CN110023948A - 用于确定几何特征的照明系统及其驾驶员辅助系统和方法 - Google Patents

用于确定几何特征的照明系统及其驾驶员辅助系统和方法 Download PDF

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Abstract

本发明涉及一种机动车辆的驾驶员辅助系统，其包括机动车辆的照明系统(1)，该驾驶员辅助系统具有：照明单元(2)，该照明单元设置用于通过投射整体面(5)而照明在车辆周围环境中的场景(3)，该整体面包括总数的可控像素(4)，照明单元(2)设置用于，将预定义的图样投射到所述场景；图像拍摄单元(7)，该图像拍摄单元设置用于拍摄所述场景的至少一部分的图像；以及计算单元(8)，该计算单元设置用于借助所拍摄的图像和预定义的图样来计算所述场景的至少一个几何特征(9；10)。

Description

用于确定几何特征的照明系统及其驾驶员辅助系统和方法
技术领域
本发明涉及一种用于在机动车辆周围环境中照明场景的照明系统。本发明还涉及相应的驾驶员辅助系统，相应的方法以及机动车辆的投射式前照灯的相应用途。
背景技术
本发明的应用领域扩展到驾驶员辅助系统，尤其是机动车辆的驾驶员辅助系统。为了能在交通中对机动车辆周围环境作出动态反应，尤其是能前瞻性判断车行道，驾驶员辅助系统需要例如籍此能确定周围环境的特定部分与车辆的空间距离等几何特征的技术手段。
驾驶员辅助系统源于众所周知的现有技术，在该类技术中使用单目摄像机测量位置和距离借助的是基于诸如双目立体感知或已知物体等级的宽度变化诠释或一物体足点的高度解释的方法。该方法的缺点是需要诸如日光等的良好对比度条件。
从DE 19730414 A1中已知一种用于前瞻性判断机动车辆轮子在其上滚动的车行道的方法，其中，由激光源发射的激光光图以三角定位方法分析评估。
上述方法的缺点是，所使用的摄像机必须对红外线(近红外线(NIR)/红外线(IR))敏感，由此又会导致颜色感知在可见光范围内被错判的缺点，或激光光图必须在可见光范围内，这可能会造成对驾驶员或其他交通参与者的干扰，并由此造成公路交通中的危险。此外，还须提供一用于发射激光光图的单独光源。
发明内容
因此，本发明的任务是提供一种用于改善驾驶员辅助系统工作的照明系统或检测系统，其即使在不良的光照条件下也能够在不干扰驾驶员的情况下对车行道或车辆周围环境进行前瞻性判断。
该任务由根据权利要求1所述的机动车辆驾驶员辅助系统，以及通过根据权利要求12所述的方法以及通过使用根据权利要求13所述的机动车辆投射式前照灯解决。后面各从属权利要求反映了本发明有益的其他结构形式。
本发明包括的技术教导在于：用于机动车辆的照明系统或前照灯系统构具有照明单元，该照明单元通过投射整体面而照明在车辆周围环境中的场景，该整体面包括总数的可控像素，其中，所述照明单元或前照灯系统设置用于，将预定义的图样投射到所述场景上；它还有图像拍摄单元，该图像拍摄单元设置用于拍摄所述场景的至少一部分的图像；它还有一计算单元，该计算单元设置用于借助所拍摄的图像和预定义的图样来计算所述场景的至少一个几何特征。像素的可控性是指像素在其亮度和/或颜色方面可加以控制。
在此，可投射或被投射在所述场景上的前照灯系统所有像素的整体面或整个照明面积例如是完整的，或例如是无缺陷的或例如是连续不断的。同时，像素子群的调暗例如对整体面的所有其余像素没有影响。作为替代选择，与子群像素相邻的总面积各像素可被切换得更亮，以提高对比度。
图像拍摄单元例如有一个例如对红外线(IR)或近红外线(NIR)不敏感的摄像机。
根据本发明所述照明系统的优点例如可以是，可用对(近)红外线((N)IR)不敏感的常见摄像机对所投射图样进行检测。
根据一优选实施方式，照明系统包括机动车辆的一个或两个前照灯作为照明单元。换句话说，前照灯承担图样的投射。具有这种功能的前照灯是投射式前照灯，其将多个可控像素投射到机动车辆的周围环境中。
优点是，所述照明单元设置用于，将预定义的图样通过调暗一像素子群投射到所述场景上。这一调暗包括例如降低相对于相邻像素的亮度。所述调暗例如可通过关闭各像素或使各像素调暗或使各像素切换得更暗来实现。
调暗一像素子群的优选方式是，使驾驶员无法感知所述图样，但图像拍摄单元却能对其加以识别。
尽管如此，所述图样对驾驶员例如是看不见或例如是无法感知的，因为与照射明亮的相应标记相比，暗像素或斑点不太能吸引注意力。
一优选实施方式规定，为了实现可切换像素，对一带有优选超过10个，尤其是超过100个，尤其是超过1000个镜面单元的可动微镜(DMD—数字微镜器件)的芯片在光路中以下列方式定位，以便能在局部影响从前照灯射出的光通量。这种前照灯系统用的技术原则上作为用于机动车辆前照灯的“像素光”已为技术人员所知，其中，前照灯的照明特征例如根据道路走向或其他交通参与者会被不断调整匹配。
另一优选实施方式规定，为了实现可切换像素，前照灯系统有一定数量的可独立切换的照明源—尤其是发光二极管(LED)，以便能在局部影响从前照灯射出的光通量。在此，前照灯系统优选具有多于10个，尤其是多于100个，尤其是多于1000个单独的照明源。这种前照灯系统用的技术用于机动车辆前照灯原则上已为技术人员所知，其中，前照灯的照明特征例如根据道路走向或其他交通参与者会被不断调整匹配。
本发明一优选实施方式规定，子群的像素数量小于像素总数的一半，尤其是小于其四分之一，尤其是小于其十分之一，尤其是小于其百分之一，尤其是小于其千分之一。子群像素的数量甚至还可小于像素总数的千分之一。
由此能实现：通过图样在驾驶员或其他交通参与者处形成的光感影响主要由整体面形成，与此同时，较小或许多较小调暗像素的子群很少或不明显或很少或无法被感知。
另一优选实施方式规定，子群像素不能覆盖半径大于1个像素、尤其是大于5个像素、尤其是大于10个像素、尤其是大于25个像素、尤其是大于50个像素、尤其是大于100个像素的圆。在此，半径为一个像素的圆正好由一个像素构成。一个半径例如为两个像素的圆例如是一个3乘3像素的区域。
由此进一步确保，不会形成可能会比较小面积或细线具有更好视觉感知性能的较大或扩展的面积或斑点，较小面积或细线由于其纤细的造型只能覆盖小半径的圆。在此，实际须选择的子群相邻像素的理想最大宽度取决于照明单元的图像特性，例如取决于一个像素在车行道上的预期物理空间尺寸以及图像拍摄单元的分辨能力。
另一有益的实施方式规定，子群的像素成形为点和/或曲线和/或直线，例如十字或三角或网格图样或网格线。
对图像识别算法来说这些图特别容易处理。
一特别优选的实施方式包括，照明单元设置用于，只在确定的图样时段期间投射图样。
由此，在图样时段外的时间区域中，只有完整的、未改变的整体面被投射，由此，排除了在图样时段外的时间区域中对驾驶员的干扰。
本实施方式的另一改进规定，计算单元仅使用在图样时段期间拍摄的图像。这可以例如通过使图像拍摄单元仅在这些图样时段期间拍摄图像来实现、或者通过计算单元仅将在图像时段期间形成的、被连续拍摄的图像的子群用于计算来实现。
由此不仅将计算工作量减少到最低限度，并由此减少了运行时间，从而使过程变得更快，而且可能情况下还可改进对比度，因为不对没有所述图样的图像加以分析。
另一优选实施方式建设性地提出，图样时段相应地短于一秒除以1，尤其是一秒除以2，尤其是一秒除以4，尤其是一秒除以10，尤其是一秒除以24，尤其是一秒除以30，尤其是一秒除以60，尤其是一秒除以120。
由此确保，在整体面内以调暗的阴影图样投射的时段很短，由此驾驶员更不容易感知。与此相反，图像拍摄单元的一摄像机则可毫无问题地拍摄短时间形成的图样。
另一实施方式规定，图像拍摄单元周期性地在拍摄起始时间点处在一固定不变的最小拍摄持续时间上拍摄图像，其中，(图样)时段的起始时间点与一些或全部拍摄起始时间点相联系(特别是重合)。
换句话说，照明单元与图像拍摄单元的、与固定不变的最小拍摄持续时间相应的图像重复率相联系(特别是重合)或与之同步。例如，照明单元设置用于，仅当正好启动或即将启动图像拍摄单元的一帧图像时，开始图样时段、亦即将子群的像素调暗。
由此将达到特别好的对比度，因为由此在拍摄图像的时间范围内，子群的像素被调暗，并且不像整体面其余部分那么明亮。同时也阻止图样被不必要地长时间地——例如当图像拍摄单元不拍摄图像时——显现，这会对驾驶员造成干扰。
本实施方式进一步改进之处还在于，一个图样时段的长度基本上相当于拍摄时间的数倍。
例如，数倍可为一倍、两倍、三倍或一任意更高的整数倍。由此，不仅图样时段的起始时间点，而且其结束时间点也与图像拍摄单元或一被分配给图像拍摄单元的摄像机的图像重复率相联系。由此，尽管同时将可能造成干扰的图样显现持续时间减少到最低限度，但依然形成特别好的对比度。
在此，所述场景优选设置在机动车辆前面和/或旁边和/或后面。由此，作为“全景环视”至少可在任意位置计算周围环境的至少一个几何特征。
本发明另一优选实施方式规定，至少一个几何特征包括所述场景的至少一部分的位置或所述场景的至少一部分相对于参考点的空间距离。该参考点例如是机动车辆的一部分或图像拍摄单元的一部分或场景的另一部分。
同样，至少一个几何特征可包含所述场景的不平整度，例如用于识别碎石或坑洼。
特别优选的是，所述照明单元设置为借助一微镜阵列投射图样的投射式前照灯。由此可在同时更亮、更有效照明场景情况下实现一种特别高速、反差特别明显的像素控制。
该任务也可通过一种用于计算场景的至少一个几何特征的方法来解决，该方法包括下列步骤：
借助车辆的照明装置通过投射整体面而照明在车辆周围环境中的场景，该整体面包括总数的可控像素；
通过调暗像素子群将预定义的图样投射到场景上；
拍摄场景的至少一部分的图像；
借助所拍摄的图像和预定义的图样计算所述场景的至少一个几何特征。
尤其优选的问题解决方案是，可将一借助微镜阵列进行投射的机动车辆投射式前照灯用作照明装置。
由此避免了安装独立的照明单元，而替代地利用现有的微镜列阵，这会使照明系统的制造技术更为简便。
附图说明
下面参考两个附图，结合对本发明优选实施例的描述，更详细说明本发明的其他改进措施。其中
图1a是本发明一实施例的一示意图，
图1b以示意图方式示出一带有一驾驶员辅助系统的车辆，以及
图2是本发明另一实施例的一示意图。
具体实施方式
根据图1a，驾驶员辅助系统包括照明系统和/或用于机动车辆的前照灯系统1，该前照灯系统带有照明单元2。其设置用于通过投射由总数的可控像素4构成的整体面5来照明车辆周围环境中的场景3。优选将机动车辆的两个前照灯用作照明单元2，其中，前照灯是投射式前照灯，它将大量的单独可控像素投射到车辆周围环境中。
照明单元2尤其设置用于，通过调暗像素4的一子群6将一由线和点构成的预定义图样投射到场景。子群6由黑色像素4标记并由其构成。所述图样具有与调暗像素4，即子群完全相同的形状，并由其构成。在此，像素4之间的网格线仅用于更好描述，并非整体面或图样的一部分。
此外，驾驶员辅助系统包括一图像拍摄单元7，它设置用于拍摄场景的至少一部分的图像，以及
计算单元8，它设置用于借助所采集图像和预定义图样计算出场景的至少一个几何特征9；10。
在所述示例中，计算单元8借助预定义图样及其图像，该图像由于投射到圆柱形物体11上而在几何上失真，不仅计算出形式为从图像拍摄单元到物体11的距离的几何特征9，而且计算出其高度形式的几何特征10。也可以例如计算出物体的曲率半径。同样，也可以计算出在此未进一步描述的车行道特性，诸如其拱曲度和结构特性，诸如存在碎石的情况或坑洼尺寸等，或所照明场景内任意点的距离。在此，计算单元例如利用所存储的标定结果。
根据所述示例，由六个像素组成的子群6的像素4数量小于整体面5的八十一个像素4的十分之一。因此，该标记在视觉上不甚明显。
此外，子群6的像素4设置方式是，不覆盖半径大于一个像素的圆。它只形成细线或点，由于人体感知的自然条件，交通参与者很少能明显感知其存在。
在此，照明单元2设置为借助一微镜阵列反射图样的投射式前照灯。如果例如机动车辆的一投射式前照灯用作照明单元2，则不必使用附加的照明单元。
图1b描述了图1a中所示部件在机动车辆中的整合。机动车辆的前照灯是照明系统1的照明单元2。所述前照灯是投射式前照灯，它将大量单独的可控像素4投射到机动车辆周围环境中。对准前方的、在机动车辆中设置在挡风玻璃后的——优选单目的——摄像机用作图像拍摄单元7。该摄像机对机动车周围环境连同由照明系统投射的图样一起进行采样。
根据图2，照明单元2设置用于，仅在确定的图样时段12a、12b期间投射图样。在此，这些时段在时间表上被标记为黑色区域。此外，计算单元8仅使用在图样时段12a、12b期间拍摄的图像13a、13b。
例如，图像拍摄单元7可以在拍摄起始时间点14c起相应地在一不变的最短拍摄持续时间15上或者说跨越该最短拍摄持续时间连续地拍摄图像13c。
在此示例中，图像拍摄单元仅在拍摄起始时间点14a、14b拍摄图像13a、13b。在此，由照明单元触发的、图样时段12a；12b的起始时间点与拍摄起始时间点14a、14b相联系。
此外，图样时段12a；12b的长度基本上相当于例如拍摄时间15的两倍。
对于第一图像13a，第一图样时段12a的起始时间点略早于第一拍摄起始时间点14a，第一图样时段12a的长度略长于拍摄时间15的两倍，由此实现最高的对比度，但图样也略长于必要地被显现。
对于第二图像13b，第一图样时段12b的起始时间点略晚于第一拍摄起始时间点14b，第二图样时段12b的长度略短于拍摄时间15的两倍，由此实现了略低的对比度，但图样也不长于必要地被显现。
例如，在一短图样时段中，图样的投射对一驾驶员来说是不可感知的，因为由此被感知的相应像素4的亮度实际仅降低了几个百分点。反之，如果所述标记没有被消隐，而是被显现，则在车行道或场景的黑色背景中会由于仅微弱照明的像素4的插入而建立无限高的对比度，也就是说在对于计算单元8的进一步处理适应度相似的情况下造成对驾驶员的较强干扰。
本发明不限于上述优选实施例。相反，也可考虑这方面包括在后面权利要求保护范围内的变异形式。由此例如图像拍摄单元也可包括多个摄像机，或照明单元也可包括多个微镜阵列。

Claims (13)

1.一种机动车辆的驾驶员辅助系统，其包括机动车辆的照明系统(1)，该驾驶员辅助系统具有：
照明单元(2)，该照明单元设置用于通过投射整体面(5)而照明在车辆周围环境中的场景(3)，该整体面包括总数的可控像素(4)，照明单元(2)设置用于，将预定义的图样投射到所述场景；
图像拍摄单元(7)，该图像拍摄单元设置用于拍摄所述场景的至少一部分的图像；以及
计算单元(8)，该计算单元设置用于借助所拍摄的图像和预定义的图样来计算所述场景的至少一个几何特征(9；10)。
2.根据权利要求1所述的驾驶员辅助系统，其中，照明系统(1)包括作为照明单元(2)的一个或两个机动车辆前照灯。
3.根据权利要求1或2所述的驾驶员辅助系统，其中，照明单元(2)和图像拍摄单元(7)以下列方式设置：借助可控像素(4)、通过调暗像素(4)的一个或多个子群(6)而将预定义的图样投射到所述场景上。
4.根据上述权利要求中任一权利要求所述的驾驶员辅助系统，其中，照明单元(2)的设置方式是，子群(6)的像素(4)数量小于像素(4)总数的一半。
5.根据上述权利要求中任一权利要求所述的驾驶员辅助系统，其中，照明单元(2)的设置方式是，子群(6)的像素(4)不能覆盖半径大于50个像素(4)的圆。
6.根据上述权利要求中任一权利要求所述的驾驶员辅助系统，其中，照明单元(2)设置用于，仅在确定的图样时段(12a、12b)期间投射图样。
7.根据权利要求6所述的驾驶员辅助系统，其中，计算单元(8)仅使用在图样时段(12a、12b)期间拍摄的图像(13a、13b)。
8.根据权利要求6或7所述的驾驶员辅助系统，其中，图样时段(12a、12b)各自短于一秒。
9.根据权利要求6到8中任一权利要求所述的驾驶员辅助系统，
其中，图像拍摄单元(8)周期性地在拍摄起始时间点(14c)处在不变的最短拍摄持续时间(15)上拍摄图像，
其中，图样时段(12a、12b)的起始时间点与一些或全部的拍摄起始时间点(14a、14b)相联系。
10.根据权利要求9所述的驾驶员辅助系统，
其中，一个图样时段(12a；12b)的长度基本上相当于拍摄时间(15)的四倍。
11.根据上述权利要求中任一权利要求所述的驾驶员辅助系统，
其中，所述至少一个几何特征(9；10)包括场景(3)的至少一部分的位置、或场景(3)的至少一部分到参考点的空间距离。
12.一种用于计算场景(3)的至少一个几何特征的方法，包括下列方法步骤：
借助车辆的照明装置(2)通过投射整体面(5)而照明在车辆周围环境中的场景(3)，该整体面(5)包括总数的可控像素(4)；
将预定义的图样投射到场景(3)上；
拍摄场景的至少一部分的图像(13a；13b)；
借助所拍摄的图像(13a；13b)和预定义的图样计算所述场景(3)的至少一个几何特征(9；10)。
13.借助微镜阵列进行投射的机动车辆投射式前照灯作为用于根据权利要求12所述方法的照明装置(2)的应用。
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