CN107784864A - 车辆辅助驾驶方法及系统 - Google Patents

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Abstract

本公开提供了一种车辆辅助驾驶方法及系统。该车辆辅助驾驶方法包括：接收关于道路两侧的固定物体的数据；根据关于道路每侧的固定物体的数据，计算相应侧的道路边界；计算该道路两侧的道路边界之间的距离；以及基于计算出的距离和预定车道宽度，计算一个或多个虚拟车道标线。根据本公开的车辆辅助驾驶方法及系统可以辅助车辆驾驶员规范其行车轨道，提升了驾驶的安全性。

Description

车辆辅助驾驶方法及系统
技术领域
本申请涉及辅助驾驶的领域。具体地，本申请涉及用于绘制虚拟车道标线的车辆辅助驾驶方法及系统。
背景技术
车道标线(lane marker)是常用的交通标线(traffic index line)之一，其被划设于道路表面，以用来分隔交通流。但是，由于日晒雨淋、风雪冰冻、以及车辆的磨耗，导致车道标线被磨损以至不可见。另外，在雪量较大时，车道标线会被积雪覆盖。车道标线也有可能被尘土、泥沙等覆盖。还有一些区域因为交通设施不完善而没有划设车道标线。以上情形都会导致车辆的驾驶员无法识别车道标线，从而导致车辆可能会偏离行车轨道，增大了驾驶的危险性。
因此，需要能够在车道标线不可见时绘制虚拟车道标线并实时地向车辆的驾驶员呈现所绘制的虚拟车道标线的车辆辅助驾驶方法及系统。
发明内容
本申请的实施例提供了用于绘制虚拟车道标线的车辆辅助驾驶方法及系统。
根据本申请的一个方面，提供了一种辆辅助驾驶方法。该方法包括：接收关于道路两侧的固定物体的数据；根据关于道路每侧的固定物体的数据，计算相应侧的道路边界；计算该道路两侧的道路边界之间的距离；以及基于计算出的距离和预定车道宽度，计算一个或多个虚拟车道标线。
根据本申请的另一方面，提供了一种车辆辅助驾驶系统。该系统包括：检测装置，其用于检测关于道路两侧的固定物体的数据；以及数据处理装置，其用于执行以下操作：接收检测装置检测到的关于道路两侧的固定物体的数据；根据关于所述道路每侧的固定物体的数据，计算相应侧的道路边界；计算该道路两侧的道路边界之间的距离；以及基于计算出的距离和预定车道宽度，计算一个或多个虚拟车道标线。
根据本申请实施例的车辆辅助驾驶方法及系统可以在车道标线不可见时绘制虚拟车道标线，并实时地向车辆的驾驶员呈现所绘制的虚拟车道标线，从而驾驶员可以根据虚拟车道标线规范其行车轨道，提升了驾驶的安全性。
附图说明
下面，将结合附图对本发明示例性实施例的特征、优点和技术效果进行描述，附图中相似的附图标记表示相似的元件，其中：
图1描绘了可以使用本申请实施例所提供的车辆辅助驾驶方法及系统的示例场景；
图2示出了根据本申请实施例的车辆辅助驾驶系统的简化示意图；
图3A-B示出了根据本申请实施例的示例道路的简化模型；
图4示出了根据本申请实施例的车辆辅助驾驶方法的简化流程图；以及
图5示出了根据本申请实施例的数据处理装置的结构示意图。
具体实施方式
下面将详细描述本发明的各个方面的特征和示例性实施例。在下面的详细描述中，提出了许多具体细节，以便提供对本发明的全面理解。但是，对于本领域技术人员来说很明显的是，本发明可以在不需要这些具体细节中的一些细节的情况下实施。下面对实施例的描述仅仅是为了通过示出本发明的示例来提供对本发明的更好的理解。本发明决不限于下面所提出的任何具体配置和算法，而是在不脱离本发明的精神的前提下覆盖了元素、部件和算法的任何修改、替换和改进。
提及“一个实施例”、“实施例”、“说明性实施例”、“各个实施例”等指示所描述的(一个或多个)实施例可以包括特定的特征、结构或特点，但不是每个实施例必需包括该特定的特征、结构或特征。而且，重复使用短语“在一个实施例中”不一定指代同一实施例，尽管它可以指代同一实施例。
图1描绘了可以使用本申请实施例所提供的车辆辅助驾驶方法及系统的示例场景100。如场景100所示，车道标线由于被积雪覆盖而不可见。这仅是一种示例情况。在实践中，车道标线可能会由于多种原因而不可见，比如，由于日晒雨淋、风雪冰冻、以及车辆的磨耗；车道标线也有可能被尘土、泥沙等覆盖；还有一些区域因为交通设施不完善而没有划设车道标线；或者是在大雾、黑暗等能见度较低的环境下，会导致车道标线的可识别度降低。
在上述情形下，根据本公开的实施例的车辆辅助驾驶方法及系统能够以道路两侧的固定物体为参照物绘制虚拟车道标线，并且向车辆的驾驶员显示虚拟车道标线。本公开中所使用的词语“道路两侧的固定物体”意在涵盖道路两侧任何可以作为参考的物体。在场景100中，道路两侧的固定物体可以为树木等。在一些实施例中，道路两侧的固定物体还可以例如是道路两侧的建筑物，或路灯、护栏等公共基础设施等。在一些实施例中，道路两侧的固定物体还可以例如是地面上的特定形状，比如，路缘、沟渠、悬崖、墙体、山脉等等。
下面转到图2，图2示出了根据本申请实施例的车辆辅助驾驶系统200的简化示意图。本申请实施例的车辆辅助驾驶系统200可以应用于汽车中，也可以应用于其他的机动车辆，例如以内燃机、电动机等作为动力机构的各种车辆，以及新兴的电动汽车等。如图2所示，辅助驾驶系统200可以包括检测装置210、数据处理装置220、存储装置230、显示装置240、以及其他需要的装置，比如，在一些实施例中，辅助驾驶系统200还可以包括车道标线监测装置(未示出)。各个装置可以相互连接。
在一些实施例中，检测装置210被配置为检测关于车辆行驶于其上的道路两侧的固定物体(例如，树木、建筑物、路灯、护栏、路缘、沟渠、悬崖、墙体、山脉等)的数据，特别是关于在道路的相应侧上的固定物体的边界的数据。检测装置210可以包括相机、激光扫描仪、超声传感器、以及雷达传感器等等。在实施例中，诸如相机、激光扫描仪、超声传感器和/或雷达传感器的传感器可以单独使用或结合使用。
数据处理装置220例如可以包括中央处理单元(CPU)、数字信号处理器(DSP)、处理器、微处理器、控制器、芯片、电路、逻辑单元、集成电路(IC)、专用IC(ASIC)、或任意其他合适的多用途或专用处理器或控制器。例如，数据处理装置220可以运行存储于存储装置230中的一个或多个合适的指令。
在一些实施例中，数据处理装置220被配置为接收所述检测装置检测到的关于道路两侧的固定物体的数据，例如，关于在道路的相应侧上的固定物体的边界的数据。
在一些实施例中，数据处理装置220被配置为根据关于该道路每侧的固定物体的数据，计算相应侧的道路边界。例如，数据处理装置220获得关于道路左侧的全部固定物体的右边界的数据，通过对这些数据进行分析计算(例如，采用回归分析、最小二乘法、或插值法等)来得出道路的左边界对应的函数曲线。例如，数据处理装置220获得关于道路右侧的全部固定物体的左边界的数据，通过对这些数据进行分析计算(例如，采用回归分析、最小二乘法、或插值法等)来得出道路的右边界对应的函数曲线。道路的边界对应的函数曲线例如可以是线性函数、二次函数或更高阶的函数。
在一些实施例中，数据处理装置220被配置为计算道路两侧的道路边界之间的距离。
在分别得出道路两侧的道路边界对应的函数曲线之后，数据处理装置220可以将道路两侧的道路边界对应的函数曲线校准到同一坐标系。在一个示例中，数据处理装置220可以以车辆本身所在的位置为原点、以车辆行进的方向为X轴方向、以其垂直方向为Y轴方向，建立X-Y平面直角坐标系，并且将道路两侧的道路边界对应的函数曲线校准到该坐标系中。在其他示例中，数据处理装置220也可以建立其他类型的坐标系，比如，极坐标系、大地坐标系等。
在一个示例中，假设在X-Y平面直角坐标系中道路两侧的道路边界对应的经过校准的函数曲线分别为f1(x1，y1)和f2(x2，y2)，则道路两侧的道路边界之间的距离D可以表示为D＝|f1(x1，y1)-f2(x2，y2)|。
在另一示例中，数据处理装置220可以在道路任一侧的道路边界对应的函数曲线上取多个数据点。只要数据点的数目使得计算得出的距离具有不大于预定阈值的误差，例如，误差不大于0.1米。
数据处理装置220被配置为针对多个数据点中的每个数据点进行下述计算。图3A-B分别示出了根据本申请实施例的示例道路的简化模型300a和300b。参照图3A-B的简化模型300a和300b，对针对每个数据点的计算进行描述。
简化模型300a示出了理想道路的情况，即道路两侧的道路边界对应的函数曲线为两条平行直线的情况。在道路右侧的道路边界所对应的函数曲线上选取一点A，也可以在道路左侧的道路边界所对应的函数曲线上任意选取一点，对此不做限制。以点A为切点计算道路右侧的道路边界所对应的函数曲线的切线(与该函数曲线重合)。在A点处作该切线的法线，该法线与道路左侧的道路边界所对应的函数曲线交于点B。对于道路两侧的道路边界对应的函数曲线为两条平行直线的情况，线段AB的长度即为道路两侧的道路边界之间的距离。
简化模型300b示出了道路两侧的道路边界对应的函数曲线为两条平行曲线的情况。在道路右侧的道路边界所对应的函数曲线上选取一点A，也可以在道路左侧的道路边界所对应的函数曲线上任意选取一点，对此不做限制。以点A为切点计算道路右侧的道路边界所对应的函数曲线的切线T。以A点为垂点作切线T的法线N，与道路左侧的道路边界所对应的函数曲线交于点B。因为道路两侧的道路边界对应的函数曲线为两条平行曲线，所以线段AB的长度即为道路两侧的道路边界之间的距离。
对于道路两侧的道路边界对应的函数曲线为不相平行的高阶函数曲线的情况，可以采用微积分算法，降低函数曲线的阶次，将函数曲线划分为近似为直线的多个线段，针对每个线段进行计算，然后拟合出道路两侧的道路边界之间的距离所对应的函数曲线。关于微积分算法的详细内容可以参考相关现有技术，在此不作赘述。
在一些实施例中，数据处理装置220被配置为基于道路两侧的道路边界之间的距离和预定车道宽度，计算一个或多个虚拟车道标线。在一个示例中，数据处理装置220可以被配置为通过对道路两侧的道路边界之间的距离除以预定车道宽度的结果向下取整，计算车道的数目，并且基于车道的数目，确定虚拟车道标线。在另一实施例中，数据处理装置220可以被配置为在使道路两侧的道路边界之间的距离除以预定车道宽度之前使该距离减去预定安全缓冲距离。
再次参考图3A的简化模型300a。在一个实施例中，假定计算出的道路两侧的道路边界之间的距离为7米(m)(即，|AB|＝7m)，道路两侧的预定安全缓冲距离分别为0.5m，预定车道宽度为2.5m，则 得出有两个车道。在一些实施例中，数据处理装置220根据道路两侧的道路边界之间的距离(例如，7m)、预定车道宽度(例如，2.5m)、车道数(例如，两个)和/或道路两侧的预定安全缓冲距离(例如，0.5m)，绘制虚拟车道标线。例如，数据处理装置220在道路两侧的道路边界之间的中线处设置一条标线(图3A中的1)，距该中线左右各2.5m处设置与中线处的标线平行的标线(图3A中的2和3)。在其他实施例中也可以通过其他方式来绘制虚拟车道标线，比如，从道路任一侧的道路边界开始，按照预定安全缓冲距离(例如，0.5m)、预定车道宽度(例如，2.5m)，逐一确定一组平行的车道标线。
返回参考图2，存储装置230可以可包括能够存储数据的一种或多种类型的计算机可读介质，包括：易失性存储器、非易失性存储器、可移除或非可移除存储器、可擦除或非可擦除存储器、可写入或非可写入存储器等。
在一些实施例中，存储装置230存储供数据处理装置220执行的指令或数据，例如，由检测装置210检测到的数据、预定车道宽度、预定安全缓冲距离等。可选地，存储装置230还可以存储数据处理装置220计算得出的数据，例如，关于虚拟车道标线的数据。需要指出的是，预定车道宽度、预定安全缓冲距离等数据也可以被硬编码在程序指令中。
在一些实施例中，车辆辅助驾驶系统200可以包括显示装置240，以向车辆的驾驶员显示虚拟车道标线。显示装置240可以包括车辆自带的显示屏幕(例如，仪表板屏幕、媒体显示器屏幕等)，车辆驾驶员随身携带的移动设备(比如，手机、平板电脑、笔记本等)，投影和显示设备(比如，投影仪和任何能够显示投影的设备，例如，车辆的挡风玻璃)，可穿戴设备(比如，智能眼镜)等等。在一个示例中，可以在车辆自带的仪表板屏幕上显示具有虚拟车道标线的视图。在另一示例中，采用增强现实(AR)技术，使得在驾驶员的视图中，就如同看到道路上的实体车道标线一样，例如，可以通过投影在车辆的挡风玻璃上显示虚拟车道标线，使得在驾驶员的角度看来，就如同这些车道标线在道路上一样；或者可以在驾驶员所佩戴的智能眼镜上显示虚拟车道标线，使得在驾驶员的角度看来，就如同这些车道标线在道路上一样等等。
在一个示例中，车辆的驾驶员可以人工监测车道标线，并在车道标线不可见时，例如通过按钮、把手、在触摸屏上进行操作、或语音等，启动车辆辅助驾驶系统200。可选地，车辆辅助驾驶系统200还可以包括车道标线监测装置(未示出)。在一些实施例中，车道标线监测装置可以是安装在车辆的挡风玻璃上的前置摄像头。车道标线监测装置可以被配置为监测道路上的实体车道标线，并在监测到车道标线不可见时，自动启动车辆辅助驾驶系统200。
参考图4，图4示出了根据本申请实施例的车辆辅助驾驶方法400的简化流程图。如上所述，可以由车辆的驾驶员手动启用车辆辅助驾驶方法400；也可以通过车道标线监测装置自动启用车辆辅助驾驶方法400。车辆辅助驾驶方法400例如可以通过图2的车辆辅助驾驶系统200来执行。
在步骤410中，由数据处理装置(例如，图2的数据处理装置220)接收关于道路两侧的固定物体的数据，例如，关于道路两侧的固定物体靠近该道路的一侧的边界的数据。例如，可以由检测装置(例如，图2的检测装置210)检测关于道路两侧的固定物体的数据。
在步骤420中，由数据处理装置(例如，图2的数据处理装置220)根据关于道路每侧的固定物体的数据，计算相应侧的道路边界。例如，数据处理装置获得关于道路左侧的全部固定物体的右边界的数据，通过对这些数据进行分析计算(例如，采用回归分析、最小二乘法、或插值法)来得出道路的左边界对应的函数曲线。例如，数据处理装置获得关于道路右侧的全部固定物体的左边界的数据，通过对这些数据进行分析计算(例如，采用回归分析、最小二乘法、或插值法等)来得出道路的右边界对应的函数曲线。道路的边界对应的函数曲线例如可以是线性函数、二次函数或更高阶的函数。
在步骤430中，由数据处理装置(例如，图2的数据处理装置220)计算道路两侧的道路边界之间的距离。在一些实施例中，在分别得出道路两侧的道路边界对应的函数曲线之后，数据处理装置可以将道路两侧的道路边界对应的函数曲线校准到同一坐标系。数据处理装置可以采用多种方式来计算道路两侧的道路边界之间的距离，如上所述。
在步骤440中，由数据处理装置(例如，图2的数据处理装置220)基于计算出的距离和预定车道宽度，计算一个或多个虚拟车道标线。在一个示例中，数据处理装置可以被配置为通过对道路两侧的道路边界之间的距离除以预定车道宽度的结果向下取整，计算车道的数目，并且基于车道的数目，确定虚拟车道标线。在另一实施例中，数据处理装置可以被配置为在使道路两侧的道路边界之间的距离除以预定车道宽度之前使该距离减去预定安全缓冲距离(比如，1米)。预定车道宽度以及预定安全缓冲距离例如可以被存储在存储装置(例如，图2的数据处理装置230)中，或者可以被硬编码在程序指令中。
可选地，在步骤450中，由显示装置(例如，图2的显示装置240)向车辆的驾驶员显示计算得出虚拟车道标线。在一个示例中，可以在车辆自带的仪表板屏幕上显示具有虚拟车道标线的视图。在另一示例中，采用增强现实(AR)技术，使得在驾驶员的视图中，就如同看到道路上的实体车道标线一样，例如，可以通过投影在车辆的挡风玻璃上显示虚拟车道标线，使得在驾驶员的角度看来，就如同这些车道标线在道路上一样；或者可以在驾驶员所佩戴的智能眼镜上显示虚拟车道标线，使得在驾驶员的角度看来，就如同这些车道标线在道路上一样等等。
图5示出了数据处理装置500的结构示意图，本申请的实施例中的数据处理装置(例如，图2的数据处理装置220)可以由数据处理装置500来实现。如图5所示，设备500可以包括以下组件中的一项或多项：处理器520、存储器530、电源组件540、输入/输出(I/O)接口560、通信接口580，这些组件例如可以通过总线510以可通信的方式连接。
处理器520在整体上控制设备500的操作，例如与数据通信和计算处理等相关联的操作。处理器520可以包括一个或多个处理核心，并能够执行指令以实现本申请中所述方法的全部或部分步骤。处理器520可以包括具有处理功能的各种装置，包括但不限于通用处理器、专用处理器、微处理器、微控制器、图形处理器(GPU)、数字信号处理器(DSP)、专用集成电路(ASIC)、可编程逻辑器件(PLD)、现场可编程逻辑门阵列(FPGA)等。处理器520可以包括缓存525或可以与缓存525通信，以提高数据的访问速度。
存储器530被配置为存储各种类型的指令和/或数据以支持设备500的操作。数据的示例包括用于在设备500上操作的任何应用程序或方法的指令、数据等。存储器530可以由任何类型的易失性或非易失性存储设备或者它们的组合实现。存储器530可以包括半导体存储器，例如随机存储器(RAM)、静态随机存取存储器(SRAM)、动态随机存取存储器(DRAM)、只读存储器(ROM)、可编程只读存储器(PROM)、可擦除可编程只读存储器(EPROM)、电可擦除可编程只读存储器(EEPROM)、快闪存储器等。存储器530也可以包括例如使用纸介质、磁介质和/或光介质的任何存储器，如纸带、硬盘、磁带、软盘、磁光盘(MO)、CD、DVD、Blue-ray等。
电源组件540为设备500的各种组件提供电力。电源组件540可以包括内部电池和/或外部电源接口，并可以包括电源管理系统以及其他与为设备500生成、管理和分配电力相关联的组件。
I/O接口560提供了使用户能够与设备500进行交互的接口。I/O接口560例如可以包括基于PS/2、RS-232、USB、FireWire、Lightening、VGA、HDMI、DisplayPort等技术的接口，使用户能够通过键盘、鼠标器、触摸板、触摸屏、操纵杆、按钮、麦克风、扬声器、显示器、摄像头、投影端口等周边装置与设备500进行交互。
通信接口580被配置来使设备500能够与其他设备以有线或无线方式进行通信。设备500可以通过通信接口580接入基于一种或多种通信标准的无线网络，例如WiFi、2G、3G、4G通信网络。在一种示例性实施例中，通信接口580还可以经由广播信道接收来自外部广播管理系统的广播信号或广播相关信息。示例性的通信接口580可以包括基于近场通信(NFC)技术、射频识别(RFID)技术、红外数据协会(IrDA)技术、超宽带(UWB)技术、蓝牙(BT)技术等通信方式的接口。
以上所述的结构框图中所示的功能块可以实现为硬件、软件、固件或者它们的组合。当以硬件方式实现时，其可以例如是电子电路、专用集成电路(ASIC)、适当的固件、插件、功能卡等等。当以软件方式实现时，本发明的元素是被用于执行所需任务的程序或者代码段。程序或者代码段可以存储在机器可读介质中，或者通过载波中携带的数据信号在传输介质或者通信链路上传送。“机器可读介质”可以包括能够存储或传输信息的任何介质。机器可读介质的例子包括电子电路、半导体存储器设备、ROM、闪存、可擦除ROM(EROM)、软盘、CD-ROM、光盘、硬盘、光纤介质、射频(RF)链路，等等。代码段可以经由诸如互联网、内联网等的计算机网络被下载。
尽管已经参考示例性实施例描述了本发明，但是应理解，本发明并不限于上述实施例的构造和方法。相反，本发明意在覆盖各种修改例和等同配置。另外，尽管在各种示例性结合体和构造中示出了所公开发明的各种元件和方法步骤，但是包括更多、更少的元件或方法的其它组合也落在本发明的范围之内。

Claims (8)

1.一种车辆辅助驾驶方法，包括：
接收关于道路两侧的固定物体的数据；
根据关于所述道路每侧的固定物体的数据，计算相应侧的道路边界；
计算所述道路两侧的道路边界之间的距离；以及
基于计算出的所述距离和预定车道宽度，计算一个或多个虚拟车道标线。
2.根据权利要求1所述的车辆辅助驾驶方法，其中，所述计算一个或多个虚拟车道标线的步骤包括：
通过对所计算出的距离除以所述预定车道宽度的结果向下取整，计算车道的数目；以及
基于所述车道的数目，确定所述虚拟车道标线。
3.根据权利要求2所述的车辆辅助驾驶方法，其中，计算一个或多个虚拟车道标线的步骤还包括：在使所计算出的距离除以所述预定车道宽度之前使所计算得出的距离减去预定安全缓冲距离。
4.根据权利要求1所述的车辆辅助驾驶方法，其中，计算所述道路两侧的道路边界之间的距离的步骤包括：
通过对关于所述道路每侧的固定物体的数据的分析，计算所述相应侧的道路边界对应的函数曲线；
将所述道路两侧的道路边界对应的函数曲线校准到同一坐标系；以及
通过计算道路两侧的道路边界对应的经校准的函数曲线的绝对差值来计算道路两侧的道路边界之间的距离所对应的函数曲线。
5.根据权利要求1所述的车辆辅助驾驶方法，其中，计算所述道路两侧的道路边界之间的距离的步骤包括：
通过对关于所述道路每侧的固定物体的数据的分析，计算所述相应侧的道路边界对应的函数曲线；
将所述道路两侧的道路边界对应的函数曲线校准到同一坐标系；
在所述道路任一侧的道路边界对应的函数曲线上取多个数据点；
针对所述多个数据点中的每个数据点，执行以下步骤：
以该数据点为切点计算所述函数曲线的切线；
在该数据点处作所述切线的法线；
以所述法线与所述道路另一侧的道路边界对应的函数曲线的交点作为该数据点的对应数据点；
计算该数据点与所述对应数据点之间的距离；以及
根据所述多个数据点中的每个数据点与对应数据点之间的距离，拟合出与所述道路两侧的道路边界之间的距离相对应的函数曲线。
6.根据权利要求1-5中任一项所述的车辆辅助驾驶方法，还包括向车辆的驾驶员显示所述虚拟车道标线。
7.一种车辆辅助驾驶系统，该系统包括：
检测装置，其用于检测关于道路两侧的固定物体的数据；以及
数据处理装置，其用于执行以下操作：
接收所述检测装置检测到的关于道路两侧的固定物体的数据；
根据关于所述道路每侧的固定物体的数据，计算相应侧的道路边界；
计算所述道路两侧的道路边界之间的距离；以及
基于计算出的所述距离和预定车道宽度，计算一个或多个虚拟车道标线。
8.一种装配有根据权利要求7所述的车辆辅助驾驶系统的车辆。
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