CN108973858B - 用于确保行驶路线安全的装置 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及用于确保行驶路线安全的装置，具体而言根据本发明的装置包括至少六个摄像机和计算设备，摄像机通过广角摄像机形成，‑分别两个摄像机在预设的间距下布置在车辆的前侧和后侧处，相应的摄像机轴线在相对于车辆纵轴的预设的角度下向外倾斜，‑在车辆的每个侧面处分别布置有摄像机，相应的摄像机轴线平行于车辆横轴布置，‑两个前侧和后侧的摄像机分别形成前侧的和后侧的立体可见范围，‑侧面的摄像机与前侧的摄像机分别形成前面的立体范围，‑侧面的摄像机与后侧的摄像机分别形成后面的立体范围，‑左边的和右边的侧面的摄像机分别形成侧面的左边的和右边的单范围，‑摄像机的图像数据在计算单元中合并，使得形成至少八个可见范围。

Description

用于确保行驶路线安全的装置
技术领域
本发明涉及一种用于确保机动车的行驶路线(Fahrschlauch)安全(Absicherung)的装置。
背景技术
在现代的自动化的驾驶员辅助系统中越来越需要静态的和动态的环境场景的细节理解(Detailverständnis)。在此必须针对自动的低速辅助如停车辅助确保整个行驶路线安全。附加地在车辆侧面处需要障碍物识别例如用于停车位测量(Parklückenvermessung)。此外用于轮辋保护和在路边石处起动的路边石检测是值得期望的。当前所开发的单目系统具有作为系统极限不能够被克服的内在缺陷，例如最小行驶距离、自动驾驶车辆(Ego-Fahrzeug)的运动必要性、精确性、在阴影/反射的情况下的问题等等。
包含如有可能通过运动恢复结构(Structure-From-Motion)引起的物体识别在内的第一代立体广角系统已经成功地被测试且用于探测车辆的行驶路线的单目系统恰好在批量实现中。常常利用立体摄像机实现的前部摄像机系统典型地具有小的角度且不适合于在附近范围中确保行驶路线安全。
出版物DE 10 2011 113 099 A1涉及一种用于在车辆的周围环境中确定物体的方法。在该方法中确定了第一周围环境信息(其具有静态的物体在周围环境中的位置信息)和第二周围环境信息(其具有静态的和动态的物体在周围环境中的位置信息)。取决于第一周围环境信息和第二周围环境信息获取动态的物体在周围环境中的位置信息。
出版物DE 10 2011 087 901 A1涉及一种驾驶员辅助系统(该驾驶员辅助系统构造为用于将车辆周围环境的示图输出给驾驶员)以及一种在这样的驾驶员辅助系统中的方法，该方法包括如下的步骤：
- 借助于环境传感器探测环境数据，其中环境传感器包括六个摄像机更确切地说前侧和后侧各一个且在车辆的侧面上各两个；
- 确定取决于情形的虚拟的摄像机透视；
- 产生环境示图，其中来自虚拟的摄像机的视线的环境数据投射到至少两层的平面例如物体层和背景层上；且
- 在人机接口的显示装置上输出环境示图。
在此虚拟的摄像机透视确定作为在车辆环境中的物体的函数和/或作为车辆的状态变量的函数，其中虚拟的摄像机那么能够对准识别的物体中的至少一个，例如对准在行驶路线中的障碍物。
出版物US 9,126,525 B2显示了一种用于机动车的驾驶员的警告装置，其中利用环境传感器探测机动车的环境。在此环境传感器包括四个摄像机，其中各有一个摄像机覆盖车辆的前面的和后面的环境并且各有一个摄像机覆盖车辆的左边的和右边的侧面的环境。
出版物US 7,688,229 B2描绘了一种用于在车辆显示屏上示出机动车的环境的系统。在此机动车的环境的视频序列通过由六个MP摄像机组成的球形视频摄像机系统建立。由此系统能够由整个球体(Vollkugel)的多于75%拍摄视频。
出版物DE 10 2013 200 427 A1描绘了一种用于产生车辆的车辆周围环境的四周视线图像(Rundumsichtbild，有时称为视野图像)的方法，其中考虑到障碍物范围和能够自由驶过的面评估四周视线图像。四周视线图像由四个车辆摄像机的图像产生，这四个车辆摄像机产生车辆的前面的、后面的和两个侧面的环境的图像。
出版物DE 10 2015 000 794 A1涉及一种用于在使用多个在不同的位置处布置在车辆处的摄像机设备(即在右边和左边的侧面处各一个摄像机以及各一个前侧的和后侧的摄像机)和显示设备的情况下显示机动车的周围环境的四周视线显示装置。在此四周视线显示装置设立成，在显示设备上在合成的鸟瞰图(Vogelperspektive)中和在通过摄像机设备所探测的车辆的周围环境范围的示图中显示车辆的周围环境。
迄今为止的系统不能够最佳地确保车辆的行驶路线安全、在满足路边石识别时具有缺陷、具有由于单目摄像机引起的弱点和/或不能够实时的。
发明内容
因此本发明的任务是，改进车辆尤其机动车的行驶路线以及侧面范围的确保安全。
该任务通过根据本发明的装置来解决。
根据本发明的用于监视车辆的行驶路线的装置包括至少六个为了环境监视而布置在车辆处的摄像机和计算设备，其中摄像机通过带有至少165°的有效的可见范围的广角摄像机形成，其中
- 两个摄像机在预设的间距下如此布置在车辆的前侧处，即使得相应的摄像机的摄像机轴线在相对于车辆纵轴的相应的预设的角度下向外倾斜，
- 两个摄像机在预设的间距下如此布置在车辆的后侧处，即使得相应的摄像机的摄像机轴线在相对于车辆纵轴的相应的预设的角度下向外倾斜，
- 在车辆的每个侧面处分别如此布置有摄像机，即使得相应的摄像机的摄像机轴线平行于车辆横轴布置，
- 两个前侧的摄像机形成前侧的立体可见范围，
- 两个后侧的摄像机形成后侧的立体可见范围，
- 左边的侧面的摄像机与前侧的左边的摄像机形成左侧的前面的立体范围以及右边的侧面的摄像机与前侧的右边的摄像机形成右侧的前面的立体范围，
- 左边的侧面的摄像机与后侧的左边的摄像机形成左侧的后面的立体范围以及右边的侧面的摄像机与后侧的右边的摄像机形成右侧的后面的立体范围，
- 左边的侧面的摄像机形成侧面的左边的单范围，并且
- 右边的侧面的摄像机形成侧面的右边的单范围，并且
- 摄像机的图像数据在计算单元中如此合并，即使得形成至少八个可见范围。
优选地，所述至少八个可见范围中的至少一部分在物体识别设备中经受物体识别以用于识别静态的和动态的物体。可见范围(该可见范围的合并的图像数据经受物体识别)的选择原则上是装机计算功率的函数，即在计算功率足够的情况下所有可见范围能够实时地被检查。
进一步优选地，可见范围(在该可见范围中由物体识别设备执行物体识别)的选择是车辆的速度(从该速度得出行驶方向)和/或转向角的函数。换句话说，如果车辆向前行驶，则仅仅前侧的和侧面的前面的可见范围经受物体辨识。但是如果行驶方向向后，则后侧的和侧面的后面的可见范围经受物体识别，这导致了所需要的计算容量的减少。在更高的速度的情况下如有可能必须提高待处理的图像的帧速率(Framerate，有时称为帧频)，这提高了计算消耗。为了抵抗这种情况侧面摄像机能够作为根据转向角的函数接通和切断。
进一步优选地，在物体识别设备中检验，识别的静态的或动态的物体是否处于车辆的行驶路线中。因此识别的不处于行驶路线中的物体能够保持不被考虑。
进一步优选地，装置具有输出设备，该输出设备为了示出将在行驶路线中的识别的静态的或动态的物体输出在显示屏上和/或输出到辅助系统处。例如考虑停车辅助系统作为辅助系统。
优选地前侧的和后侧的摄像机相对于车辆纵轴的角度处在10°到30°的范围中。通过选择不同的角度，可见范围能够布置成相对于车辆纵轴不对称。
进一步优选地，前侧的和后侧的摄像机相对于车辆纵轴的角度是相同的。相同的角度导致关于纵轴对称地布置的可见范围，从而必要的计算被简化。
优选地，前侧的和后侧的摄像机相对于车辆纵轴的角度分别各向外15°。该角度使得立体地最佳地识别行驶路线的重要的部分成为可能。
本发明因此设置，将足够多的广角摄像机安装到车辆中，从而能够确保整个环境安全，但是至少确保行驶路线安全。在此在行驶路线中使用立体系统，其中最佳地选择安装位置且考虑摄像机的有用的角度范围。侧面摄像机能够取决于安装位置良好地被使用以用于停车位检测和/或路边石识别，对此单目系统是足够的。本发明为用于完整探测环境的单目/立体方式，其中尤其在前进和向后方向上的整个行驶路线作为立体系统被探测。
附图说明
随后根据图纸解释了本发明的优选的实施方案。在此：
图1显示了在车辆处的摄像机布置的示图，
图2显示了得到的立体范围和单范围的示图，
图3显示了在侧面范围中的动态的物体的获取，并且
图4以示意图显示了用于确保行驶路线安全的装置。
参考符号列表
F 车辆
LA 车辆纵轴
QA 车辆横轴
K1 左边的前面的摄像机
K2 右边的前面的摄像机
K3 侧面的右边的摄像机
K4 右边的后面的摄像机
K5 左边的后面的摄像机
K6 侧面的左边的摄像机
RS 外后视镜
d1 在摄像机1和摄像机2之间的间距
d2 在摄像机4和摄像机5之间的间距
A1 摄像机1的轴线
A2 摄像机2的轴线
A3 摄像机3的轴线
A4 摄像机4的轴线
A5 摄像机5的轴线
A6 摄像机6的轴线
N1 摄像机1相对于车辆纵轴的角度
N2 摄像机2相对于车辆纵轴的角度
N4 摄像机4相对于车辆纵轴的角度
N5 摄像机5相对于车辆纵轴的角度
W 摄像机的孔径角(Öffnungswinkel)
L1 摄像机1的左边孔径角界限
R1 摄像机1的右边孔径角界限
L2 摄像机2的左边孔径角界限
R2 摄像机2的右边孔径角界限
L3 摄像机3的左边孔径角界限
R3 摄像机3的右边孔径角界限
L4 摄像机4的左边孔径角界限
R4 摄像机4的右边孔径角界限
L5 摄像机5的左边孔径角界限
R5 摄像机5的右边孔径角界限
L6 摄像机6的左边孔径角界限
R6 摄像机6的右边孔径角界限
G12 摄像机K1和K2的立体范围
G23 摄像机K2和K3的立体范围
G3 摄像机3的单范围
G34 摄像机K3和K4的立体范围
G45 摄像机K4和K5的立体范围
G56 摄像机K5和K6的立体范围
G6 摄像机K5的单范围
G16 摄像机K1和K6的立体范围
DK1 摄像机K1的检测棒
DK6 摄像机K6的检测棒
SB 相交范围
BE 计算设备
OE 物体获取设备
AE 输出设备。
具体实施方式
图1显示了在机动车F处的六个摄像机K1到K6的布置，其中所使用的摄像机K1到K6为带有有效的视角或孔径角W的广角摄像机。在此有效的孔径角W在该示例中包括160°到170°的范围，且尤其为165°到167.5°。广角摄像机的有效的孔径角W理解为这样的孔径角，即该孔径角能够有意义地用于计算。如果例如广角摄像机具有190°的实际孔径角，则通常只有165°的范围被使用以用于图像数据的评价，因为在最外面的角度范围中所拍摄的图像的失真如此大，即使得评价边缘范围的数据没有意义。因此在此处的实施方案中广角摄像机的孔径角W总是理解为在上文中解释的有效的角度范围。所提到的角度范围不应理解起限制作用，而只是作为示例来考虑。如果使用带有更大的有效的角度范围的广角摄像机，则可能的立体范围相应地扩大。
在图1的示例中，针对所有所使用的摄像机K1到K6的孔径角W是相同的，但这不是强制性的。车辆自身的坐标系具有纵轴LA和垂直于纵轴的横轴QA，其中横轴QA在图1中画入在外后视镜RS的高度上。
为了监视前面的车辆环境，带有上面提到的孔径角W的两个广角摄像机K1和K2在间距d1的情况下布置在车辆F的前侧处，其中左侧布置的摄像机K1具有摄像机轴线A1且右侧布置的摄像机K2具有摄像机轴线A2。间距d1根据摄像机的布置通常在0.4到1.5m、尤其0.6m到0.7m的范围中变动，其中布置取决于车辆的前部设计且在最大限度的情况下车辆的宽度是可行的。两个摄像机K1和K2即其摄像机轴线A1和A2在俯视图中分别相对于车辆纵轴LA向外倾斜预设的角度N1和N2，其中水平的角度N1或者N2位于10°到25°的范围中且尤其为15°。
竖向的取向即摄像机的俯仰角度在此不是如所讨论的水平的角度和角度宽度那样如此起决定作用的。在量产车辆中环境摄像机典型地稍微向下斜倾，以便利用广角摄像机能够良好地覆盖附近范围，因此摄像机的通常的俯仰角度适合于在此所介绍的概念。
通常两个摄像机K1和K2向外倾斜了相同的角度N1,N2，即N1=N2，但还可行的是，两个水平的角度N1,N2不同地选择。因此在驾驶员侧即在左侧能够对于摄像机K1设定角度N1为15°，而右侧的摄像机K2的角度N2具有25°的值，由此由两个摄像机K1和K2形成的可利用的立体范围构造为关于纵轴LA不对称且在行驶方向的方向上向右移动。
两个摄像机K1和K2的孔径角W通过左边的和右边的孔径角界限或者边界限定。因此摄像机K1的孔径角W通过左边的边界L1且通过右边的边界R1限定。类似地边界L2和R2限定摄像机K2的孔径角，边界L3和R3限定摄像机K3的孔径角W，边界L4和R4限定摄像机K4的孔径角W，边界L5和R5限定摄像机K5的孔径角W且边界L6和R6限定摄像机K6的孔径角W。在此孔径角的边界的术语“左边”和“右边”在此涉及摄像机K1到K6的各自的摄像机轴线A1到A6，且术语“孔径角”涉及有效的孔径角，即在孔径角之外的摄像机的图像信息不被考虑。
右边的侧面的摄像机K3在该示例中布置在外后视镜RS的位置处，其中摄像机的其它的侧面的布置例如布置在侧门中同样是可行的，且其摄像机轴线A3与车辆F的横轴QA重合。换句话说，摄像机K3垂直于车辆纵轴LA取向，且孔径角W通过边界L3和R3限定。相同的标记适用于左边的侧面的摄像机K6。在此摄像机轴线A6同样与车辆F的横轴QA重合，且左侧面的摄像机K6的孔径角W通过边界L6和R6形成。如果两个前部摄像机K1和K2因此例如在相对于车辆纵轴LA成15°的角度下布置，则在侧面的摄像机K3和K6相对于各自相邻的前部摄像机K1和K2之间的角度具有75°的值。换句话说，左边的侧面的摄像机K6布置成相对于左边的前部摄像机偏移了75°，且右边的侧面的摄像机K3与右边的前部摄像机K2同样包夹75°的角度。
两个摄像机K4和K5彼此以间距d2布置在机动车F的尾部处，其中两个尾部摄像机K4和K5在各自相对于车辆纵轴LA的角度N4和N5的情况下向外倾斜布置。在此水平的角度N4,N5也位于在10°和30°之间的范围中，其中在当前的情况中对于两个摄像机K4,K5选择了相同的角度，即相对于车辆纵轴LA向外15°。因此在左边的尾部摄像机K5和左边的侧面的摄像机K6之间的角度具有75°的值，这也适用于右边的尾部摄像机K4和右边的侧面的摄像机K3的组合。两个尾部摄像机K4,K5之间的间距d2同样位于在0.4m和1.5m之间、尤其0.6m到0.7m的范围中，其中d2最大能够占据车辆宽度。
出于更好的可示出性的原因在图1和图2中前部摄像机和尾部摄像机K1,K2,K4和K5相对于车辆纵轴的角度N1,N2,N4和N5以25°选择。在现实即实际的实施方案中，优选15°的角度。
图2以示意图显示了通过六个摄像机K1到K6覆盖车辆F的环境，其中通过摄像机的相互作用产生不同的范围。前部摄像机K1和K2的孔径角W的重叠产生前面的可视区域G12，该可视区域通过左边的摄像机的边界L2和右边的摄像机的R1所限制。在区域G12中由于两个摄像机K1和K2的相互作用提供障碍物和物体的立体识别。
在机动车F的右侧布置的侧面的摄像机K3与在角度N2下布置的右边的前面的摄像机K2形成侧面的立体范围G23，该立体范围通过边界L3和R2形成且部分地与前面的立体范围G12交叠。
相同内容适用于左边的侧面的摄像机K6，该左边的侧面的摄像机与在角度N1下布置的左边的前部摄像机K1形成左边的侧面的立体范围G16，该立体范围具有边界R6和L1且部分地与前面的左边的立体范围G12交叠。
两个侧面的摄像机K3和K6在侧面的方向上产生各自的单可见范围G3和G6，其中右边的侧面的单可见范围G3通过边界R2和L4形成，且左边的侧面的单范围G6通过边界R5和L1形成。
通过三个前面的立体范围G12、G23和G16以及三个后面的立体范围G34、G45和G56实现带有直至10m、优选地6.5m的作用范围的机动车的行驶路线的几乎完全的立体监视，从而例如在停车过程中提供足够的行驶路线监视。通过两个侧面的单范围G3和G6能够实现路边石识别、停车标记识别或者停车位测量。
图3示例性地显示了在车辆F的侧面的前面的环境中运动的物体的检测。如果由两个摄像机K1和K6在两个检测棒(Detektionskeulen)DK1和DK6的相交范围SB中检测到运动的物体例如行人，则能够通过三角测量法计算物体的当前的距离估计。以相同的方式这当然适用于全部的通过摄像机K1到K6的组合所产生的立体范围。
通过上面所描述的措施能够经由立体系统探测车辆的整个行驶路线且允许快速的可用性和改进的精确性。在此所选择的覆盖此外允许在关键的范围G3和G6中用于轮辋保护的更好的路边石识别。因此在充分的计算资源(Rechenressource)的情况下能够探测整个环境，其中对于车辆侧面而言单目系统足够。利用现代的处理器可行的是，每四个摄像机即K1,K2,K3和K6能够现在实时地被计算以用于向前行驶，且K3,K4,K5和K6用于倒车。传感器和硬件设定由此接近在例如在泊车的情况下的低速范围中顾客功能的要求。在摄像机弄脏的情况下此后不是完全看不见的，而是能够作为单系统继续处理。
图4以简化的示意图中显示了用于监视车辆F的行驶路线的装置，该装置具有带有在图1和图2中所描述的在车辆F处布置的六个摄像机K1到K6，即两个前部摄像机K1和K2、两个尾部摄像机K4和K5和分别一个在车辆的每个侧面处的侧面摄像机K3和K6。
摄像机K1到K6的信号输送到计算设备BE，还有其它的车辆信号也能够输送(未描述)，如当前的行驶方向、行驶速度和转向角。在计算设备BE中摄像机K1到K6的信号如此合并，即使得以数据的方式(datenmäßig)存在不同的可见范围G12到G16。在此例如由于受限的计算容量在向前行驶的情况下能够只考虑由两个前部摄像机K1和K2以及两个侧面的摄像机K3和K6形成的范围，即可见范围G12,G23,G3,G6和G16。在倒车的情况下以类似的方式只形成两个尾部摄像机K4和K5以及两个侧面摄像机K3和K6的可见范围G3,G34,G45,G56和G6。由于转向角还可行的是，对于计算允许不考虑对于由转向角产生的行驶路线来说不重要的侧面的立体范围。
在随后的用于获取静态的和可动的物体的设备OE中在由摄像机信号所形成的可见范围中获取静态的和可动的物体，其中该获取能够限制在预设的可见范围上，例如在向前行驶的情况下只限制在能够由前部摄像机K1和K2以及侧面摄像机K3和K6所形成的范围上。此外在物体获取设备OE中能够借助于例如三角测量法确定间距且通过之前的测量的物体位置的相应的储存执行所获取的物体的跟踪。
物体获取设备OE的结果经由输出设备输送到辅助系统例如停车辅助和/或在显示屏上示出。在此计算设备BE、物体获取设备OE和输出设备AE能够是中央驾驶员辅助控制器的组成部分。

Claims (8)

1.一种用于监视车辆(F)的行驶路线的装置，该装置带有至少六个为了环境监视而布置在车辆处的摄像机(K1到K6)和计算设备(BE)，其中所述摄像机(K1到K6)通过带有至少165°的有效的可见范围(W)的广角摄像机形成，
其特征在于，
两个摄像机(K1,K2)在预设的间距(d1)下如此布置在车辆的前侧处，即使得相应的摄像机(K1,K2)的摄像机轴线(A1,A2)在相对于车辆纵轴的相应的预设的角度(N1,N2)下向外倾斜，
两个摄像机(K4,K5)在预设的间距(d2)下如此布置在车辆的后侧处，即使得相应的摄像机(K4,K5)的摄像机轴线(A4,A5)在相对于车辆纵轴(LA)的相应的预设的角度(N4,N5)下向外倾斜，
在车辆(F)的左侧和右侧处分别如此布置有摄像机(K3,K6)，即使得相应的摄像机(K3,K6)的摄像机轴线(A3,A6)平行于车辆横轴(QA)布置，
两个前侧的摄像机(K1,K2)形成前侧的立体可见范围(G12)，
两个后侧的摄像机(K4,K5)形成后侧的立体可见范围(G45)，
左边的侧面的摄像机(K6)与前侧的左边的摄像机(K1)形成左侧的前面的立体范围(G16)以及右边的侧面的摄像机(K3)与前侧的右边的摄像机(K2)形成右侧的前面的立体范围(G23)，
所述左边的侧面的摄像机(K6)与后侧的左边的摄像机(K5)形成左侧的后面的立体范围(G56)以及右边的侧面的摄像机(K3)与后侧的右边的摄像机(K4)形成右侧的后面的立体范围(G34)，
所述左边的侧面的摄像机(K6)形成侧面的左边的单范围(G6)，并且
所述右边的侧面的摄像机(K3)形成侧面的右边的单范围(G3)，其中所述左边的侧面的摄像机(K6)如此布置，即使得所述侧面的左边的单范围(G6)的直接在所述左边的侧面的摄像机(K6)之前的至少一部分仅能够由所述左边的侧面的摄像机(K6)探测，且所述右边的侧面的摄像机(K3)如此布置，即使得所述侧面的右边的单范围(G3)的直接在所述右边的侧面的摄像机(K3)之前的至少一部分仅能够由所述右边的侧面的摄像机(K3)探测，并且
所述摄像机(K1到K6)的图像数据在所述计算设备(BE)中如此合并，即使得形成至少八个可见范围(G12,G23,G3,G34,G45,G56,G6,G16)。
2.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述至少八个可见范围中的至少一部分在物体识别设备(OE)中经受物体识别以用于识别静态的和动态的物体。
3.根据权利要求2所述的装置，其特征在于，所述可见范围(G12,G23,G3,G34,G45,G56,G6,G16)是车辆(F)的速度和/或转向角的函数，在所述可见范围中由所述物体识别设备(OE)实施物体识别。
4.根据权利要求2或3所述的装置，其特征在于，在所述物体识别设备(OE)中检验，识别的静态的或动态的物体是否处于车辆(F)的行驶路线中。
5.根据权利要求4所述的装置，其特征在于，所述装置具有输出设备(AE)，该输出设备将在行驶路线中的识别的静态的或动态的物体输出到显示屏和/或辅助系统处。
6.根据上述权利要求1-3中任一项所述的装置，其特征在于，所述前侧的和后侧的摄像机(K1,K2,K4,K5)相对于车辆纵轴(LA)的角度(N1,N2,N3,N4)处在10°到30°的范围中。
7.根据权利要求6所述的装置，其特征在于，所述前侧的和后侧的摄像机(K1,K2,K4,K5)相对于车辆纵轴(LA)的角度(N1,N2,N3,N4)是相同的。
8.根据权利要求7所述的装置，其特征在于，所述前侧的和后侧的摄像机(K1,K2,K4,K5)相对于车辆纵轴(LA)的角度(N1,N2,N3,N4)分别为向外15°。
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