CN104108392B - 车道估计装置和方法 - Google Patents

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Abstract

车道估计装置和方法。本文公开了一种车道估计装置和方法。车道估计装置包括：摄像头单元，其捕获车辆前方的图像；雷达单元，其感测车辆前方的多个静止物体；以及车道估计单元，其通过由摄像头单元捕获的图像来检测车道，生成将由雷达单元所感测的静止物体中位于路边的多个静止物体相连接的假想车道，基于检测的车道和所生成的假想车道之间的距离确定所生成的假想车道是否有效，当根据确定结果假想车道有效时，基于检测的车道和假想车道生成最终车道，并将所生成的最终车道识别为车辆的行驶车道。

Description

车道估计装置和方法
技术领域
本发明的实施方式涉及能够更准确地估计行驶车道的车道估计装置和方法。
背景技术
通常，LKAS(Lane KeepingAssist System，车道保持辅助系统)是当车辆行驶过程中偏离车道时借助通过摄像头的车道信息生成辅助转向扭矩从而帮助驾驶便利的系统。
然而，由于直射太阳光(背光)、道路上的灰尘等原因，摄像头会产生车道不识别或者误识别状态，并且由于识别车道所用时间延迟，使得摄像头的车道保持辅助功能受到限制。
此外，LKAS对短距离车道和长距离车道之间的改变较敏感。因此，由于LKAS要花费较长时间识别车道，所以LKAS的性能受限。
发明内容
因此，本发明的一个方面是提供一种车道估计装置和方法，通过在执行车道保持辅助控制的过程中，通过摄像头捕获车辆前方的图像，雷达检测行驶路径边上的静止物体的方式来提高车道识别的能力和反应。
本发明的其他方面一部分将在下面的说明书进行说明，一部分将从说明书明显获得，或者可以通过实践本发明学到。
根据本发明的一个方面，一种车道估计装置，包括：摄像头单元，其捕获车辆前方的图像；雷达单元，其感测车辆前方的多个静止物体；以及车道估计单元，其通过由摄像头单元捕获的图像检测车道，生成将由雷达单元感测的静止物体中位于路边的多个静止物体相连接的假想车道，基于检测的车道和所生成的假想车道之间的距离确定所生成的假想车道是否有效，当根据确定结果假想车道有效时，根据检测的车道和假想车道生成最终车道，并将所生成的最终车道识别为车辆的行驶车道。
车道估计单元可以包括：车道检测单元，其通过摄像头单元捕获的图像来检测车道；假想车道生成单元，其生成将雷达单元感测的静止物体中位于路边的多个静止物体相连接的假想车道；假想车道有效性确定单元，其关于根据车辆与所述多个静止物体中每个静止物体之间的距离被分为短距离区域和长距离区域的车道区域中的至少一个车道区域比较所生成的假想车道与检测的车道之间的相似性，并根据比较结果确定所生成的假想车道是否有效；最终车道生成单元，当根据确定结果确定假想车道有效时，基于检测的车道和假想车道生成最终车道；以及车道识别单元，将所生成的最终车道识别为车辆的行驶车道。
假想车道有效性确定单元可以利用关于短距离区域的假想车道与检测的车道之间的相似性来确定所述假想车道是否有效。
当在短距离区域内的两条车道之间的横向距离误差小于基准误差时，假想车道有效性确定单元可以确定两条车道彼此相似，从而假想车道被确定为有效。
当在短距离区域内假想车道有效时，最终车道生成单元可以计算长距离区域内检测车道和假想车道之间的横向距离误差，当计算出的误差在预设范围内时，生成最终车道。
最终车道生成单元可以关于短距离区域选择检测车道，关于长距离区域选择假想车道，并将所选择的车道组合来生成最终车道。
根据本发明的另一个方面，车道估计方法，包括以下步骤：通过由捕获车辆前方图像的摄像头单元捕获的图像检测车道；生成将检测车辆前方的静止物体的雷达单元所感测的多个静止物体中位于路边的多个静止物体相连接的假想车道；关于根据车辆与多个静止物体中每个之间的距离被分成短距离区域和长距离区域的车道区域中的至少一个比较生成的假想车道和检测的车道之间的相似性；根据比较结果确定所生成的假想车道是否有效；当根据确定结果假想车道有效时，基于检测的车道和假想车道生成最终车道；以及将所生成的最终车道识别为车辆的行驶车道。
所述车道估计方法可以包括以下步骤：当在短距离车道区域内两条车道之间的横向距离误差小于基准误差并且当在长距离区域内两条车道之间的横向距离误差在预设范围内时，确定两条车道彼此相似，因而确定该假想车道有效。
所述车道估计方法包括选择关于短距离区域的检测车道和关于长距离区域的假想车道，并将所选择的车道组合来生成最终车道。
附图说明
从下面结合附图对实施方式的描述中，本发明的这些和/或其他方面将变得显而易见并更容易理解，附图中：
图1是例示根据本发明实施方式的车道估计装置的控制框图；
图2是例示根据本发明实施方式的车道估计装置的车道估计单元的构造的框图；
图3是说明根据本发明实施方式的车道估计装置中利用摄像头单元检测的车道和利用雷达单元感测的静止物体生成的假想车道的图；
图4是说明根据本发明实施方式的车道估计装置中通过将关于短距离区域的利用摄像头单元检测的车道和关于长距离区域的利用雷达单元感测的静止物体生成的假想车道组合而生成最终车道的图；以及
图5是说明根据本发明实施方式的车道估计方法的控制流程图。
具体实施方式
现在详细参照本发明的实施方式，附图中示出了本发明的示例。然而，本发明可以用不同的方式来实施，不应该将其解释为限于本文所述的实施方式。而是，提供这些实施方式，使得本说明书更详尽和完整，并向本领域普通技术人员充分传达本发明的保护范围。为了描述方便以及清楚性，附图中的组成部件的宽度、长度、厚度或类似物可能被夸大、忽略或者示意性示出。整篇说明书中，各附图以及本发明的各个实施方式中，相似的参考数字涉及相似的部件。
本文所使用的，术语“和/或”包括一个或多个所列相关术语中的任一个或所有的组合。此外，应该理解，当涉及到一个元件与另一元件“耦合/连接”时，可以是直接与其他元件耦合或连接，也可以存在中间元件。说明书以及所附权利要求中使用的，单数形式的“一(a、an)”以及“该”，除非上下文清楚指明，其目的也包括复数形式。还可以理解，当说明书中使用术语“包括”和/或“包含”时，表示存在所述的特征、数目、步骤、操作、元件和/或组成部分，但不排除还存在或额外还有一个或多个其他特征、数目、步骤、元件、组成部分和/或它们的组合。
图1例示的是根据本发明实施方式的车道估计装置的控制框图。
参照图1，车道估计装置包括摄像头单元10、雷达单元11以及车道估计单元20。
摄像头单元10捕获车辆前方道路的图像。摄像头单元10包括CCD(电荷耦合器件)或CMOS(互补金属氧化物半导体)图像传感器。此外，摄像头单元110包括对由CCD或CMOS图像传感器接收的信号进行处理和计算的运算器件。
摄像头单元10安装在车辆前部，使得摄像头单元110的光轴方向与车辆的前进方向一致。
摄像头单元10在左右方向上具有广阔的成像范围，可以充分捕获车辆所行驶的道路的图像。摄像头单元10利用图像传感器捕获车辆前方道路的图像，并将捕获的图像输出至运算器件。
雷达单元11感测车辆前方道路上的物体。雷达单元11感测沿车辆前方道路设置的静止物体。例如，静止物体可以包括沿着道路设置的电话杆、树、护栏、墙壁等。
雷达单元11是向物体投射例如电磁波这样的微雷达信号，并从物体接收反射的雷达信号，从而识别物体与雷达单元之间的距离和方向的装置。
雷达单元11可以安装在车辆前部的预定高度处。雷达单元11向车辆前方发射雷达信号，同时在左右方向扫描雷达信号，并接收反射的雷达信号。
利用雷达单元11发射雷达信号和接收从物体反射的雷达信号这段时间可以获得雷达单元11与物体之间往返距离。
也就是，通过测量雷达单元11发射雷达信号以及接收从物体反射的雷达信号所用的时间可以计算雷达单元11与物体之间的距离。
车道估计单元20通过由摄像头单元10捕获的图像来检测车道，生成连接雷达单元11所感测到的静止物体中的位于路边的多个静止物体的假想车道，关于基于车辆与多个静止物体中每个静止物体之间的距离而被分为短距离区域和长距离区域的车道区域中的短距离区域，比较所生成的假想车道与检测的车道之间的相似性，根据比较结果确定假想车道是否有效；当根据所述确定结果假想车道有效当，选择关于短距离区域的检测的车道和关于长距离区域的假想车道；将所选择的车道组合以生成最终车道；以及将所生成的最终车道识别为车辆的行驶车道。
如上所述，借助摄像头单元10所捕获的图像而检测的车道以及通过雷达单元11感测的位于路边的静止物体而生成的假想车道生成最终车道，并将所生成的最终车道识别为行驶车道。因此，相对于仅用摄像头的车道估计方法，能够提高车道识别的反应性和准确性。
车道估计单元20可以包括车道检测单元21、假想车道生成单元22、假想车道有效性确定单元23、最终车道生成单元24以及车道识别单元25。
车道检测单元21是通过摄像头单元10捕获的图像来检测车道的单元，并且利用滤波算法从摄像头单元捕获的图像中提取道路上的明亮部分所定义的车道。车道检测单元21可以利用边缘滤波器或车道强调滤波器来检测车道。边缘滤波器利用图像坐标系上X方向和Y方向上每个像素的亮度差从图像上检测构成边缘的部分。车道强调滤波器利用亮度平均值强调车道，使得明亮车道相对于周围亮度更明显。
假想车道生成单元22基于雷达单元11感测到的前方道路上的静止物体生成假想车道。假想车道可以包括连接静止物体的线。
图3是用于说明根据本发明实施方式的车道估计装置中利用摄像头单元检测的车道以及利用通过雷达单元感测静止物体而生成的假想车道的图。
参照图3，摄像头检测车道是由车道检测单元21检测的车道，假想车道是由假想车道生成单元22生成的车道。
基于车辆与多个静止物体中每个静止物体之间的距离，车道区域30和40被分成短距离区域和长距离区域。
对于短距离区域30，摄像头检测车道几乎等于实际车道，并且几乎与假想车道相似。
然而，对于长距离区域40，摄像头检测车道与实际车道有很大区别。但是，假想车道则具有比摄像头检测车道与实际车道之间的区别要小的区别。
这个区别是因为假想车道是利用对于长距离具有极好感测速度和性能的雷达单元11所感测的静止物体生成的。
然而，由于假想车道仅仅是连接道路边上静止物体的线，因此，为了确定在车辆行驶车道的估计中使用的有效值，需要验证所述假想车道是否有效。
再次参照图1，假想车道有效性确定单元23关于根据车辆与多个静止物体中每个静止物体之间的距离而被分为短距离区域30和/或长距离区域40的车道区域中的至少一个，例如短距离区域30，比较所生成的假想车道与检测的车道之间的相似性，并根据比较结果确定所生成的假想车道是否有效。
例如，当关于短距离区域30利用所生成的假想车道和检测的车道确定假想车道与检测的车道具有相似车道形式时，假想车道有效性确定单元23确定假想车道是有效的。这种情况下，可以通过横向距离误差来确定车道的相似性。当横向距离误差超过基准误差时，可以确定两条车道不相似，当横向距离误差小于基准误差时确定两条车道相似。
当根据假想车道有效性确定单元23的确定结果所述假想车道有效时，最终车道生成单元24选择关于短距离区域30的检测的车道和关于长距离区域40的假想车道，并通过将所选择的车道组合来生成最终车道。
更具体地，当在短距离区域30内假想车道与检测的车道相似并确定为有效时，最终车道生成单元24确定假想车道与关于长距离区域40的检测的车道之间的横向差是否在预设范围内。如果假想车道与关于长距离区域40的检测的车道之间的横向差在预设范围内，则最终车道生成单元24选择关于短距离区域30的检测的车道和关于长距离区域40的假想车道，并通过将所选择的车道组合来生成最终车道。
图4是用于说明根据本发明实施方式的车道估计装置中通过将利用摄像头单元检测的车道和利用雷达单元感测到的静止物体而生成的假想车道组合而生成的新的最终车道的图。
参照图4，最终车道是将关于短距离区域30的检测的车道和关于长距离区域40的假想车道组合的车道。
再次参照图1，车道识别单元25将由最终车道生成单元24生成的车道识别为行驶车道。
接下来，基于识别的行驶车道执行车道保持控制。
图5是例示根据本发明实施方式的车道估计方法的控制流程图。
参照图5，车道估计单元20首先利用摄像头单元10捕获车辆前方的图像(操作模式100)。
在捕获了车辆前方的图像后，车道估计单元20分析由摄像头单元10捕获的车辆前方的图像，从而检测车道(操作模式110)。
在车道被检测之后，车道估计单元20利用雷达单元11感测位于车辆前方路边的多个静止物体(操作模式120)。在此情况中，车道估计单元20通过组合由摄像头单元10捕获的车辆前方的图像和由雷达单元11感测到的车辆前方的静止物体来检测位于路边的多个静止物体。
在多个静止物体被检测之后，车道估计单元20基于连接感测到的多个静止物体的线生成假想车道(操作模式130)。
在假想车道被生成之后，车道估计单元20比较在操作模式110中检测的车道和在操作模式130中生成的假想车道之间的相似性(操作模式140)。在此情况下，车道估计单元20比较检测的车道与假想车道之间的横向距离。
利用在操作模式140中的比较结果确定在短距离区域30内假想车道与检测的车道是否相似。在此情况中，当检测的车道与假想车道之间的横向距离误差小于基准误差时，车道估计单元20确定两条车道彼此相似(操作模式150)。
如果根据操作模式150中的确定结果确定在短距离区域内假想车道与检测的车道相似，则假想车道被确定为有效。因此，车道估计单元20计算长距离区域40内假想车道与检测的车道之间的差(例如，横向距离误差)(操作模式160)，并确定计算出的差是否在预设范围内(操作模式170)。
如果根据操作模式170的确定结果，长距离区域40内的假想车道与检测的车道之间的差位于预设范围内，则车道估计单元20选择关于短距离区域30的检测的车道和关于长距离区域40的假想车道，并通过将所选择的车道组合来生成最终车道(操作模式180)。
接下来，车道估计单元20将在操作模式180生成的最终车道识别为行驶车道(操作模式190)。
之后，根据所识别的行驶车道执行例如车道偏离预防控制的车道保持控制。
由上述描述很显然地获知，本发明的实施方式在执行车道保持辅助控制中，经由通过摄像头捕获图像检测的车道以及利用雷达感测的位于路边的静止物体来生成的假想车道来估计行驶车道。因此，相对于仅用摄像头的车道估计方法，可以提高车道识别的反应性和准确性。
虽然示出并描述了本发明的几个实施方式，但是本领域普通技术人员应该理解在不脱离本发明的原理和精神的情况下可以对这些实施方式进行改变，本发明的保护范围由权利要求及其等同物来限定。
相关申请的交叉参考
本申请要求2013年4月11日于韩国知识产权局提交的申请号为No.2013-0039681的韩国专利申请的权益，其公开作为参考引入本文。

Claims (9)

1.一种车道估计装置，该车道估计装置包括：
摄像头单元，其捕获车辆前方的图像；
雷达单元，其感测车辆前方的多个静止物体；
车道估计单元，其通过由所述摄像头单元捕获的图像来检测车道，生成将由所述雷达单元感测到的静止物体中的位于路边的多个静止物体相连接的假想车道，根据检测的车道和所生成的假想车道之间的距离确定所生成的假想车道是否有效，当根据确定结果所述假想车道有效时，基于所述检测的车道和所述假想车道生成最终车道，并将所生成的最终车道识别为所述车辆的行驶车道。
2.根据权利要求1所述的车道估计装置，其中，所述车道估计单元包括：
车道检测单元，其通过所述摄像头单元捕获的图像来检测车道；
假想车道生成单元，其生成将由所述雷达单元感测到的静止物体中位于路边的多个静止物体相连接的假想车道；
假想车道有效性确定单元，其关于根据车辆与所述多个静止物体中每个静止物体之间的距离被分为短距离区域和长距离区域的车道区域中的至少一个车道区域来比较所生成的假想车道与检测的车道之间的相似性，并且根据比较结果确定所生成的所述假想车道是否有效；
最终车道生成单元，当根据确定结果所述假想车道有效时，其基于所述检测的车道和所述假想车道生成最终车道；以及
车道识别单元，其将所生成的所述最终车道识别为车辆的行驶车道。
3.根据权利要求2所述的车道估计装置，其中，所述假想车道有效性确定单元利用关于短距离区域的所述假想车道和所述检测的车道之间的相似性来确定所述假想车道是否有效。
4.根据权利要求3所述的车道估计装置，其中，当在短距离区域内两条车道之间的横向距离误差小于基准误差时，所述假想车道有效性确定单元确定所述两条车道彼此相似，从而所述假想车道被确定为有效。
5.根据权利要求2所述的车道估计装置，其中，当所述假想车道在短距离区域内有效时，所述最终车道生成单元计算长距离区域内所述检测的车道和所述假想车道之间的横向距离误差，当计算出的误差在预设范围内时，生成所述最终车道。
6.根据权利要求2所述的车道估计装置，其中，所述最终车道生成单元选择关于短距离区域的所述检测的车道和关于长距离区域的所述假想车道，并通过将所选择的车道组合来生成所述最终车道。
7.一种车道估计方法，该车道估计方法包括以下步骤：
通过由捕获车辆前方的图像的摄像头单元所捕获的图像来检测车道；
生成将通过感测车辆前方的静止物体的雷达单元所感测的多个静止物体中位于路边的多个静止物体相连接的假想车道；
关于根据所述车辆与所述多个静止物体中的每个静止物体之间的距离被分为短距离区域和长距离区域的车道区域中的至少一个车道区域来比较所生成的假想车道与检测的车道之间的相似性；
根据比较结果确定所生成的假想车道是否有效；
当根据确定结果所述假想车道有效时，基于所述检测的车道和所述假想车道生成最终车道；以及
将所生成的最终车道识别为车辆的行驶车道。
8.根据权利要求7所述的车道估计方法，该车道估计方法包括以下步骤：当在车道区域的短距离区域内两条车道之间的横向距离误差小于基准误差并且在长距离区域内所述两条车道之间的横向距离误差在预设范围内时，确定所述两条车道彼此相似，从而所述假想车道被确定为有效。
9.根据权利要求7所述的车道估计方法，该车道估计方法包括以下步骤：选择关于短距离区域的所述检测的车道和关于长距离区域的所述假想车道，并通过将所选择的车道组合来生成所述最终车道。
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