CN104608692B - 停车辅助系统及其方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种车辆停车时提供车辆的后方信息，从而为驾驶员停车提供便利的停车辅助系统及其方法，与只利用摄像头提供后方影像的现有技术相比，本发明提供一种通过融合摄像头与激光雷达传感器，给驾驶员提供车辆的后方影像及位于后方的障碍物的信息，从而能够防止没有进入摄像头视角的行人或障碍物引起的事故的停车辅助系统。

Description

停车辅助系统及其方法
技术领域
本发明涉及一种辅助车辆停车的系统及其方法，涉及通过显示包含位于车辆后方的障碍物信息的影像信息，从而给驾驶员停车提供便利的停车辅助系统及其方法。
背景技术
停车辅助系统(PGS:Parking Guide System)是根据车辆的行驶方向，在影音导航系统(AVN：Audio Video Navigation)的画面上显示前/后方摄像头影像，并在倒车停车时按照停车辅助线及转向轮的操作，显示车辆的预计行进轨迹，以辅助停车的装置。
现有技术是通过与后方摄像头和控制器分离构成的现有转向装置(转向轮)联动，从设置于车辆内的车辆控制器及传感器模块获取变速位置信息及转向角信息。并且，其具有辅助单元和后方摄像头，其中辅助单元在变速位置信息为倒车时，根据所述转向角信息实时推测车辆的预计行进路径数据，并传送给后方摄像，后方摄像头将将所述辅助单元传送的车辆的预计行进路径数据重叠于拍摄到的车辆后方影像，作为停车辅助信息输出到显示器，因此简化整个停车辅助装置的构成，并且缩减对影像进行信号处理的过程，从而还能防止画质的降低。
但是，现有技术倒车时在利用后方摄像头识别停车空间内情况的同时停车，因此不能及时应对因摄像头视角的影响和其他多种突发状况。例如，由于只顾注视输出到显示器的摄像头影像时，未察觉到本车的侧面与其它车辆接触，或者未察觉到没有进入摄像头视角的障碍物或行人，无法应对事故危险，因此需要完善这方面的问题。
发明内容
技术问题
本发明为了解决前述的问题，目的在于提供一种通过融合摄像头传感器与激光雷达传感器提供摄像头传感器未感测到的车辆、行人等信息的停车辅助系统。
技术方案
根据本发明的一方面，提供一种停车辅助方法，包括：通过车辆的后方摄像头获取影像信息的步骤；通过设置于所述车辆的后方的激光雷达传感器提取深度信息的步骤；利用所述深度信息将所述影像信息内的坐标变换为三维坐标的步骤；将所述三维坐标的深度信息低的区域设置为关心区域的步骤；以及确认所述关心区域中是否有障碍物，并显示所述车辆的后方影像的步骤。
确认所述关心区域中是否有障碍物的步骤包括：比较所述关心区域的高度信息与第一临界值，并且比较所述关心区域的宽度信息与第二临界值的步骤；当所述高度信息小于第一临界值且所述宽度信息小于第二临界值时，将所述关心区域识别为背景的步骤；以及当所述高度信息不小于第一临界值或者所述宽度信息不小于第二临界值时，将所述关心区域识别为障碍物的步骤。
利用所述深度信息将所述影像信息内的坐标变换为三维坐标的步骤包括：计算所述后方摄像头的坐标系与所述激光雷达传感器的坐标系的几何关系的步骤；以及计算所述后方摄像头和所述激光雷达传感器的校准变量，利用计算出的校准变量融合通过所述后方摄像头获得的影像信息与通过所述激光雷达传感器获得的信息的步骤。
根据本发明的另一方面，提供一种停车辅助系统，包括：摄像头传感器，其用于获取车辆后方的影像信息；激光雷达传感器，其用于获取位于所述车辆的后方的物体的位置信息及至所述物体的距离信息；以及控制部，其基于通过所述激光雷达传感器获得的信息，将所述影像信息内的坐标变换为三维坐标，并基于所述三维坐标识别所述影像信息内的障碍物。
所述控制部确认所述三维坐标的深度信息后，将所述深度信息低的区域设置为关心区域，并确认所述关心区域的高度信息和宽度信息，以确认所述关心区域是否有障碍物,若所述关心区域的高度信息小于第一临界值且所述关心区域的宽度信息小于第二临界值，则将所述关心区域识别为背景,若所述关心区域的高度信息大于第一临界值或者所述关心区域的宽度信息大于第二临界值，则将所述关心区域识别为障碍物。
所述控制部计算所述摄像头传感器的坐标系与所述激光雷达传感器的坐标系的几何关系，并基于算出的几何关系将所述影像信息内的坐标变换为三维坐标。另外，所述控制部在所述车辆接近被识别为位于所述影像信息内的障碍物时输出警告。
所述激光雷达传感器接收所述车辆的档位信息及转向角信息，在所述车辆向所述激光雷达传感器的位置方向倒车时启动。
技术效果
本发明提供一种融合摄像头传感器与激光雷达传感器的停车辅助系统，从而提供一种驾驶员在夜间等黑暗环境下停车或者发生突发状况时，仍可从容应对的停车辅助系统及其方法。
附图说明
图1为显示本发明一个实施例的停车辅助系统的构造的示意图；
图2及图3为显示本发明一个实施例的停车辅助方法的过程的流程图；
图4为说明本发明一个实施例的停车辅助系统检测障碍物三维位置的方法的示意图；
图5为显示本发明一个实施例的停车辅助系统的PGS工作画面的示意图。
附图标记说明
100:摄像头(传感器)
110:激光雷达传感器
120:控制部
130:转向轮传感器及档位信号传感器
140:影音导航系统(AVN：Audio Video Navigation)
具体实施方式
本发明的优点及特征、以及达成其目的的方法，参考附图和以下详细的实施例便可以明确了解。但是本发明并不限定于以下公开的实施例，而是可以不同的多种形态体现，只是这些实施例使本发明的公开更加完整，以及为了给本发明所属技术领域的普通技术人员完整地公开本发明的范畴而提供的，本发明的权利范围由权利要求书中记载的内容加以定义。
一方面，本说明书中使用的用语是为说明实施例，并非为了限定本发明。本说明书中，单数型语句在没有特别注明的情况下也包括复数型。说明书中使用的“包括(comprises)”和/或“包括的(comprising)”不排除在所提及的构成元件、步骤、动作和/或元件上存在或者添加一个以上的其他构成元件、步骤、动作和/或元件。以下，参考附图详细说明本发明的实施例。
图1为本发明一个实施例的停车辅助系统(PGS:Parking Guide System)的构造的示意图。
如图1所示，本发明是将三维激光雷达(3D LIDAR)与前/后方摄像头一起设置于车辆上，所述三维激光雷达能够在发射激光信号后分析被物体反射的激光的时间和波形，以获取相应物体的位置信息和强度(Intensity)信息，从而通过合成从激光雷达数据接收到的距离信息和影像信息，检测停车空间内的车辆、行人及障碍物，或者向驾驶员发出如警报、声音、震动等警告信息，保护车辆使得能够安全停车的系统。
根据本发明的一个实施例的停车辅助系统包含摄像头100、激光雷达传感器110及控制部120。
摄像头100是指位于车辆后方的摄像头，其获取车辆后方的影像并将获取的影像信息传输到控制部120。摄像头100可以在控制部120获得档位信号并确认到车辆处于倒档状态时启动。
激光雷达传感器110位于车辆后方的左/右侧，分析激光被反射的时间和波形，以获取三维物体的位置信息及体积信息。激光雷达传感器110将获得的信息传送到控制部120，控制部120可通过转向轮传感器确认车辆的转向角，以使位于车辆的方向盘方向，即车辆倒车方向位置的激光雷达传感器110。
与现有的距离识别传感器相比，激光雷达传感器110具有以下几个优点：1)与现有的传感器相比对距离的分辨率更加精确，从而可以获得更加精确的距离值信息(识别精度达到5～10cm)；2)因为使用光，所以响应速度非常快，还能够准确地感测移动的物体；3)通过激光雷达传感器110接收的物体强度信息可区分出物体材质，从而能够区分识别车辆和行人。
利用结合了这种激光雷达传感器110优点的新的停车辅助系统，可在狭小空间安全地停车，并且能够感测驾驶员未来得及察觉的车辆周围的行人，从而能够预防停车时可能发生的事故。
激光雷达传感器110是利用激光分析激光的反射时间和波形，可获取三维物体的位置信息和体积信息的传感器，其可以以高的准确度取得障碍物的距离信息，但因三维体积图像的像素点分辨率低，在显示方面有难度。
因此，本发明提供一种通过识别激光雷达传感器110获取的障碍物(车辆、行人、墙壁、树木等)，并在停车辅助系统摄像头影像中显示障碍物的位置和距离信息，告知给驾驶员的系统。
控制部120利用从摄像头100和激光雷达传感器110接收的信息识别车辆后方影像内的障碍物，并通过显示器等将识别到的障碍物信息提供给驾驶员。
图2为显示通过控制部120执行的停车辅助方法的整个过程的流程图。
控制部120在步骤S200中初始化停车辅助系统，并在步骤S210中根据档位信号确认车辆是否为倒档状态，若车辆处于倒档状态，则在步骤S220中启动后方摄像头并确认转向轮传感器值。在步骤S230中利用转向轮传感器值确认车辆的方向盘是否有转动，若方向盘有转动，则在步骤S240中启动位于方向盘转动方向的激光雷达传感器110。
并且，在步骤S250中利用摄像头100及激光雷达传感器110获取的信息执行识别车辆及障碍物的算法，在步骤S260中，通过显示器输出后方停车空间区域，当接近障碍物时发出警告。
图3为显示控制部120识别车辆后方影像内的障碍物的过程的流程图。
控制部120在步骤S300中利用摄像头100获取影像，在步骤S310中利用激光雷达传感器110提取深度信息后，在步骤S320中计算摄像头100坐标系和激光雷达传感器110坐标系之间的几何关系。
摄像头100与激光雷达传感器110之间的几何关系可通过数学式1、数学式2、数学式3得到，通过数学式1、2、3还可以得到摄像头100的内部变量(intrinsic parameter)K和摄像头100与障碍物的表面之间的几何关系(extrinsic parameter)PL。
【数学式1】
PL＝ΦPC+Δ
【数学式2】
p＝KPC
【数学式3】
p＝KΦ-1(PL-Δ)
数学式1、2、3中，PC表示以摄像头100的坐标系为基准的三维坐标，Φ表示摄像头100与激光雷达传感器110的坐标系之间的旋转矩阵，Δ表示摄像头100与激光雷达传感器110之间的平移向量，K表示摄像头的内部变量。p表示摄像头100的图像上的二维像素位置，可以通过摄像头变量K乘以摄像头坐标PC计算得到。
计算摄像头100坐标系与激光雷达传感器110坐标系的几何关系后，在步骤S330中将摄像头图像像素位置变换为三维坐标。
在执行摄像头100与激光雷达传感器110之间的校准操作时，首先在图像中的各物体的具体距离指定的状态下，计算R(摄像头坐标与障碍物之间的旋转矩阵)、t(摄像头坐标与障碍物之间的平移向量)变量值，计算出摄像头100与激光雷达传感器110之间的校准变量Φ、Δ后，即可融合激光雷达传感器110与摄像头100的图像信息。为计算校准变量Φ、Δ，可以通过利用与障碍物平面垂直的垂直向量N的数学式4计算。
【数学式4】
NTPC＝||N||2＝NTΦ-1(PL-Δ)
可以利用数学式4执行校准，变量值的准确度可通过变化障碍物平面上的位置和角度获取足够多的PL和N进行计算。
可在摄像头100与激光雷达传感器110之间完成校准后，通过数学式5 计算出二维图像上的各障碍物在激光雷达传感器110坐标的三维坐标中的具体位置。
【数学式5】
PL＝pK-1Φ+Δ
具体来讲，控制部120在步骤S340中将变换得到的三维坐标中深度小的值设定为关心区域，在步骤S350中确认关心区域的宽度和高度是否小于临界值。若关心区域的宽度和高度小于临界值，则在步骤S360中将其分类为背景，否则在步骤S370中将其分类为障碍物。
图5为本发明一个实施例的停车辅助系统的工作示例，是利用激光雷达传感器测量车辆后方的障碍物的距离和体积后，将结果显示在停车辅助系统上的画面。利用上述的坐标计算式，便可根据激光雷达传感器接收到的距离信息得知图像上各物体的具体距离。
以上说明只是举例说明本发明的技术思想，在本发明所属技术领域的普通技术人员在不脱离本发明的本质特征的范围内可进行多种修改及变形。因此，本发明所公开的实施例是为了说明本发明的技术思想，并不是为了限定。这种实施例并不是限定本发明的权利范围。本发明的保护范围应该根据权利要求书的范围进行解释，与其等同或是均等范围内的所有的技术思想都应解释为包括在本发明的权利范围内。

Claims (12)

1.一种停车辅助方法，其特征在于，包括：
通过车辆的后方摄像头获取影像信息的步骤；
通过设置于所述车辆的后方的激光雷达传感器提取深度信息的步骤；
利用所述深度信息将所述影像信息内的坐标变换为三维坐标的步骤；
将所述三维坐标的深度信息低的区域设置为关心区域的步骤；以及
确认所述关心区域中是否有障碍物，并显示所述车辆的后方的影像的步骤，
其中,确认所述关心区域中是否有障碍物的步骤包括：
比较所述关心区域的高度信息与第一临界值，并且比较所述关心区域的宽度信息与第二临界值的步骤；以及
当所述高度信息小于第一临界值且所述宽度信息小于第二临界值时，将所述关心区域识别为背景的步骤。
2.根据权利要求1所述的停车辅助方法，其特征在于，还包括：
当所述高度信息不小于第一临界值或者所述宽度信息不小于第二临界值时，将所述关心区域识别为障碍物的步骤。
3.根据权利要求1所述的停车辅助方法，其特征在于，利用所述深度信息将所述影像信息内的坐标变换为三维坐标的步骤包括：
计算所述后方摄像头的坐标系与所述激光雷达传感器的坐标系的几何关系的步骤。
4.根据权利要求1所述的停车辅助方法，其特征在于，利用所述深度信息将所述影像信息内的坐标变换为三维坐标的步骤包括：
计算所述后方摄像头和所述激光雷达传感器的校准变量，利用计算出的校准变量融合通过所述后方摄像头获得的影像信息与通过所述激光雷达传感器获得的信息的步骤。
5.根据权利要求1所述的停车辅助方法，其特征在于，通过所述车辆的后方摄像头获取影像信息的步骤包括：
所述车辆处于倒档状态时启动所述车辆的后方摄像头的步骤。
6.根据权利要求1所述的停车辅助方法，其特征在于，通过设置于所述车辆的后方的激光雷达传感器提取深度信息的步骤包括：
感测所述车辆的转向角，以启动位于所述车辆的倒车方向上的激光雷达传感器的步骤。
7.根据权利要求1所述的停车辅助方法，其特征在于，显示所述车辆的后方影像的步骤包括：
根据所述车辆与所述障碍物之间的距离输出警告的步骤。
8.一种停车辅助系统，其特征在于，包括：
摄像头传感器，其用于获取车辆后方的影像信息；
激光雷达传感器，其用于获取位于所述车辆后方的物体的位置信息及至所述物体的距离信息；以及
控制部，其基于通过所述激光雷达传感器获得的信息，将所述影像信息内的坐标变换为三维坐标，并基于所述三维坐标识别所述影像信息内的障碍物，
其中，所述控制部确认所述三维坐标的深度信息后，将所述深度信息低的区域设置为关心区域，并确认所述关心区域的高度信息和宽度信息，以确认所述关心区域是否有障碍物，在所述关心区域的高度信息小于第一临界值且所述关心区域的宽度信息小于第二临界值时，将所述关心区域识别为背景。
9.根据权利要求8所述的停车辅助系统，其特征在于：
所述控制部在所述关心区域的高度信息大于第一临界值或者所述关心区域的宽度信息大于第二临界值，将所述关心区域识别为障碍物。
10.根据权利要求8所述的停车辅助系统，其特征在于：
所述控制部计算所述摄像头传感器的坐标系与所述激光雷达传感器的坐标系的几何关系，并基于算出的几何关系将所述影像信息内的坐标变换为三维坐标。
11.根据权利要求8所述的停车辅助系统，其特征在于：
所述控制部在所述车辆接近被识别为位于所述影像信息内的障碍物时输出警告。
12.根据权利要求8所述的停车辅助系统，其特征在于：
所述激光雷达传感器接收所述车辆的档位信息及转向角信息，在所述车辆向所述激光雷达传感器的位置方向倒车时启动。
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