CN103854502A - 道路标志识别装置及方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种道路表面标志识别装置和方法。该装置包括红外收发器，其被配置为向道路表面照射红外光束并接收反射光束以检测与道路表面的距离和反射光束强度。该装置还包括控制器，其被配置为使用距离信息、信号强度信息和车辆速度信息来生成道路的道路地图，以确定道路的标志形状。另外，该控制器被配置为将确定出的标志形状与存储的标志信息进行比较，以确定该标志形状的含义，并输出该标志形状的含义。

Description

道路标志识别装置及方法

相关申请的交叉引用

本申请基于在2012年12月4日向韩国知识产权局提交的韩国专利申请第10-2012-0139616号并要求其优先权，其公开内容整体地并入本文以作参考。

技术领域

本发明涉及一种道路标志识别装置，更具体地，涉及一种能够使用红外线获取道路信息并利用道路信息来识别标志的道路标志识别装置。

背景技术

近来，已经进行了关于车辆安全性措施的研究，比如能够使车辆事故中驾驶者受伤降至最低的安全带和安全气囊。具体地，该研究涉及预测潜在事故并警告驾驶者以防止事故并由此提高驾驶者安全性的方法。

传统的安全方法包括先进安全车辆（ASV）技术，其通过识别车道，或通过识别道路上标记的各种信息（例如，行人穿行、单向交通、左转弯/右转弯/U形转弯标志等等）来告知驾驶者各种潜在道路障碍，从而防止车辆无意地改变车道。

作为根据相关技术识别道路上标记的信息的方法，已经广泛使用图像传感器（例如，摄像装置）。然而，当两辆车行驶的彼此间距很小时，可能捕捉不到道路图像，因此，道路上标记的信息可能不能被正确识别。摄像装置在潮湿天气情况下或在暗光下也可能捕捉不到图像。此外，用于标志识别的算法和处理逻辑可能会比较复杂，致使识别道路障碍所需的时间增加。此外，对于每种标志可能需要一种专门的识别算法。

发明内容

本发明提供一种能够更准确地识别道路上标记的信息并将所识别的信息提供给驾驶者的道路标志识别装置。

根据本发明的一个方面，该道路表面标志识别装置可包括：红外收发器，其由控制器执行，并被配置为照射红外光束并接收反射光束，以检测与道路表面的距离和反射光束的强度；标志配置单元，其由控制器执行，并被配置为使用从红外收发器接收到的距离信息和信号强度信息以及车辆速度信息来生成道路地图，并检测道路上的标志形状；以及匹配单元，其由控制器执行，并被配置为将由标志配置单元指定的标志形状与预存储的标志信息进行比较，从而确定标志形状的含义（definition）并输出确定出的含义。标志配置单元可被配置为，使用距离信息、红外光束照射角和角分辨率基于红外收发器获取基于传感器坐标系的第一位置信息，并可被配置为执行第一位置信息到基于移动物体坐标系的第二位置信息的坐标转换。标志配置单元可被配置为使用车辆的中心坐标与红外收发器的中心坐标之间的运动矢量进行第一位置信息到第二位置信息的坐标转换。标志配置单元可被配置为使用第二位置信息和信号强度信息以预定的时间间隔获取地图信息，并可被配置为按时间顺序连续排列所生成的地图信息以生成道路地图，并在道路地图上配置标志形状。红外收发器可被配置为使用扫描方案（scheme）以预定的周期向道路的预定宽度照射红外光束。

根据本发明的另一个方面，车辆中的道路标志识别方法可包括：通过控制器向道路表面照射红外光束；在控制器接收从道路反射的光束，以获取与道路的距离信息和反射光束的信号强度信息；通过控制器使用距离信息、信号强度信息和车辆速度信息生成道路表面的道路地图；通过控制器检测道路表面上的标志形状；通过控制器将标志形状与预存储的标志信息进行比较，以确定该标志形状的含义；以及通过控制器输出确定结果。生成道路表面的道路地图和配置标志形状还可包括：通过控制器使用距离信息、红外光束照射角和角分辨率获得基于传感器坐标系的第一位置信息；通过控制器使用车辆的中心坐标与红外发射器的中心坐标之间的运动矢量执行第一位置信息到基于移动物体坐标系的第二位置信息的坐标转换；通过控制器使用第二位置信息和信号强度信息以预定的时间间隔获取地图信息；以及通过控制器按时间顺序连续地排列地图信息。

附图说明

根据以下详细描述并结合所附附图，本发明的目的、特征和优势将会变得更加明显，其中：

图1是示出根据本发明示例性实施方式的安装在车辆中的道路标志识别装置的示例性图；

图2是示出根据本发明示例性实施方式的道路表面标志识别装置的配置的示例性图；

图3是示出根据本发明示例性实施方式的道路表面标志识别方法的示例性流程图；

图4是示出根据本发明示例性实施方式的通过用红外光束照射道路表面来测量道路表面的方法的示例性图；

图5是示出根据本发明的示例性实施方式当传感器被安装到车辆（例如，移动物体）中时车辆中心与传感器中心之间关系的示例性图；

图6是示出根据本发明示例性实施方式的道路地图上标出的标志的实例的示例性图；且

图7是示出根据本发明示例性实施方式的存储在图案数据库（DB）中的道路表面标志的示例性图。

附图中各元件的符号

10：红外收发器      20：速度传感器

30：标志配置单元    40：图案数据库

50：匹配单元

具体实施方式

应理解，本文使用的术语“车辆”或“车辆的”或其它类似术语包括通常的机动车，例如，包括多功能运动车（SUV）、公共汽车、卡车、各种商务车的客车，包括各种船只和船舶的水运工具，飞行器等等，并且包括混合动力车、电动车、燃烧、插入式混合电动车、氢动力车和其它代用燃料车（例如，来源于石油以外的资源的燃料）。

尽管示例性实施方式被描述为利用多个单元来进行示例性处理，但应当理解示例性处理也可以由一个或多个模块完成。此外，应当理解，术语控制器指的是包括存储器和处理器的硬件设备。存储器配置为存储模块，并且处理器被具体配置为执行所述模块以进行以下进一步描述的一个或多个处理。

此外，本发明的控制逻辑可以实现为包含可由处理器、控制器等执行的可执行程序指令的计算机可读介质上的非暂时性计算机可读介质。计算机可读介质的实例包括但不限于，ROM、RAM、光盘（CD）-ROM、磁带、软盘、快闪驱动器、智能卡和光学数据存储装置。计算机可读记录介质还可以分布在连接网络的计算机系统中，以便，例如通过远程信息处理（telematics）服务器或控制器局域网（CAN）以分布式模式存储和执行计算机可读介质。

本文使用的术语仅仅是为了说明具体实施方式，而不是意在限制本发明。如本文所使用的，单数形式“一个、一种、该（a、an、the）”也意在包括复数形式，除非上下文中另外清楚指明。还应当理解的是，在说明书中使用的术语“包括（comprises和/或comprising）”是指存在所述特征、整数、步骤、操作、元件和/或部件，但是不排除存在或添加一个或多个其它特征、整数、步骤、操作、元件、部件和/或其群组。如本文所使用的，术语“和/或”包括一个或多个相关所列项的任何和所有组合。

参照附图对本发明的示例性实施方式进行详细描述。在整个附图中，相同的附图标记用来表示相同或类似部件。在此引入的公知的功能和结构的详细描述可被省略以避免使本发明的主题不清楚。

图1是示出根据本发明的示例性实施方式的安装在车辆上的道路标志识别装置的示例性图。

根据本发明的示例性实施方式，能照射红外光束的红外照射装置（未示出）可安装在车辆（例如，移动物体）的前部以向道路表面照射红外光束。另外，照射到道路表面上的红外光束可以具有特定的角分辨率而不照射成单一光束（例如，平面扫描方案）。

经道路表面反射而返回的红外光束可被红外接收装置（未示出）接收，且与道路的距离可使用本领域技术人员熟悉的飞行时间（ToF）原理等等进行计算。另外，由于通过反射而返回的红外光束信号强度可基于材料、颜色等而改变，道路标志识别装置可测量接收到的红外光束的信号强度。根据本发明的示例性实施方式的道路标志识别装置可被配置为使用预设信息和使用红外光束获得的信息来检测道路上标记的标志形状，并可被配置为将该标志形状与存储于图案数据库（DB）中的标志信息进行比较，以确定对应的标志的含义，随后将对应的信息输出给驾驶者。

图2是示出根据本发明示例性实施方式的道路标志识别装置的配置的示例性图。根据本发明的示例性实施方式的道路标志识别装置可包括由控制器操作的多个单元。该多个单元可包括标志配置单元30和匹配单元50。道路标志识别装置还可包括速度传感器20、红外收发器10和图案数据库（DB）40。

红外收发器10可被配置为通过在车辆行驶方向上向道路表面照射红外光束而获取有关与道路的距离和反射光束强度的信息，并可被配置为接收经道路表面的反射而返回的红外光束，以传送信息到标志配置单元30。当用红外光束照射道路表面时，红外收发器10可被配置为使用如图1所示的平面扫描方案以预定宽度周期性地向道路表面照射红外光束。

速度传感器20可被配置为测量车辆速度，以将检测到的速度提供给标志配置单元30。虽然为了便于解释，本发明的示例性实施方式已经描述了由速度传感器20检测到的速度信息被直接传送到标志配置单元30，但本发明并不局限于此。例如，速度信息可通过其他控制器（例如，移动控制单元（MCU）等等）被接收。

标志配置单元30可被配置通过使用从红外收发器10接收到的信息（例如，距离信息和信号强度信息）和从速度传感器20接收到的速度信息来生成道路地图并检测标志形状。由于红外收发器10可安装在车辆的特定位置，红外光束可以以预定角度照射到道路表面并且可具有特定的角分辨率。

在使用距离信息r、光束照射角度θ和角分辨率α获取基于传感器坐标系的位置信息{P_n(x_n,y_n),n=1,n=1～N}之后，标志配置单元30可被配置为使用移动物体（例如，车辆）的中心坐标与红外收发器10的中心坐标之间的运动矢量v进行位置信息P_n到基于移动物体（例如，车辆）坐标系的位置信息S_n的坐标转换。此外，标志配置单元30可被配置为通过结合位置信息S_n和反射光束强度的信息（例如，信号强度信息）来生成地图信息M_n。当车辆以速度V移动时，地图信息M_n可以以预定的时间间隔被重复生成为M_n,t1～M_n,tk直到数据收集到充分识别道路标志。因此，标志配置单元30可被配置为使用从速度传感器20检测到的速度信息以预定的时间间隔获取地图信息M_n,t1～M_n,tk，并可被配置为按时间顺序连续排列地图信息从而生成道路表面的地图（例如，道路表面地图），以确定（define）道路表面地图上的标志形状。

图案数据库40可被配置为存储有关道路上标记的标志的形状和含义（definition）的信息。匹配单元50可被配置为将在标志配置单元30中配置的标志的形状与存储在图案数据库40中的标志信息进行比较，以确定所配置的标志形状的含义，并可被配置为将确定的含义输出给驾驶者。具体地，输出可以是经由扬声器的语音输出，或者也可以显示在屏幕上（例如，导航装置等）并伴有语音通知。

图3是示出根据本发明的示例性实施方式的道路表面标志识别方法的示例性流程图。

当车辆行驶时，安装在车辆前部的红外收发器10可被配置为在车辆行驶方向上周期性地向道路表面照射红外光束，并可被配置为接收从道路表面反射的光束（S310）。具体地，红外收发器10可被配置为使用如图1所示的平面扫描方案向道路表面的预定宽度照射红外光束。

当接收到反射光束时，红外收发器10可被配置为根据每个被红外光束照射的位置检测反射光束的强度和红外收发器10与道路表面之间的距离r₁～r_n，并可被配置为将对应信息（例如，距离信息、信号强度信息）传送到标志配置单元30。

标志配置单元30可被配置为使用从红外收发器10接收到的距离和信号强度信息和从速度传感器20接收到的速度信息对每个被红外光束照射的位置计算道路表面的位置信息P_n（S320）。

如图4所示，当道路表面反射光束的位置与红外收发器10之间的距离为r，光束和道路表面的角为θ，且角分辨率为α时，可使用下述方程式1计算位置信息P_n。

$P_n=\left[\begin{array}{c}{x}_n\\ y_n\end{array}\right]=r_n\sin \left(\mathrm{\θ}\right)\·\left[\begin{array}{c}\sin (\mathrm{\α}+\mathrm{\φ}\·(n-1))\\ \cos (\mathrm{\α}+\mathrm{\φ}\·(n-1))\end{array}\right],n=1,...N$

但是，由于根据该方程式的位置信息P_n为基于固定的特定点的基于传感器坐标系的位置信息，当在车辆移动过程中计算位置信息时，位置信息P_n应被转换成基于移动物体（例如，车辆）坐标系的位置信息。

因此，当计算出位置信息P_n时，标志配置单元30可被配置为通过反射车辆的中心坐标与其中红外收发器10的中心坐标之间的运动矢量v将位置信息P_n转换成基于移动物体坐标系的位置信息S_n。

图5是示出当传感器被安装到车辆（其是运动物体）中时车辆中心与传感器中心之间的关系的示例性图。当车辆的中心坐标O_ego和红外收发器10的中心坐标O_传感器之间的运动矢量为v时，基于移动物体坐标系的位置信息S_n可使用下述方程式2进行计算。

S_n＝v+P_n

具体地，可通过初始设计状态来确定运动矢量v。当计算坐标转换时，标志配置单元30可被配置为使用位置信息S_n、信号强度信息和车辆速度信息来生成道路地图并确定标志形状（S340）。

当反射光束的信号强度为I_n时，地图信息可通过结合位置信息S_n和该位置的信号强度I_n由以下方程式3表示。

M_n=(S_n，I_n)

另外，红外收发器10可被配置为以预定的时间间隔（Δt）照射红外光束并接收反射光束，同时以与车辆速度V大致相同的速度移动，以允许标志配置单元30获取初始时间t1的地图信息M_n,t1，随后获取以速度V移动了时间t（t2-t1）的位置的地图信息M_n,t1。地图信息可以以预定时间间隔被重复生成M_n,t1～M_n,tk，直到收集的数据允许道路标志被识别。

地图信息M_n,t1～M_n,tk可使用下述方程式4求得。

$\begin{array}{c}{M}_{{n,t}_1}={(S_{{n,t}_1},I_n)}_{t_1}\\ M_{{n,t}_2}={(S_{{n,t}_1}+V\·(t_2-t_1),I_n)}_{t_2}\\ .\\ .\\ M_{{n,t}_k}={(S_{{n,t}_{k-1}}+V\·(t_k-t_{k-1}),I_n)}_{t_k},k=1,...,K\end{array}$

标志配置单元30可被配置为按时间顺序排列以预定时间间隔重复获得的地图信息M_n,t1～M_n,tk，以生成道路地图，并可被配置为当标志出现于对应区域时在道路地图上呈现对应标志的形状。

图6是示出在道路地图上形成的标志的实例的示例性图，且形状可以是菱形图案。标志配置单元30可被配置为将如上所述确定的标志形状传输到匹配单元50。此外，匹配单元50可被配置为将从标志配置单元30接收到的形状与存储于图案数据库40中的标志信息进行比较，并可被配置为在确定从标志配置单元30接收的形状的含义之后将关于对应标志的信息输出给驾驶者（S350）。

另外，匹配单元50可被配置为使用扬声器输出标志信息，或者可被配置为在屏幕上显示对应的标志并伴有扬声器的语音。例如，如图6所示，当标志形状为菱形图案时，匹配单元50可输出短语“注意前方人行横道”。此外，当控制器确定当前车辆速度超过80Km/h且标志形状表示限速“80”时，匹配单元50可被配置为在屏幕上重复显示数字“80”并伴有声音警告输出短语“限速80。降低车速”。

因此，根据本发明示例性实施方式的道路标志识别装置和方法可以更准确地识别道路表面上标记的信息并将所识别的信息提供给驾驶者。

尽管上面已经详细地描述了本发明的示例性实施方式，但应当清楚地理解，本领域技术人员可能考虑到的对本文教导的基本发明构思的很多变化和修改将仍然落入如所附权利要求所定义的本发明的精神和范围内。

Claims (9)

1.一种道路表面标志识别装置，包括：

红外收发器，其被配置为：

向道路表面照射红外光束；

接收反射光束以检测与道路表面的距离和所述反射光束的强度；以及

控制器，其被配置为：

使用距离信息、信号强度信息和车辆的速度信息生成所述道路的道路地图；

确定所述道路上的标志形状；

将确定出的标志形状与存储的标志信息进行比较，以确定所述标志形状的含义；以及

输出所述标志形状的含义。

2.根据权利要求1所述的道路标志识别装置，其中所述控制器还被配置为：

使用所述距离信息获得基于传感器坐标系的第一位置信息；

获得所述红外光束的照射角度；

获得角分辨率；以及

执行所述第一位置信息到基于移动物体坐标系的第二位置信息的坐标转换。

3.根据权利要求2所述的道路标志识别装置，其中所述控制器被配置为使用所述车辆的中心坐标与所述红外收发器的中心坐标之间的运动矢量来执行所述第一位置信息到所述第二位置信息的坐标转换。

4.根据权利要求2所述的道路标志识别装置，其中所述控制器还被配置为：

使用所述第二位置信息和所述信号强度信息以预定的时间间隔获得地图信息；以及

按时间顺序连续排列所生成的地图信息以生成所述道路地图并确定所述道路地图上的标志形状。

5.根据权利要求1所述的道路标志识别装置，其中所述红外收发器被配置为通过使用扫描方案以预定周期将红外光束照射到道路的预定宽度。

6.一种车辆中的道路标志识别方法，所述方法包括：

由红外收发器向道路表面照射红外光束；

在所述红外收发器接收从所述道路反射的光束以获得与所述道路的距离信息和反射光束的信号强度信息；

由控制器使用所述距离信息、所述信号强度信息和所述车辆的速度信息生成所述道路表面的道路地图；

由所述控制器确定所述道路表面的标志形状；

由所述控制器将所述标志形状与存储的标志信息进行比较，以确定所述标志形状的含义；以及

由所述控制器输出所述标志的含义。

7.根据权利要求6所述的方法，其中生成所述道路表面的道路地图的处理还包括：

由所述控制器使用所述距离信息、所述红外光束的照射角度和角分辨率获得基于传感器坐标系的第一位置信息；

由所述控制器使用所述车辆的中心坐标与所述红外收发器的中心坐标之间的运动矢量来执行所述第一位置信息到基于移动物体坐标系的第二位置信息的坐标转换；

由所述控制器使用所述第二位置信息和所述信号强度信息以预定的时间间隔获得地图信息；以及

由所述控制器按时间顺序连续排列所述地图信息。

8.一种包含由处理器或控制器执行的程序指令的非暂时性计算机可读介质，所述计算机可读介质包括：

控制红外收发器向道路表面照射红外光束的程序指令；

控制所述红外收发器接收从所述道路反射的光束以获得与所述道路的距离信息和反射光束的信号强度信息的程序指令；

使用所述距离信息、所述信号强度信息和车辆的速度信息生成所述道路表面的道路地图的程序指令；

确定所述道路表面的标志形状的程序指令；

将所述标志形状与存储的标志信息进行比较以确定所述标志形状的含义的程序指令；以及

输出所述标志的含义的程序指令。

9.根据权利要求8所述的非暂时性计算机可读介质，还包括：

使用所述距离信息、所述红外光束的照射角度和角分辨率获得基于传感器坐标系的第一位置信息的程序指令；

使用所述车辆的中心坐标与所述红外收发器的中心坐标之间的运动矢量执行所述第一位置信息到基于移动物体坐标系的第二位置信息的坐标转换的程序指令；

使用所述第二位置信息和所述信号强度信息以预定的时间间隔获得地图信息的程序指令；以及

按时间顺序连续排列所述地图信息的程序指令。

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