CN102616182B - 停车辅助***和方法 - Google Patents

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Abstract

本申请公开了一种车辆停车辅助***。车辆停车辅助***基于呈现鸟瞰图。显示器具有诸如触摸输入显示器之类的输入接口或诸如操纵杆之类的远程输入设备。在这种情况下，通过在显示器(该显示器呈现出驾驶员想要了解其范围的空间中对象或位置的图像)上选择期望的位置，用户能够请求对空间中车辆和该位置之间的距离进行计算。可以提供距离信息，作为可听消息和/或鸟瞰图上的可视的叠加消息。

Description

停车辅助***和方法
技术领域
本发明涉及停车辅助***。
具体地，本发明涉及一种停车辅助***，向驾驶员呈现车辆以及车辆周围环境的鸟瞰图(俯视图)。
背景技术
当停车时以及在缓慢驾驶的场景中，鸟瞰图图像是有效的辅助设备。
在这种***中，通过使用安装在车上的多个摄像机来捕获车辆周围环境的图像，并使用图像变换技术来处理所捕获的图像。将变换图像接合在一起形成车和周围环境的鸟瞰图图像，并显示该图像。
用于处理车辆周围环境的多个摄像机图像以向驾驶员显示的方法是公知的，例如，在Fujitsu Sci.Tech.J.，Vol.46，No.1，第95-102页中公开的Shimizu Seiya，Kawai Jun和Yamada Hirozi的文章″用于机动车辆的环形视图***″以及例如US7684593和US7734417的不同专利申请。
使用坐标变换以基于地面投影将多个摄像机的捕获图像变换到车辆上方的观测点。将计算机产生的车辆叠加图像叠加到该投影图像上。
典型地，鸟瞰图***包括安装在车辆***的鱼眼(广角)摄像机(例如，安装在车的前端、右侧、后端和左侧的四个摄像机)。针对鱼眼失真来校正这些摄像机图像。按照观察点在车辆上方的方式来变换和投影该失真校正图像。按照获取车辆的周围环境的无缝视图的方式将投影图像缝合在一起。进一步处理该环境视图以提高图片质量，并将该环境视图在驾驶员窗中显示以辅助驾驶员。
还期望如果到达远处对象的距离变为危险时，能够告警驾驶员，并在显示器上显示对象。用于在鸟瞰图停车辅助***中的显示器上标识和标记信息的方法是已知的。例如，如US2010/0259371所公开的，可以基于超声波障碍物标记方案来提供位置信息，然后，将位置信息用于在所显示的图像上提供可视的警报告警。该方法组合了两个已知类别的停车辅助***，即产生鸟瞰图显示的图像处理和基于超声波的声音警报。
常规的基于超声波的***可以通过安装在车上的超声波传感器仅提供障碍物的径向距离，因此驾驶员对于车保险杠与障碍物之间的实际距离没有清楚的认识。此外，呈现障碍物的方向也是未知的。在基于鸟瞰图的停车辅助***中，驾驶员可以看见障碍物在什么位置，但是难以在视觉上估计从障碍物或从例如是地面上停车线标记的信号标记起始的距离。
基于鸟瞰图和超声波手段的结合***给出了可视信息以及距离信息。但是，因为需要实现两个设备，所以该***成本较高。此外，对这两个方案之间接口的需求也使得***的实现复杂。到超声波传感器***的接口还在整个处理中增添一些延迟，而这在危急驾驶条件中是不希望的。
距离计算的超声波手段的另一个问题在于：当存在很多障碍物时，识别它们是困难的。此外，因为超声波手段不能检测到地面上的线标记的距离，导致难以识别该距离，使得驾驶员难以将车辆停在指定停车区域。
发明内容
根据本发明，提供了一种车辆辅助***，包括：
显示器，具有用于标识显示屏位置的输入接口；
图像处理单元，适于：
对包括车辆周围不同方向视图的多个图像进行处理；
组合多个图像以形成鸟瞰图；以及
将表示车辆的图像叠加到鸟瞰图中；以及
处理器，适于：
计算显示器上用户已标识的显示位置处表示的位置与车辆的边缘周围的点之间的距离；以及
向用户呈现所计算的距离。
本发明以简单和低成本的方式使得可以计算到感兴趣的点的距离。所提供的精确定位信息改善了驾驶员停车的体验和容易度。通过使用基于鸟瞰图显示设备的输入接口来标识对象，用户完全注意到了要被探查的对象，因此不存在由简单发出告警信号的***引起的含糊之处。
本发明还使得能够计算到多个障碍物的距离，包括地面上的道路标记，这是因为在鸟瞰图图像中显示来包括地面上道路标记的多个障碍物。事实上，可以选择鸟瞰图图像中的任何对象。
因为所需处理是简单的，例如，简单地基于触摸输入的像素位置与车辆边界的像素轮廓之间的像素比较，所以对于实现和使定位信息快速显示，本发明是容易和低成本的。
用于标识显示屏位置的输入接口可以包括具有触敏输入表面的显示屏。这提供了一种标识屏幕位置的容易且快速的方法。但是，可以提供其它方法，例如，在屏幕周围移动光标的操纵杆。操纵杆可以具有按压功能，用于一旦选择了期望的位置，做出选择。
优选地，处理器适于控制图像处理单元向用户呈现所计算的距离，作为图像叠加物。当用户已经看到屏幕来进行位置选择时，这为用户提供了容易的接口。
处理器可以适于控制扬声器***作为可听消息向用户呈现所计算的距离。可以是替代的图像叠加物或与图像叠加物的组合。
优选地，可以提供摄像机集合来产生多个图像。
处理器可以适于计算显示器上用户已标识的显示位置处的位置与车辆边缘周围的相应点之间的距离，并且向用户呈现所计算的距离。这意味着用户可以监控多个对象或空间位置。
处理器可以适于：
获取显示器上用户已标识的显示位置处的位置与车辆边缘周围的点之间的距离，作为被表示为像素的数目的距离，；以及
使用像素到距离的转换因子，将表示为像素的数目的距离转换为物理距离。
这提供了基于将像素间隔转换到真实世界距离的简单距离测量方法。
本发明还提供了一种控制车辆停车辅助***的方法，包括：
处理多个图像，所述多个图像包括车辆周围不同方向的视图；
组合多个图像以形成鸟瞰图；
将表示车辆的图像叠加到鸟瞰图中；
在具有用于标识显示屏位置的输入接口的显示器上显示鸟瞰图；
从用户处接收到显示器的输入，所述输入标识显示位置；
计算显示器上被表示为显示位置的位置与车辆边缘周围的点之间的距离；以及
向用户呈现所计算的距离。
附图说明
现在将参考附图详细地描述本发明的示例，其中：
图1示出了已知的停车辅助***；
图2示出了由图1的***产生的鸟瞰图；
图3示出了根据本发明的停车辅助***的鸟瞰图示例的功能框图；
图4示出了鸟瞰图输出，并示出了用于说明本发明***操作的量纲(dimension)；
图5用于说明本发明***的用户接口；
图6用于说明在本发明***中使用的障碍物距离计算；以及
图7示出了本发明示例的距离叠加(overlay)方案的控制逻辑的流程图。
具体实施方式
本发明提供了一种基于呈现鸟瞰图来提供车辆停车辅助***。显示器具有诸如触摸输入显示器之类的输入接口，通过向显示器的期望位置(该显示器呈现出驾驶员想要了解其范围的空间中对象或位置的图像)提供输入，用户能够请求空间中车辆和该位置之间的距离计算。可以提供距离信息，作为可听消息和/或鸟瞰图上的可视的叠加消息。
图1示出了典型的鸟瞰图***。由10示出车辆，并且在车辆的前端、后端以及两侧安装了四个摄像机12。
基本原则在于四个摄像机的视场(FOV)需要相连。车辆周围的区域必须被车特定距离(例如两米)内的视场完全覆盖。这意味着任何相邻摄像机的FOV需要明显重叠。实时处理所有四个视图的图像，并且通过图2中所示的显示器***将其显示为缝合的鸟瞰图。
由20示出鸟瞰图。由21、22、23、24示出前端、右侧、后端和左侧视图。车辆的图形叠加物26在鸟瞰图20的中心。
图3示出了基于本发明停车辅助***的鸟瞰图示例的功能框图。
使用图像捕获单元30捕获摄像机单元12输出的图像。处理图像以在鸟瞰图处理单元32中创建鸟瞰图。位置叠加物控制单元34控制鸟瞰图上距离信息形式的位置信息的叠加。
驾驶员接口单元36提供针对位置叠加物的配置的输入。驾驶员接口单元36捕获并处理来自驾驶员的包括命令的控制输入，以提供根据本发明的给出距离信息的叠加物。
优选实施例使用触摸屏，但是替换地，驾驶员可以通过使用诸如用于移动光标的操纵杆之类的远程控制来提供这种输入。
在显示器单元38上显示具有叠加的(superimposed)位置叠加的鸟瞰图输出。位置信息还可以是作为经过可选扬声器***39的语音信息的输出。还可以仅使用可听消息，而使图像不变。
对于鸟瞰图的处理，可以在DSP或ASIC或FPGA中实现位置叠加物和控制逻辑。
可以提供多种模式的位置叠加物。例如，可以是在鸟瞰图中呈现网格图案的显示模式、仅在鸟瞰图输出中的特定区域提供网格图案的显示模式，以及没有网格的显示模式。
还可以通过监控车辆的状态来控制叠加物创建，并且叠加物创建可以提供不同的显示输出模式而无需驾驶员的输入。车辆状态参数的示例是：
移动方向，
车速，
车辆排档(例如前进/倒车)。
这个方法可以用于提供如上所述自动控制的网格叠加。例如，当车辆向左转时，可以在感兴趣的区域(即在前端和左侧区域)显示网格图案。
由安装在车上的传感器来执行状态的标识，该传感器对于其它控制和监控目的是公知。因此，现有传感器可以用于向停车辅助***提供信息。例如，可以使用转向角传感器来标识车辆的方向。
本发明的***使用从固有的鸟瞰图处理阶段提取的位置和距离信息来产生位置叠加物信息。按照这种方式，无需涉及与诸如超声波设备之类的外部传感器接口的附加开销叠加。
在鸟瞰图***中，显示器屏幕上的输出具有固定的像素分辨率，例如，800水平像素×480垂直像素。可以对像素分辨率进行校准以示出特定距离，例如车周围的2米或3米。因此，可以容易地将鸟瞰图中每米像素的数目表示为：
像素/米＝鸟瞰图输出宽度(像素)/直实距离(m)
图4示出鸟瞰图输出宽度为BW’，鸟瞰图输出高度为BH’。这些可以被表示为像素的数目。
图4a示出了车10和鸟瞰图中要观看的车周围的距离。车具有宽度“CW”，示出了横向观测距离“DWatch”，例如，可以在2m到3m之间。
图4b示出了在显示器屏幕上显示的鸟瞰图输出，所述显示器屏幕包括如屏幕中所见的车叠加区域26以及横向观测距离“DWatch”。类似地，图4b示出了如屏幕所见的车宽度CW。
鸟瞰图覆盖了给定宽度为BW的车辆周围的区域。这是鸟瞰图中要呈现的以米表示的区域(包括车)的横向距离。
将这个宽度清楚地表示为：
BW＝CW+2DWatch
鸟瞰图显示宽度BW’是用于显示宽度BW的像素的数目。
可以将像素/米的值表示为：
像素/米＝BW’/(CW+2DWatch)
其中，以米表示CW和DWatch，以像素表示BW’。
备选地，当然还可以使用如下的鸟瞰图高度参数来获取像素/米：
像素/米＝BH’/(CL+2DWatch)
其中，CL是车长度，并以米表示；BH’以像素表示。
一旦对鸟瞰图输出进行了校准以示出所需区域，那么像素/米的值保持相同，因而这个度量可以用于叠加位置信息。
在本发明的***中，可以使用来自鸟瞰图投影算法的可用位置信息来获取用于显示或音频输出的距离信息。在优选实施例中，***在鸟瞰图输出上叠加的距离叠加信息。
本发明避免了对例如超声波方案的附加距离估计技术的需求。
本发明的***允许驾驶员在鸟瞰图输出中选择需要获知其与车之间距离的任意对象/障碍物。然后，***显示到鸟瞰图输出上叠加的所选对象的距离，作为叠加图形。
将参考图5说明优选的用户接口。
在图5a中，在基于触摸屏的LCD监视器50上显示鸟瞰图输出20。在图5(a)中示出对象52。典型地，将鸟瞰图***的LCD显示器放置在驾驶员伸手可达范围内的车辆驾驶员窗(cabin)中，使得驾驶员可以在辅助驾驶/停车时观看显示器，并且还可以提供输入命令。
假设车辆以倒车档移动，那么当驾驶员看见在车的尾侧存在对象/障碍物52时，他就触摸(示意性地，如所示出的)鸟瞰图中的对象图像上的触摸屏LCD屏幕。
触摸屏***产生与用户触摸的显示屏上的位置相对应的像素坐标估计(如常规的)。根据与鸟瞰图中的障碍物位置相对应的标识的坐标，可以使用用公式表示的像素/米度量来计算从车的后边缘(例如，保险杠)到对象的距离，作为鸟瞰图处理的一部分。
一旦通过***的控制逻辑标识出(例如，以米为单位的)距离，那么，可以将距离信息显示为屏幕上叠加的叠加物来引起驾驶员的注意。
在图5b中，由标记了2米距离的标注54示出位置叠加物。这表示从车尾部的保险杠到驾驶员所标识的障碍物的距离是2米。
还参考图6来说明障碍物距离的计算。
设p(x1，y1)是尾部保险杠上参考点的坐标。设所标识的对象坐标(驾驶员触摸的触摸屏处位置的坐标)是q(x2，y2)。(x1，y1)和(x2，y2)是像素坐标。从车参考到对象的像素距离(沿着Y方向)是差(y2-y1)像素。以米为单位的距离是
(y2-y1)/(像素/米)。
在这个示例中，对象在车的尾部侧，所选参考点是车的尾部部分(保险杠)。类似地，可以选择其它参考点来进行距离计算。可以基于看见对象/障碍物处于车的哪一侧(例如，如果障碍物在车的左侧，那么可以将例如左视镜的车身左侧边缘选作参考)、或基于车移动的方向来选择参考点。
在特定持续期间(例如几秒)，叠加物在屏幕上可以是有效的，而在这之后，叠加物可以从屏幕上消失。
存在计算距离的多种方法。在如图所示，车辆图像总是垂直的情况下，到车辆侧部的最短距离总是简化为X坐标(因为X轴与车辆侧部垂直)。类似地，到车辆端部的最短距离总是简化为y坐标(因为，y轴与车辆的端部垂直)。因此，仅需要四个参考点。事实上，每个参考点仅需要标识x坐标值或y坐标值(从而限定一条线)。
除了上述基本操作以外，驾驶员还可以选择屏幕上的多个对象，并可以同时显示相应的叠加物。因为驾驶员自己选择对象，所以可以唯一地标识每个对象。控制逻辑可以设置需要显示叠加物的持续时间。
除了处于被车辆保险杠或车身撞击危险中的对象之外，驾驶员还可以标识地面上的交通标记，例如标识停车场的标记。当停车时，了解到停车场边界的距离是有用的。诸如基于超声波的***之类的已知距离计算方案不能标识道路标记。
在变体中(以及如上所述)，可以通过例如声音合成的音频输出向驾驶员传达距离信息。然后，向扬声器***播放所计算的距离。在这种情况下，因为以语音通信，所以驾驶员不必多次观看屏幕来读出位置信息。
图7提供了本发明距离叠加方案的控制逻辑的一个示例的流程图。
过程以步骤70开始。在步骤72中，控制逻辑检查任意驾驶员触摸屏输入。
如果存在通过触摸屏幕(或，如果没有提供触摸输入则通过光标移动和选择)来定位对象的驾驶员输入，在步骤74中计算位置的像素坐标。一旦标识出对象位置的坐标，在下一步骤检查需要从该车边界起计算距离的车边界处是否存在已知参考点(步骤76)。如果没有预定参考点可用，则在步骤78中获取参考点。
通过计算到车边界的任意点的距离可以避免对参考点的需求。然后，为此目的将车辆边界轮廓存入存储器中。
然而，有利的是，用户能够选择参考点。例如，与相应于最短距离的车辆边界周围的点相比，可能存在更相关的参考点。例如，对于低高度对象或地面上标记的情况，在车身上具有的点可能比最短距离的点更相关，例如，如果对象/障碍物在车的侧边，那么所述最短距离的点可以是侧视镜的边缘。当在两个其它车辆之间停车时，因为侧视镜可能在该情况下接触到障碍物，所以侧视镜可以是比车身面板更相关的参考点。
可以通过选择对象所处的车辆特定侧边上的位置来获取参考点。替代参考点，可以限定参考线，例如，车的左侧。
在步骤76，预定参考点可以是用户选择的参考点，如果没有预定参考点，那么在步骤78，自动地选择参考点或线或形状，例如车辆的侧边或端部，或参考点的选择可以包括使用车辆的整个***以获得最短距离。
在步骤80执行距离计算。
为了简化处理，可以将车辆的左侧和右侧看作直线。然后，将横向对象的距离简化为相对于直线的x轴坐标的x轴差。然后，将车辆侧部表示为单个x轴像素值。
还可以将车辆的前端和后端看作直线。在这种情况下，将前端和后端对象的距离简化为相对于直线的y轴坐标的y轴差。然后，可以将车辆的前端和后端表示为单个y轴像素值。当对象点在车辆的对角线(即，x轴位置超出了车辆轮廓的左侧或右侧，y轴位置超出了车辆的前端或后端)时，可以计算对象线距离。
这将车辆的外廓表示为矩形框，当然这仅是近似值。因此，可以在***的精度与计算成本之间寻求妥协。结合驾驶员选择更精确的参考点(例如后视镜)的能力，可以使用车辆边界的简化模型。还可以将更精确的车辆边界模型与驾驶员选择参考点的能力结合。
在步骤82中，创建与所选对象和所计算距离相对应的可见叠加物。在步骤84中执行鸟瞰图处理，在步骤86中，通过显示器***显示叠加了叠加物的鸟瞰图输出。
如果没有驾驶员输入，那么跳过叠加物创建步骤，过程从步骤72跳转到鸟瞰图处理，然后，以常规方式执行鸟瞰图处理。
本发明提供一种用于在鸟瞰图中显示距离叠加的简单位置/距离计算方案。***使得能够标识多个对象，所述多个对象包括地面上的道路标记。然后，可以计算从车边界上的参考点(自动地设置或由用户设置)到所述多个对象的距离。
本发明可以用作驾驶辅助设备的一部分，例如，用于车辆的停车辅助***。
可以将本发明的方法实现为软件、现有图像处理算法的修改。事实上，最优选地，可由相同的处理器来执行图像处理和距离计算处理。在***的主处理器上运行的软件还实现用户接口功能。可以将计算机程序存储/分布在与其它硬件一起提供或作为其它硬件一部分的例如是光存储介质或固态介质的适宜介质中，但是还可以其它形式分布，例如，经由因特网或其它有线通信***或无线通信***。
通过学习附图、说明书和附加权利要求，本领域技术人员在实践本发明时可以理解和实施相对于所公开实施例的其它变型。在权利要求中，词语“包括”不排除其它元件或步骤，不定冠词“一个”不排斥多个。权利要求中的任何参考标记不应该解释为限制范围。

Claims (14)

1.一种车辆停车辅助***，包括：
显示器(38)，具有用于标识显示屏位置的输入接口；
图像处理单元(32)，适于：
对包括车辆周围不同方向视图的多个图像进行处理；
组合多个图像以形成鸟瞰图；以及
将表示车辆的图像(26)叠加到鸟瞰图(20)中；以及
处理器(34)，适于：
计算显示器(38)上显示位置处表示的位置与车辆的边缘周围的点之间的距离，其中显示位置由用户通过与显示器的输入接口的互动来识别；以及
向用户呈现所计算的距离信息。
2.如权利要求1所述的***，其中，用于标识显示屏位置的输入接口包括具有触敏输入表面的显示屏。
3.如权利要求1所述的***，其中，用于标识显示屏位置的输入接口包括远程控制装置，所述远程控制装置为操纵杆或移动光标。
4.如权利要求1或2或3所述的***，其中，处理器(34)适于控制图像处理单元，以将所计算的距离作为图像叠加物呈现给用户。
5.如前述权利要求1至3中任一项所述的***，其中，处理器(34)适于控制扬声器***(39)，以将所计算的距离作为可听消息呈现给用户。
6.如前述权利要求1至3中任一项所述的***，还包括用于产生多个图像的摄像机集合(12)。
7.如前述权利要求1至3中任一项所述的***，其中，处理器(34)适于计算显示器上用户已标识的显示位置处表示的位置集合与车辆边缘周围的相应点之间的距离，并且向用户呈现所计算的距离。
8.如前述权利要求1至3中任一项所述的***，其中，处理器(34)适于针对基于传感器输入而标识的显示器区域来计算距离信息，并且在所标识的区域处将所计算的距离信息作为叠加在图像上的网格图案呈现给用户。
9.如前述权利要求1至3中任一项所述的***，其中，处理器(34)适于：
获取用户已标识的显示位置和车辆边缘周围的点之间的距离，作为被表示为像素数目的距离；以及
使用像素到距离的转换因子，将表示为像素数目的距离转换为物理距离。
10.一种控制车辆停车辅助***的方法，包括：
处理多个图像，所述多个图像包括车辆周围不同方向的视图；
组合多个图像以形成鸟瞰图(20)；
将表示车辆的图像(26)叠加到鸟瞰图中；
在具有用于标识显示屏位置的输入接口的显示器(38)上显示鸟瞰图(20)；
通过用户与显示器的输入接口的互动来接收显示器的输入，其中用户到显示器的所述输入标识显示位置；
计算显示器上在标识的显示位置处表示的位置与车辆边缘周围的点之间的距离；以及
向用户呈现所计算的距离。
11.如权利要求10所述的方法，其中，接收输入，作为相对于触敏显示器(38)的触摸输入。
12.如权利要求10或11所述的方法，包括向将所计算的距离作为图像叠加物或可听消息呈现给用户。
13.如权利要求10或11所述的方法，包括计算在显示器上作为至显示器的触摸输入已被用户标识的显示位置处表示的位置集合与车辆边缘周围的相应点之间的距离，并且向用户呈现计算的距离。
14.如权利要求10或11所述的方法，包括：
获取用户已标识的显示位置与车辆边缘周围的点之间的距离，作为被表示为像素数目的距离；以及
使用像素到距离的转换因子，将表示为像素数目的距离转换为物理距离。
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