CN102476619A - 用于检测机动车周围环境的方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及用于检测机动车(1)的周围环境的方法，其中，借助摄像机(3)检测相对机动车(1)的一个预定距离中的窄区域(5)并检验：是否有物体(7)运动到该窄区域(5)中。借助距离传感器(11)检测位于该预定距离内的区域(9)，其中仅是位于该预定距离内的区域(9)中的物体(7)在那里运动的区段被检测。本发明还涉及用于实施该方法的装置，包括至少一个用于对周围环境进行光学检测的摄像机及用于对由摄像机(3)检测的图像分析的装置，以便识别是否有物体(7)运动到由摄像机(3)检测的预定距离的窄区域中，及包括用于检测由摄像机(3)的窄区域(5)所包围的区域(9)的距离传感器(11)。

Description

用于检测机动车周围环境的方法
技术领域
本发明涉及在使用一个摄像机的情况下检测机动车周围环境的方法及用于实施该方法的装置。
背景技术
用于检测机动车的周围环境的方法例如为驾驶辅助***的一部分，例如被用来支持驾驶员泊入泊车位中。并且在距离调节***中这种方法被用来检测机动车的周围环境。
为了检测周围环境，通常例如使用超声波传感器或雷达传感器来作为距离传感器。为了检测周围环境由传感器发送一个信号，该信号被机动车周围环境中的物体反射，并再接收反射的回波信号。由信号的发送到回波的接收的传播时间则可计算出对一个物体的距离。通过使用至少两个传感器也可附加地确定物体的方向。借助反射的回波信号则可建立一个描述机动车周围环境的周边地图。
除了这些传感器外也可使用光学传感器，例如摄像机。在此情况下通过一个适合的图像处理***进行机动车周围环境的分析。由DE-A 10025678例如公知了：基于摄像机图像来检测交通参与者及障碍物。摄像机图像附加地用于确定到摄像机的距离及用于对交通参与者或障碍物分类。为了避免可能的事故，将识别及辨认潜在的事故对方。为此在第一步骤中标出一个单色图像摄像机的图像数据中的潜在事故对方及接着确定其距离及相对速度，以致对确定为目标的物体实时地进行一个类型分类。该识别操作被分为多个阶段，以致***的实时功能也可借助传统的、在机动车中已具备的传感器，例如超声波传感器或雷达传感器来实现。
但该方法的缺点在于：借助摄像机将摄取一个内容丰富的图像，该图像必需被处理。这需要大的计算成本及复杂的图像分析。
发明内容
在根据本发明的用于检测机动车周围环境的方法中借助一个摄像机来检测相对机动车一个预定距离上的一个窄区域及检验：是否一个物体运动到该窄区域中。位于预定距离内的区域则借助距离传感器来检测，其中仅是位于该预定距离内的区域中的物体在那里运动的区段被检测。
通过借助一个摄像机仅检测相对机动车一个预定距离上的一个窄区域，可使图像处理部分极其简单地构成及使用于图像分析的计算成本降低。此外在该区域内通过超过此距离的物体的识别可合乎目的地仅检测物***于其中的区段，以致这里可进行简单的监测，因为不必监测整个区域及不必使检测该区域的所有传感器同时地工作。
作为本发明意义上的窄区域为这样一个区域，该区域正好这样地宽，以致能可靠地识别运动到该区域中的物体。优选的是：窄区域具有10至50个象素的宽度。这里该宽度是由摄像机的焦点径向地延伸的一条线上两个点之间的距离。
为了仅检测一个预定距离上的一个窄区域，虽然由摄像机摄取一个完整的图像，但仅是该图像重要的区域被分析。由此得到一个所谓的“光栅效应”。这具有其优点，即为了检测需要很少的资源及计算时间。
因此借助摄像机仅检测：是否物体运动到其它传感器的检测区域中。将不再借助摄像机继续跟踪该物体的运动。
一旦物体运动到由预定距离包围的区域，将借助距离传感器对该物体进一步地检测并跟踪该运动。在此情况下尤其对物体的运动方向及速度以及物体到机动车的距离感兴趣。
为了检测朝着机动车运动或离开机动车运动的物体的速度，在一个优选的实施形式中使用多普勒效应。通过多普勒效应可在仅使用一个传感器检测的情况下基于发送波的频率改变就能够检测出速度。因此除检测信号的传播时间外还仅需要检测接收信号的频率，以便确定物体到传感器的距离及向着传感器方向上的速度。
因为借助多普勒效应仅可检测向着传感器的方向上的速度分量，此外优选的是：为了检测一个平行于机动车运动的物体的速度，使用了一个光学的检测***。在此情况下例如一个摄像机适合作为该光学的检测***。因此当借助摄像机检测由预定距离达到被检测区域中的物体时，可能使用同一摄像机也可使用另一摄像机来跟踪该物体及通过适当的图像处理来确定物体的速度。对此例如可以：将两个或多个相继接收的图像中检测出的被检测物体相对机动车的位置相比较及由该相对位置来确定速度。
在本发明的一个实施形式中由距离传感器检测的区段均借助被检测物体关于机动车的运动速度及方向这样来确定，即物***于所检测的区段中。由此可保证位于预定距离内的区域内的物体不会处于传感器的检测区域之外。当物体运动，以致由一个传感器的检测区域移来时，则物体运动到其检测区域中的一个相邻的传感器工作。为了总使正确的传感器工作，将使用被检测物体的速度及方向。由该速度及方向可识别：物体运动所向及必需由哪些传感器来检测物体。
常用的距离传感器，例如当前已在驾驶辅助***中使用的距离传感器适合作为可检测位于预定距离内的区域的距离传感器。这些传感器例如为超声波传感器、雷达传感器、红外线传感器或LIDAR(激光雷达)传感器。附加地也可使用光学传感器、例如一个摄像机。但最好使用超声波传感器或雷达传感器。
根据本发明的方法例如可在驾驶操作方面支持驾驶员。这些驾驶操作例如为泊车操作。也可借助这种驾驶辅助***来支持调车、例如在窄的交叉路口或窄的街道上。并且也可例如在距离调节***中使用根据本发明的方法。根据本发明的方法优选地使用在用于在慢速的驾驶操作情况下支持驾驶员的方法中，例如在泊车过程或调车过程中。
当借助根据本发明的方法识别一个静止物体时，将观察机动车对物体的接近及当接近到低于一个最小距离时对驾驶员发出关于对物体接近的警报，该最小距离可固定地预给定也可与机动车的速度相关。在此情况下对驾驶员的警报例如可用声音及光或声音及触觉来发出警报。并且对驾驶员也可以是光及触觉的警报。此外还可以是用声音，光及触觉发出的警报。
作为光警报通常使用适合的警报光信号。在此情况下例如可设置多个LED(发光二极管)，其中当对物体接近时点亮的LED的数目增多。此外可在低于一个预定距离时进行颜色的改变，以致例如点亮红的LED，以对驾驶员附加地发出警报。也可变换地，例如在机动车的仪表盘区域中的一个显示屏上的一个两维显示图中以俯视图显示机动车及也在该图中显示达到传感器的检测区域中的物体。然后在该两维显示图中显示机动车对物体的接近。为了对驾驶员明确地发出低于一个预定值的接近信号，这里例如可以进行颜色的改变。例如可使接近机动车的物体改变颜色或整个的显示图更换颜色。作为触觉警报例如可设置振动，如油门踏板上、制动踏板上或方向盘上的振动，或坐位上的振动。对于声音警报通常发送音调信号，其中当接近一个物体时两个音调之间的距离减小及在低于一个最小距离时发送一个持续的音调。
在另一实施形式中当检测到一个运动的物体时对驾驶员发出一个附加的警报。在此情况下对驾驶员的警报也可用声音、光和/或触觉来实现。尤其在以俯视图显示的一个两维显示图中用彩色突出地显示运动的物体。
当通过两维光学显示图进行警报时，例如可以在驾驶员的可见区域内设置一个监视器。对此可对于应用本方法的驾驶辅助***使用一个单独的监视器或也可使用已具备的监视器，例如一个导航***的监视器。
预定距离-在该距离上借助摄像机检测窄区域-则可通过所使用的用于监测位于预定距离内的区域的距离传感器来预给定。例如可以这样来选择预定距离，即该预定距离包围着一个区域，在该区域内可借助距离传感器来检测。当然也可变换地，例如根据速度来调节预定距离。在较高的速度时该预定距离被选择得较大及在较小速度时该预定距离被选择得较小。在此情况下总是这样选择预定距离，即由反应距离与制动距离相加的机动车停车距离将小于该预定距离。
因为借助根据本发明的方法仅检测预定距离上的窄区域及由此减小了图像处理的计算负荷，故该摄像机也可用于其它的任务。
可执行本方法的装置包括至少一个用于对周围环境进行光学检测的摄像机及用于对由摄像机检测的图像进行分析的装置，以便识别一个物体是否在摄像机的预定距离上的检测区域中运动，及用于检测由摄像机的检测区域所包围的区域的距离传感器。
作为摄像机可使用能产生数字图像的任何摄像机。在此情况下它既可涉及产生彩色图像的摄像机也可涉及具有一个摄取黑/白图像的传感器的摄像机。因为借助摄像机仅需检测物体是否达到距离传感器的检测区域中，提出设有一个黑/白传感器的摄像机就够用了。
摄像机可被安装在机动车中的不同位置上。例如可以将摄像机定位在风挡玻璃的后面或后玻璃的后面、行李箱盖中门把的附近、缓冲杠中、后视镜的侧面或挡泥板附近、缓冲杠的前面或冷却器栅格中。
用于对由摄像机检测的图像进行分析以识别是否一个物体达到摄像机的一个预定距离上的检测区域中的装置通常包括一个处理器及一个存储单元，在该存储单元上存储用于图像分析的计算机程序。此外也可以在该存储单元上例如存储检测到的图像，以便可将多个相继摄取的图像相互比较。在此情况下该处理器及存储装置可包括在一个仅用于摄像机的控制装置中，变换地也可使用一个通用的控制装置，借助它还可完成其它的任务。例如可以使用同一控制装置既用于对由摄像机检测的图像分析也用于对由距离传感器检测的数据分析。变换地也可使用分开的控制装置，在此情况下则必需在这些控制装置之间交换数据。
作为用于检测位于预定距离内的区域的距离传感器，如上所述地例如使用超声波传感器，雷达传感器，红外线传感器或LIDAR(激光雷达)传感器。其中特别优选的是超声波传感器及雷达传感器。
对由距离传感器检测的数据进行处理的控制装置最好附加地包括一个分析单元，借助它对由距离传感器检测的数据分析，以便确定物体相对机动车的速度。该分析单元也可变换地例如直接与传感器连接，例如也可使用设有自己的处理器的距离传感器。在此情况下则不需要设置一个单独的、被用作确定物体的距离及速度的分析单元的控制装置。
附图说明
在附图中表示出本发明的实施例及在以下的说明中对其详细地描述。
唯一的附图概要地表示在机动车前部区域中对机动车周围环境的检测。
具体实施形式
在唯一的附图概要地表示出在机动车前部区域中对机动车周围环境的检测。
为了检测周围环境机动车1包括一个摄像机3，借助该摄像机来监测到机动车1的一个预定距离中的一个窄区域5。
为了检测一个预定距离中的该窄区域5，由摄像机摄取一个完整的图像，但仅是该图像中重要的区域被分析，以致得到一个所谓的“光栅效应”。
当对由摄像机3检测的窄区域5分析时将检验：一个物体7是否在该窄区域5中运动。
根据本发明借助距离传感器11来检测窄区域5以内的一个区域9。在此情况下每个距离传感器11覆盖区域9内的一个检测区域，在这里所示的例子中距离传感器涉及6个距离传感器。
一旦物体7通过由摄像机3检测出的窄区域5到达区域9中，则在一个区段中监测区域9，在该区段中物体7进入到区域9。为此使用相应的距离传感器11，这些距离传感器检测物体7所位于的相应区段。
通过借助距离传感器11仅测量区域9内的物体7所位于的区段，可降低所需的计算成本。通过摄像机不是检测整个区域9而是仅测量围绕被距离传感器11所覆盖的区域9的窄区域5，使所需计算成本进一步地降低。
一旦物体7越过了窄区域5，将可借助距离传感器11来检测物体7的速度、方向及距离。物体7向着机动车1的速度例如可借助多普勒效应来确定。物体7的距离由距离传感器11的信号发送到从物体7反射的反射信号被距离传感器11的接收之间的传播时间来得到。为了确定物体7的方向将使用两个距离传感器11，其中通过围绕传感器11的距离得到的距离圆的交点给出了物体7的位置。
借助多普勒效应仅可确定物体7直接向着距离传感器11或离开距离传感器的速度。相对距离传感器11横向的速度分量例如通过两个相继的测量来确定，其中对两个相继测量的物体运动进行比较。
此外可能及优选的是，相对机动车平行运动的物体7的运动通过光学、例如借助摄像机来检测。对此可使用一个附加的摄像机或也使用检测窄区域5的摄像机3。
可借助根据本发明的方法来检测的物体7例如为一个泊车位，这时根据本发明的方法将被用来在泊车时支持驾驶员。借助根据本发明的方法也可检测位于泊车位中的物体或在泊车位中运动的物体。在狭窄的街道或道路上行驶操作时或在调车操作时，物体7例如可为限定调车区域或限定机动车1的预定行驶路径的物体。在调车区域中或在行驶区域中运动的物体也可借助根据本发明的方法来检测。
被检测的物体7例如为行人，自行车或其它的机动车。这些物体可为静止的也可为运动的。在泊车时支持驾驶员的方法中所使用的物体7例如可为墙，植物，植物种植桶或类似物。尤其当物体7涉及行人或自行车时，通常这些物体是运动的。因为正是行人可能倾向于很快地改变方向，在此情况下有利的是，一旦检测出运动的物体，对驾驶员发出警报。在此情况下对驾驶员的警报例如可-如上所述地-用光学、声学和/或触觉的方式来实现。通过对驾驶员的警报将指示：让其引起特别的注意力。
当使用根据本发明的方法以便执行自动驾驶操作时-其中将自动地进行机动车的横向导向，有利的还在于：当检测到运动物体7时对驾驶员发出警报及同时中断该方法及将操纵交付给驾驶员，因为可能发生突然的方向改变。
当物体7涉及静止的物体时，则尤其当机动车1接近物体7时对驾驶员发出警报。在此情况下例如可以根据物体7到机动车1的距离来使警报信号适配。在光警报的情况下例如可以设置一个LED(发光二极管)序列，当物体7离机动车1愈近时，其中愈多的LED点亮。当小于一个最小距离时可附加地改变LED的颜色，以便对驾驶员给出一个附加警报。也可变换地，例如在一个合适的监视器、如一个导航***的监视器上显示一个二维图像，在该图像中以俯视图显示机动车1及相对机动车1显示物体7。并且这里也可以是，通过对接近机动车1的物体用彩色突出地显示来实现附加的警报。还可变换地，改变整个显示的颜色，以指示驾驶员：必需提高注意力。
在声音警报的情况下例如可以设置重复的音调，其中当接近物体7时音调的重复频率下降。当小于一个预给定的最小距离时则可以是发送一个持续的音调，它要求驾驶员停住机动车，以避免碰撞。
除了显示机动车1对物体7的接近外，有利的还在于：尤其当该物体涉及运动的物体时，对驾驶员显示：运动的物体已达到了距离传感器11的检测区域9中。通过警报对该驾驶员指示：他必需让自己提高注意力。
并且这里也可以用声音、光和/或触觉来实现警报。在这里光警报例如也可通过对物体7用彩色突出显示来实现。触觉警报例如可通过机动车1的一个踏扳、方向盘或坐位的振动来实现。
除这里所示的将摄像机定位在风挡玻璃后面的实施形式外，也可将摄像机例如定位在机动车中后玻璃的后面、行李箱盖中门把的附近、缓冲杠中、后视镜的侧面或挡泥板附近、缓冲杠的前面或冷却器栅格中。

Claims (9)

1.用于检测机动车(1)的周围环境的方法，其中，借助摄像机(3)检测相对机动车(1)在一个预定距离上的窄区域(5)并检验：是否有物体(7)运动到该窄区域(5)中，借助距离传感器(11)检测位于该预定距离内的区域(9)，其中，相应地仅检测位于该预定距离内的区域(9)中的、所述物体(7)已运动到其中的区段。
2.根据权利要求1的方法，其特征在于：使用多普勒效应来检测向着所述机动车(1)或离开所述机动车(1)运动的物体(7)的速度。
3.根据权利要求1或2的方法，其特征在于：使用光学的检测***来检测平行于所述机动车(1)运动的物体(7)的速度。
4.根据权利要求1至3中任一项的方法，其特征在于：由所述距离传感器(11)检测的区段分别借助被检测的物体(7)关于所述机动车(1)的速度及方向这样来确定，使得该物体(7)位于该被检测的区段中。
5.根据权利要求1至4中任一项的方法，其特征在于：当检测到运动的物体(7)时对所述机动车(1)的驾驶员发出警报。
6.根据权利要求1至5中任一项的方法，其特征在于：所述预定距离是直至由所述距离传感器(11)可以检测出的距离。
7.用于实施根据权利要求1至6中任一项的方法的装置，包括至少一个用于对周围环境进行光学检测的摄像机(3)及用于对由所述摄像机(3)检测的图像进行分析的装置，以便识别是否有物体(7)运动到由所述摄像机(3)检测的、在预定距离上的窄区域中，该装置还包括用于检测由所述摄像机(3)的所述窄区域(5)包围的区域(9)的距离传感器(11)。
8.根据权利要求7的装置，其特征在于：所述距离传感器(11)为超声波传感器、雷达传感器、红外线传感器或激光雷达传感器。
9.根据权利要求7或8的装置，其特征在于：包括一个分析单元，借助该分析单元对由所述距离传感器(11)检测的数据进行分析，以便确定物体(7)相对所述机动车的距离和速度。
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