CN102248915A - 用于机动车后视和驻停***的动态范围显示器 - Google Patents

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Abstract

一种用于交通工具的动态范围显示***。该***包括摄像机、距离传感器、显示器和控制器。摄像机构造成捕获图像和生成表示该图像的信号。距离传感器构造成在交通工具的路径中检测相关物体和生成识别在交通工具和相关物体之间的距离的信号。显示器构造成提供可视图像，并且控制器构造成接收来自摄像机的信号和来自距离传感器的信号。控制器在显示器上生成表示由摄像机所检测的图像的图像以及重叠在摄像机图像上方的动态交通工具路径线。动态交通工具路径线提供在交通工具和相关物体之间的距离的指示。

Description

用于机动车后视和驻停***的动态范围显示器
技术领域
本发明涉及用于辅助交通工具的操作者来确定交通工具和物体之间距离的***和方法。
背景技术
当前的机动车中的向后或倒退***包括警告驾驶者在交通工具的倒退路径中存在物体(例如，人、其他交通工具、购物推车，等等)的传感器。大多数在今天使用的技术包括或者图像传感器(例如，CCD或者基于CMOS的摄像机)或者距离传感器(超声波、雷达、有源IR、无源IR)，其计算从交通工具后部到相关物体的距离。
距离检测技术典型地使用听觉提示、视觉显示器或二者来表示距离。听觉提示通常是随着交通工具(特别地，交通工具的保险杠)越来越靠近相关物体时声音等级增加的哔哔音调。当物体非常靠近交通工具时(例如，小于12英尺)，哔哔音调变成持续不断的音调。视觉显示器典型地包括LED的可变数字。随着物体越来越靠近保险杠，更多的LED将变亮。当物体非常靠近保险杠时，所有的LED都将被点亮，并且通常会闪亮/闪灭。
图像传感技术使用由摄像机(或相似的装置)所捕获的图像。或者在仪表盘的中央控制台中、或者在仪表组中、或者在后视镜中的液晶显示器(“LED”)或相似的显示器上来显示图像。能够把额外的信息增加到所显示的图像中(或者特别的，在倒车时，将表示交通工具行进的轨迹(或路径)的线增加到可看到的输出中。除了交通工具轨迹以外，一些显示器也显示在交通工具轨迹线之间的中线，以辅助驾驶者设法将拖挂车钩到主车上。基于方向盘的位置，假定方向盘保持在其当前位置，对交通工具轨迹重叠的更多最近更新内容用来显示交通工具将处于的轨迹)。
发明内容
在警告驾驶者在交通工具路径中有潜在物体方面的两种类型技术(即，距离和图像)都具有一定的长处。然而，基于由距离***所提供的提示，使用者在精确地测量交通工具的后部和物体之间的距离的过程中会有困难。听觉提示或发亮的LED提供距离是如何变化的感觉，但是难于转变成交通工具和物体之间的剩余距离量。
同样地，图像***没有为驾驶者提供物体距离交通工具后部有多靠近的满意视角。由于机动车的摄像机镜头中固有的畸变，所以当物体移动穿过摄像机视野范围时物体的被感知深度很快就变化了。这不同于人眼通常感知距离变化的方式。因此，驾驶者对于交通工具距离物体有多靠近会感到迷惑，特别地当物体充满整个视域时(例如，建筑物的墙壁或已停交通工具的前部、后部或侧部)。
针对上面所确定的问题，本发明的发明人已经研发了一种视觉辅助物，该视觉辅助物改进了驾驶者对驾驶者的交通工具和物体之间的距离的感知。在一个实施例中，本发明提供了用于交通工具的动态范围显示***。该***包括摄像机、距离传感器、显示器和控制器。摄像机构造成捕获图像和生成表示该图像的第一信号(或信号组)。距离传感器构造成在交通工具的路径中检测相关物体和生成第二信号。该第二信号确定(或者表示)在交通工具和相关物体之间的距离。显示器构造成提供可视图像，而控制器构造成接收来自摄像机的第一信号和来自距离传感器的第二信号。控制器在显示器上生成表示由摄像机所检测图像的图像和生成重叠在摄像机图像上面的动态交通工具路径线。该动态交通工具路径线提供了对交通工具和相关物体之间距离的指示。
另一个实施例提供了一种辅助交通工具操作者来确定交通工具和相关物体之间的距离的方法。该方法包括下列动作：显示表示来自交通工具的视域的图像，在视域中检测相关物体，在所显示的图像上重叠动态交通工具路径线，和基于在交通工具和相关物体之间的距离来调整动态交通工具路径线，以使得动态交通工具路径线没有重叠相关物体的图像。
通过考虑详细的描述和附图，本发明的其他方面将变得显而易见。
附图说明
图1是包含本发明实施例的机动车的示意图。
图2是示范性显示器，示例说明用于帮助操作者确定操作者的交通工具和物体之间距离的视觉辅助物的实施例。
图3A是视觉辅助物的校准期间在各个物体之间的关系的示意图。
图3B是视觉辅助物的校准期间在显示器上的物体之间关系的示意图。
具体实施方式
在详细解释本发明的任何实施例之前，应该理解的是，本发明并没有将其应用限制在下列描述中所提及的或在下列附图中所图解的部件的构造和布置结构中。本发明能够是其它实施例，并且能够以各种方式被实践或实施。
图1示出了机动车100，该机动车包括一个或多个距离传感器105(例如，超声波传感器)、摄像机110(例如，CCD器件)、控制器115和显示器120。距离传感器105和摄像机110通过总线125(例如，控制器局域网或CAN总线)被结合到控制器115上。在一些实施例中，距离传感器105和/或摄像机110能够通过直接连接装置或其他适当的通信连接装置被结合到控制器115上。控制器115能够被结合到机动车100的其他部件上，比如车轮速度传感器、横摆率传感器等等，或者能够是独立使用(“stand-alone”)的控制器。
在显示的实施例中，为了在机动车倒车行进时检测位于机动车100后方且在机动车100路径上的物体的距离，距离传感器105被安装在机动车100的后部(R)上。距离传感器105在一般圆锥形的区域中投射或投影信号130。当信号130击中物体时，该信号被反射回传感器105。基于从距离传感器105发送信号130时的时间到传感器105接收到反射回的信号130的时间，传感器105通过执行“飞行时间计算”能够确定物体的距离。尽管描述了超声波传感器，但是能够使用以不同方式操作的其他类型的距离传感器(例如，在不执行飞行时间计算的情况下检测距离信息的传感器)。距离传感器105为控制器115提供了从机动车100后部到位于机动车100后方的一个或多个物体的距离的指示或输出。通过距离传感器105提供给控制器115的输出的频率能够是连续的、定时的或者能够是变化的(例如，基于机动车100的速度和/或方向)。在一些实施例中，响应来自控制器115的请求(例如探询)而提供输出。
摄像机110接收机动车100后方的物体所反射的光，并且将该光转换成表示在摄像机的视域135中的图像的信号。在一些实施例中，摄像机110连续地为控制器115提供信号。在其他的实施例中，摄像机110在周期性的基础上为控制器115提供更新的图像。摄像机110提供给控制器115的信号能够是模拟或数字信号。在一个实施例中，信号符合标准协议或格式(例如，NTSC)。可选地，使用私有协议或格式。
显示器120能够是LCD、CRT或者能够显示图像的其他适当显示器。显示器120被定位成机动车100的操作者能够看见显示在显示器120上(例如在机动车100的仪表盘上，在机动车100的镜子中等等)的图像。
控制器115使用从距离传感器105接收到的信息，以动态地生成被称为“视觉辅助物”的信息。视觉辅助物(“visual assist”)被重叠在由摄像机110所生成的图像上，并且在显示器120上显示图像和一个或多个视觉辅助物的组合。视觉辅助物帮助操作者显现或可视化在交通工具100和相关物体(例如，交通工具100的路径上的物体)之间的距离。
图2示出了用于帮助操作者可视化在交通工具100和交通工具路径上的物体之间的距离的视觉辅助物的实施例。显示器120显示了由摄像机110所生成的可视图像200。所示的图像200包括在交通工具100的路径上的第一交通工具205。因为第一交通工具205在交通工具100的路径上，所以它是相关物体。控制器115产生了作为交通工具100的操作者的视觉辅助物的一对动态交通工具路径线210，在由摄像机110所捕获的图像上方重叠着动态交通工具路径线210。控制器115显示动态交通工具路径线210，以使得动态交通工具路径线210看起来被定位在交通工具100后方的地面上。基于方向盘的当前位置(例如，由转向角传感器来获得)，动态交通工具路径线210提供了交通工具将所处的路径的视觉指示。在图2中所示的图像中，动态交通工具路径线210被显示为交通工具100笔直倒退。此外，随着交通工具100接近相关物体205时，动态交通工具路径线210在长度上变短，以向操作者提供交通工具100和相关物体205之间的距离的视觉指示。在一些实施例中，能够以两种或多种颜色显示动态交通工具路径线210。动态交通工具路径线210的第一部分215(例如，最接近相关物体205的部分)是第一颜色(比如，黄色)。动态交通工具路径线210的第二部分220(例如，最接近交通工具100的部分)是第二颜色(例如，红色)。每个部分215和220的长度表示距离。在一些实施例中，第一和第二部分具有相等的最大长度。在其他实施例中，一个部分具有比另一部分的最大长度要大的最大长度。当相关物体205超过由第一部分215所表示的总距离和由第二部分220所表示的距离时，在其最大长度(例如，第一尺寸)处显示每个部分。
随着交通工具100接近相关物体205时，第一部分215的端部225变得更靠近相关物体205。一旦交通工具100靠得相关物体205足够近、以至于端部225看起来在相关物体205中(例如，交通工具100在距物体205的第一预定距离处)时，控制器115减少所显示的第一部分215的长度，从而为操作者提供交通工具100距相关物体205有多近的指示。随着交通工具100继续缩短或终止在其自身和相关物体205之间的距离时，第一部分215继续变短。也就是说，相比较于第一预定距离，第一部分215的长度和第二部分225的长度的总和，是与交通工具100和物体205之间的距离成正比。一旦整个第一部分215不再可见(即，消失了)时，第二部分225开始变短，直到交通工具100靠得相关物体205足够近以使得动态交通工具路径线210整个都没了(即，动态交通工具路径线210已经消失了)为止。能够提供交通工具100靠得相关物体205特别近的额外指示，比如图像200闪烁，在图像200上闪烁标记或者听觉警报。
图3A和3B图解说明用于视觉辅助物的校准过程的实施例。视觉辅助物被校准，以使得动态交通工具路径线210出现在被定位在地面上的图像中，并且以使得动态交通工具路径线在看上去被嵌入在相关物体中之前消失。矩形物体300被放置在交通工具100后方的摄像机110的视域中。交通工具100的右后轮被用作坐标原点305，其中x轴朝着交通工具100的左后轮延伸，而y轴从交通工具向后延伸。对于显示器，左上角被用作显示器的坐标原点310，其中x轴向右延伸，而y轴向下延伸。测量从坐标原点305到矩形物体300的四个角部320A，320B，320C和320D中的每个角部的距离315A，315B，315C和315D。接下来，识别在显示器120上的矩形物体300的四个角部320A，320B，320C和320D的位置320A’，320B’，320C’和320D’(例如，使用触摸屏或重叠网格)。使用在显示器120上的、距矩形物体300的四个角部320A，320B，320C和320D的距离315A，315B，315C和315D以及矩形物体300的四个角部320A，320B，320C和320D的位置320A’，320B’，320C’和320D’的物理测量值，来计算单应矩阵(homography matrix)。
在计算单应矩阵之后，控制器115使用已知的到交通工具100后保险杠的距离和检测的到相关物体的距离，来确定在显示器120上何处显示动态交通工具路径线210以及动态交通工具路径线210应该具有的长度。
在一些实施例中，控制器和摄像机能够被结合到单个的单元。然后，摄像机从距离传感器接收信号，并且产生包括任何视觉辅助物的图像。
在图示的实施例中，视觉辅助物被设置成用于在交通工具路径上的相关物体。然而，也能够提供其他视觉辅助物，以使得识别在交通工具当前路径的外侧但足够靠近、以使得如果交通工具路径改变那么该物体可能会与交通工具相碰撞的物体。
在图示的实施例中，本发明被描述成被定位在四轮机动车的后部。然而，本发明能够被应用到其他交通工具(其中该交通工具的操作者不能看到会出现在交通工具的路径上的所有物体)。例如，本发明的额外实施例可被预期用于卡车、公共机动车(包括校车)、飞机、起重机、建筑设备、叉车，等等。本发明还可被预期成放置在不同的位置上，比如交通工具的前部、交通工具的盲点区中、交通工具(例如大飞机)的下面、飞机的机翼上，等等。
在另一个实施例中，视觉辅助物被提供成将拖车上的拖车栓钩的球体引导到拖车的接收部。视觉辅助物为操作者提供方向和距离方面的引导，以辅助操作者将球体定位在接收部处。
因此，除此以外，本发明提供了用于辅助操作者来确定相关物体距离交通工具有多近的***。

Claims (16)

1.一种用于交通工具的动态范围显示***，其包括：
摄像机，所述摄像机构造成捕获图像和生成代表图像的第一信号；
距离传感器，所述距离传感器构造成检测在所述交通工具的路径中的相关物体以及生成表示在所述交通工具和所述相关物体之间的距离的第二信号；
显示器，所述显示器构造成提供可视图像；和
控制器，所述控制器构造成接收来自摄像机的第一信号和来自距离传感器的第二信号，所述控制器在显示器上生成图像以代表由摄像机所检测的图像以及生成动态交通工具路径线，所述控制器在由摄像机所检测的图像的上重叠动态交通工具路径线；
其特征在于，所述动态交通工具路径线显示了所述交通工具的投影路径，并且具有基于在交通工具和相关物体之间的距离而变化的长度。
2.根据权利要求1所述的***，其特征在于，当所述交通工具距所述相关物体的距离大于第一预定距离时，所述长度具有第一尺寸。
3.根据权利要求2所述的***，其特征在于，当在所述交通工具和所述相关物体之间的距离小于所述第一预定距离时，所述长度成与所述交通工具和所述相关物体之间的距离和第一距离的比值成正比。
4.根据权利要求1所述的***，其特征在于，基于从转向角传感器接收到的指示来确定所述投影路径。
5.根据权利要求1所述的***，其特征在于，进一步包括听觉警报器，当在所述交通工具和所述相关物体之间的所述距离小于第二预定距离时，所述听觉警报器发出声音；当所述距离小于所述第二预定距离时，所述动态交通工具路径线消失。
6.根据权利要求1所述的***，其特征在于，所述动态交通工具路径线靠近所述交通工具的后保险杠地被定位在可视图像中。
7.根据权利要求1所述的***，其特征在于，所述动态交通工具路径线具有第一部分和第二部分，所述第一部分具有第一颜色，并且所述第二部分具有第二颜色。
8.根据权利要求7所述的***，其特征在于，当所述交通工具距所述相关物体的距离大于第一预定距离时，所述第一部分具有第一长度并且所述第二部分具有第二长度。
9.根据权利要求8所述的***，其特征在于，随着所述交通工具移动成比所述第一预定距离更靠近所述相关物体时，所述第一部分的长度从所述第一长度动态地减小；当所述交通工具比第二预定距离更靠近所述相关物体时，所述第一部分消失。
10.根据权利要求9所述的***，其特征在于，随着所述交通工具移动成比所述第二预定距离更靠近所述相关物体时，所述第二部分的长度动态地减小；当所述交通工具比第三预定距离更靠近所述相关物体时，所述第二部分消失。
11.根据权利要求1所述的***，其特征在于，使用单应矩阵来生成所述动态交通工具路径线。
12.根据权利要求1所述的***，其特征在于，使用校准程序来生成单应矩阵。
13.一种辅助交通工具的操作者来确定在所述交通工具和相关物体之间的距离的方法，所述方法包括：
显示代表来自所述交通工具的视域的图像；
检测在所述视域中的所述相关物体；
在所显示的图像上重叠动态交通工具路径线；和
基于在所述交通工具和所述相关物体之间的距离、以如下方式来调整所述动态交通工具路径线的长度，即所述动态交通工具路径线没有重叠所述相关物体的图像。
14.根据权利要求13所述的方法，其特征在于，调整所述动态交通工具路径线包括：随着在所述交通工具和所述相关物体之间的距离变得越来越小时，减小所述动态交通工具路径线的长度。
15.根据权利要求13所述的方法，其特征在于，进一步包括使用单应矩阵，来确定所述动态交通工具路径线的长度。
16.根据权利要求13所述的方法，其特征在于，进一步包括使用在视域中被定位在所述交通工具后部的矩形物体，来生成单应矩阵。
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