DE69117617T2

DE69117617T2 - Entfernungsmessgerät

Info

Publication number: DE69117617T2
Application number: DE69117617T
Authority: DE
Inventors: Yoshiaki Asayama; Yasuya Kajiwara
Original assignee: Mitsubishi Electric Corp
Current assignee: Mitsubishi Electric Corp
Priority date: 1990-09-04
Filing date: 1991-08-23
Publication date: 1996-08-08
Anticipated expiration: 2011-08-24
Also published as: EP0474067B1; US5291424A; JP2927916B2; JPH04113212A; DE69117617D1; EP0474067A2; EP0474067A3

Description

HINTERGRUND DER ERFINDUNG

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Abstandserfassungsvorrichtung zum optischen Messen des Abstands von einem Fahrzeug zu einem vorausliegenden Objekt, beispielsweise einem Hindernis, einem voranfahrenden Fahrzeug etc., wie im Oberbegriff des Anspruchs 1 definiert. Eine derartige Abstandserfassungsvorrichtung ist aus der GB-A-2 202 104 bekannt.
Einige typische Beispiele einer derartigen Abstandserfassungsvorrichtung sind in den japanischen Patentveröffentlichungen Nr. 63-38 085 und 63-46 363 offenbart. Die darin gemeinsam offenbarten Vorrichtungen weisen ein Paar von ersten und zweiten parallelen optischen Systemen mit zwei konvexen Linsen 101, 102 auf, die in einer horizontal ausgerichteten Beziehung in einem vorgegebenen Abstand L voneinander entfernt angeordnet sind, wie in Figur 5 gezeigt. Ein Paar von getrennten Bildsensoren 103, 104 sind horizontal an Brennpunkten der Linsen 101, 102 im Abstand von ihren Brennweiten f von den Stellen ihrer jeweiligen entsprechenden Linsen 101, 102 angeordnet, um jeweilige Bildsignale an einem gemeinsamen Signalprozessor 120 zu erzeugen. Der Signalprozessor 120 verschiebt die Bildsignale von den Bildsensoren 103, 104 sukzessive und überlagert sie elektrisch übereinander, so daß der senkrechte Abstand R von den Linsen 101, 102 zu einem Objekt 121 auf Grundlage des Triangulationsprinzips mit Verwendung der folgenden Formel berechnet wird:
R = (f x L)/d
wobei d ein Verschiebeabstand ist, um den die Bildsignale verschoben werden, um die beste Übereinstimmung zu erhalten.
Wenn jedoch bei der voranstehend beschriebenen herkömmlichen Abstandserfassungsvorrichtung wie oben konstruiert viele Objekte in dem Sichtfeld der Bildsensoren 3, 4 auftreten, ist unklar, zu welchem Objekt der Abstand von dem betreffenden Fahrzeug detektiert wird. Es sei insbesondere angenommen, daß der Abstand zu einem Objekt in der Form eines voranfahrenden Fahrzeugs durch die voranstehend beschriebene Abstandserfassungsvorrichtung erfaßt wird, die auf dem betreffenden Fahrzeug während seiner Fahrt angebracht ist. Wenn in diesem Fall ein anderes Fahrzeug, welches auf einer Spur einer Straße benachbart zu derjenigen, auf der das betreffende Fahrzeug fährt, in das Sichtfeld des betreffenden Fahrzeugs kommt, ist es überhaupt nicht klar oder der Fahrer kann nicht beurteilen, zu welchem Fahrzeug (d.h. dem auf der gleichen Spur oder auf der benachbarten Spur fahrenden) der Abstand erfaßt wird.

ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG

Demzufolge beabsichtigt die Erfindung, das voranstehend erwähnte Problem im Zusammenhang mit der herkömmlichen Abstandserfassungsvorrichtung zu beseitigen.
Eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht darin, eine neue und verbesserte Abstandserfassungsvorrichtung bereitzustellen, bei der ein Benutzer sofort und genau sehen kann, zu welchem der Objekte der Abstand erfaßt wird.
Eine andere Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht darin, eine neue und verbesserte Abstandserfassungsvorrichtung bereitzustellen, die gleichzeitig die Abstände zu einer Vielzahl von Objekten erfassen kann, die innerhalb des Sichtfelds des betreffenden Fahrzeugs existieren.
Um die obigen Aufgaben zu lösen, ist gemäß der vorliegenden Erfindung eine Abstandserfassungsvorrichtung des eingangs definierten Typs mit den kennzeichnenden Merkmalen des Anspruchs 1 vorgesehen.
Bevorzugte Ausführungsformen sind in den abhängigen Ansprüchen aufgeführt.
Die obigen und andere Aufgaben, Merkmale und Vorteile der vorliegenden Erfindung ergeben sich näher aus der folgenden eingehenden Beschreibung einer bevorzugten Ausführungsform davon, im Zusammenhang mit den beiliegenden Zeichnungen.

KURZBESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN

In den Zeichnungen zeigen:
Figur 1 ein schematisches Blockschaltbild, welches den allgemeinen Aufbau einer Abstandserfassungsvorrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung zeigt;
Figur 2 ein Erklärungsdiagramm, welches eine Vielzahl von Fenstern zeigt, welche auf dem Schirm einer Anzeige definiert sind;
Figur 3 ein Erklärungsdiagramm, welches zeigt, daß eine Vielzahl von vorausgehenden Fahrzeugen, die vor einem Fahrzeug fahren, in einige der Fenster gelangen;
Figuren 4(a) und 4(b) Erklärungsdiagramme, die Bildbereiche zeigen, die mit Referenzbildern jeweils innerhalb eines entsprechenden Fensters verglichen werden sollen; und
Figur 5 ein Blockschaltbild, welches die allgemeine Anordnung einer herkömmlichen Abstandserfassungsvorrichtung zeigt.

BESCHREIBUNG DER BEVORZUGTEN AUSFÜHRUNGSFORM

Eine bevorzugte Ausführungsform der vorliegenden Erfindung wird nachstehend unter Bezugnahme auf die beiliegenden Zeichnungen beschrieben.
Figur 1 zeigt in einem Blockschaltbild die schematische Anordnung einer Abstandserfassungsvorrichtung, die in den Prinzipien der Erfindung konstruiert ist und die auf einem Fahrzeug zum Erfassen der Abstände zu vorausliegenden Fahrzeugen, die vor dem betreffenden Fahrzeug fahren, angebracht ist.
Die dargestellte Vorrichtung umfaßt ein Paar von ersten und zweiten parallelen optischen Systemen mit zwei konvexen Linsen 1, 2, die in einer vertikal ausgerichteten Beziehung in einem vorgegebenen Abstand L zueinander liegen und ein Paar von getrennten ersten und zweiten (z.B. oberen und unteren) Bildsensoren 3, 4, die vertikal oder irgendwie anders an Brennpunkten der Linsen 1, 2 jeweils angeordnet sind, in einem Abstand f von den Stellen der jeweiligen Linsen 1, 2, zum Erzeugen von ersten und zweiten Bildsignalen, jeweils in der Form eines analogen Signals, welches ein zweidimensionales Bild anzeigt, die einem Paar von entsprechenden ersten und zweiten Analog-/Digital-(A/D)- Wandlern 6, 7 eingegeben werden. Die Ausgänge der A/D-Wandler 6, 7 werden einem Paar von entsprechenden ersten und zweiten Speichern 8, 9 eingegeben und darin gespeichert. Ein Rechner 10 in der Form eines Mikrocomputers führt einen Datentransfer mit den Speichern 8, 9 sowie verschiedene Berechnungen und Bestimmungen aufgrund der in den Speichern 8, 9 gespeicherten Daten aus. Eine Anzeige 11 mit einem Schirm ist mit den ersten und zweiten Speichern 8, 9 und dem Mikrocomputer 10 zum Anzeigen eines von den ersten und zweiten Bildsensoren 8, 9 erfaßten Bilds auf dem Schirm verbunden. Der Betrieb der Anzeige 11 wird über den Mikrocomputer 10 gesteuert. Eine Fensterdefinitionseinrichtung 12 ist mit dem Mikrocomputer 10 zum Definieren einer Vielzahl von Fenstern auf dem Schirm der Anzeige 11 verbunden, die zur Bestimmung einer Vielzahl von Objekten für Abstandsmessungen verwendet werden können. Insbesondere und wie in Figur 2 gezeigt, kann der Fahrer eines Fahrzeugs die Fensterdefinitionseinrichtung 12 manipulieren, um eine Vielzahl (z.B. 5 in der dargestellten Ausführungsform) von Fenstern 13 bis 17 auf dem Schirm der Anzeige 11 an horizontal beabstandeten oder getrennten vorgegebenen spezifischen Stellen davon zu definieren, während er auf den Schirm blickt.
Der Betrieb der voranstehend beschriebenen Vorrichtung wird nachstehend unter Bezugnahme auf die Figuren 2, 3 und 4(a) und 4(b) beschrieben. Zunächst sei angenommen, daß das Bild eines Objekts in der Form eines voranfahrenden Fahrzeugs 5a vor dem betreffenden Fahrzeug durch den zweiten oder oberen Bildsensor 4 erfaßt und durch den zweiten A/D-Wandler 7 digitalisiert und dann auf dem Schirm der Anzeige 11 innerhalb der in dem zweiten Speicher 9 gespeicherten Bildern angezeigt wird, wie in Figur 3 gezeigt. In diesem Fall liest der Mikrocomputer 10 aus dem zweiten Speicher 9 Bildelementsignale innerhalb des Fensters 15 aus, welches das voranfahrende Fahrzeug 5a einfängt, um sie als Referenzbildsignale herzustellen, die als eine Basis zur Berechnung des Abstands zu dem Fahrzeug 5a verwendet werden. Dann wählt der Mikrocomputer 10 ein spezielles Gebiet entsprechend dem Fenster 15 aus dem ersten Speicher 8, welcher Bildsignale von Bildern speichert, die von dem ersten oder unteren Bildsensor 3 erfaßt werden. Dann berechnet der Mikrocomputer 10 eine Gesamtsumme der absoluten Werte der Differenzen zwischen den entsprechenden Bildsignalen der ersten und zweiten Bildelemente, die in den ersten und zweiten Speichern 8, 9 gespeichert sind, während die Bildsignale von dem ersten Speicher 8 relativ zu den oben definierten Referenzbildsignalen schrittweise, jeweils Bildelement für Bildelement, vertikal verschoben werden. Mit anderen Worten wird durch sequentielles Verschieben der zweiten Speicherbildsignale Bildelement für Bildelement die beste Position des abgebildeten Bilds des Objekts 5a in dem ersten Speicher 8 bestimmt, bei der das abgebildete Bild in dem ersten Speicher 8 mit dem Referenzbild am besten übereinstimmt. Somit wird der Betrag einer Verschiebung oder ein Verschiebungsbetrag des zweiten Speicherbilds relativ zu dem Referenzbild berechnet, der die Gesamtsumme der absoluten Werte der Differenzen minimiert.
In diesem Zusammenhang sei darauf hingewiesen, daß der Bereich in dem ersten Speicher 8, der sich auf die obige Berechnung bezieht, ein sich vertikal erstreckender Bandbereich 20 ist, wie in Figur 4(b), der der Position des Fensters 15 entspricht, in dem das Referenzbild existiert, wie in Figur 4(b) gezeigt.
Mit der Verwendung des Verschiebebetrags n in Einheiten der Anzahl von Bildelementen wie voranstehend berechnet, wird der Abstand R zu dem voranfahrenden Fahrzeug 5a wie folgt berechnet:
R = (f x L)/nP (1)
wobei f der Brennpunktabstand der ersten und zweiten Linsen 1, 2 ist; L der Abstand zwischen den Mitten der ersten und zweiten Linsen 1, 2 ist; n der Verschiebebetrag ist, der durch die Anzahl von Bildelementen zum Minimieren der Gesamtsumme der Absolutwerte der Differenzen zwischen den ersten und zweiten Bildelementen in den ersten und zweiten Speichern 8, 9 dargestellt wird; und P die vertikale Teilung zwischen benachbarten Bildelementen in einem vertikalen Feld ist.
In dieser Weise wird der Abstand R zu dem in dem Fenster 15 abgebildeten Objekt 5 gemessen. Wenn in ähnlicher Weise ein anderes Fahrzeug 23, welches auf einer benachbarten Spur der Straße vor dem betreffenden Fahrzeug fährt, in die Sichtfelder der Bildsensoren 3, 4 gelangt und wenn es durch die Bildsensoren 3, 4 eingefangen und auf dem Schirm der Anzeige 11 innerhalb des Fensters 17 angezeigt wird, wie in Figur 3 gezeigt, dann macht der Mikrocomputer 10 die Bildsignale innerhalb des Fensters 17 zu Referenzbildsignalen, wie in Figur 4(a) gezeigt, wählt einen Bildbereich 22 in dem ersten Speicher 8 entsprechend der Bildsignale des zweiten Speichers 9 innerhalb des Fensters 17, und bestimmt die Position des abgebildeten Bilds in dem ersten Speicher 8, welche eine beste Übereinstimmung mit dem Bild innerhalb des Fensters 17 bereitstellt. Dann wird unter Verwendung der obigen Gleichung (1) der Abstand zu dem anderen voranfahrenden Fahrzeug 23 in der gleichen Weise berechnet.
In dieser Weise ist es möglich, gleichzeitig die Abstände zu den jeweiligen voranfahrenden Fahrzeugen zu bestimmen, selbst für Fälle, bei denen eine Vielzahl von vorangehenden Fahrzeugen vor dem betreffenden Fahrzeug fahren.
Wie aus der vorangehenden Beschreibung ersehen werden kann, werden die Objekte, die durch die Vielzahl von auf dem Schirm der Anzeige 11 definierten Fenstern 13 bis 17 eingefangen werden, wie in Figur 4(a) gezeigt, mit den abgebildeten Bildern davon in den Berechnungsbereichen des Speichers 8 entsprechend der jeweiligen Fenster 13 bis 17, wie in Figur 4(b) gezeigt, verglichen, wodurch die Abstände zu den jeweiligen Objekten im wesentlichen gleichzeitig unter Verwendung der einzelnen Fenster 13 bis 17 gemessen werden können.
Obwohl in der obigen Beschreibung fünf Fenster 13 bis 17 exemplarisch eingestellt und dargestellt sind, kann die Anzahl von Fenstern beliebig gemäß der Größe oder der Dimensionen von Objekten innerhalb der Sichtfelder der Bildsensoren, sowie der Anzahl von Objekten, zu denen Abstandsmessungen benötigt werden, beliebig verändert werden.
Zusätzlich kann die Größe und Gestalt jedes Fensters auch optional in Abhängigkeit von den zu messenden Objekten verändert werden und somit sind diese nicht auf diejenigen beschränkt, die in bezug auf die obige Ausführungsform beschrieben und gezeigt sind.

Claims

1. Abstandserfassungsvorrichtung, umfassend:

ein Paar aus einem ersten und zweiten Bildsensor (1, 3, 6; 2, 4, 7), die in einer vertikal beabstandeten Beziehung zueinander angeordnet sind und ein Paar eines optischen Systems zum optischen Erfassen einer Vielzahl von Objekten (5a, 23) umfassen;

einen ersten Speicher (8) zum Speichern der Bilder des Objekts (5a, 23), welche durch den ersten Bildsensor (1, 3, 6) erfaßt werden, als erste Bildsignale;

einen zweiten Speicher (9) zum Speichern der Bilder des Objekts (5a, 23), welche durch den zweiten Bildsensor (2, 4, 7) erfaßt werden, als zweite Bildsignale;

eine Fensterdefinitionseinrichtung (12) zum Definieren einer Vielzahl von Fenstern (13-17) an spezifischen Bereichen der ersten und zweiten Bildsignale; und

einen Rechner (10), um Bildsignale innerhalb der jeweiligen Fenster, die durch die Fensterdefinitionseinrichtung (12) definiert werden, zu Referenzsignalen zu machen, wobei der Rechner (10) einen Vergleich zwischen denjenigen der ersten und zweiten Bildsignalen durchführen kann, die den Referenzsignalen entsprechen, um individuell den Abstand zu jedem Objekt (5a, 23) in jedem Fenster (13-17) zu berechnen;

dadurch gekennzeichnet, daß

die Fensterdefinitionseinrichtung (12) die Vielzahl von Fenstern (13-17) an horizontal beabstandeten Stellen definiert; und

der Rechner (10) die zweiten Bildsignale in dem zweiten Speicher (9) innerhalb der jeweiligen Fenster, die durch die Fensterdefinitionseinrichtung (12) definiert werden, zu den Referenzsignalen macht und ein spezifisches vertikal verlaufendes Bandgebiet (18-22) entsprechend einem jeweiligen Fenster (13-17) aus dem ersten Speicher (8) wählt, um den Abstand des Objekts (5a, 23) in dem jeweiligen Fenster (13-17) zu berechnen.

2. Abstandserfassungsvorrichtung nach Anspruch 4, ferner umfassend eine Anzeige (11) mit einem Schirm, auf dem die Fenster (13-17), die durch die Fensterdefinitionseinrichtung (12) definiert werden, angezeigt werden.