CN102308304A - 确定有效车道标记的方法和装置 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及通过一车辆(12)的摄像系统(16)确定有效车道标记(38至42；56，58)的方法和装置，该车辆特别是一路上车辆，通过该摄像系统(16)的一相机(17)连续抓拍具有该车辆(12)前方区域的图像的若干张照片(30，54，66)，形成一照片序列，并生成与各张照片(30，54，66)相对应的图像数据。对照片序列中的至少一部分照片(30，54，66)的图像数据进行处理；该照片序列中的至少一张照片中具有被探测到的至少一第一车道标记(38至42)和一与该第一车道标记不同的第二车道标记(56，58)。确定在至少两张被连续抓拍到的照片(30，54)中探测到的位于该车辆(12)前方的前方行驶车辆(34)，该前方行驶车辆(34)相对该第一车道标记(36至42)的位置(P1至P4)和该前方行驶车辆(34)相对该第二车道标记(56，58)的位置(P1至P4)。根据通过照片(30，54)确定的该前方行驶车辆(34)的位置(P1至P4)，选择其中一条被探测到的车道标记(36至42，56，58)作为有效车道标记。

Description

确定有效车道标记的方法和装置
技术领域
本发明涉及一种确定有效车道标记的方法和装置，该方法和装置至少探测一第一车道标记和一与该第一车道标记不同的第二车道标记，并选择这些被探测到的标记中的一个标记作为相关车道标记。
背景技术
在现有技术中已知一种基于相机的驾驶员辅助系统，其包括至少一个用于观察和分析车辆的在行驶方向上的前方区域的单目摄像机或者立体摄像机。已知的是，驾驶员辅助系统中用来抓拍照片的系统既有黑白摄像系统又有彩色摄像系统，这些摄像系统对车辆的在行驶方向上的前方的探测区域进行抓拍，并生成与这些照片相对应的图像数据。通过至少一个处理单元处理该图像数据，具体为分析照片，特别是分析探测到的照片中的物体的图像，并对物体进行分类。在这种连接关系中，对于那些针对各自的驾驶员辅助系统相关的物体的探测和分类通常是受限的。除了物体识别，该处理单元特别要执行对物体的追踪、对被分类为交通标识的物体的交通标识的识别，对车道的识别和/或对前方行驶车辆和/或迎面而来的车辆的识别。对于车道识别，通常探测车辆正在其上行驶的车道，也可以探测与之相邻的车道。在这种连接关系中，可行的是，例如通过变道辅助系统例如是在车辆无方向指示的情况下离开了目前所在车道时为驾驶员提供一信息或者警告。各驾驶员辅助系统利用应用于车道上的用于标识该车道的标记执行对所在车道的探测。然而，特别是在具有若干个重叠的车道标记的情况下，很难探测到当前的有效车道标记，继而基于车道标记提供驾驶员辅助功能的各驾驶员辅助系统很难利用该有效车道标记。该种重叠的车道标记例如可以是出现在道路施工的区域上，因为，为了保证道路建设工作持续进行，除了原始的永久车道标记外，至少要在该车道的某些部分上应用标记于道路施工处的所谓的暂时车道标记。
在德国，例如，车道上的永久车道标记为白色，暂时车道标记为黄色。这样，在道路施工区域及一道路施工区域的入口区域和出口区域会采用不同的车道标记，使路人通常可通过他们颜色上的区别进行区分。这样，该暂时和永久标记间的仅基于颜色信息的区分方法就会依赖车辆在哪个国家行驶。另外，虽然暂时标记的使用已经标准化，但不一定总会严格执行这些标准，例如在德国，在道路施工处，一黄色标记可能作为左侧的相关标记，一白色标记可能作为右侧的相关标记。进而，即使是使用彩色相机，在光照条件差，特别是下雨时，也可能会出现车道标记间基于颜色的区分不能引起驾驶者足够关注的问题。再者，对于黑白相机，仅能根据照片中不同颜色的亮度的不同区分不同的颜色。这样，无法充分确定有效和无效标记间的区别。但是在驾驶员辅助系统中使用黑白相机抓拍照片的有利因素为，CMOS图像传感器，特别是应用于黑白相机中的CMOS图像传感器具有高图像分辨率和高灰度级分辨率，例如4096灰度级。目前，与之相当的彩色传感器无法获得此种灰度级或亮度分辨率。相对彩色图像的图像数据的后期处理，黑白图像的图像数据所需的后期处理大大减少，所以驾驶员辅助系统采用黑白相机是有优势的。
公开号为EP 1 653 310 A2的专利文献公开了一种利用安装在车辆设定位置上的相机对只能在道路上行驶的车辆进行方向控制的方法。通过该相机探测一永久车道标记。在此，是在进入危险区域或者道路施工区域后探测到标记图案，并为车辆的横向控制提供一控制信号。
公开号为DE 103 112 40 A1的专利文献公开了一种对车辆进行方向控制的方法和装置，其对车道上的暂时和永久标记进行区分，该方法和装置为只要探测到暂时标记，就优选将这些标记用于车辆的方向控制。
公开号为DE 10 2004 003 848 A1的专利文献公开了一种在车道区域内识别标记的危险区域和/或建设施工的方法。这些方法利用安装于车辆上的电磁辐射传感器，如激光扫描仪，的探测区域的空间分离图像进行识别，在空间分离图像中寻找危险区域和/或建设施工区域的区别特征。
发明内容
本发明的目的是提供一种通过车辆的摄像系统确定有效车道标记的方法和装置，其对永久车道标记和暂时车道标记间的区分进行了改进。
通过具有权利要求1的技术特征的方法，以及通过具有产品类独立权利要求的技术特征的装置实现了该目的。从属权利要求为对本发明的有利扩展。
本发明的方法和装置所能获得的技术效果为：在从至少两条不同的车道标记中选择有效车道标记时，考虑了前方行驶车辆相对两条被探测到的车道标记的相对位置。
有利的是，确定该前方行驶车辆相对被探测到的车道标记的行驶路线，并根据该车辆的行驶路线确定将哪条被探测到的车道标记作为有效车道标记。当决定将哪条被探测到的车道标记作为有效车道标记时，也可以考虑其他判断标准，如本本车辆相对第一车道标记和第二车道标记的位置，本本车辆的转向角或本本车辆相对车道路线的横摆角和/或本本车辆的速度。
特别有利的是，基于被连续抓拍到形成照片序列的照片中的至少两张，优选为至少三张照片，确定前方行驶车辆的行驶路线。基于所确定的该前方行驶车辆的行驶路线和至少两条被探测到的车道标记的路线选择其中一条车道标记作为有效车道标记。
进一步有利的是，在每条车道标记包括一右侧标记线和一左侧标记线的情况下，确定该前方行驶车辆相对两标记线的位置。优选地，核对该前方行驶车辆的行驶路线与由两条标记线构成的路线的一致性的概率是否至少不小于一预先确定的值概率。该一致度，即该一致性的概率，可利用已知模型识别方法，即所谓的模型匹配方法确定。该标记线可以是虚线或者实线。
进一步有利的是，从至少两条车道标记中选择该有效车道标记，作为有效车道标记的车道标记对于所确定的两个位置具有一穿过该车道的交通方向的横向偏移，且该横向偏移对于两个位置均位于一预置的范围内。优选地，该位置基于一参考位置确定，该参考位置可位于车道上，并在车辆的纵轴的下方与其纵轴垂直。该范围例如可以预置为0.8m至1.5m，优选为0.8m至1.2m。可供选择地，可将所确定的前方行驶车辆的位置中至少有一个所确定的位置相对其具有基本相等的横向距离或者较小的横向距离的车道标记选择为有效车道标记。
另外，有利的是，探测到一所探测到的车道标记中的一个车道标记的至少一个标记线的交叉点，并在确定有效车道标记时考虑该交叉点。两条探测到的车道标记中的一条的一标记线的该交叉点为表示这条车道标记不是相关车道标记的象征。
优选地，通过一黑白相机，特别是一单目黑白相机和立体黑白相机，抓拍照片。适于应用在移动车辆上的黑白相机相对适合应用在移动车辆上的彩色相机性价比更高，这些黑白相机在亮度的感应上通常具有高分辨率和高动态性，这样，特别是对于照明条件差的探测区域，黑白相机相对同等的彩色相机能够更好地探测到物体的图像。
为了确定该有效车道标记，特别有利的是，确定该确定的第一车道标记的路线与该前方行驶车辆的行驶路线之间的一第一一致度，以及该确定的第二车道标记与该前方行驶车辆之间的一第二一致度，并将一致度较高的车道标记选择为有效车道标记。在此，有利的是，仅当该一致度具有一最低一致度和/或仅当该第一一致度和第二一致度间的区别超过一预设的最小区别时，将具有最高一致度的车道标记选择为有效车道标记。
特别有利的是，将确定为有效车道标记的车道标记的路线，或者关于选择为有效车道标记的车道标记的一信息提供给一车道偏离警示系统。驾驶员辅助系统继而考虑将该有效车道标记的路线作为即将进入的车道标记。该车道偏离警示系统特别是一变道辅助系统。
另外，也可以确定本本车辆相对该第一车道标记的位置和相对该第二车道标记的位置，优选为反复确定。可在选择该有效车道标记时考虑所确定的一个或者多个位置。特别地，将所确定的该前方行驶车辆和/或本本车辆的位置，所探测到的车道标记的已确定的路线和/或本本车辆的转向运动或者横摆速度输入至一分类器中，该分类器继而根据这些输入的变量确定相关车道标记。
特别有利的是，多次确定本本车辆相对该第一车道标记的位置和相对该第二车道标记的位置，基于这些所确定的位置确定本本车辆的行驶路线，并在选择该有效车道标记时考虑该本车辆的行驶路线，例如将该本车辆的行驶路线作为输入至分类器的用于确定该有效车道标记的输入变量。可通过本车辆的转向角和速度确定本车辆的行驶路线。
产品类独立权利要求的装置可以与方法相同的方式进行扩展，特别是通过方法类从属权利要求所限定的技术特征或者各自的装置特征进行扩展。
附图说明
本发明的其他技术特征和有益效果通过以下说明具体指出，以下将结合附图更详细地说明本发明的更多细节。
图1为在一交通路况下的一车辆的侧视图，该车辆具有一用于抓拍和处理照片的装置。
图2示出了由该装置抓拍到的一第一照片，该第一照片中具有一正在前方行驶的车辆的图像。
图3示出了由该装置抓拍到的一第二照片，该照片中具有该在前方行驶的车辆的图像、一永久车道标记的图像，以及一暂时车道标记的图像。
图4示出了由该装置抓拍到的一第三照片，该照片中具有该前方行驶车辆的图像、该永久车道标记的图像，以及该暂时车道标记的图像。
图5为示出了根据图1的抓拍和处理照片的装置的各组成部分的方框图。
具体实施方式
图1为车辆12在沿着车道14行驶期间的交通路况10下的侧视图。该车辆12安装一具有至少一个相机17的摄像系统16。在本实施例中，该摄像系统16是一单目摄像系统，且是一抓拍灰度照片的黑白摄像系统。该摄像系统16抓拍一系列具有位于车辆12前方的探测区域内的图像的照片，并进一步生成与这些照片相对应的图像数据，图1中的虚线18、20表示水平探测区域。生成的图像数据从该摄像系统16传输至设置于车辆12内的处理单元22中，由该处理单元22处理这些图像数据。特别是，经该处理单元22处理的图像数据将提供给车辆12的驾驶员的驾驶员辅助系统。该摄像系统16的相机17的图像采集率优选是每秒抓拍10至50张照片。该相机以该速率连续地抓拍照片，抓拍到的照片由处理单元22连续地进行处理。
该处理单元22对由摄像系统16生成的一物体28的图像数据进行处理，物体28的图像作为一目标图像或者一目标被探测到，优选为对该物体28的目标类型进行分类。以相同的方式，可也将交通标记、车道指示、路灯、在车道14上前方行驶车辆和临近车道上的迎面而来的车辆作为目标探测到，并可对他们的目标类型进行分类。特别地，确定该照片中被探测到的物体28的图像位置，并将其与照片序列中后面照片中的物体28的图像位置进行比较。为了简单化，在下文中，将一物体在一照片中的图像位置简称为物体在照片中的位置或者物体的照片位置。物体在一第一照片中的位置与在一于该第一照片后抓拍到的第二照片中的位置的比较，例如可以是用来影响驾驶行为和/或为车辆12的驾驶员提供外围环境和本车辆12的解释信息。这种信息例如也可以作为输入数据输入至驾驶员辅助系统中，特别是一变道辅助系统中。
图2示出了由相机17抓拍到的相机17的位于车辆12前方的探测区域的第一照片30。在该照片30中，以实线32示出了地平线。另外，该照片包括一前方行驶车辆34的图像，车道标记36至42的图像和设置于侧面的紧邻外车道的安全护栏44，46的图像，以及设置于侧面的紧邻该车道的交通标记48，50的图像。图2中，该车道标记36至42仅以实线示意性地示出，实际上，他们也可以是虚线，而且为了便于更好地识别，他们可以具有稍宽的宽度。在照片30中，示出了一箭头52，通过该箭头52指示本本车辆的行驶方向及前方行驶车辆的行驶方向。该箭头52的起点P1为已根据相机17抓拍到的位于车辆12前方的探测区域的照片序列中的前面照片确定的前方行驶车辆34的位置。终点P4代表基于图2所示的照片30确定的前方行驶车辆34的位置。在经其确定位置P1的照片和照片30之间可能存在由相机17抓拍到的若干其他照片。这些照片中的至少一部分照片的图像数据同样被处理，或者前方行驶车辆34的位置被反复确定，但这并不是必须的。
图3示出了由相机17抓拍到的另一张照片54。照片54中，除了具有根据图2的照片30的所示物外，还具有暂时车道标记56，58的图像。另外，照片54中可以看见一道路建设屏障62的图像。由该暂时车道标记56，58定义的车道偏离了由车道标记38，40界定的车道的路线，使交通路线从该车道偏离至由标记40，42界定的车道上。简单地说，该照片30和54仅在额外出现的道路标记56，58，道路施工60，62和前方行驶车辆34的位置上不同。为了简化下面的说明，根据图3的照片54中同样示出了该箭头52，另外，还示出了用于指示前方行驶车辆34的若干位置P1至P4的箭头64，继而示出了该车辆34的行驶路线。在于该照片54之前抓拍到的第一照片中，已经确定了前方行驶车辆34的位置P1。在于这张第一照片之后、且于该照片54之前抓拍到的照片中，已经确定了前方行驶车辆34的位置P2。在于该照片54之前抓拍到的第三照片中已经确定了前方行驶车辆34的位置P3。在照片54中，已经确定了前方行驶车辆34的位置P4。将这些已确定的位置连接起来就形成了箭头64，继而通过该箭头64指示了前方行驶车辆34在位置P1和位置P4之间的行驶路线。在此，也可在该第一和第二照片之间，该第二和第三照片之间，以及该第三和第四照片之间抓拍大量其他照片，并对这些照片进行评估。由箭头64示出的已确定的前方行驶车辆34的行驶路线基本与该暂时车道标记56，58平行，而且很大程度上偏离了该车道标记38，40的路线。由箭头64示出的前方行驶车辆34的行驶路线穿过位置P3和P4之间的部分。由于所确定的该前方行驶车辆34的行驶路线与相对永久车道标记38，40而言的暂时车道标记56，58高度一致，所以，该车道标记56，58被确定为有效车道标记56，58，并将其作为相关或有效车道标记56，58提供为驾驶员辅助系统。然而，如果已经在若干连续抓拍的照片中确定了位置P1、P2＊、P3＊和P4＊为前方行驶车辆的位置，则通过位置P1、P2＊、P3＊和P4＊确定前方行驶车辆34的行驶路线，该行驶路线与车道标记38，40平行，该行驶路线继而穿过该车道标记56。从而，箭头52标记出的行驶路线将与车道标记38，40的路线一致，使这些车道标记38，40继而可能成为有效车道标记。
然而，其他因素也可用来确定该有效车道标记或者用来验证已确定的有效车道标记。特别地，可利用横向设置于车道上的警告护栏62确定有效车道标记或者验证一已确定的有效车道标记。本本车辆12的位置，车辆12的转向角或者车辆12的横摆角，以及车辆12的速度也可以作为在确定或者验证有效车道标记中被考虑的因素。
通常，可观察存在的前方行驶车辆34的行为，并在选择有效车道过程中考虑该行为。附加地或者可供选择地，也可在确定有效车道标记的过程中考虑本车辆12的驾驶行为。
可以假定，一车辆12，34基本在车道的中央行驶，这对于该前方行驶车辆34和本车辆12来说均是事实。通过所说明的方法，在车道标记重叠的情况下，可轻易地确定有效车道标记。该种重叠的车道标记特别是出现在车道14上除了已有的车道标记36至42之外还设置了暂时车道标记56，58的情况下。这可能在道路施工60需要封闭至少一条车道的情况下特别必要。通过分析该行驶路线54，如果可以确定前方行驶车辆34，如图3所示，在进入道路施工60的区域之前相对突然地改变了其方向，，则驾驶员辅助系统可在通过比较前方行驶车辆34在若干连续抓拍到的照片中的位置的改变而确定前方行驶车辆34突然改变了其行驶方向的基础上断定要变道至具有车道标记56，58的车道上。由该车道标记56，58界定的车道也被认为是建设区车道。
图4示出了由相机17抓拍到的另一张照片66，在照片66中，该前方行驶车辆34位于车辆12的前方。在前方行驶车辆34与暂时车道标记56，58间的横向距离满足相机的探测范围时，这些作为相关车道标记或者有效车道标记仍被探测。该永久车道标记40作为非有效车道标记仍被探测。
通常，根据本发明，通过一探测到的前方行驶车辆34确定用于判断和确定自身车道的一信息，基于该信息从若干不同的车道标记或者车道中确定一条有效车道标记或者有效车道。特别有利的是，在确定有效车道时考虑车辆12的自身运动。
图5示出了具有该处理单元22和该摄像系统16的方框图，通过该框架选择一条有效车道标记或者确认将这些车道标记56，58作为有效车道标记56，58的初始选择。该处理单元22包括一中央处理单元(CPU)78，一数据总线80和三个存储元件82至86。
该处理单元22通过一第一接口76与该摄像系统16连接。另外，该处理单元22包括一第二接口88，经该处理单元22处理的数据可通过该第二接口88输出至例如是光控模组24的其他元件中。优选地，该第二接口88将处理单元与车辆总线系统连接。
该CPU78、第一接口76、第二接口88和存储元件82，84，86通过数据总线80相互连接。与由摄像系统16生成的相片44a至44c，52相对应的图像数据作为输入数据通过第一接口76由摄像系统传输至处理单元22。该处理单元22的第二存储元件84中存储有至少一个用于确定图像位置P1至P4，P1至P4＊的图像处理程序。同样，该第二存储元件84中存储有基于所确定的图像位置P1至P4和探测到的车道标记36至42，56，58的路线确定一有效车道和/或有效车道标记56，58的路线规划程序数据。
所确定的前方行驶车辆34在由相机17连续抓拍的相片之间的位置的改变继而作为输入变量提供给一变道辅助系统和/或经第二接口88输出。该种变道辅助系统也被认为是一车道偏离警示系统。
本发明根据采用单目相机抓拍灰度相片进行了说明。然而，本发明也同样适用于以相同的方式采用立体摄像系统和/或彩色相机的情况。

Claims (11)

1.一种通过一车辆的摄像系统确定有效车道标记的方法，该车辆特别是一路上车辆，
其中，通过该摄像系统(16)的一相机(17)连续抓拍具有该车辆(12)前方区域的图像的若干张照片(30，54，66)，形成一照片序列，并生成与各张照片(30，54，66)相对应的图像数据；
对照片序列中的至少一部分照片(30，54，66)的图像数据进行处理；
该照片序列中的至少一张照片中具有被探测到的至少一第一车道标记(38，40)和一与该第一车道标记不同的第二车道标记(56，58)；
该照片序列中的至少两张被连续抓拍到的照片(30，54，66)中具有被探测到的位于该车辆(12)前方的前方行驶车辆(34)；
根据至少两张照片中的各张照片，确定该前方行驶车辆(34)相对该第一车道标记(38，40)的位置(P1至P4；P1至P4*)和该前方行驶车辆(34)相对该第二车道标记(56，58)的位置(P1至P4；P1至P4*)；以及，
根据通过照片确定的该前方行驶车辆(34)的位置(P1至P4；P1至P4*)，选择其中一条被探测到的车道标记(38，40；56，58)作为有效车道标记。
2.根据权利要求1的方法，其特征在于，基于被连续抓拍到形成照片序列的照片中的至少两张，优选为至少三张照片，确定该前方行驶车辆(34)的一条行驶路线(52，64)，并基于所确定的该前方行驶车辆(34)的行驶路线(52，64)和至少两条被探测到的车道标记(38，40；56，58)的路线选择其中一条车道标记(38，40；56，58)作为有效车道标记。
3.根据上述权利要求中任一项的方法，其特征在于，从该至少两条车道标记(38，40；56，58)中选择对于所确定的两个位置之一而言具有一横穿车道(14)的交通方向的横向偏移，且该横向偏移对于该位置(P1至P4；P1至P4*)位于一预置的范围内的车道标记(38，40；56，58)作为该有效车道标记(38，40)，或者将相对所确定的位置(P1至P4；P1至P4*)而言具有较小的横向距离的车道标记(38，40；56，58)作为有效车道标记(38，40)。
4.根据上述权利要求中任一项的方法，其特征在于，所探测到的车道标记(38，40；56，58)中的至少一条车道标记的交叉点被探测到，并在确定该有效车道标记(38，40；56，58)时考虑该交叉点。
5.根据上述权利要求中任一项的方法，其特征在于，确定该所确定的第一车道标记(38，40)的路线与该前方行驶车辆(34)的行驶路线之间的一第一一致度，以及该所确定的第二车道标记(56，58)与该前方行驶车辆(34)之间的一第二一致度，并将一致度较高的车道标记(38，40；56，58)选择为有效车道标记。
6.根据权利要求5的方法，其特征在于，仅当该一致度具有一最低一致度和/或仅当该第一一致度和第二一致度间的区别超过一预设的最小区别时，将具有最高一致度的车道标记(38，40；56，58)选择为有效车道标记(38，40；56，58)。
7.根据上述权利要求中任一项的方法，其特征在于，将确定为有效车道标记的车道标记(38，40；56，58)的路线，或者关于选择为有效车道标记的车道标记(38，40；56，58)的一信息提供给一车道偏离警示系统；以及，驾驶员辅助系统将该有效车道标记(38，40；56，58)的路径处理为行使的的车道标记(38，40；56，58)。
8.根据上述权利要求中任一项的方法，其特征在于，确定本本车辆(12)相对该第一车道标记(38，40)的位置和相对该第二车道标记(56，58)的位置，优选为反复确定；以及，在选择该有效车道标记(38，40；56，58)时考虑所确定的位置。
9.根据权利要求8的方法，其特征在于，多次确定该本本车辆(12)相对该第一车道标记(56，58)的位置和相对该第二车道标记(56，58)的位置，以及，在选择该有效车道标记(38，40；56，58)时考虑该本本车辆(12)的行驶路线。
10.根据权利要求9的方法，其特征在于，通过该本本车辆(12)的转向角和速度确定本本车辆(12)的行驶路线。
11.一种通过一车辆的摄像系统确定有效车道标记的装置，该车辆特别是一路上车辆，该装置包括一具有一相机(17)的一摄像系统(16)，该相机(17)用于连续抓拍具有该车辆(12)前方区域的图像的若干张照片(30，54，66)，形成一照片序列，并生成与各张照片(30，54，66)相对应的图像数据；
一处理单元(22)，该处理单元(22)用于对照片序列中的至少一部分照片(30，54，66)的图像数据进行处理；其中，该处理单元(22)在该照片序列中的至少一张照片中探测至少两条不同的车道标记(38，40；56，58)；
该处理单元(22)在该照片序列的至少两张照片(30，54，66)中探测到一位于该车辆(12)前方的前方行驶车辆(34)；并针对该至少两张照片中的每一张确定该前方行驶车辆(34)相对探测到的第一车道标记(38，40)的位置(P1至P4；P1至P4*)和该前方行驶车辆(34)相对探测到的第二车道标记(56，58)的位置(P1至P4；P1至P4*)；
以及，
该处理单元(22)根据已确定的该前方行驶车辆(34)相对两条车道标记(38，40；56，58)的位置(P1至P4；P1至P4*)，选择这些被探测到的车道标记(38，40；56，58)中的一条作为有效车道标记。
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