CN109283549A - 用于被遮挡对象的自动车辆激光雷达跟踪系统 - Google Patents

用于被遮挡对象的自动车辆激光雷达跟踪系统 Download PDF

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Abstract

用于主车辆(20)的至少部分自动操作的跟踪系统(22)被配置为检测和监视可能至少暂时地且至少部分地被障碍物(36)遮挡的移动对象(28)。该跟踪系统(22)包括对象设备(68)和控制器(74)。对象设备(68)被配置为通过以预定频率监视对象(28)和障碍物(36)来相对于障碍物(36)检测对象(28)，并以预定频率输出多个对象信号(90)。控制器(74)被配置为接收和处理多个对象信号(90)来识别对象(28)，确定该对象(28)的参考点(58)，并利用该参考点(58)来确定对象(28)被障碍物(36)越来越多或越来越少地遮挡时该对象(28)的真实速度。

Description

用于被遮挡对象的自动车辆激光雷达跟踪系统
技术领域
本申请要求于2017年7月19日提交的美国申请序列第15/ 653,866号的优先权和权益。
背景技术
本公开涉及自动车辆，更具体地，涉及自动车辆的光检测和测距 (LiDAR)跟踪系统。
现代车辆的操作变得越来越自主，这使得驾驶员的干预减少。这种现代车辆的控制特性可以使车辆识别移动对象(例如，另一车辆)并相应地作出反应。这种移动对象的识别可以包括在任何给定时刻的尺寸确定、速度、行进方向和距离。不幸的是，在一些应用中，移动对象可能至少暂时地在遮挡对象后面移动，从而中断对移动对象的识别并且可能延迟反应或使现代车辆保守地作出反应。
发明内容
在一个非限制性的示例性实施例中，用于主车辆的至少部分自动操作的跟踪系统被配置为检测和监视可能至少暂时地且至少部分地被障碍物遮挡的移动对象。该跟踪系统包括对象设备和控制器。对象设备被配置为通过以预定频率监视对象和障碍物来相对于障碍物检测对象，并以该预定频率输出多个对象信号。控制器被配置为接收和处理多个对象信号以识别对象，确定对象的参考点，并利用参考点来确定对象被障碍物越来越多或越来越少地遮挡时该对象的真实速度。
在另一个非限制性实施例中，自动车辆包括控制器和跟踪系统。控制器包括处理器和电子存储介质。跟踪系统包括LiDAR设备，该LiDAR设备被配置为检测移动对象并将多个对象信号发送到控制器。应用程序存储在电子存储介质中并由处理器执行以至少部分地基于多个对象信号确定移动对象的参考点。本申请利用参考点来确定移动对象至少暂时地被障碍物越来越多或越来越少地遮挡时该移动对象的真实速度。
在另一个非限制性实施例中，计算机软件产品由主车辆的控制器执行，并且被配置为接收与移动对象相关联的对象信号并接收与主车辆相关联的定位信号，以便至少基于移动对象的真实速度实现主车辆的自动反应。在移动对象被障碍物越来越多或越来越少地遮挡时，确定该移动对象的真实速度。计算机软件产品包括对象识别模块和确定模块。对象识别模块被配置为接收对象信号以识别移动对象。确定模块被配置为一旦移动对象被识别就在该移动对象上分配固定参考点以确定该移动对象的真实速度。
根据下文结合附图进行的说明，这些和其他优点及特征将变得更加明显。
附图说明
在本说明书结尾处的权利要求书中特别指出并明确请求保护了被视为本发明的主题。根据结合附图进行的以下具体实施方式，本发明的上述和其他特征、以及优点变得明显，在附图中：
图1是具有LiDAR跟踪系统的自动车辆所行经的交叉道路的俯视图，其中自动车辆和移动对象相对于遮挡对象均处于第一位置。
图2是交叉道路的俯视图，其中自动车辆和移动对象处于第二位置；
图3是交叉道路的俯视图，其中自动车辆和移动对象处于第三位置；并且
图4是具有LiDAR跟踪系统的自动车辆的示意图。
具体实施方式
图1图示了包括跟踪系统22的半自主或自主车辆20(下文称为自动或主车辆)的非限制性示例，该跟踪系统22可以是光检测和测距(LiDAR)跟踪系统。在非限制性的本示例中，主车辆20在第一道路26上行驶(参见箭头24)。可以是另一车辆的移动对象28在可以与第一道路26相交的第二道路32上行驶 (参见箭头30)。跟踪系统22可包括可围绕整个主车辆20的范围或视野范围(参见箭头34)(即，三百六十度，360度)、或足以向前看的锁定相对于运动方向24 的场景的一些范围。在本示例中，障碍物36位于两个道路26、32的交叉点38附近。障碍物36可以是静止的，例如突出的陆地或人造结构，或者可以是正在移动并且足够大以致遮挡(参见阴影区域40)跟踪系统22使其无法如通常那样检测到障碍物后面的任何东西。在某些时刻，障碍物36可以部分地和/或完全地遮挡主车辆20的LiDAR跟踪系统22对移动对象28的检测。
在移动对象28是车辆的示例中，车辆28可包括前面42、后面44、乘客侧46和操作员侧48，它们均在各个车辆角50、52、54、56之间延伸。为了跟踪目的，车辆28还可包括可以是中心点的参考点58。在所示示例中，中心点58通常是车辆28的“覆盖面”的中心。在另一个示例中，中心点58可以是至少部分地由跟踪系统22观察的侧面46、48中的一个的中心。
至少在跟踪系统22是LiDAR跟踪系统的示例中，该系统22适于在跟踪系统22的无障碍视野内大致识别对象或车辆28的至少一部分的形状和尺寸。如在LiDAR跟踪系统领域中通常已知的，系统22还被配置为识别移动对象28的运动方向30和速度。一旦识别出移动对象28，跟踪系统22就被主车辆 20配置为及时地发起和/或协调适当的响应或反应。也就是说，在自主车辆 20(即，完全自动化)的示例中，跟踪系统可以控制(或实现控制)用于主车辆20 在道路26上行驶而通常需要的主车辆操作的速度、转向、制动和其他方面，而不与位于主车辆20内的乘员或操作员60(参见图4)相互作用。
参见图1和图4，在跟踪系统22的另一个应用中，主车辆20可以由操作员60驾驶。在该情况下，系统22可以向操作员60提供辅助。该辅助可以是仅仅激活警告设备62(参见图4)，或者可以包括激活控制超控单元64，所述控制超控单元临时接管对典型地由操作员60使用的手动控件66的控制。这种手动控件66可以包括主车辆20的方向单元66A(例如，转向单元)、加速单元 66B、以及制动单元66C。警告设备62可以包括或者可以是听觉设备62A、视觉设备62B和/或触觉设备62C。
参照图4，跟踪系统22可包括警告设备62、控制超控单元64、手动控件66、对象设备或传感器68、定位设备70和控制器74。控制器74可以包括处理器76和电子存储介质78。处理器76可以是微处理器或其他控制电路，诸如模拟和/或数字控制电路，包括如本领域技术人员所知的用于处理数据的专用集成电路(ASIC)。控制器74的存储介质78可以是非易失性存储器，诸如用于存储一个或多个例程、阈值和所捕获数据(这些在下文被称为应用程序 80(例如，计算机软件产品))的电可擦除可编程只读存储器(EEPROM)。应用程序80可以由控制器74的处理器76执行，以至少用于识别移动对象28，确定移动对象28的中心点58，检测相对于移动对象28的障碍物36，以及通常引起主车辆20的适当反应。
系统22的对象设备68可以是至少一个如本领域技术人员公知的 LiDAR设备，并且被配置为检测和监视移动对象28和障碍物36。更具体地， LiDAR设备68可以包括以预定频率脉冲化的大阵列的单独光束或激光束。作为LiDAR设备38的一部分而被包括的多个传感器被配置成检测被反射或返回的光。光的初始脉冲化与所感测到的光返回之间的时间被用来计算发生反射的对象表面的距离。可以对设备38的快速脉冲化以及所获得的信息进行处理，以便确定被检测对象28和/或障碍物36的移动。
对象设备68可以朝向主车辆20的前部安装。可替代地，对象设备 68可以是多个LiDAR设备，其中，每个设备安装在主车辆20的各个角附近。在又一个示例中，LiDAR设备68可以具备以已知频率旋转以捕获三百六十度场景的能力。应用程序80可以包括集成模块82、对象识别模块84、中心点确定模块86和对象数据库88。
至少在多个LiDAR设备68的示例中，集成模块82可以被配置为集成从多个LiDAR设备68接收到的多个信号90。如果使用多个LiDAR设备68，则对象识别模块84可以被配置为通常从集成模块82接收多个信号90的处理信号。在单个LiDAR设备68的示例中，对象识别模块84可以直接从LiDAR设备 68接收信号90。
跟踪系统22的定位设备70可以被配置为确定主车辆20的相对位置、速度和方向。该定位数据可以作为信号92被发送到由控制器74执行的应用程序80，并且通常与从对象设备68发送的信号或数据90协调，以便应用程序80确定所需的主车辆反应。定位设备70可以是或可以包括运动传感器70A、地理导航设备70B(例如，全球定位系统(GPS))、速度传感器70C和/或被配置为确定主车辆20的位置、速度和移动方向的其他设备。定位设备70可以安装在主车辆20的前部，但是其他位置，诸如主车辆20的车顶上，或者在乘员舱内并通过主车辆20的挡风玻璃看也是可以预期到的。
在更典型的自动车辆的操作期间，传统的LiDAR跟踪系统可以感测移动对象，并且根据可清楚看到的内容，可以确定移动对象的位置和速度。在相同的传统跟踪系统对开始在障碍物(即，防止跟踪系统感测整个移动对象的对象)后面移动的移动对象进行感测的情况下，跟踪系统可能错误地确定移动对象正在减速，或比实际移动得慢，并且可能无法识别移动对象前部的“真实”位置。类似地，在移动对象从障碍物后面出现的情况下，传统的跟踪系统可能确定该移动对象比实际移动得快。
参见图1和图4，并且在本跟踪系统22的操作中，LiDAR设备68可以感测例如移动对象28的整个乘客侧46(即，从后角54到前角52)，并且发送关联对象信号90到应用程序80的对象识别模块84，以供控制器74的处理器76处理。在一个实施例中，识别模块84可以简单地确定移动对象28的角52、54之间的距离。利用该固定的距离(即，移动对象28的真实长度)，确定模块86可确定在乘客侧46上的固定参考点58。应用程序80可以通过参考点58确定移动对象28的真实速度。在一个示例中，该参考点58可以是中心点。
当移动对象开始在障碍物36后面移动时，参考点58保持固定，并且应用程序继续通过参考点确定对象速度，而不是通过移动对象28的保持可见的整个部分(即，尚未在障碍物36后面的那部分)。当参考点58在障碍物36后面时，应用程序80可以利用存储在控制器74的电子存储介质78中的最后计算出的移动对象28的速度。在一个示例中，在移动对象正在减速或加速的情况下，应用程序80还可以使用移动对象28的最后的减速或加速率。类似地，并且在移动对象28正在转动或改变方向的应用中，应用程序可以利用最后记录的定位矢量。
参见图2，并且在移动对象28可能暂时完全位于障碍物36后面的一个实施例中，应用程序80可以基于先前测量到的速度、速度变化率和方向来确定对象28的存在；并且，预测移动对象在何时何地开始从障碍物后出现。当移动对象28最初开始从障碍物36后面出现时，可以首先由LiDAR设备68感测到前角54。一旦感测到，应用程序80的确定模块86可以至少部分地基于前角54与参考点58之间的预先建立的距离来重新确认或重新建立参考点58的位置。类似地，真实速度可以由应用程序80针对当前时刻再次确定。
参见图3，移动对象28可以继续从障碍物后面出现，直到整个对象可被LiDAR设备68观察或感测到。在移动对象28从障碍物36后面出现之前的某个时刻，应用程序80以及信号90、92的实时处理可以使控制器74向控制超控单元6输出命令信号94，用于自动操作方向单元66A、加速单元66B和制动单元66C中的至少一个，以实现主车辆20的适当反应。
在另一个实施例中，移动对象28的识别可以比前角52与后角54之间的测量更多或不同。也就是说，由LiDAR设备68发送的信号90可以包含足够的信息供识别模块84通过访问对象数据库88中的规定数据来确定该对象是什么。例如，LiDAR设备68可以仅感测移动对象28的侧面46的一部分。然而，作为一个示例，该有限的信息可以用于搜索车辆类型或型号。一旦得知车辆型号，则也可以获得该车辆的长度和/或宽度。
在另一个实施例中，参考点58可以是移动对象28的“覆盖面”的中心。如果移动对象28是车辆，并且如果如以上讨论地那样确定了该车辆的长度和宽度，则也可以确定“覆盖面”的参考点58(即，区域的中心)。
因此，用于主车辆20的自动操作的跟踪系统22通过使系统、应用程序或控制器能够更快、更有效和/或更准确地对可能在任何给定时刻至少部分被障碍物遮挡的移动对象作出反应来推进自动车辆技术。另外，本公开提供了一种跟踪系统，其能够在移动对象在障碍物后面移动或从障碍物后出现时确定真实的移动对象速度和真实的对象位置。
上文描述的各种功能可以由计算机程序来实现或支持，所述计算机程序由计算机可读程序代码形成，并且在计算机可读介质中实施。计算机可读程序代码可以包括源代码、目标代码、可执行代码以及其他。计算机可读介质可以是能够由计算机访问的任何类型的介质，并且可以包括只读存储器(ROM)、随机存取存储器(RAM)、硬盘驱动器、致密盘(CD)、数字视频光盘(DVD)或其他形式。
本文所使用的如组件、应用程序、模块、系统等术语旨在指代计算机相关实体，或者是硬件、硬件与软件的组合、或者是软件执行。举例来讲，应用程序可以是但不限于：处理器上运行的进程、处理器、对象、可执行文件、执行线程、程序、和/或计算机。应当理解的是，服务器上运行的应用程序以及所述服务器可以是组件。一个或多个应用程序可以驻留在进程和/ 或执行线程内，并且应用程序可以局部化于一个计算机上和/或分布在两个或更多个计算机之间。
虽然仅结合有限数量的实施例已经详细描述了本发明，但应当易于理解的是，本发明不限于这些公开的实施例。相反，可以修改本发明以并入迄今为止未描述但与本发明的精神和范围相称的任何数量的变化、更改、替换或等效布置。另外，虽然已经描述了本发明的各个实施例，但应理解的是，本发明的各方面可以仅包括所描述实施例中的一些。相应地，本发明不应被视为受到前述说明书的限制。

Claims (20)

1.一种用于车辆的跟踪系统，所述跟踪系统包括：
对象设备，该对象设备被配置为检测和监视移动对象以及障碍物并输出对象信号；
控制器电路，被配置为：
接收和处理所述对象信号；
至少部分地基于所述对象信号确定所述移动对象的固定参考点；并且
利用所述固定参考点来确定所述移动对象被所述障碍物越来越多或越来越少地遮挡时所述移动物体的速度；以及
定位设备，该定位设备被配置为检测所述车辆的位置并向所述控制器电路输出定位信号，
其中，所述对象信号和所述定位信号的处理使得所述控制器电路实现所述车辆作出的反应，包括向控制超控单元输出命令信号，用于转向单元、加速单元或、制动单元中的一个或多个的自动操作。
2.如权利要求1所述的跟踪系统，其特征在于，所述对象设备被配置成：
以预定频率检测和监视所述移动对象和所述障碍物；并且
以预定频率输出对象信号。
3.如权利要求1所述的跟踪系统，其特征在于，所述对象设备被配置为相对于所述障碍物检测和监视所述移动对象。
4.如权利要求1所述的跟踪系统，其特征在于，所述定位设备包括全球定位系统、速度传感器或运动传感器中的一个或多个。
5.如权利要求1所述的跟踪系统，其特征在于，所述移动对象是第二车辆。
6.如权利要求5所述的跟踪系统，其特征在于，所述第二车辆的所述固定参考点被标识为所述第二车辆的前角和后角之间的中心点。
7.如权利要求1所述的跟踪系统，其特征在于，当所述移动对象开始在所述障碍物后面移动并且同时所述固定参考点保持可见时，所述控制器电路继续通过所述固定参考点确定所述移动对象的速度。
8.如权利要求1所述的跟踪系统，其特征在于，当所述固定参考点在所述障碍物后面时，所述控制器电路利用所述移动对象的最后算出的速度、所述移动对象的最后加速率或所述移动对象的最后记录的定位矢量中的一个或多个。
9.如权利要求1所述的跟踪系统，其特征在于，所述控制器电路被配置为当所述移动对象开始从完全位于所述障碍物后面出现时重新确认或重新建立所述固定参考点。
10.如权利要求1所述的跟踪系统，其特征在于，所述对象设备包括LiDAR设备。
11.如权利要求1所述的跟踪系统，其特征在于，包括存储在所述控制器电路的电子存储介质中并由所述控制器电路的处理器执行的应用程序，其中所述应用程序被配置为处理所述对象信号并利用对象数据库对所述移动对象进行分类。
12.如权利要求11所述的跟踪系统，其特征在于，所述应用程序被配置为确定所述移动对象的车辆类型和型号。
13.一种自动车辆，包括：
对象设备，该对象设备被配置为检测和监视移动对象以及障碍物并输出对象信号；以及
控制器电路，被配置为：
接收和处理所述对象信号；
至少部分地基于所述对象信号确定所述移动对象的固定参考点；并且
利用所述固定参考点来确定所述移动对象被所述障碍物越来越多或越来越少地遮挡时所述移动物体的速度。
14.如权利要求13所述的自动车辆，其特征在于，所述控制器电路被配置为：
接收与所述车辆相关联的定位信息；并且
使用所述对象信号和所述定位信号，至少基于所确定的所述移动对象的速度实现所述车辆的自动反应。
15.如权利要求13所述的自动车辆，其特征在于，所述固定参考点被标识为所述移动对象的前角和后角之间的中心点。
16.如权利要求13所述的自动车辆，其特征在于，当所述移动对象开始在所述障碍物后面移动并且同时所述固定参考点保持可见时，所述控制器电路继续通过所述固定参考点确定所述移动对象的速度。
17.一种由车辆的控制器电路执行以使所述车辆执行操作的计算机软件产品，包括：
接收与移动对象相关联的对象信号；
识别所述移动对象；
在所述移动对象上分配固定参考点；
利用所述固定参考点来确定所述移动对象被障碍物越来越多或越来越少地遮挡时所述移动物体的速度；
接收与所述车辆相关联的定位信息；以及
使用所述对象信号和所述定位信号，至少基于所确定的所述移动对象的速度实现所述车辆的自动反应。
18.如权利要求17所述的计算机软件产品，其特征在于，所述固定参考点被标识为所述移动对象的前角和后角之间的中心点。
19.如权利要求17所述的计算机软件产品，其特征在于，所述操作包括：当所述移动对象开始在所述障碍物后面移动并且同时所述固定参考点保持可见时，继续通过所述固定参考点确定所述移动对象的速度。
20.如权利要求17所述的计算机软件产品，其特征在于，所述操作包括：当所述移动对象开始从完全位于所述障碍物后面出现时重新确认或重新建立所述固定参考点。
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