CN101178437A - 物体探测系统和物体探测方法 - Google Patents

物体探测系统和物体探测方法 Download PDF

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Abstract

在物体探测系统中，ECU(4)获得通过毫米波雷达(2)探测的宿主车辆(M1)和物体(M2，M3)之间的距离(Z)以及物体(M2，M3)的横向位置(Xm)(S1)；并且ECU(4)获得通过立体摄像机(3)探测的物体(M2，M3)的横向位置(Xi)(S2)。ECU(4)通过合计由横向位置(Xm)乘以加权系数(α)而获得的横向位置值和由横向位置(Xi)乘以加权系数(β)而获得的横向位置值来估算物体(M2，M3)的横向位置(X)(S3)。当距离(Z)增加时，加权系数(α)增加。当距离(Z)减少时，加权系数(β)增加。

Description

物体探测系统和物体探测方法
技术领域
本发明涉及物体探测系统和物体探测方法，其中使用了通过雷达的探测和基于图像的探测。
背景技术
例如，日本专利申请公报2004-233275号(JP-A-2004-233275)描述了一种物体探测系统，该物体探测系统使用雷达设备探测从宿主车辆至前方车辆的距离以及从宿主车辆至前方车辆的方向，并且计算前方车辆相对于宿主车辆的沿着车辆宽度方向位置的横向中心位置。描述在公报中的物体探测系统事先定义了前方车辆相对于宿主车辆的相对角度和所计算的横向中心位置偏离实际横向中心位置的偏离量之间的关系，并且使用基于相对角度确定的偏离量来校正所计算的横向中心位置。由此，探测精度增加。
雷达设备一般通过发射发射波和接收由物体反射的反射波来探测物体。由此，不可能确定物体上的反射位置，即发射波在物体上反射的位置。因此，尽管雷达设备精确地探测远离宿主车辆的前方车辆的横向中心位置，但是当前方车辆靠近宿主车辆时，与当前方车辆远离宿主车辆时相比，雷达设备提供了较为不可靠的探测结果。因此，在物体探测系统中，当前方车辆靠近宿主车辆时，因为仅使用了由雷达设备提供的探测结果，所以不能精确探测前方车辆的横向中心位置，尽管后来进行了校正。
发明内容
本发明提供一种精确估算物体相对于宿主车辆的横向位置的物体探测系统。
本发明的第一方面涉及一种探测物体相对于宿主车辆的横向位置的物体探测系统。所述物体探测系统包括：雷达探测装置，其用于通过发射发射波和接收由物体反射的反射波来探测与物体相对于宿主车辆的横向位置相关的第一横向位置信息；图像探测装置，其用于基于所捕获的物体的图像来探测与物体相对于宿主车辆的横向位置相关的第二横向位置信息；距离探测装置，其用于探测宿主车辆和物体之间的距离；以及横向位置估算装置，其用于基于第一横向位置信息和第二横向位置信息估算物体的横向位置。当横向位置估算装置估算物体的横向位置时，横向位置估算装置根据距离来改变每个分配给第一横向位置信息的权数和分配给第二横向位置信息的权数。
一般来说，雷达精确探测远离宿主车辆的物体的横向位置。然而，如上所述，当物体靠近宿主车辆时，与当物体远离宿主车辆时相比，雷达提供较为不可靠的探测结果。相反，由于捕获到靠近宿主车辆的物体的清晰图像，基于图像精确探测到靠近宿主车辆的物体的横向位置。然而，当前方车辆远离宿主车辆时，由于摄像机的分辨率、光线量等原因，与当前方车辆靠近宿主车辆时相比，基于图像提供较为不可靠的探测结果。
根据第一方面，雷达探测装置和图像探测装置结合地使用。雷达探测装置和图像探测装置中每一个的探测精度根据宿主车辆和物体之间的距离而变化。在估算物体的横向位置时，可以根据宿主车辆和物体之间的距离是否允许雷达探测装置精确操作或者该距离是否允许图像探测装置精确操作来改变分配给由雷达探测装置探测到的横向位置信息的权数和分配给由图像探测装置探测到的横向位置信息的权数中的每一个权数。因此，能够精确估算物体相对于宿主车辆的横向位置，不管宿主车辆和物体之间的距离如何。
在第一方面，当距离增加时，横向位置估算装置可增加用于向第一横向位置信息分配权数的第一加权系数，而当距离减少时，横向位置估算装置可增加用于向第二横向位置信息分配权数的第二加权系数。
当宿主车辆和物体之间的距离为短时，雷达探测装置以较低的探测精度探测物体。当宿主车辆和物体之间的距离增加时，雷达探测装置的探测精度增加。当宿主车辆和物体之间的距离为长时，图像探测装置以较低的探测精度探测物体。当宿主车辆和物体之间的距离减少时，图像探测装置的探测精度增加。因此，在根据本发明的物体探测系统中，当宿主车辆和物体之间的距离增加时，横向位置估算装置增加用于向由雷达探测装置探测到的横向位置信息分配权数的加权系数，而当宿主车辆和物体之间的距离减少时，横向位置估算装置增加用于向由图像探测装置探测到的横向位置信息分配权数的加权系数。由此，能够更精确地估算物体相对于宿主车辆的横向位置，而不管宿主车辆和物体之间的距离如何。
在上述方面中，第一加权系数和第二加权系数的设定可分别使用限定距离和第一加权系数之间的关系的二维映射以及限定距离和第二加权系数之间的关系的二维映射。
在上述方面中，横向位置估算装置可通过合计由第一横向位置信息乘以第一加权系数而获得的第一横向位置值和由第二横向位置信息乘以第二加权系数而获得的第二横向位置值来估算物体的横向位置。
在上述方面中，雷达探测装置可以是毫米波雷达。距离探测装置可以是毫米波雷达或立体摄像机。图像探测装置可以是立体摄像机。
根据上述方面的物体探测系统可以设置在驾驶支持系统中。驾驶支持系统可包括防碰撞系统、车辆间距离控制系统和自适应巡航控制系统中的至少一个。
本发明第二方面涉及一种探测物体相对于宿主车辆的横向位置的物体探测方法。所述物体探测方法包括：通过发射发射波和接收由物体反射的反射波来探测与物体相对于宿主车辆的横向位置相关的第一横向位置信息；基于所捕获的物体的图像来探测与物体相对于宿主车辆的横向位置相关的第二横向位置信息；探测宿主车辆和物体之间的距离；以及基于第一横向位置信息和第二横向位置信息来估算物体的横向位置。当估算物体的横向位置时，分配给第一横向位置信息的权数和分配给第二横向位置信息的权数中的每一个根据距离变化。
根据上述方面，能够精确地估算物体相对于宿主车辆的横向位置。
附图说明
从下面参考附图对示例实施方式的描述，本发明的上述和其它目的、特征和优点将变得明显，在附图中类似的标号用来表示类似的元件，并且其中：
图1是示出根据本发明实施方式的物体探测系统的构造的图；
图2是示出由根据本发明实施方式的物体探测系统执行的横向位置估算程序的步骤的流程图；
图3A和3B是示出根据本发明实施方式的加权系数映射的示例的图，图3A示出用于加权系数α的加权系数映射，而图3B示出用于加权系数β的加权系数映射；以及
图4是示出宿主车辆使用物体探测系统估算每个前方车辆的横向位置的情况的图。
具体实施方式
在下文中将参考附图描述根据本发明实施方式的物体探测系统。
首先，将参考图1描述物体探测系统1的构造。
设置在宿主车辆内的物体探测系统1探测例如行驶在宿主车辆前方的前方车辆等物体。物体探测系统1向例如防碰撞系统、车辆间距离控制系统和自适应巡航控制系统等需要与宿主车辆前方物体相关的信息的驾驶支持系统提供例如宿主车辆和被探测车辆之间的距离以及被探测物体的横向位置的物体信息。物体探测系统1包括毫米波雷达2、立体摄像机3和电子控制单元(下文称“ECU”)4。物体探测系统1可独立于上述驾驶支持系统，并且可将探测到的物体信息发送到驾驶支持系统。可选地，驾驶支持系统可包括物体探测系统1。
在此实施方式中，毫米波雷达2可视为根据此实施方式的雷达探测装置和距离探测装置。立体摄像机3可视为根据本发明的图像探测装置。ECU4可视为根据本发明的横向位置估算装置。
毫米波雷达2是使用毫米波探测前方物体的雷达。毫米波雷达2安装到车辆前部中心位置。毫米波雷达2从宿主车辆向前发射毫米波，并且接收由物体的后端部反射的毫米波。然后，毫米波雷达2通过测量从发射毫米波至接收到毫米波的时间来计算从宿主车辆的前端部至物体的后端部之间的距离。此外，在毫米波雷达2中，沿横向方向设置多个接收部。毫米波雷达2基于在这些接收部接处收到毫米波的时间点之间的差计算物体相对于宿主车辆的横向位置(第一横向位置信息)。物体的横向位置是物体沿宽度方向的中心线相对于宿主车辆沿车辆宽度方向的中心线的位置。毫米波雷达2连接到ECU4。在毫米波雷达2如上所述地计算出被探测物体和宿主车辆之间的距离以及被探测物体的横向位置之后，毫米波雷达2将探测结果，即计算出的距离和横向位置，输出到ECU4。在此实施方式中，毫米波雷达2计算距离和横向位置。然而，ECU4可基于由毫米波雷达2探测的值计算距离和横向位置。
由于毫米波雷达2通过发射发射波以及接收由物体反射的反射波探测物体，所以无法确定在物体上的反射位置，即，发射波在物体上反射的位置。因此，尽管毫米波雷达2精确地探测远离宿主车辆的前方车辆的横向位置，但是当前方车辆靠近宿主车辆时，与当前方车辆远离宿主车辆时相比，毫米波雷达2提供了较为不可靠的探测结果。
立体摄像机3包括两个CCD摄像机(未示出)。两个CCD摄像机沿水平方向以数厘米的间隔设置。立体摄像机3还安装到宿主车辆前部中心位置。立体摄像机3将通过两个CCD摄像机中的每一个捕获的图像数据发送到图像处理部(未示出)。该图像处理部可一体设置在立体摄像机3中或者可设置在ECU4中。
图像处理部从图像数据检测物体，并且计算关于物体位置的信息。图像处理部确定：图像数据的直方图中的峰值表示物体沿宽度方向的端部，并且通过基于所确定的物体的两个端部的位置来确定物体沿宽度方向的中心轴线的位置而得出物体的横向位置(第二横向位置信息)。图像处理部连接到ECU4。在图像处理部如上所述地得出横向位置之后，图像处理部向ECU4输出探测结果，即得出的横向位置。
由于立体摄像机3捕获靠近宿主车辆的前方车辆的清晰图像，立体摄像机3精确地探测出靠近宿主车辆的前方车辆的横向位置。然而，当前方车辆远离宿主车辆时，由于立体摄像机3的分辨率、光线量等，与当前方车辆靠近宿主车辆时相比，立体摄像机3提供了较为不可靠的探测结果。
ECU4包括微处理器、ROM、RAM和备份RAM。微处理器执行计算。ROM存储例如使得微处理器进行处理的程序。RAM存储例如计算结果的各种数据。备份RAM使用12伏电池保持存储内容。具有上述构造的ECU4基于宿主车辆和物体之间的距离、由毫米波雷达2得到的物体的横向位置以及由立体摄像机3得到的物体的横向位置估算物体的横向位置。
接下来，将参考图2描述物体探测系统1的操作。图2是示出由物体探测系统1执行的横向位置估算程序的步骤的流程图。在从用于ECU4的电源打开直至电源关闭的期间，该程序由ECU4在预定的时间处重复执行。
首先，ECU4获得由毫米波雷达2探测到的从宿主车辆至物体的距离Z和横向位置Xm(第一横向位置信息)(S1)。然后ECU4获得由立体摄像机3探测的物体的横向位置Xi(第二横向位置信息)(S2)。物体相对于宿主车辆的横向位置通过物体在宽度方向的中心线相对于宿主车辆在车辆宽度方向的中心线的位置给出。
接下来，ECU4通过基于毫米波雷达2探测到的距离Z来改变分配给横向位置Xm和横向位置Xi的权数而估算物体的横向位置。更具体地，ECU4通过合计由横向位置Xm乘以加权系数α(第一加权系数)而获得的横向位置值(第一横向位置值)和由横向位置Xi乘以加权系数β(第二加权系数)而获得的横向位置值(第二横向位置值)来估算物体的横向位置X(S3)。加权系数α用于向由毫米波雷达2提供的探测结果分配权数。加权系数β用于向由立体摄像机3提供的探测结果分配权数。例如，距离Z和估算横向位置X作为物体信息提供给例如防碰撞系统、车辆间距离控制系统和自适应巡航控制系统的驾驶支持系统。
上述加权系数α和β使用二维映射来设定，所述二维映射限定了距离Z和加权系数α和β之间的关系(即加权系数映射)。加权系数映射存储在ECU 4中。当ECU4得到距离Z时，通过参照加权系数映射，基于距离Z设定了加权系数α和β。
图3A示出了用于加权系数α的加权系数映射的例子，而图3B示出了用于加权系数β的加权系数映射的例子。如上所述，当物体较远离宿主车辆时，毫米波雷达2更精确地探测出物体的横向位置。当物体较靠近宿主车辆时，立体摄像机3更精确地探测出物体的横向位置。因此，用于加权系数α的加权系数映射这样设定：当距离Z增加时，即当毫米波雷达2更精确地探测出横向位置时，加权系数α增加。相反，用于加权系数β的加权系数映射这样设定：当距离Z减少时，即当立体摄像机3更精确地探测出横向位置时，加权系数β增加。当距离Z接近25米时，分配给毫米波雷达2提供的探测结果的权数基本上等于分配给立体摄像机3提供的探测结果的权数。
接下来，将参考图4、使用其中两个前方车辆在宿主车辆前方右侧行驶的例子来描述由物体探测系统1执行的横向位置估算程序。图4示出了宿主车辆M1使用物体探测系统1估算前方车辆M2和前方车辆M3的每一个的横向位置的情形。在此情形中，前方车辆M2和M3被视为宿主车辆前方的物体。
宿主车辆M1使用设置在宿主车辆M1中的毫米波雷达2探测前方车辆M2和宿主车辆M1之间的距离以及前方车辆M2的横向位置。宿主车辆M1在道路6的车道6a中行驶。前方车辆M2在相邻车道6b中行驶。此外，宿主车辆M1使用设置在宿主车辆M1中的毫米波雷达2探测前方车辆M3和宿主车辆M1之间的距离以及前方车辆M3的横向位置。前方车辆M3如同前方车辆M2地在相邻车道6b中行驶。此外，宿主车辆M1使用设置在宿主车辆M1中的立体摄像机3探测前方车辆M2和M3中每一个的横向位置。
毫米波雷达2探测从宿主车辆M1的前端部至每个前方车辆的后端部的距离Z。在图4中，所探测的从宿主车辆M1至前方车辆M2的距离标示为Z2，而所探测的从宿主车辆M1至前方车辆M3的距离标示为Z3。此外，在图4中，由于当从宿主车辆M1观察时，前方车辆M3行驶在前方车辆M2的前方，因此所探测的距离Z3长于所探测的距离Z2。
前方车辆M2相对于宿主车辆M1的横向位置由前方车辆M2沿车辆宽度方向的中心线C2相对于宿主车辆M1沿车辆宽度方向的中心线C1的位置给出。前方车辆M3相对于宿主车辆的横向位置由前方车辆M3沿车辆宽度方向的中心线C3相对于宿主车辆M1沿车辆宽度方向的中心线C1的位置给出。在图4中，由毫米波雷达2探测的横向位置标示为Xm。由立体摄像机3探测的横向位置标示为Xi。当探测精度增加时，每个探测的横向位置Xm和Xi都较靠近前方车辆沿车辆宽度方向的中心线。当探测精度降低时，每个探测的横向位置Xm和Xi都较远离前方车辆沿车辆宽度方向的中心线。
因此，如图4所示，在靠近宿主车辆M1行驶的前方车辆M2中，由立体摄像机3探测的横向位置Xi比由毫米波雷达2探测的横向位置Xm更靠近前方车辆M2的中心线C2，因为立体摄像机3比毫米波雷达2更精确地探测前方车辆M2的横向位置。相反地，在远离宿主车辆M1行驶的前方车辆M3中，由毫米波雷达2探测的横向位置Xm比由立体摄像机3探测的横向位置Xi更靠近前方车辆M3的中心线C3，因为毫米波雷达2比立体摄像机3更精确地探测前方车辆M3的横向位置。
对于前方车辆M2而言，基于距离Z2、参照图3A和3B示出的映射来设定加权系数α和加权系数β。前方车辆M2的横向位置X通过合计由横向位置Xm乘以加权系数α获得的横向位置值和由横向位置Xi乘以加权系数β获得的横向位置值来估算。
由此，在靠近宿主车辆的前方车辆M2中，加权系数β设定为大于加权系数α。因此，前方车辆M2的横向位置X通过增加分配给由立体摄像机3提供的探测结果的权数来估算，其中立体摄像机3比毫米波雷达2更精确地探测前方车辆M2的横向位置。
前方车辆M3的横向位置X以同样的方式估算。由此，在远离宿主车辆的前方车辆M3中，加权系数α设定为大于加权系数β。因此，前方车辆M3的横向位置X通过增加分配给由毫米波雷达2提供的探测结果的权数来估算，其中毫米波雷达2比立体摄像机3更精确地探测前方车辆M3的横向位置。
在已经描述的实施方式中，毫米波雷达2和立体摄像机3结合地使用。毫米波雷达2和立体摄像机3中每一个的探测精度根据宿主车辆和物体之间的距离而变化。当宿主车辆和物体之间的距离使得毫米波雷达2可以精确操作时，ECU4增加分配给由毫米波雷达2提供的探测结果的权数。当宿主车辆和物体之间的距离使得立体摄像机3可以精确操作时，ECU4增加分配给由立体摄像机3提供的探测结果的权数。由此，能够精确估算物体相对于宿主车辆的横向位置，而不管宿主车辆和物体之间的距离如何。
本发明不限于上述实施方式。例如，尽管在上述实施方式中毫米波雷达用作雷达探测装置，但是可使用任何类型的雷达。此外，尽管在上述实施方式中立体摄像机用作图像探测装置，但是可使用任何类型的摄像机。
此外，尽管在上述实施方式中毫米波雷达探测宿主车辆和物体之间的距离，但是立体摄像机也可以探测该距离。
此外，尽管在上述实施方式中，横向位置是物体沿车辆宽度方向的中心线相对于宿主车辆沿车辆宽度方向的中心线的位置，但是横向位置可以是物体沿宽度方向的一个端部的位置。

Claims (12)

1.一种物体探测系统，其探测物体相对于宿主车辆的横向位置，其特征在于包括：
雷达探测装置(2)，其用于通过发射发射波和接收由所述物体(M2，M3)反射的反射波来探测与所述物体(M2，M3)相对于所述宿主车辆(M1)的所述横向位置相关的第一横向位置信息(Xm)；
图像探测装置(3)，其用于基于所捕获的所述物体(M2，M3)的图像来探测与所述物体(M2，M3)相对于所述宿主车辆(M1)的所述横向位置相关的第二横向位置信息(Xi)；
距离探测装置(2)，其用于探测所述宿主车辆(M1)和所述物体(M2，M3)之间的距离(Z)；以及
横向位置估算装置(4)，其用于基于所述第一横向位置信息(Xm)和所述第二横向位置信息(Xi)来估算所述物体(M2，M3)的所述横向位置，
其中当所述横向位置估算装置(4)估算所述物体(M2，M3)的横向位置时，所述横向位置估算装置(4)根据所述距离(Z)来改变每个分配给所述第一横向位置信息(Xm)的权数和分配给所述第二横向位置信息(Xi)的权数。
2.如权利要求1所述的物体探测系统，其中当所述距离(Z)增加时，所述横向位置估算装置(4)增加用于向所述第一横向位置信息(Xm)分配权数的第一加权系数(α)，而当所述距离(Z)减少时，所述横向位置估算装置(4)增加用于向所述第二横向位置信息(Xi)分配权数的第二加权系数(β)。
3.如权利要求2所述的物体探测系统，其中所述第一加权系数(α)和所述第二加权系数(β)的设定分别使用限定所述距离(Z)和所述第一加权系数(α)之间的关系的二维映射以及限定所述距离(Z)和所述第二加权系数(β)之间的关系的二维映射。
4.如权利要求2或3所述的物体探测系统，其中所述横向位置估算装置(4)通过合计由所述第一横向位置信息(Xm)乘以所述第一加权系数(α)而获得的第一横向位置值和由所述第二横向位置信息(Xi)乘以所述第二加权系数(β)而获得的第二横向位置值来估算所述物体(M2，M3)的所述横向位置。
5.如权利要求1至4中任一项所述的物体探测系统，其中所述雷达探测装置(2)是毫米波雷达(2)。
6.如权利要求1至4中任一项所述的物体探测系统，其中所述距离探测装置(2)是毫米波雷达(2)。
7.如权利要求1至4中任一项所述的物体探测系统，其中所述距离探测装置(2)是立体摄像机(3)。
8.如权利要求1至4中任一项所述的物体探测系统，其中所述图像探测装置(3)是立体摄像机(3)。
9.一种包括如权利要求1至4中任一项所述的物体探测系统的驾驶支持系统，其中所述驾驶支持系统包括防碰撞系统、车辆间距离控制系统和自适应巡航控制系统中的至少一个。
10.一种物体探测方法，其探测物体相对于宿主车辆的横向位置，其特征在于包括：
通过发射发射波和接收由所述物体(M2，M3)反射的反射波来探测与所述物体(M2，M3)相对于所述宿主车辆(M1)的所述横向位置相关的第一横向位置信息(Xm)；
基于所捕获的所述物体(M2，M3)的图像来探测与所述物体(M2，M3)相对于所述宿主车辆(M1)的所述横向位置相关的第二横向位置信息(Xi)；
探测所述宿主车辆(M1)和所述物体(M2，M3)之间的距离(Z)；以及
基于所述第一横向位置信息(Xm)和所述第二横向位置信息(Xi)来估算所述物体(M2，M3)的所述横向位置，
其中当估算所述物体(M2，M3)的所述横向位置时，分配给所述第一横向位置信息(Xm)的权数和分配给所述第二横向位置信息(Xi)的权数中的每一个根据所述距离(Z)变化。
11.如权利要求10所述的物体探测方法，其中
当所述距离(Z)增加时，用于向所述第一横向位置信息(Xm)分配权数的第一加权系数(α)增加，而当所述距离(Z)减少时，用于向所述第二横向位置信息(Xi)分配权数的第二加权系数(β)增加。
12.如权利要求11所述的物体探测方法，其中所述物体(M2，M3)的横向位置通过合计由所述第一横向位置信息(Xm)乘以所述第一加权系数(α)而获得的第一横向位置值和由所述第二横向位置信息(Xi)乘以所述第二加权系数(β)而获得的第二横向位置值来估算。
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