CN107797107B - 基于摄像头的挂车检测和跟踪 - Google Patents

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Abstract

本发明提供了一种挂车检测系统(10)，其被配置为确定是否存在由主车辆(12)拖曳的挂车(14)。该系统(10)包括摄像头(16)和控制器(36)。摄像头(16)用于捕捉主车辆(12)后方的区域(20)的图像(18)。控制器(36)与摄像头(16)通信。控制器(36)被用于检测图像(18)中的边缘(22)的位置(38)，并且当边缘(22)的位置(38)的移动量小于移动阈值(40)时，确定边缘(22)与由主车辆(12)拖曳的挂车(14)相关联。

Description

基于摄像头的挂车检测和跟踪
技术领域
本发明公开总体上涉及一种挂车(trailer)检测系统，更具体地涉及一种能够跟踪由主车辆拖曳的挂车的基于摄像头的挂车检测系统。
背景技术
已知有检测是否存在由主车辆拖曳的挂车的技术。典型的挂车检测系统可能要求主车辆的操作者输入挂车的尺寸，或要求操作者定位挂车，使得可以校准挂车检测系统。其他挂车检测系统依赖于从挂车到主车辆的特殊线束的连接，以指示挂车的存在，或要求操作员手动启动牵引开关。
发明内容
根据一个实施例，提供一种挂车检测系统，其被配置成确定是否存在由主车辆拖曳的挂车。该挂车检测系统包括摄像头、角度检测器和控制器。摄像头用于捕捉主车辆后方的区域的图像。角度检测器用于确定由主车辆拖曳的挂车相对于主车辆的挂车角度。控制器与摄像头及角度检测器电通信，被用于检测图像中的边缘的位置，并且当边缘的位置的移动量小于移动阈值时，确定边缘与由主车辆拖曳的挂车相关联。控制器还被配置为基于挂车角度跟踪边缘。
在阅读优选实施例的下列详细描述并参考各个附图，进一步的特征和优点将更加显而易见，优选实施例只是作为非限制性示例给出的。
附图说明
现在将参考各个附图，作为示例，来描述本发明，其中：
图1是根据一个实施例的装备有挂车检测系统的主车辆的俯视图；
图2A是根据一个实施例的来自图1的系统的摄像头的图像的图示；
图2B是根据一个实施例的来自图1的系统的摄像头的图像的图示；
图3是根据一个实施例的装备有挂车检测系统的图1的主车辆的俯视图；
图4A是根据一个实施例的来自图3的系统的摄像头的图像的图示；
图4B是根据一个实施例的来自图3的系统的摄像头的图像的图示；以及
图5是根据一个实施例的装备有挂车检测系统的图1的主车辆的侧视图。
具体实施方式
图1示出安装在主车辆12上的挂车检测系统10(以下称为系统10)的一个非限制性示例。如将在下面更详细地描述的，该系统是相对于现有挂车检测系统的改进，因为该系统10被配置成通过使用摄像头16捕捉主车辆12后方区域20的图像18(图2A)来更准确地检测挂车14的存在，并且基于挂车角度24来检测和跟踪的与挂车14相关联的边缘22。
系统10包括摄像头16，该摄像头16用于捕捉主车辆12后方区域20的图像18。摄像头16优选地是后视视频类摄像头16或能以例如每秒10帧的足够的帧速率捕捉周围区域20的图像18的摄像头16。如本领域技术人员将认识到的，适于在主车辆12上使用的相机16的示例是市面在售的，其中一个例子是美国亚利桑那州菲尼克斯市的安森美半导体(ONSemiconductor)的ASX340AT。
系统10还包括用于确定相对于主车辆12的挂车角度24的角度检测器26。挂车角度24被定义为主车辆纵向轴28和挂车纵向轴30之间的角度，图1所示为零度(0°)(即挂车14位于主车辆12的正后方)。相比之下，图3示出了当挂车角度24不为零度时的示例。角度检测器26可以是安装在挂车14或主车辆12的挂车牵引装置(未示出)上的设备(未示出)，其被配置为进行主车辆纵向轴28和挂车纵向轴30之间存在的角度的测量。角度检测器26可以是激光雷达传感器(未示出)、雷达传感器(未示出)、或检测挂车角度24的任何其它合适的方法。优选地，角度检测器26的功能可以通过已经存在于大多数车辆上的偏航传感器32来提供，如美国明尼苏达州黄金谷市(Golden Valley)霍尼韦尔传感与控制公司的6DF-1N6-C2-HWL，并且被用于确定主车辆12的偏航率34，控制器36可以由该偏航率34来确定挂车角度24。比较有利的是使用主车辆12的偏航传感器32来确定挂车角度24，以削减系统10的独立部件，降低成本和复杂性。
系统10还包括与摄像头16和角度检测器26电通信的控制器36。控制器36可包括诸如微处理器的处理器(未示出)或其它控制电路，例如模拟和/或数字控制电路，包括本领域内技术人员熟知的用于处理数据的专用集成电路(ASIC)。控制器36可包括存储器(未示出)，包括非易失性存储器，例如电可擦除可编程只读存储器(EEPROM)，用以存储一个或多个例程、阈值和捕捉的数据。该一个或多个例程可由处理器执行，以进行用于确定由控制器36所接收的信号是否指示存在这里所述的物体的步骤。
控制器36被配置(例如编程或硬连线)为检测由摄像头16捕捉的图像18中边缘22的位置38(图2A)，并确定边缘22是否与由主车辆12拖曳的挂车14相关。控制器36可使用已知的方法来检测边缘22，例如索贝尔(Sobel)或坎尼(Canny)滤波器，或本领域技术人员已知的类似方法。控制器36还被配置为使用卡尔曼(Kalman)滤波器或本领域技术人员已知的其他类似的方法来跟踪检测到的边缘22的位置38。图2A和图2B示出了两个时间点(时间＝T0和时间＝T1)上所跟踪的边缘22的图像18，它们具有不同的位置38。图2B示出的例子中，所跟踪的边缘22的移动距离已经大于预定的移动阈值40。在图2A和图2B示出的非限制性实施例中，控制器36可确定图2B中所跟踪的边缘22不与挂车14相关联。即，如果典型的摄像头16(具有640×480像素的分辨率)的图像18中所跟踪的边缘22在任何方向上移动超过五(5)个像素，则控制器36可确定边缘22不与挂车14相关联。本领域技术人员将认识到，使用分辨率高于640×480像素的摄像头16可能需要大于5个像素的移动阈值40，来表示所跟踪的边缘22的位置38发生了变化。
当控制器36判断被跟踪的边缘22与由主车辆12拖曳的挂车14相关联，则控制器36可使用挂车角度24来补偿边缘22的位置38的移动。图3示出图1的系统10中挂车角度24大于零度(即挂车14不是位于主车辆12的正后方)的情形。图4A和图4B示出了在两个时间点上的挂车14的被跟踪边缘22的图像18，其表示不同的挂车角度24，也就是，图4A示出的是表示在时间＝T2挂车角度24为零度的图像18，图4B示出的是表示在时间＝T3挂车角度24大于零度的图像18。图4B和图3中挂车14相对于主车辆12的取向相同。控制器36被配置为基于挂车角度24来调整用于所跟踪的边缘22的移动阈值40，使得控制器36一直判断为所跟踪的边缘22与挂车14相关联。控制器36通过使用挂车角度24作为旋转矩阵(未示出)的输入来调整移动阈值40，使得被跟踪的边缘22保持与挂车14相关联，如卡尔曼(Kalman)滤波器领域的技术人员可以理解的。
控制器36还被配置成基于图像18中所跟踪的边缘22的位置38和摄像头16的已知内部和外部参数来确定挂车宽度42以及挂车高度44(图4A)。摄像头16的内部参数由摄像头16的制造商确立，包括焦距(未示出)、图像平面坐标与像素坐标之间的变换(未示出)、以及摄像头16的镜片(未示出)引入的几何失真。摄像头16的外部参数由摄像头16在主车辆12上的安装点确立，包括摄像头参考帧和世界参考帧的原点之间的平移矢量(未示出)。如摄像头校准领域的技术人员所能够理解的，通过摄像头16的内部和外部参数，连同挂车14和主车辆12间的假设预定距离(例如，一米)，控制器36可以使用像素数量的加权平均来确定挂车宽度42和挂车高度44。控制器36还可以通过计算挂车14的前部的底部边缘与图像18的外框的底部之间的图像18中的像素数目来估计挂车14和主车辆12之间的距离。如摄像头校准领域的技术人员所能够理解的，挂车14的前部的底边缘和图像18的外框的底部之间的像素数量然后可以与摄像头16的校准参数作比较，以估计挂车14与主车辆12之间的距离。
系统10还可以包括与控制器36电通信的测距传感器46。测距传感器46可以被用于确定挂车14与主车辆12之间的距离或者范围48。优选地，范围48可以被控制器36用来确定挂车宽度42和挂车高度44，因为范围48向控制器36提供了摄像头16的世界参考帧更准确的参考尺寸。测距传感器46可以是雷达感测器，例如美国密歇根州特洛伊市的德尔福公司的雷达传感器，市售产品为电子扫描雷达(ESR)或后方检测系统(RSDS)，或者优选地测距传感器46可以是超声波传感器，如美国德克萨斯州达拉斯市德州仪器公司TIDA-00151。
因此，本发明提供了挂车检测系统10，以及用于该挂车检测系统10的控制器36。该系统10是对现有的挂车检测系统的改进，因为该系统10被配置成通过使用摄像头16捕捉主车辆12后方区域20的图像18来更准确地检测挂车14的存在，并且基于挂车角度24来检测和跟踪的与挂车14相关联的边缘22。系统10还能在不需要主车辆12的操作者进行输入或者主车辆12的操作者进行任何单独的校准程序的情况下确定挂车宽度42和挂车高度44。
尽管已经根据本发明的优选实施例描述了本发明，但是并不限制于此，而是仅在所附的权利要求书所阐述的范围内为限。

Claims (5)

1.一种挂车检测系统(10)，所述挂车检测系统(10)被配置为确定是否存在由主车辆(12)拖曳的挂车(14)，所述系统(10)包括：
摄像头(16)，所述摄像头(16)用于捕捉主车辆(12)后方的区域(20)的图像(18)；
与所述摄像头(16)通信的控制器(36)，所述控制器(36)被配置为检测所述图像(18)中的边缘(22)的位置(38)，并且当所述边缘(22)的所述位置(38)移动小于移动阈值(40)时，确定所述边缘(22)与由所述主车辆(12)拖曳的挂车(14)的前部相关联，以及
角度检测器(26)，用于确定挂车角度(24)；
根据所述边缘(22)与所述挂车(14)的前部相关联的确定，所述控制器(36)被进一步配置为：基于所述挂车角度(24)调整用于被跟踪边缘(22)的所述移动阈值(40)，使得由所述控制器(36)确定所述被跟踪边缘(22)保持与所述挂车(14)的前部相关联。
2.根据权利要求1所述的系统(10)，其特征在于，所述移动阈值(40)与预定的像素计数对应。
3.根据权利要求1所述的系统(10)，其特征在于，所述控制器(36)还被配置为基于与所述挂车(14)的前部相关联的所述边缘(22)的所述位置(38)确定挂车宽度(42)。
4.根据权利要求1所述的系统(10)，其特征在于，所述控制器(36)还被配置为基于与所述挂车(14)的前部相关联的所述边缘(22)的所述位置(38)确定挂车高度(44)。
5.根据权利要求2所述的系统(10)，其特征在于，所述控制器(36)还被配置为基于与所述挂车(14)的前部相关联的所述边缘(22)的所述位置(38)确定挂车高度(44)。
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