CN111835946B - 视觉系统和对象检测方法 - Google Patents

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Abstract

视觉系统和对象检测方法。一种用于机动车辆的视觉系统包括：光学图像捕获设备，其被配置为捕获其视野中的对象的图像；照明设备，其包括形成照明矩阵的多个照明元件，所述照明设备被配置为照亮所述光学图像捕获设备的所述视野；控制设备，其电连接到所述光学图像捕获设备并且电连接到所述照明设备，所述控制设备被配置为确定由所述光学图像捕获设备捕获的对象的每个图像的性质；所述控制设备被配置为定位所述对象，相对于所定位的对象的位置来选择所述照明矩阵的能够照亮捕获的所述对象的所述照明元件，单独地控制每个选定的照明元件的照明特性，以便能够确定由所述光学图像捕获设备捕获的所述对象的所述图像的性质。

Description

视觉系统和对象检测方法
技术领域
本发明涉及用于机动车辆的对象检测系统，更具体地涉及能够确定在降低的光照条件下行驶的车辆的路径上检测到的对象的性质的检测系统。
背景技术
在机动车辆的领域中，已知使用车辆前部的摄像头以便检测和识别车辆的路径中的障碍物，例如道路标志或者诸如行人或其他车辆的其他道路使用者。
在降低的能见度条件下，摄像头通常包括其自身的、与该摄像头一起布置的照明设备，以便能够照亮该摄像头的视野。这些照明设备通常是笨重的、昂贵的、耗能的，并且还由于摄像头以及因此其照明元件的小型化而在性能上受到限制。
因此，重要的是提出一种新的解决方案来解决这个问题。
发明内容
根据本发明，一种用于机动车辆的视觉系统包括：光学图像捕获设备，其被配置为捕获其视野中的对象的图像；照明设备，其包括形成照明矩阵的多个照明元件，所述照明设备被配置为照亮所述光学图像捕获设备的所述视野；控制设备，其电连接到所述光学图像捕获设备并且电连接到所述照明设备，所述控制设备被配置为确定由所述光学图像捕获设备捕获的对象的各个图像的性质；所述控制设备被配置为定位所述对象，相对于所定位的对象的位置来选择所述照明矩阵的能够照亮捕获的所述对象的所述照明元件，并且单独地控制各个选定的照明元件的照明特性，以便能够确定由所述光学图像捕获设备捕获的所述对象的所述图像的性质。
所述控制设备可以被配置为在不被人眼感知的短暂时间序列(优选地，小于10毫秒)期间调节照明特性。所述控制设备可以被配置为调节照明矩阵的各个照明元件的照明功率的照明特性，使得可以照亮所捕获的对象。
形成照明矩阵的多个照明元件可以包括多个“红-绿-蓝”发光二极管，所述控制设备被配置为单独地调节照明矩阵的各个照明元件的发光二极管的颜色，使得可以照亮所捕获的对象。
所述视觉系统还可以包括对象检测设备，所述对象检测设备被配置为在所述光学图像捕获设备的所述视野中检测至少一个对象的存在，所述控制设备被配置为单独地调节所述照明矩阵的各个照明元件的所述照明特性，使得可以照亮由所述对象检测设备检测到的所述对象，使得所述控制设备可以确定由所述光学图像捕获设备捕获的所述对象的所述图像的性质。
所述视觉系统能够被安装在机动车辆上，使得所述视觉系统可以被电连接到车辆的驾驶员辅助设备，所述照明设备可以包括车辆的至少一个前灯设备；光学图像捕获设备可以包括被配置为捕获车辆的前方视野中的对象的图像的车辆摄像头。
根据本发明，一种包括上述视觉系统的对象检测方法包括以下步骤：检测所述光学图像捕获设备的所述视野中的对象；在所述检测步骤之后对检测到的所述对象进行定位；相对于所检测到的对象的位置来选择所述照明矩阵的能够照亮检测到的所述对象的所述照明元件；调节照亮所检测到的对象的所述照明元件的所述照明特性，从而允许确定所检测到的对象的性质。
检测光学图像捕获设备的视野中的对象的步骤可以包括通过用于检测光学图像捕获设备的视野中的对象的设备来检测对象。
调节照明特性的步骤可以包括调节照明矩阵的各个选定的照明元件的照明功率。
调节照明特性的步骤可以在不被人眼感知的短暂时间序列(优选地，小于10毫秒)期间起作用。
根据以下描述，本发明的其他目的和优点将变得明显。
附图说明
在阅读以下通过非限制性示例的方式给出的与附图有关的详细描述后，本发明的其他特征、目的和优点将变得明显，附图中：
图1表示根据本发明的用于机动车辆的视觉系统的第一实施方式。
图2表示根据本发明的用于机动车辆的视觉系统的第二实施方式。
图3表示包括图1的视觉系统的对象检测方法的流程图的示例。
具体实施方式
根据图1，示出了用于机动车辆12的视觉系统10。视觉系统10与车辆12的驾驶员辅助系统14配合使用，使得尤其可以激活车辆12的安全功能，例如但不限于在较晚检测到车辆12的路径中的障碍物的情况下的紧急制动。视觉系统10主要包括用于捕获图像的光学设备16(例如摄像头)，使得可以捕获其视野18中的图像。根据图1所示的实施方式，摄像头布置在车辆12的前部居中位置处，以便能够捕获车辆12的前方视野中的图像，也就是说，以便能够检测车辆12的路径中的对象20。
根据图1的实施方式，视觉系统10包括照明设备22，该照明设备22被配置为照亮光学设备16的视野18，以便能够照亮位于车辆12的路径中的对象20。更具体地，光学设备16的视野18的照明设备22包括车辆12的前灯设备，前灯包括形成被配置为照亮车辆12的前方视野的至少一个照明矩阵28、30的多个照明元件24、26。更具体地，车辆12的前灯的多个照明元件24、26包括被配置为照亮光学设备16的视野18的多个功率发光二极管(通常称为LED灯)。
视觉系统10还包括电连接到光学设备16和照明设备22的控制设备32，控制设备32被配置为确定由光学设备16捕获的对象20的每个图像的性质。控制设备32可以是独立的智能电子单元或者是形成光学图像捕获设备16的组成部分或甚至形成照明设备22的组成部分的智能电子单元。控制设备32可以包括微控制器或任何其他数字信号处理设备以及存储器块，该存储器块可以包括对象签名库20，该对象签名库允许识别由诸如光学设备16的对象检测设备20或由雷达设备或甚至由激光雷达型设备检测到的对象20的性质。
“确定对象20的性质”是指对象20的识别。具体地，可以通过设备来检测对象20而不对对象20进行识别。可以检测到车辆12的轨迹上的对象20，因此车辆12必须避开该对象而不必知道已检测到的对象20的类型。然而，根据本发明，视觉系统10是这样的系统：其用途是确定对象20的性质，即，例如但不限于，确定检测到的对象20是行人、自行车还是包含速度限制的道路标志。
当车辆12在降低的光照条件下(例如在夜间条件下)行驶时，当穿越隧道或甚至穿过雾气时，控制设备32被配置为激活光学设备16所需的照明，以便能够识别所捕获的对象20的图像的性质及其行为。
更具体地，根据本发明，控制设备32被配置为单独地控制照明矩阵28、30的照亮所捕获的对象20的每个照明元件24、26的照明特性，以便能够确定由光学设备16捕获的对象20的图像的性质。
更具体地，当光学设备16检测到对象20但控制设备32未识别该对象的性质时，所述控制设备32允许对照明矩阵28、30的照明元件24、26的照明特性进行调节，使得可以照亮对象20。因此，控制设备32被配置为对由光学设备16检测到的对象20进行定位，并且因此能够选择照明矩阵28、30的照明元件24、26，使得可以在调节所选定的照明元件24、26的照明参数的同时照亮对象20，使得光学设备16可以确定光学设备16先前检测到的对象20的图像的性质。
优选地，照明元件24、26的、使得可以照亮所捕获的对象20的照明功率的照明特性被调节到最大功率，以改善光学设备16对对象20的图像的捕捉。为了不干扰配备有根据本发明的视觉系统10的车辆12的驾驶员或在车辆12的照明区域中行驶的其他车辆，控制设备32可以被配置为在不被人眼感知的短暂时间序列(优选地，小于10毫秒)期间对照明特性进行调节。为了使视觉系统10的能耗最小，归功于最新的图像捕捉技术，将照明元件24、26的照明功率增加到其最大值使得可以在5ms的持续时间内照亮所捕获的对象20，这对于光学设备16最佳地获取对象20的图像而言是足够的。
另选地或附加地，形成照明矩阵28、30的多个照明元件24、26可以包括多个“红-绿-蓝”发光二极管，使得控制设备32可以被配置成单独地调节照明矩阵28、30的各个照明元件24、26的发光二极管的颜色，使得可以照亮所捕获的对象20。因此，该技术方案允许根据更有利于对象20的识别的颜色(即，根据更有利于光学设备16捕获对象20的图像的波长的光波)来照亮先前已经根据车辆12的前灯的规制照明模式(regulatory lighting mode)检测到但未被控制设备32识别的对象20。“更有利于光学设备16捕获对象20的图像的波长的波”是指与另一波长的另一波相比，所述波在对象上的反射更好。
使得照明矩阵28、30的可以照亮对象20的照明元件24、26的这种颜色变化必须以不被人眼感知的方式进行，因此必须在不被人眼感知的短暂时间序列期间进行，优选地，小于10毫秒。
根据图1的实施方式，控制设备32还能够通过顺序扫描照明矩阵28、30的所有照明元件24、26来周期性地单独调节照明矩阵28、30的每个照明元件24、26的照明特性。可以在10毫秒的最大持续时间内调节每个照明元件24、26，随后也调节另一照明元件24、26，依此类推，调节所有的单独照明元件24、26。每个照明元件的调节之间的大于50ms的持续时间段允许获得不被人眼感知的短暂时间序列。
根据图2，示出了与图1相同的要素，并保留相同的附图标记。视觉系统10还包括用于检测对象20的设备34，该设备34是通过光或激光来检测和估计距离的类型(即，激光雷达型)，或通过电磁波来检测和估计距离的类型(即，雷达型)。
对象20检测设备34被配置为检测光学设备16的视野18中的至少一个对象20的存在。该实施方式允许与对象20检测设备34通信的控制设备32能够单独地调节照明矩阵28、30的每个照明元件24、26的照明特性，使得即使在光学设备16事先未能检测到对象20的情况下，也可以照亮由对象20检测设备34检测到的对象20。更具体地，对象20检测设备34允许控制设备32对由所述对象20检测设备34检测到的对象20进行定位，并且因此能够选择照明矩阵28、30的照明元件24、26，使得可以在调节所选定的照明元件24、26的照明参数的同时照亮对象20，使得光学设备16可以捕获由对象20检测设备34检测到的对象20的图像，并且使得控制设备32可以确定因此由光学设备16捕获的对象20的图像的性质。
图2的实施方式还可以允许控制设备32将从光学设备16接收到的信息(例如在车辆12的轨迹上的对象20的检测)与从对象20检测设备34接收到的信息进行组合，以便确认在车辆12的轨迹上存在还是不存在对象20。优选地，控制设备32可以认为由光学图像捕获设备16检测到但未被对象20检测设备34检测到的对象20是错误的检测，使得可以不执行照明调节。
相反，当对象20被对象20检测设备34检测到并因此也被定位时，控制设备32因此被配置为分析由光学设备16捕获的图像，使得要么对象20的图像的性质被识别出而不需要照明调节，要么对象20的图像的性质未被识别出而需要照明调节。应当理解，“未识别出对象20的图像的性质”是指光学设备16未检测到对象20的情况，或者甚至光学设备16已检测到对象20但控制设备32无法确定对象20的图像的性质的情况。
根据图3，包括本发明的视觉系统10的对象20检测方法100包括检测110光学设备16的视野18中对象20的步骤，使得方法100包括对所检测到的对象20进行定位120的步骤。所检测到的对象20的定位可以由控制设备32执行，控制设备32可以分析由光学设备16捕获的图像，或者通过对用于检测光学设备16的视野18中的对象20的设备34的数据进行分析来执行。
方法100进一步包括相对于所检测到的对象20的位置来选择130照明矩阵28、30的能够照亮检测到的对象20的照明元件24、26的步骤。
然后，方法100包括调节140照明矩阵28、30的所选照明元件24、26的照明特性的步骤，从而允许确定所检测到的对象20的性质。调节140照明特性的步骤可以包括：调节照明矩阵28、30的每个选定的照明元件24、26的照明功率，使得可以照亮所检测到的对象20。
在照明元件24、26包括多个“红-绿-蓝”发光二极管的情况下，调节步骤140还可包括调节照明矩阵28、30的“红-绿-蓝”发光二极管对对象20的照明颜色的步骤，使得可以照亮所捕获的对象20。优选地，调节140照明特性的步骤在不被人眼感知的短暂时间序列(优选地，小于10毫秒)期间起作用。

Claims (10)

1.一种用于机动车辆(12)的视觉系统(10)，所述视觉系统(10)包括：
光学图像捕获设备(16)，其被配置为捕获其视野(18)中的对象(20)的图像；
照明设备(22)，其包括形成照明矩阵(28、30)的多个照明元件(24、26)，所述照明设备(22)被配置为照亮所述光学图像捕获设备(16)的所述视野(18)；
控制设备(32)，其电连接到所述光学图像捕获设备(16)并且电连接到所述照明设备(22)，所述控制设备(32)被配置为根据由所述光学图像捕获设备(16)捕获的各个图像来确定所述对象(20)的性质，
其特征在于，
所述控制设备(32)被配置为对所述对象(20)进行定位，相对于所定位的对象(20)的位置来选择所述照明矩阵(28、30)的能够照亮所捕获的所述对象(20)的所述照明元件(24、26)，对各个选定的照明元件的照明特性进行单独控制，并且在不被人眼感知的短暂时间序列期间调节所述照明特性，以便能够根据由所述光学图像捕获设备(16)捕获的所述图像来确定所述对象(20)的性质。
2.根据权利要求1所述的视觉系统(10)，其特征在于，所述短暂时间序列小于10毫秒。
3.根据权利要求1所述的视觉系统(10)，其特征在于，所述控制设备(32)被配置为调节所述照明矩阵(28、30)的各个照明元件(24、26)的照明功率的所述照明特性，使得能够照亮所捕获的对象(20)。
4.根据权利要求1至3中任一项所述的视觉系统(10)，其特征在于，形成所述照明矩阵(28、30)的所述多个照明元件(24、26)包括多个“红-绿-蓝”发光二极管，所述控制设备(32)被配置为单独地调节所述照明矩阵(28、30)的各个照明元件(24、26)的所述发光二极管的颜色，使得能够照亮所捕获的对象(20)。
5.根据权利要求1至3中任一项所述的视觉系统(10)，其特征在于，所述视觉系统(10)还包括雷达型或激光雷达型的对象(20)检测设备(34)，所述对象(20)检测设备(34)被配置为检测所述光学图像捕获设备(16)的所述视野(18)中的至少一个对象(20)的存在，所述控制设备(32)被配置为单独地调节所述照明矩阵(28、30)的各个照明元件(24、26)的所述照明特性，使得能够照亮由所述对象(20)检测设备(34)检测到的所述对象(20)，使得所述控制设备(32)能够根据由所述光学图像捕获设备(16)捕获的图像来确定所述对象(20)的性质。
6.根据权利要求1至3中任一项所述的视觉系统(10)，其特征在于，
所述视觉系统(10)与所述机动车辆(12)的驾驶员辅助设备(14)电连接，
所述照明设备(22)包括所述机动车辆(12)的前灯设备，
所述光学图像捕获设备(16)包括车辆摄像头，所述车辆摄像头被配置为捕获所述机动车辆(12)的前方视野中的对象(20)的图像。
7.一种包括权利要求1至6中任一项所述的视觉系统(10)的对象(20)检测方法(100)，所述对象(20)检测方法(100)包括以下步骤：
检测(110)所述光学图像捕获设备(16)的所述视野(18)中的对象(20)；
在所述检测步骤之后对检测到的所述对象(20)进行定位(120)；
相对于所检测到的对象(20)的位置来选择(130)所述照明矩阵(28、30)的能够照亮所检测到的所述对象(20)的所述照明元件(24、26)；
在不被人眼感知的短暂时间序列期间调节(140)照亮所检测到的对象(20)的所述照明元件(24、26)的所述照明特性，从而允许确定所检测到的对象(20)的性质。
8.根据权利要求7所述的对象(20)检测方法(100)，其特征在于，所述短暂时间序列小于10毫秒。
9.根据权利要求7所述的对象(20)检测方法(100)，其特征在于，检测(110)所述光学图像捕获设备(16)的所述视野(18)中的对象(20)的步骤包括：通过用于检测所述光学图像捕获设备(16)的所述视野(18)中的对象(20)的检测设备(34)来检测所述对象(20)。
10.根据权利要求7至9中任一项所述的对象(20)检测方法(100)，其特征在于，调节(140)所述照明特性的步骤包括：调节所述照明矩阵(28、30)的各个选定的照明元件(24、26)的照明功率。
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