CN100347009C - 确定汽车乘客的当前头部位置的方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种确定汽车(1)内部(2)的乘客(8)头部(9)的当前位置(A，B，C，D…)的方法，所述乘客(8)头部(9)向气囊模块(5)之前的自动动态阻止区域(6)移动。在此发明者利用本发明的以下思想：对于相关测量最佳的位置是空间中的点，其中头部(9)的理想移动方向(14)与摄像机(16)的理想视线(17)垂直。如果头部(9)的几何中心(10)穿过该点，那么优选地进行所述测量。在优选的实施方案中，将头部(9)的实际运动矢量用作计算的基础，其中所述矢量优选地与摄像机(16)的一个当前视线(18)垂直。利用本发明，优选地提高了汽车1中的乘客的保护可能性。因此它尤其适用于现代汽车(1)的乘客保护系统。

Description

确定汽车乘客的当前头部位置的方法
技术领域
本发明涉及一种方法，该方法用于确定在汽车内乘客的头部的当前位置(A、B、C、D..)，所述乘客的头部向位于气囊模块前的动态阻止区域移动。
背景技术
为了在气囊释放时获得最佳的保护作用，汽车的未来刹车系统必须考虑乘客当前的头部位置。通过立法动议权(例如在美国通过立法动议FMVSS208)附加地推动这种改进。
这种类型的立法的基本组成部分是位于气囊模块前的自动动态阻止区域(下文中称为COOP“临界越位”区)。在乘客的方向上该区域的界限典型地位于离气囊模块大约10cm的距离。如果汽车乘客在事故发生(例如，全制动)时将头部抛向气囊模块的方向，该立法表明，在头部或者躯干侵入COOP区域之前气囊必须被关闭。此时决定性的是头部(通常指脸)以及躯干(通常指胸部)朝向气囊的部分到气囊模块的距离。
在此，对于优化该功能的基本原则是所谓的切换区域的大小。一方面，在头部侵入之前气囊必须不被激活，而另一方面，不应该对位于离气囊模块足够的距离上的乘客而保留保护的可能性。因此应该选择切换区域尽可能的小。所述切换区域的大小典型地位于几个厘米的地方。
为了测量乘客头部到气囊模块的距离，目前发展无接触系统和这里首先发展光学系统。这种光学系统优选地涉及3D摄像机，其根据立体方法、根据光束方法或者根据TOF(飞行时间)来运行。
典型地在汽车座位之间的车顶模块上面安装这种图像获取单元(也可参见图1和2)。这种安装位置的优点在于，在通常状况下摄像机不会被轻易地被遮挡住，例如通过读报的乘客。而其缺点在于，在头部侵入COOP区域的时候摄像机不能看到头部朝向气囊模块的部分(即，通常指脸)。在这种情况下图像获取单元看到乘客的头部后面。
已经获知，这种问题通过采取中等头部大小来解决。然而该采取在例如具有凸出的发型、帽子或者类似物情况下有显著的误差。在这些情况下该采取不再满足。因此必须将切换区域选择的如此大，使得与这种不安全性有关的大部分情形被发现。
图3说明这种事实。摄像机在头部位置A(通常坐着的)看到乘客的脸，而看不到头发。摄像机在头部位置B(靠近COOP范围边界的脸)看到乘客的头部后面并且不再看到乘客的脸而是头发。
图4示出，在采取中等头部大小的情况下稍凸出的发型可能导致，即使头部已经侵入到COOP区域内，摄像机还要算出在COOP之外的一个位置。
发明内容
本发明的任务是给出为了精确地确定汽车乘客的头部位置的改善的(避免现存缺点的)方法连同装置。尤其利用本发明，尽可能小的切换区域应该是可实现的，以便不对位于离气囊模块足够的距离上的乘客保留保护可能性。
通过以下技术方案解决该任务。本发明还包括可以单独或者组合地被应用的优选的改进和修改。
按照本发明的第一方法，通过使用具有理想视线的图像获取单元确定在汽车内部的乘客头部的准确位置(A，B，C，D……)，所述头部向位于气囊模块之前的自动动态阻止区域移动，所述理想视线与乘客的理想移动方向基本垂直，其特征在于，借助于所述图像获取单元至少周期性地在所述汽车内部拍摄到一幅包括乘客在内的图像场景-也即包括乘客在内的图像区，并且获取乘客的图像信息；在当前场景图像中不仅计算出、尤其测量所述头部的几何中心点的位置而且计算出、尤其测量在移动方向上的头部表观的大小；将所述图像获取单元的当前视线定义为矢量，其从所述图像获取单元的一个定义的位置指向所述头部的几何中心点的当前位置；计算在所述理想视线和所述图像获取单元的当前视线之间的当前角度α；将所述角度α和所述头部表观的大小的当前值放在存储器中；并且总是采取所述存储器中的以下值作为所述头部的大小，在该值时所述角度和0°的差的绝对值最小。
与现有技术相反，也取代中等头部大小而计算出表观的并因此求出最后实际的头部的大小。然后在平行地计算运动位置时，从如此计算出的头部大小的值中总是选择出以下的头部大小以作为该计算的基础，该头部大小最接近于实际的头部大小，在最佳情况下可以与之相对应。也通过将面向实际的头部大小作为再气囊模块前的当前位置确定的基础，优选地可采用一个比现有技术中的精确得多的位置确定，并因此可实现具有明显较小的维数的切换区域，由此为汽车乘客提供了较高的保护可能性。
本发明还涉及确定汽车内部的乘客头部的当前位置(A，B，C，D..)的方法，所述乘客头部向气囊模块之前的自动动态阻止区域移动，该方法使用具有理想视线的图像获取单元，所述理想视线与乘客的理想移动方向基本垂直，其中借助于所述图像获取单元至少周期性地在所述汽车内部拍摄到一幅包括乘客在内的图像场景-也即包括乘客在内的图像区，并且获取所述乘客的图像信息；在当前场景图像中不仅计算出所述头部的几何中心点的位置而且计算出在移动方向上的头部表观的大小；将所述图像获取单元的当前视线定义为矢量，其从所述图像获取单元的一个定义的位置指向所述头部的几何中心点的当前位置；计算在所述头部的理想移动方向和所述图像获取单元的当前视线之间的当前角度β；将所述角度β和所述头部表观的大小的当前值放在存储器中；并且总是采取所述存储器中的以下值作为所述头部的大小，在该值时所述角度β和90°的差的绝对值最小。该方法也具有上述优点。
本发明的优选的改进方案中，所述图像获取单元是3D摄像机，其根据立体方法、根据光束方法、根据飞行时间方法或者其他相同的适当方法工作。优选地尤其考虑到最后所述的本发明方法，3D摄像机的使用允许基于三维空间中的实际运动矢量而脱离理想运动方向和/或视线地进行当前的位置确定。
因此取代从头部理想的移动方向出发进行位置确定，按照本发明优选地建议，计算在所述头部的当前实际运动矢量和所述图像获取单元的当前视线矢量之间的所述当前角度β。这有利地即使在乘客侧坐着时也促进了本发明方法的可靠性，这例如在从侧面窗户或者相同物向外看时通常会出现。
通过存储尤其头部几何中心点的上一次的值，优选地从存储的上一次的值和头部当前的3维位置简单地计算当前运动矢量。
按照本发明，在立体摄像机是左物镜的情况下，优选地将所述图像获取单元的物镜孔径中心点作为所述图像获取单元定义的位置的基础。
在本发明的另一优选的改进方案中，图像获取单元连续地拍摄感兴趣场景的图像，至少每秒25幅图像，尤其至少每秒30幅图像，优选地至少每秒35幅图像，由此实现优选的实际电影速度，即在线观察。
优选地如此确定所述存储器的大小，使得至少能够存储从第一头部位置(A)(即，初始位置)到感兴趣的第二头部位置(B)(即，靠近COOP范围边界的脸位置)的头部缓慢移动的所有测量值。
在本发明符合目的的改进方案中，所述存储器是环形缓冲器，其首先被填满并且以后总是上一个值由当前值代替。
当所述头部移动的拍摄通过Kalman过滤器和/或运动模型过滤时，具有优点。
明确地指明，借助于所述图像获取单元，也可以自由地将乘客的其他适当的身体部位代替头部位置确定而作为位置确定的基础，例如尤其所述汽车中乘客的躯干的大小。
在本发明的另一优选的改进方案中建议，将所述乘客的各种视图组合成所述乘客的3D总视图。这优选地允许例如从所述总视图中模仿在COOP边界前面的乘客的前面或者脸轮廓，并且因此比现有技术更精确地计算到阻止区域或者气囊模块的距离。
鉴于完整性的原因，值得提及的是，本发明还自由地涉及与所述方法相应的装置，该装置确定汽车内部的乘客头部的当前位置(A，B，C，D…)，所述乘客头部向气囊模块之前的自动动态阻止区域移动，所述装置的特征在于，用于执行上述方法的适当装置。
与上述立法动议权FMVSS 208有关的特殊问题公知地表现为在摄像机系统允许的方法范围内的头部位置测量的有效性性和再现性。在这里和在现场条件下，本发明可以通过在厘米范围内改善头部位置确定自身而带来相应的优点。通过优选地提高对汽车中乘客的保护可能性，本发明尤其适用于现代汽车的乘客保护系统。
附图说明
下面根据各种实施例并结合附图对本发明进行描述。
图1示出在汽车内部的图像获取单元的典型安装位置的俯视图；
图2示出按照图1的安装位置的侧视图；
图3示出在采取中等头部大小的情况下乘客头部位置的测量；
图4示出在按照图3的采取的基础上具有例如凸出发型的乘客头部位置的含误差的测量。
图5示出按照本发明的头部位置测量的第一实施例；和
图6示出按照本发明的头部位置测量的第二实施例。
具体实施方式
图1示出在汽车1内部2中的图像获取单元16的典型安装位置的俯视图。
图2示出按照图1的表示的侧视图。
图像获取单元16(例如3D摄像机)在模块中通常是安装在汽车座位3之间的车顶20上面。在座位3前面、典型地在操纵盘4中安装有气囊模块5。位于气囊5之前的自动动态COOP阻止区域6用于在不超过最小距离时通过气囊5合法地保护乘客8不受伤害。摄像机16的前述安装位置20的优点在于，在通常状况下该16不会容易地被遮挡，例如通过读报的乘客8。而其缺点是当头部9侵入到COOP区域6时摄像机16不能看到头部朝向气囊模块5的部分(通常指脸12)。在这种情况下，摄像机16看到乘客头部后面9。
已经获知，通过采取中等头部大小解决该问题。然而所述采取在具有凸出发型、帽子或者类似物时有显著的缺点。在这些情况下该采取不再满足。因此必须选择一个位于COOP区域之前的如此大的切换区域7，使得与该不安全性有关的大多数情形被发现。
图3说明该事实、即在采取中等头部大小的情况下乘客8头部位置的测量。摄像机16在头部位置A(通常坐着的)看到乘客的脸12，而看不到头发。摄像机16在头部位置B(靠近COOP范围边界的脸)看到乘客8的头部后面，并且不再看到乘客8的脸12而是看到头发。
图4示出在按照图3的采取的基础上含误差的测量。在采取中等头部大小的情况下稍微凸出的发型可能导致，头部9侵入COOP区域6，而摄像机还要算出在COOP区域6之外的位置。
图5原理上示出按照本发明的头部位置测量的第一实施例。为此尤其在靠近头部位置C，尽可能准确地算出以及测量乘客8的头部9的大小11。在此发明者利用本发明的以下思想：对于相关测量最佳的位置是在空间中的点，其中头部9的理想移动方向14与摄像机16的理想视线17垂直。如果头部9的几何中心10穿过该点，那么优选地进行所述测量。
用于确定头部9的当前大小11的、举例地在算法中实现的方法尤其可以如下所述：
在各个当前3D图像中，采用图像处理的已知方法测量头部9的几何中点的位置，以及在移动方向14上的头部9的表观的大小11。
将摄像机16的当前视线18定义为矢量，其从一个在立体摄像机16(例如左物镜)中定义的摄像机位置19(例如物镜孔径的中心点)指向头部9的几何中心点10的位置。
然后根据线性代数的已知方法计算理想视线17和3D摄像机16的当前视线18之间的当前角度α。替换地或者作为可能性凭证而累积地，可以计算在头部9的理想移动方向14和图像获取单元16的当前视线18之间的当前角度β。
然后尤其在环形缓冲器(没有显示出)中存储角度α以及β和表观的头部大小11的相应当前值，在所述缓冲器中上一个值总是由当前值代替。环形缓冲器的大小尤其如此定义，使得至少能够存储从头部位置A到头部位置B的缓慢的头部移动14的全部测量值。
根据本发明总是采取当前环形缓冲器中的以下值作为头部大小，在该值时角度α和0°以及β和90°的差的绝对值最小。
图6示出按照本发明的头部位置的优选测量的第二实施例。
首先采用图像处理的已知方法在相应当前3D图像中重新测量头部9的几何中心点10的位置，以及在移动方向14上的头部9的表观的大小11。
将摄像机16的当前视线18也定义为矢量，其从一个在立体摄像机16(例如左物镜)中定义的摄像机位置19(例如物镜孔径的中心点)指向头部9的几何中心点10的位置。
与图5相比较特别的是，现在也存储位置10的最后值，也即前面的值，使得从存储的上一个和当前3维头部位置10中可计算头部9的实际运动矢量15。
然后根据线性代数的已知方法计算在头部9的实际运动矢量15和3D摄像机16的当前视线18之间的当前角度β。
然后尤其在环形缓冲器(没有显示出)中再次存储角度β和表观的头部大小11的相应当前值，在所述缓冲器中上一个值总是由当前值代替。
总是采取当前环形缓冲器中的这种值作为头部大小，在该值时角度β和90°的差的绝对值最小，也就是，几何学最好地符合“垂直的”条件。
顺便提及，前述的方法也可以通过其他的措施来稳定化。所以例如头部移动14以及15可以通过已知的过滤器和运动模型(Kalman-过滤器)过滤。
也可以优选地在确定乘客躯干13到气囊模块5的距离时类似地应用上述方法。在此不是乘客8的头部9的大小11而是躯干13的大小借助于3D摄像机16被计算出。
通过将人8的各个视图组合到人8的三维总视图中(例如在正常坐着的人处的前视图A、靠近摄像机16的人8处的侧视图、弯身的人8的后视图B)还可以继续扩展上述方法，所述各个视图根据相对于摄像机16的人8的不同位置A、B、C、……得出。
对于人8的部分视图A、B、C、……的组合也可以考虑所有的部分视图A、B、C、D、……，其在人8向前移动时由3D摄像机获得并且已被暂存在环形缓冲器中。
当人离COOP区域6近时，对于3D摄像机16实际上只有人的后面是可以看见的。人8的不可看见的前面12如今可以从以上计算出的总视图中被模仿出来，并且更精确地计算其到气囊模块5的距离。
采用本发明，优选地提高了汽车1中的乘客8的保护可能性。因此它尤其适用于现代汽车1的乘客保护系统。

Claims (17)

1.确定汽车(1)内部(2)的乘客(8)头部(9)的当前位置(A，B，C，D...)的方法，所述乘客(8)头部(9)向气囊模块(5)之前的自动动态阻止区域(6)移动，该方法使用具有理想视线(17)的图像获取单元(16)，所述理想视线(17)与乘客(8)的理想移动方向(14)基本垂直，其中
-借助于所述图像获取单元(16)至少周期性地在所述汽车(1)内部(2)拍摄到一幅包括乘客(8)在内的图像场景并且获取乘客(8)的图像信息，
其特征在于，
-在当前场景图像中不仅计算出所述头部(9)的几何中心点(10)的位置而且计算出在移动方向(14)上的头部表观的大小(11)；
-将所述图像获取单元(16)的当前视线(18)定义为矢量，其从图像获取单元(16)的一个定义的位置(19)指向头部(9)的几何中心点(10)的当前位置；
-计算在理想视线(17)和图像获取单元(16)的当前视线(18)之间的当前角度(α)；
-将所述角度(α)和所述头部(9)表观的大小(11)的当前值放在存储器中；
并且其中
-总是采取所述存储器中的以下值作为所述头部(9)的大小，在该值时所述角度(α)和0°的差的绝对值最小。
2.确定汽车(1)内部(2)的乘客(8)头部(9)的当前位置(A，B，C，D...)的方法，所述乘客(8)头部(9)向气囊模块(5)之前的自动动态阻止区域(6)移动，该方法使用具有理想视线(17)的图像获取单元(16)，所述理想视线(17)与乘客(8)的理想移动方向(14)基本垂直，其中
-借助于所述图像获取单元(16)至少周期性地在所述汽车(1)内部(2)拍摄到一幅包括所述乘客(8)在内的图像场景并且获取所述乘客(8)的图像信息，
其特征在于，
-在当前场景图像中不仅计算出所述头部(9)的几何中心点(10)的位置而且计算出在移动方向(14)上的头部表观的大小(11)；
-将所述图像获取单元(16)的当前视线(18)定义为矢量，其从所述图像获取单元(16)的一个定义的位置(19)指向所述头部(9)的几何中心点(10)的当前位置；
-计算在所述头部(9)的理想移动方向(14)和所述图像获取单元(16)的当前视线(18)之间的当前角度(β)；
-将所述角度(β)和所述头部(9)表观的大小(11)的当前值放在存储器中；
并且其中
-总是采取所述存储器中的以下值作为所述头部(9)的大小，在该值时所述角度(β)和90°的差的绝对值最小。
3.按照权利要求1或2所述的方法，其中所述图像获取单元(16)是3D摄像机，其根据立体方法、根据光束方法、根据飞行时间方法或者其他相同的适当方法工作。
4.按照权利要求2所述的方法，其中取代从所述头部(9)的理想移动方向(14)出发，而是计算在所述头部(9)的当前实际运动矢量(15)和所述图像获取单元(16)的当前视线(18)之间的当前角度(β)。
5.按照权利要求4所述的方法，其中存储所述头部(9)的几何中心点(10)的位置的上一次的值，并且从存储的上一次的和当前的头部的3维位置中计算当前运动矢量(15)。
6.按照权利要求1或2所述的方法，其中在立体摄像机、例如左物镜的情况下，将所述图像获取单元(16)的物镜孔径的中心点作为所述图像获取单元(16)的定义的位置的基础。
7.按照权利要求1或2所述的方法，其中所述图像获取单元(16)连续地拍摄感兴趣场景的图像，至少每秒25幅图像。
8.按照权利要求7所述的方法，其中所述图像获取单元(16)连续地拍摄的图像为至少每秒30幅图像。
9.按照权利要求8所述的方法，其中所述图像获取单元(16)连续地拍摄的图像为至少每秒35幅图像。
10.按照权利要求1或2所述的方法，其中如此确定所述存储器的大小，使得至少能够存储从第一头部位置(A)到感兴趣的第二头部位置(B)的头部缓慢移动的所有测量值。
11.按照权利要求1或2所述的方法，其中所述存储器是环形缓冲器，其首先被填满并且以后总是上一个值由当前值代替。
12.按照权利要求1或2所述的方法，其中所述头部移动(14或者15)的拍摄通过过滤器和/或运动模型过滤。
13.按照权利要求1或2所述的方法，其中不是汽车(1)中所述乘客(8)的头部(9)的大小(11)而是躯干(13)的大小或者其他的身体部位的大小利用图像获取单元(16)被计算出。
14.按照权利要求1或2所述的方法，其中将所述乘客(8)的各种视图组合成所述乘客(8)的3D总视图。
15.按照权利要求13所述的方法，其中从所述总视图中模仿出所述乘客(8)的前面、尤其其脸部轮廓(12)，并且计算到所述切换区域(6)或到所述气囊模块(5)的距离。
16.确定汽车(1)内部(2)的乘客(8)头部(9)的当前位置(A，B，C，D...)的装置，所述乘客(8)的头部(9)向气囊模块(5)之前的自动动态阻止区域(6)移动，其特征在于：
-具有理想视线(17)的图像获取单元(16)，所述理想视线(17)与乘客(8)的理想移动方向(14)基本垂直，
-用于借助于所述图像获取单元(16)至少周期性地在所述汽车(1)内部(2)拍摄到一幅包括乘客(8)在内的图像场景并且获取乘客(8)的图像信息的装置；
-用于在当前场景图像中不仅计算出所述头部(9)的几何中心点(10)的位置而且计算出在移动方向(14)上的头部(9)表观的大小(11)的装置；
-用于将所述图像获取单元(16)的当前视线(18)定义为矢量的装置，其从图像获取单元(16)的一个定义的位置(19)指向头部(9)的几何中心点(10)的当前位置；
-用于计算在理想视线(17)和图像获取单元(16)的当前视线(18)之间的当前角度(α)的装置；
-用于将所述角度(α)和所述头部(9)表观的大小(11)的当前值放在存储器中的装置；
-用于总是采取所述存储器中的以下值作为所述头部(9)的大小的装置，在该值时所述角度(α)和0°的差的绝对值最小。
17.确定汽车(1)内部(2)的乘客(8)头部(9)的当前位置(A，B，C，D..)的装置，所述乘客(8)的头部(9)向气囊模块(5)之前的自动动态阻止区域(6)移动，其特征在于：
-具有理想视线(17)的图像获取单元(16)，所述理想视线(17)与乘客(8)的理想移动方向(14)基本垂直，
-用于借助于所述图像获取单元(16)至少周期性地在所述汽车(1)内部(2)拍摄到一幅包括所述乘客(8)在内的图像场景并且获取所述乘客(8)的图像信息的装置；
-用于在当前场景图像中不仅计算出所述头部(9)的几何中心点(10)的位置而且计算出在移动方向(14)上的头部表观的大小(11)的装置；
-用于将所述图像获取单元(16)的当前视线(18)定义为矢量的装置，其从所述图像获取单元(16)的一个定义的位置(19)指向所述头部(9)的几何中心点(10)的当前位置；
-用于计算在所述头部(9)的理想移动方向(14)和所述图像获取单元(16)的当前视线(18)之间的当前角度(β)的装置；
-用于将所述角度(β)和所述头部(9)表观的大小(11)的当前值放在存储器中的装置；
-用于总是采取所述存储器中的以下值作为所述头部(9)的大小的装置，在该值时所述角度(β)和90°的差的绝对值最小。
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