CN117501066A - 检测路面中对象的方法、自动驾驶的方法及车照明设备 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种用于检测路面中的对象的方法，该方法包括以下步骤：将光图案(6)投射到路面(5)上；获取所投射的光图案(6)的图像；检测所获取的图像中的阴影(7)；以及使用该阴影(7)的某些特征来获取有关对象的特征的信息。本发明还提供了一种用于使用该对象检测进行自动驾驶的方法以及一种汽车照明设备(1)。

Description

检测路面中对象的方法、自动驾驶的方法及车照明设备

本发明涉及汽车发光设备的领域，更具体地涉及在自动驾驶条件下使用的汽车发光设备。

自动驾驶正处于开发中，以提供能够在人类输入减少的情况下感测其环境并安全移动的车辆。

为了实现这一目标，这些自动驾驶车辆结合了各种传感器来感知其周围环境。先进的控制***会接收传感器数据，并提供车辆的周围环境的构造，以便识别适当的导航路径以及障碍物和相关信令。

在2014年，汽车标准化机构国际汽车工程师协会(SAE International)发布了从全手动***到全自动化***的六个级别的分类***，称为J3016。这种分类是基于所需的驾驶员干预和注意力的量，而不是车辆的能力，尽管车辆的能力也具有松散相关性。在2016年，SAE更新了其分类，称为J3016_201609。

在该分类的第3级中，驾驶员可以安全地将其注意力从驾驶任务上转移开，例如，驾驶员可以发短信或看电影。车辆将处理需要立即响应的情况，例如紧急制动。但驾驶员仍必须准备好当被车辆要求时在制造商指定的某一有限时间内进行干预。

照明设备的发光性能对于传感器接收用于实现该驾驶模式所需的所有相关信息至关重要，在夜间尤其如此。

本发明通过一种用于检测路面中的对象的方法来提供针对该问题的解决方案，该方法包括以下步骤：

·将光图案投射到路面上；

·获取所投射的光图案的图像；

·检测所获取的图像中的阴影；以及

·使用阴影的某些特征来获取有关对象特征的信息。

在该方法中，照明设备将光图案投射到旨在要检测对象的路面上。如相机等图像设备获取通过该光图案照射的道路的图像。在图像设备获取的该图像中，对象会产生阴影。这种阴影很容易识别，因为分析图像的处理单元具有关于照明设备投射的光图案的信息。如果图像中存在黑色区域，但是光图案不包含此黑色区域，则此黑色区域将被标识为存在的对象产生的阴影。将阴影的形状和尺寸用于提供有关检测到的对象及其重要性的信息。因此，这种照明方法可以用于辅助夜间自动驾驶，从而提高对象检测的安全性和准确性。

在一些特定实施例中，光图案是远光图案。

通过这种方法，可以将当前的照明设备用于将光图案投射到表面上的步骤，无需通过额外的光模块投射额外的光图案。因此，***更简单，使用者不会注意到任何变化。

在一些特定实施例中，光图案是均匀的图案。

均匀的图案可以用于更可靠地检测对象。均匀的图案包括具有相同发光强度的多个光像素，在检测到对象时提供易于识别的阴影，因此处理单元使用较少的资源来识别和处理阴影。

在一些特定实施例中，光图案由前照灯投射。

该方法可以用于对车辆前方的道路进行照明，比如在高速公路模式下或在任何其他类似的驾驶模式下。

在一些特定实施例中，光图案由倒车灯投射。

该方法还可以用于对车辆后方的道路进行照明(如在停放操作或任何其他倒车操纵中)。

在一些特定实施例中，该方法进一步包括在检测到对象时修改光图案的步骤。

简单的光图案(比如均匀的图案)或标准的光图案(比如远光)可以用于检测对象的存在。然而，一旦检测到这种存在，就可以使用更具体的光图案来更好地观察对象的大小和形状。

在一些特定实施例中，修改后的光图案包括光条纹。在一些特定实施例中，光条纹是水平光条纹、竖直光条纹或对角光条纹。

光条纹可用于检测对象的尺寸。水平光条纹适用于检测对象的宽度，而竖直条纹适用于检测对象的高度。对角条纹结合了两者的优点。

在一些特定实施例中，修改后的光图案在检测到对象的区域中具有比原始光图案更高的发光强度。

修改光图案的另一种方法是增加发光强度，使照明部分与阴影之间的对比度进一步增加。

在一些特定实施例中，阴影的特征包含对象的位置、宽度和/或高度。

这些特征可用于评估检测到的对象的相关性，以便决定可能的最佳决策。

在一些特定实施例中，

·该方法包括向该照明设备提供碎片对象的已标记数据库的第一步骤，其中，该数据库包含具有不同大小、材料、形状、取向和附加阴影的对象；

·使用阴影的某些特征来获取有关对象特征的信息的步骤是通过机器学习过程来执行的；以及

·机器学习过程包括图像的预处理，该预处理包括进行图像均衡以增强被照明表面与由此产生的阴影之间的对比度。

图像均衡提高了对比度，从而促进了学习过程。

在第二发明方面，本发明提供了一种用于车辆的自主管理的方法，该方法包括以下步骤：

·利用根据第一发明方面的方法执行对象的检测；

·使用该对象的获得的特征来决定合适的车辆操纵；

·检查是否能够在安全条件下执行该车辆操纵；以及

·执行该操纵。

该用于检测对象的方法可以在用于车辆的自动驾驶的方法中使用。当检测到对象时，检测方法提供必要的特征，从而允许采取正确的操纵以避免碰撞。

在进一步的发明方面，本发明提供了一种汽车照明设备，该汽车照明设备包括：

·多个固态光源，该多个固态光源被配置为在根据前述发明方面的方法中投射光图案；

·图像传感器，该图像传感器被配置为在根据前述发明方面的方法中获取所投射的光图案的图像；以及

·处理单元，该处理单元被配置为执行根据前述发明方面的方法的其余步骤。

术语“固态”是指通过固态电致发光发射的光，该固态电致发光使用半导体将电力转换为光。与白炽灯照明相比，固态照明以减少的热量产生和更少的能量耗散产生可见光。与易碎的玻璃管/灯泡和长而细的灯丝相比，固态电子照明设备的通常较小的质量提供更大的抗冲击性和抗振性。固态光源还消除了灯丝蒸发，从而潜在地增加了光照设备的寿命。这些照明类型的一些示例包括作为光照源的半导体发光二极管(LED)、有机发光二极管(OLED)或聚合物发光二极管(PLED)，而不是电灯丝、等离子体或气体。

矩阵布置是这种方法的典型示例。行可以按投射距离范围分组，每组的每列代表角度区间。此角度值取决于矩阵布置的分辨率，该分辨率通常包括在每列0.01°与每列0.5°之间。结果，可以同时管理许多光源。

除非另有限定，否则本文中使用的所有术语(包括技术术语和科学术语)都应按照本领域的习惯用法进行解释。将进一步理解的是，常见用法的术语也应按照相关领域的习惯用法进行解释，并且除非本文中明确地限定，否则不会在理想化的或过于正式的意义上进行解释。

在本文中，术语“包括(comprises)”及其派生词(比如“包括(comprising)”等)不应以排他性的意义理解，也就是说，这些术语不应被解释为排除了所描述和限定的内容可能包括其他要素、步骤等的可能性。

为了完成说明书并且为了更好地理解本发明，提供了一组附图。所述附图构成说明书的组成部分并且展示了本发明的实施例，该实施例不应被解释为限制本发明的范围，而仅作为可以如何实施本发明的示例。这些附图包括以下图：

[图1]示出了根据本发明的汽车照明设备的总体立体图。

[图2]示出了根据本发明的方法的一些步骤的示例。

[图3]示出了根据本发明的方法中的修改后的光图案。

在这些图中，使用了以下附图标记：

1前照灯

2LED

3 控制单元

4 相机

5 路面

6 光图案

7 阴影

8 光条纹

100 机动车辆

示例实施例以足够的细节加以描述，以使得本领域普通技术人员能够实施和实现本文所描述的***和过程。重要的是要理解，实施例可以用许多替代形式来提供，并且不应被解释为限于本文中阐述的示例。

因此，尽管实施例可以以各种方式受到修改并且采取各种替代形式，但是其具体实施例在附图中示出并且在下文作为示例被详细描述。无意限于所披露的特定形式。相反，应包括落入所附权利要求范围内的所有修改、等效物、和替代物。

[图1]示出了根据本发明的汽车照明设备的总体立体图。

此前照灯1安装在机动车辆100中并且包括：

·旨在提供光图案的LED 2的矩阵布置；

·用于执行LED 2的操作的控制的控制单元3；以及

·旨在提供一些外部数据的相机4。

此矩阵配置是具有大于2000像素分辨率的高分辨率模块。然而，对用于生产投射模块的技术没有限制。

此矩阵配置的第一示例包括单片源。此单片源包括布置成若干列乘若干行的单片电致发光元件的矩阵。在单片矩阵中，电致发光元件可以从共用衬底上生长并且被电连接，以选择性地单独激活或按电致发光元件的子集激活。衬底可以主要由半导体材料制成。衬底可以包括一种或多种其他材料，例如非半导体(金属和绝缘体)。因此，每个电致发光元件/组可以形成光像素并且因此可以在其/它们的材料被供电时发光。与旨在被焊接到印刷电路板上的常规发光二极管相比，这种单片矩阵配置允许将可选择性激活的像素彼此非常靠近地布置。单片矩阵可以包括电致发光元件，这些电致发光元件的垂直于共用衬底测量的主高度尺寸基本上等于一微米。

单片矩阵耦接到控制中心以控制矩阵布置对像素化光束的生成和/或投射。控制中心因此能够单独控制矩阵布置的每个像素的光发射。

作为以上所呈现的替代方案，矩阵布置可以包括耦接到镜矩阵的主光源。因此，像素化光源由至少一个主光源和光电元件阵列的组件形成，该至少一个主光源由发射光的至少一个发光二极管形成，该光电元件阵列例如是微镜、也称为DMD(“数字微镜器件(DigitalMicro-mirror Device)”的首字母缩写词)的矩阵，其通过反射将来自主光源的光线引导至投射光学元件。在适当的情况下，辅助光学元件可以收集至少一个光源的光线以将它们聚焦并引导到微镜阵列的表面。

每个微镜可以在两个固定位置之间枢转，即第一位置和第二位置，在第一位置，光线朝着投射光学元件反射，在第二位置，光线在与投射光学元件不同的方向上反射。两个固定位置对于所有微镜以相同方式定向，并且相对于支撑微镜矩阵的参考平面形成以其规格限定的微镜矩阵的特征角。这种角度通常小于20°并且可以通常是约12°。因此，对入射在微镜矩阵上的光束的一部分进行反射的每个微镜形成像素化光源的基本发射器。由控制中心控制用于选择性地激活该基本发射器以发射或不发射基本光束的镜位置变化的致动和控制。

在不同的实施例中，矩阵布置可以包括扫描激光***，其中激光源向扫描元件发射激光束，该扫描元件被配置成用激光束探测波长转换器的表面。该表面的图像被投射光学元件捕获。

可以以足够高使得人眼不会察觉到投射图像中的任何位移的速度执行扫描元件的探测。

对激光源的点亮和光束的扫描运动的同步控制使得可以生成基本发射器的矩阵，该矩阵可以在波长转换器元件的表面处被选择性地激活。扫描装置可以是移动微镜，其用于通过激光束的反射来扫描波长转换器元件的表面。作为扫描装置提及的微镜是例如MEMS(“微机电***”)类型的。然而，本发明不限于这种扫描装置，而是可以使用其他类型的扫描装置，比如布置在旋转元件上的一系列镜，该元件的旋转使得透射表面被激光束扫描。

在另一变体中，光源可以是复合的并且包括光元件(比如发光二极管)的至少一个部段以及单片光源的表面部分二者。

[图2]示出了这种汽车照明设备的操作的一些步骤。在该图中，示出了投射在路面5上的均匀的光图案6。该均匀的光图案6包括光像素矩阵，所有这些光像素都具有相同的发光强度。

照明设备的相机每0.2秒会获取所投射光图案的图像数据。当道路上存在对象时，所获取的图像数据包含由该对象引起的阴影7，因为相机与照明设备放置在不同的高度。

在这个阶段，有两种选项。第一选项是分析图像本身，图像具有均匀的光图案和阴影；第二选项(如[图3]所示)是修改光图案以更好地识别对象。

在该[图3]中，修改后的光图案投射在对象上，以便处理单元更好地识别其特征。该图示出了修改后的光图案，该光图案包括由于对象的存在而变形的光条纹8。在这种情况下，修改后的光图案包括对角线，但是在其他实施例中，可以使用其他类型的光图案。对象修改对角线的角度和频率，使得处理单元可以更准确地获得该对象的形状和尺寸。

在这些示例(未经修改的光图案的图像或修改后的光图案的图像)中的任一个示例中，处理单元接收图像并对其进行处理。

在这些阶段，处理单元有不同的方法来分析阴影。

第一可选阶段包括执行图像均衡，以增强被照明表面与由此产生的阴影之间的对比度。这种增强的对比度对于处理单元来说非常有用，可用于更好地识别和量化阴影尺寸。

第二可选阶段是机器学习的使用。如上所述，处理单元在安装到机动车辆中之前可以经历监督学习过程。这包括在初步训练阶段提供碎片对象的数据库的事实。

处理单元包括具有一些卷积层的卷积神经网络，这些卷积层对输入(来自数据库的图像)进行操作。该网络包括跳跃连接，用于通过残差连接更快地传播输入特征。该网络还包括最终的全连接层。

一个操作性示例意味着，由于图像中存在的对象是有限的，因此网络学习在一组预定义的表面范围内对提供的阴影进行分类。任务是网络对表面进行估计，就像它是概率函数一样。

卷积神经网络的替代性布置包括一些卷积块，每个卷积块包括若干个卷积层和一个最大池化层，这些卷积块对输入(来自数据库的图像)进行操作。该网络进一步包括相同数量的反卷积块，每个块包括一个上采样层和多个卷积层。这个过程的输出将得到对象区域的尺寸。

本发明可以用于不同的光图案。均匀的光图案具有其自身的优点，但是使用例如远光是有利的，因为不需要额外的光投射器来执行该方法。

本发明还可以用于不同的情况：光可以由前照灯投射，也可以由后照灯(比如倒车灯)投射。在对汽车进行停放并且自主操作需要障碍物的准确绘图的情况下，这个示例很有用。

本发明也可以在处理对象时使用。一旦检测到并识别出对象的存在、位置、取向和大小，处理单元就决定解决它的最佳方式：要么改变车道，要么降低速度或甚至完全停止车辆。执行根据本发明的自动驾驶步骤，以进行避免被对象损坏的最合适的操作。然而，有时，在执行操纵之前必须检查该操纵是否可能(因为附近没有车辆)。

Claims (13)

1.一种用于检测路面(5)中的对象的方法，所述方法包括以下步骤：

·将光图案(6)投射到所述路面(5)上；

·获取所投射的光图案(6)的图像；

·检测所获取的图像中的阴影(7)；以及

·使用所述阴影的某些特征来获取有关对象特征的信息。

2.根据权利要求1所述的方法，其中，所述光图案是远光图案。

3.根据权利要求1所述的方法，其中，所述光图案是均匀的图案。

4.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其中，所述光图案由前照灯投射。

5.根据权利要求1至3中任一项所述的方法，其中，所述光图案由倒车灯投射。

6.根据前述权利要求中任一项所述的方法，进一步包括检测到对象时修改所述光图案的步骤。

7.根据权利要求6所述的方法，其中，修改后的光图案包括光条纹。

8.根据权利要求7所述的方法，其中，所述光条纹是水平光条纹、竖直光条纹或对角光条纹。

9.根据权利要求6至8中任一项所述的方法，其中，修改后的光图案在检测到所述对象的区域中具有比原始光图案更高的发光强度。

10.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其中，所述阴影的特征包含所述对象的位置、宽度和/或高度。

11.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其中，

·所述方法包括向所述照明设备提供碎片对象的已标记数据库的第一步骤，其中，所述数据库包含具有不同大小、材料、形状、取向和附加阴影的对象；

·使用所述阴影的某些特征来获取有关对象特征的信息的步骤是通过机器学习过程来执行的；以及

·所述机器学习过程包括所述图像的预处理，所述预处理包括进行图像均衡以增强被照明表面与由此产生的阴影之间的对比度。

12.一种用于车辆的自主管理方法，所述方法包括以下步骤：

·利用根据前述权利要求中任一项所述的方法执行对象的所述检测；

·使用获得的所述对象的特征来决定合适的车辆操纵；

·检查是否能够在安全条件下执行所述车辆操纵；以及

·执行所述操纵。

13.一种汽车照明设备(1)，包括：

·多个固态光源(2)，所述多个固态光源被配置为在根据前述权利要求中任一项所述的方法中投射所述光图案；

·图像传感器(4)，所述图像传感器被配置为在根据前述权利要求中任一项所述的方法中获取所投射的光图案的图像；以及

·处理单元(3)，所述处理单元被配置为执行根据前述权利要求中任一项所述的方法的其余步骤。