CN102673560A - 识别拐弯机动的方法和驾驶员辅助系统 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种观察车辆(3)的驾驶员辅助系统，为了识别在观察车辆(3)前方行驶的车辆(2)的拐弯机动而采用具有以下步骤的方法：a)在由摄像机(4)连拍的前车(2)图像中标记出该前车的至少一个第一参考点和第二参考点(5)，这些参考点(5)在该前车(2)横向上彼此间隔；b)求出在该图像中的这些参考点(5)的影像的距离；c)如果确定该距离缩短，则识别出拐弯机动。

Description

识别拐弯机动的方法和驾驶员辅助系统

技术领域

本发明涉及用于由跟随在后的观察车辆识别在街道交通中的车辆拐弯机动或者拐弯企图的方法和装置。

背景技术

已知许多这样的驾驶员辅助系统，该驾驶员辅助系统从观察车辆方观察跟车距离并控制观察车辆的速度以防止前后撞车。

这样的驾驶员辅助系统通过适时加强减速观察车辆能阻止车辆受损和同车乘客的身体和生命受伤害。但驾驶员辅助系统的客观上不需要的或者其意义未使乘车人明白的制动干预只以对驾驶舒适性有显著影响的形式被感受到，并且会显著影响这种驾驶员辅助系统在公众中的接受程度。

不必要的或看起来不必要的刹车干预的一个常见理由是前车即将做拐弯机动前的减速。驾驶员一般能没有困难地判断前车司机的企图，因为前车司机通过转向灯表明其拐弯企图、因为可以看到前方的道路分岔等等。在这样的情况下，驾驶员倾向于缩短相对于前车所保持的正常安全距离，以便无需不必要地刹车制动。如果驾驶员辅助系统在这样的情况下刹车制动，则驾驶员认为这是错误的行为而不予接受。

DE102008063579A1公开了一种驾驶员辅助系统，它在这样的情况下允许做出灵活反应。该系统包括具有角度分辨型立体摄像机的拐弯判断装置。要识别的是显露在由立体摄像机所提供的图像中的前车突然变宽。这种加宽归结于立体摄像机不仅显露出前车尾部，而且显露出侧面。但其前提条件是车辆距离大到足以使观察车辆的立体摄像机尤其可以拍到侧面。车辆距离越短，车辆行驶方向之间的角度偏差必需越大，这样才能拍到前车的侧面。对此，车辆距离越小，常规方法越不灵敏。因此，在尤其需要快速可靠干预的交通状况中考虑的是驾驶员辅助系统至少是灵敏的。

发明内容

本发明要解决的技术问题是提供一种用于识别前车拐弯机动的方法，其灵敏性不随逐渐接近前车而递减。

上述技术问题将通过具有以下步骤的方法来完成：

a)在由摄像机连拍的前车图像中标记出该前车的至少一个第一参考点和第二参考点，所述第一和第二参考点在前车横向上彼此间隔；

b)求出在该图像中的这些参考点的影像间的距离；

c)如果确定该距离缩短，则识别出拐弯机动。

即，常规方法依据的是在拐弯时看上去加宽的整个前车的轮廓剪影，而本发明方法的出发点是由前车偏转导致的、预先确定的且也在前车直线行驶时可看到的参考点之间的虚设距离或虚拟距离的透视压缩。

该前车的两个尾部大灯最好用作参考点，一方面是因为它们一般是相隔最远的且毕竟用在前车上并可被观察车辆随时看到的参考点，另一方面是因为，尤其是当它们在拐弯前刹车中闪亮时，可以简单可靠地在所拍摄的图像中发现这些尾部大灯。

参考点影像之间距离的缩小优选是拐弯机动识别的必要条件，但不是充分条件。为了实现可靠的识别，还适当地监测观察车辆和前车之间的距离，并且只在参考点影像之间距离的缩小大于车辆之间距离的或许同时的增大时才识别出拐弯机动。

车辆之间距离适当地与第三参考点相关地被测量，第三参考点位于前车上且在第一和第二参考点之间。

还适当的是，监测前车的转向灯，并且为了造成拐弯机动的识别而所述参考点之间距离的缩小必须比车辆之间距离的增大至少大的系数在转向灯被操作时比在没有操作时小。因此，转向灯的打闪本身不足以造成识别出拐弯机动。因而，采用本发明方法来控制跟车距离的驾驶员辅助系统将不会单独因为转向灯打闪就缩小跟车安全距离，因为可能忘记了亮着的转向灯，或者它可能在预期拐弯之前已经打亮很长一段时间了。

或许预期的前车拐弯的另一判断标准是存在拐弯车道。这样的车道一方面可在由摄像机提供的图像中被确定，另一方面有以下可能性，即，观察车辆的位置和行驶方向在例如车辆导航系统的一幅地图中被求出，以便通过这种方式确定在该地图上在观察车辆的道路上是否记录有拐弯车道。

另一个可能性在于，研究该图像中是否显示前车有侧向运动。这样的侧向运动可能在拐弯方向上进行，但也可能与预期的前车拐弯方向相反，例如因为前车在过弯时甩尾，或者因为前车司机在过弯前先与弯道方向相反地使汽车转向以便随后能以更大的转弯半径入弯。

本发明的另一个主题是用于机动车的驾驶员辅助系统，包括测量跟车距离的装置、拍摄前车图像的摄像机、用于在被测跟车距离小于最小距离时减慢机动车或产生警报信号的装置和确定在摄像机图像中的前车参考点的影像的距离并且在该影像的相互间距离减小时识别出拐弯机动并在识别出拐弯机动时缩短最小距离的装置。

根据以上的描述和驾驶员辅助系统及导航系统通常基于微型计算机来实施的事实，本领域技术人员显然可以明白，另一个本发明主题也必然是具有程序码媒介的计算机程序产品，它使计算机胜任执行上述方法，其中，这样的计算机可以具有一个或多个协作的处理器。尤其是，驾驶员辅助系统和导航系统的多个处理器可以在本发明范围内协作，以便共同表现为一台执行本发明方法的计算机。

附图说明

由以下参照附图对实施例的说明中得到了本发明的其它特征。该说明也列举出了权利要求未包含的实施例特征。这样的特征也能以不同于在此具体公开的组合方式的组合方式出现。因此，按照同一套相互关系或不同形式的相互关系来说明多个这样的特征的事实不表明以下推论是有理的，即，这些特征只能在具体公开的组合方式中出现，相反，原则上基于以下出发点，可以省掉或略微改变多个这样的特征中的一些特征，只要这不会危害到本发明的功能性，其中：

图1是本发明的典型应用场合的示意图；

图2是根据本发明的驾驶员辅助系统的示意框图；

图3是根据简单实施方式的驾驶员辅助系统的工作方法的流程图；

图4是根据改进实施方式的工作方法的流程图。

具体实施方式

图1在示意俯视图中示出街道1连同两辆机动车，即前行机动车2和观察机动车3，它们在第一时刻处于位置A或B并且在随后的时刻处于位置B或C。

观察车辆3上装有摄像机4，摄像机对准在摄像机前的车道和进而也对准前行机动车2的尾部。在这里，摄像机4如图所示是处于车辆3的发动机盖的前边缘上，大致在前行机动车2的尾灯5高度上，但是为了更好地看清街道1，摄像机也可以更靠上地安装在观察车辆3上，大致在乘员室顶上，最好在其前风挡玻璃的上方区域内，在风挡玻璃和乘员室的内后视镜之间。摄像机4的视野大到足以拍到前行机动车2和在前行机动车2旁边的车道边缘7。摄像机4的物镜焦距是固定不变的，因此在由摄像机4产生的图像中的两个尾灯5的影像之间距离是来自尾灯5的光线6在摄像机4处相交而成的角度α的尺度。

观察车辆3除了摄像机4外还具有另一个环境传感器8。环境传感器可以是距离传感器，例如雷达传感器或激光雷达传感器，其在车辆3行驶方向上向前发出测量光9，用于依据由前车2尾部反射回的射线来确定车辆2和3之距离D。环境传感器8设置在该观察车辆的纵向中央平面上，用于基本上居中照中前车2尾部。测量光9可被集束成锐光束，用于实现距车辆2上的照中点10的距离的精确测量。如果照中点10居中位于车辆2尾部上，则测量结果基本上与车辆2偏转无关并且与偏转方向无关。也可以想到采用分成扇形的测量光或者多道测量光，用于产生在车辆2尾部宽度范围内求平均的距离测量值。

或者，环境传感器8可以是大致与摄像机4同类型的第二摄像机，它沿着行驶方向的横向相对于摄像机4错开布置并且以不同的视角提供与摄像机4相同场景的另一视图。

当观察车辆3在第二时刻已到达在第一时刻被前车2所占据的位置B时，前车2前进一段距离在位置C处。如果两辆车辆2和3以相同速度在途中行驶，则两车之距离D此时不变。在位置C处，前车2此时恰好要拐入横向街道11。车辆2、3的行驶方向不再是相同的，摄像机4不再朝向正前方，而是斜着朝向前车2尾部。尾灯5光线现在在摄像机4位置处相交形成的角度α′明显小于角度α。

观察车辆3的与摄像机4相连的驾驶员辅助系统利用所述角度变化和由此造成的由摄像机4所提供的图像中的尾灯5影像距离的变化，用于识别前行机动车2的拐弯机动。

图2示意示出驾驶员辅助系统的结构。处理器12与摄像机4和环境传感器8相连。当作为环境传感器8设置第二摄像机而取代了能够直接提供车辆2、3之间距离D的测量值的距离传感器时，处理器12负责在由两个摄像机4和8提供的图像中识别前行机动车2并结合由不同的视角决定的图像差异计算出距前行机动车2的距离D。

处理器12还设置用于在由摄像机4提供的图像中执行上述的尾灯5识别和在摄像机4图像中的各尾灯影像之间距离的确定。

处理器12此外可以为了双向数据交换而与机动车导航系统13相连。导航系统13按照本身已知的方式包括存有呈数字形式的地图数据的存储器14以及处理器15，该处理器15与存储器14和无线通讯接口16相连，用于根据由无线通讯接口16所接收的卫星信号来确定机动车3的地理位置并且根据如此确定的位置和数字地图数据来判断车辆3位于在地图数据中标出的哪条街道的哪个位置上。具有该能力的导航系统是众所周知的，因此在这里不必详细说明设计用于行车所在街道的位置确定和识别的方法。常见的导航系统利用该能力，用于在驾驶员在图2未示出的用户接口输入行车目的地后连续地给驾驶员指明到达目的地所需要的拐弯机动。根据本发明，处理器12与导航系统13通讯，以便获得关于与正在驶过的街道1交叉的街道如横向街道11的信息(在到达这些街道前)，而且与为到达目的地而驶过岔路街道是否是必须的或有意义的无关。为了处理器12获得这样的信息，导航系统13的处理器15可被编程，以便应答处理器12定期询问下个分岔横街或至下个岔路口的距离。但也可以想到的是，处理器12直接访问存储器14，用于在利用由处理器15提供的车辆3本身位置的情况下确定该信息。

处理器12利用由环境传感器8提供的或根据环境传感器8和摄像机4的数据计算出的距前行机动车2的距离D来控制车辆制动器17的刹车或产生用于驾驶员的警示，如还要详细说明的那样。

图3是根据本发明的一个基本设计的由处理器12执行的工作方法的流程图，该方法不要求存在导航系统13或者不动用其数据。该方法由图3所示的步骤的周期重复构成。在第一步骤S1中，摄像机4给处理器12提供图像。处理器12在步骤S2中研究图像是否包含前车。如果没有，则在此位置中断该重复，而如果有，则处理器12在图像中搜索前车2的尾灯5并且在步骤S3中测量在该图像中的尾灯影像距离。

观察车辆3和前车2之间距离D_n的同时测量可以与借助环境传感器8的图像拍摄和分析无关地进行，或者，如果环境传感器8也是一台摄像机，则处理器12采取借助三角定位法在同时由摄像机4和环境传感器8所拍摄的图像中测量距离D_n的做法。在该方法的早期重复中获得的尾灯影像距离d_n-1或者车辆D_n-1距离D_n-1的测量值被存在处理器12中。该存储值可以是在一个更早的、尤其是紧接在前进行的图3所示步骤的迭代重复中获得的值，或者也可以是对多次重复求平均的值，尤其是平滑处理的平均值。在步骤S5中，处理器12由当前和早期的距离值按照以下公式算出对比数e：

e＝(d_n-1/d_n)(D_n/D_n-1)

当车辆2和3在直道上前后驶来时，尾灯影像之间距离与车辆2和3之间距离成反比并且对比数e与车辆2和3之间距离无关地不变化。但当尾灯影像之间距离变小但车辆距离没有成比例增加时，e＞1，并且这说明前车2在与观察车辆3不同的方向上行驶。

在步骤S9中，处理器12比较对比数e和1+q，在这里，q是小的正有理数。如果对比数e较小，则表示不存在说明前车2拐弯的指示，处理器根据车辆3速度v的第一预定函数Ds1(v)确定车辆2、3之间最小距离Ds(S10)。而如果确定e大于1+q，则这表明前车2有拐弯意图，在步骤S11中，最小距离Ds被确定为与速度相关的小于Ds1(v)的值Ds2(v)。

如果在随后的比较中确定D_n＜Ds，即当车辆2、3的实际距离小于最小距离Ds时，处理器12操作制动器17，用于使车辆3减速，从而在图3步骤的随后重复中测量距离D_n+1是否会大于D_n，并且在或许进一步的所述步骤的重复之后还保持最小距离。制动操作的强弱程度能够作为Ds-D_n和/或D_n-1-D_n的函数来规定，并可直至达到全制动，以便在明显小于最小距离Ds时或在例如因为急刹车或前车2发生碰撞事故造成两车距离迅速缩短时，也给观察车辆3实施适当的、足以防止撞车的减速。

另一个可能性在于，当处理器12确定了车辆2、3之间距离小于最小距离Ds时，只以声音信号、光信号或触觉信号的行驶对驾驶员发出警报，以促使其刹车制动。因此，驾驶员可以决定他是否关注该警报或他是否不去刹车，因为他对交通状况的评判不同于处理器12。

还能想到如此将上述两种做法组合，设定第一函数对Ds1(v)、Ds2(v)，其在没有识别到拐弯企图的情况下或发现拐弯企图的情况下规定最小跟车距离，在小于该最小距离时总是产生警报信号，还设定第二函数对Ds1′(v)、Ds2′(v)，其总是规定在小于它时实施自动刹车的最小距离。如果Ds1(v)＞Ds1′(v)或Ds2(v)＞Ds2′(v)，则总是出现一个距离范围，在该距离范围内，驾驶员本身可以判断他是否想要刹车制动，并且当也越过该距离范围低于那个更小的最小距离时，处理器12就触发刹车制动。

图4示出了处理器12工作方法的一个改进实施方式。步骤S1-S5在图3和图4中是相同的，因此不再重述。在步骤S6中，处理器12检查在车辆3前是否有岔路。这样的检查一方面可以基于对由摄像机4提供的图像的分析，另一方面基于与导航系统13的通讯。如果有岔路，则对比数e大于1的可能性大，这实际上归结于与拐弯企图有关的前车2方向改变。该方法因此分岔至步骤S9′，在此步骤中，如以上参照步骤S9所描述的那样，对比数e与阈值1+q2比较。但是，数q2在步骤S9′的情况下被选择为小于步骤S9的数q，以加强处理器12的实际上识别前车2的拐弯企图的备用状态。

如果在步骤S6中没有发现岔路，这并未排除前车2的拐弯企图，因为可能是想要拐入在导航系统13的地图中未标明的和/或在摄像机4的图像中不能看得相当清楚的房屋入口。因此，处理器12在步骤S7中还要对在不同时刻由摄像机4提供的图像进行附加分析，查明是否在前车2上打亮了转向灯。如果是，则这是可靠表明有拐弯企图，并且该方法分岔至步骤S9′。

如果没有打亮转向灯，则也不能可靠排除拐弯企图。因此，在步骤S8中还要检查可能存在的前车2的侧向运动。这样的侧向运动例如可以当其在前后相继的图像中被识别出的尾灯5看上去在前后相继的图像之间沿相同的方向位移时被识别。在此情况下，该方法也转至步骤S9′。只有当最后的检查提供否定结果时，转至比较步骤S9″，在此步骤中，进行对比数e和阈值1+q1的比较，其中q1被选择为明显大于q2。

如果在S9′或S9″中确定e小于1+q2或1+q1，则像参照图3所描述的那样，在步骤S10中确定相对较大的最小距离Ds1(v)。如果e较大，则明确判定前车2拐弯了，并且在步骤S11中将最小距离调到较小值Ds2(v)。

附图标记列表

1  街道；

2  前车；

3  观察车辆；

4  摄像机；

5  尾灯；

6  光；

7  车道边缘；

8  环境传感器；

9  测量光；

10 照中点；

11 横向街道；

12 处理器；

13 导航系统；

14 存储器；

15 处理器；

16 无线通讯接口；

17 制动器。

Claims (12)

1.一种识别在观察车辆(3)前方行驶的车辆(2)的拐弯机动的方法，包括以下步骤：

a)在由摄像机(4)连拍的前车(2)图像中标记出(S2)该前车的至少一个第一参考点和第二参考点(5)，其中，这些参考点(5)在该前车(2)的横向上彼此间隔；

b)求出(S3)在所述图像中的所述参考点(5)的影像的距离(d_n)；

c)如果确定该距离(d_n)缩短，则识别出(S11)拐弯机动。

2.根据权利要求1的方法，其特征在于，所述参考点是所述前车(2)的两盏尾部大灯。

3.根据权利要求1或2的方法，其特征在于，监测(S4)观察车辆(3)和前车(2)之间的距离(D)，并在步骤c)中，只有当参考点(5)之间距离(d_n)的缩小量大于车辆(2，3)之间距离(D)的或许同时的增大量时，才识别出拐弯机动。

4.根据权利要求3的方法，其特征在于，与第三参考点(10)相关地测量车辆(2，3)之间距离(D)，该第三参考点位于该前车(2)上并在第一和第二参考点(5)之间。

5.根据权利要求3或4的方法，其特征在于，所述前车(2)的转向灯被监测(S7)，并且为了造成拐弯机动的识别认定而所述参考点(5)之间距离的缩小必须比车辆(2，3)之间距离的增大至少大的系数(1+q2，1+q1)在转向灯被操作时比在转向灯未被操作时小。

6.根据权利要求3、4或5的方法，其特征在于，研究该图像中是否存在拐弯车道(S6)，并且为了造成拐弯机动的识别认定而所述参考点(5)之间距离的缩小必须比车辆(2，3)之间距离的增大至少大的系数(1+q2，1+q1)在有拐弯车道时比在没有拐弯车道时小。

7.根据权利要求3至6之一的方法，其特征在于，在地图中确定该观察车辆的位置和行驶方向(S6)，研究该图中是否存在拐弯车道，为了造成拐弯机动的识别认定而所述参考点(5)之间距离(d，d_n1)的缩小必须比车辆(2，3)之间距离(D_n，D_n-1)的增大至少大的系数(1+q2，1+q1)在有拐弯车道时比在没有拐弯车道时小。

8.根据权利要求3至7之一的方法，其特征在于，研究所述图像中是否显示前车(2)有侧向运动(S8)，为了造成拐弯机动的识别认定而所述参考点(5)之间距离(d，d_n1)的缩小必须比车辆(2，3)之间距离(D_n，D_n-1)的增大至少大的系数(1+q2，1+q1)在发现有侧向运动时比在没有发现有侧向运动时小。

9.根据权利要求3至8之一的方法，其特征在于，控制所述观察车辆(3)的速度(v)，以保持车辆(2，3)之间的测量距离(D)在最小距离(Ds)之上。

10.根据权利要求9的方法，其特征在于，与未识别认定有拐弯机动时相比，该最小距离(Ds)在识别认定出拐弯机动时被设定为较小。

11.一种包含程序码媒介的计算机程序产品，它使计算机胜任执行根据前述权利要求之一的方法。

12.一种用于机动车的驾驶员辅助系统，包括测量距前车(2)的距离的装置(8，12)、拍摄前车(2)图像的摄像机(4)和用于在距前车(2)的测量距离(D)小于最小距离(Ds)时减慢机动车(3)和/或产生警报信号的装置(12，17)，其特征在于，它还具有用于求出在摄像机(4)图像中的前车(2)上参考点(5)的影像之间的距离(d_n)，以便在所述影像间的距离(d_n)减小时识别出拐弯机动并在识别出拐弯机动时缩短该最小距离(Ds)的装置(12)。

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