlatego systemy ADAS, które opierają się tylko na danych z kamer i radarów, nie zawsze działają zgodnie z oczekiwaniami.

Badanie Insurance Institute for Highway Safety opublikowane w lutym 2022 roku pokazało, że pojazdy, które zostały wyposażone w system PAEB, uczestniczyły w o 30% mniejszej liczbie wypadków z udziałem pieszych niż samochody bez takiego zabezpieczenia. Niestety równocześnie okazało się, że nie było różnicy w ryzyku takiego wypadku w przypadku aut wyposażonych w system PAEB i bez niego podczas jazdy nocą. Jak z kolei w raporcie z 2021 ogłosiła Światowa Organizacja Zdrowia, spośród 1,3 miliona osób, które co roku umierają w wyniku wypadków drogowych, ponad połowa to najmniej chronieni uczestnicy ruchu drogowego, jak piesi. Trzy czwarte śmiertelnych wypadków z ich udziałem ma miejsce w nocy.

Termografia w PAEB

Rozwiązaniem jest uzupełnienie systemu PAEB o kamery termowizyjne. Są one szczególnie skuteczne w wykrywaniu i rozpoznawaniu stworzeń stałocieplnych, takich jak ludzie i zwierzęta, które mają unikalną sygnaturę termiczną w porównaniu z ich nieożywionym otoczeniem. Do działania kamery tego typu nie potrzebują światła – są w stanie wykryć obiekty znajdujące się w odległości od 300 m do 400 m nawet w zupełnych ciemnościach.

Oprócz tego czynniki zmniejszające widoczność mają postać cząstek o rozmiarach mniejszych niż długości fal promieniowania termicznego, dlatego, dzięki zjawisku rozpraszania Rayleigha, kamery termowizyjne „widzą” przez nie. Przykładowo dymy i mgły, typowo składające się z cząstek o wielkości około 0,5 mikrometra mieszczących się w zakresie długości fali światła widzialnego, są „przezroczyste” w zakresie podczerwieni przy długościach fal od 10 do 20 razy większych. Cząstki o rozmiarach bliższych tym ostatnim, jak pewnych rodzajów mgieł i chmur, powodują lekkie rozpraszanie (rozpraszanie Mie). Efekt ten można jednak skorygować, odczytując nawet w takich warunkach więcej użytecznych informacji z widoku w oku kamery termowizyjnej niż przy użyciu radaru.

Nie bez znaczenie dla możliwości upowszechnienia się kamer termowizyjnych w samochodach jest też to, że jest to rozwiązanie ugruntowane, sprawdzone w najbardziej wymagających środowiskach, w przemyśle i wojsku. Bez problemu więc można je adaptować na potrzeby samochodów.

Ograniczeniem dotychczas było to, że kamery na podczerwień o rozdzielczości wymaganej w systemach PAEB były drogie. To się jednak stopniowo zmienia, w miarę jak kamery wizyjne zaczynają być używane na masową skalę m.in. w budownictwie czy ochronie. Ponadto, nawet jeżeli mimo to kamery termowizyjne wciąż będą droższe od kamer RGB, przewiduje się, że ich liczbę w pojeździe będzie można ograniczyć do opłacalnego minimum dzięki sztucznej inteligencji, która nawet z mniejszej ilości danych będzie w stanie pozyskać użyteczne informacje.

Podsumowanie

Małe, niedrogie kamery światła widzialnego razem z radarami od lat stanowią podstawowe źródło danych w systemach PAEB, ale tylko w ciągu dnia. Ich ograniczenia w zakresie widzenia nocnego dowodzą procedury testowe stosowane przez producentów aut w Europie do oceny bezpieczeństwa nowych samochodów. Obejmują one co prawda badanie ich skuteczności w nocy, ale wyłącznie przy minimalnym oświetleniu pomocniczym odwzorowującym obecność latarni ulicznych. Testowanie nie jest natomiast wymagane w warunkach odzwierciedlających te panujące na drogach nieoświetlonych, takich jak wiejskie.

Rosnące dane o śmiertelności pieszych, zwłaszcza w nocy, zmuszają jednak do ponownej analizy wymagań stawianych systemom PAEB po zmroku. Takie kroki podejmuje się już m.in. w Stanach Zjednoczonych, gdzie urząd ds. bezpieczeństwa ruchu drogowego (National Highway Traffic Safety Administration) rozpoczął prace nad wprowadzeniem obowiązku przeprowadzania testów nocnych dla pojazdów z rocznika 2028.

Monika Jaworowska
źródło zdjęć: Volvo