CN112959942A - 基于ar-hud的汽车前向碰撞预警检测系统及方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种基于AR‑HUD的汽车前向碰撞预警检测系统及方法，该系统包括：检测单元，用于获取本车的车辆行驶状况，包括车辆行驶速度信息和加速度信息；感知单元，用于获取本车前方的目标车辆或环境障碍物与本车的车间纵向距离信息、横向距离信息以及目标车辆速度信息和加速度信息；处理单元，用于实时接收检测单元和感知单元获取的信息，计算目标车辆的距离碰撞时间TTC，并发出报警信号；显示单元，用于通过AR‑HUD系统将处理单元的报警信号生成对应的预警图片投射到前风挡玻璃上，与环境和交通场景叠加显示，辅助提醒驾驶员可能存在前向碰撞风险的状况。本发明显示的报警图片内容可以与环境和交通场景相结合，使驾驶员直观的感知前向碰撞预警信息。

Description

基于AR-HUD的汽车前向碰撞预警检测系统及方法
技术领域
本发明涉及智能驾驶技术，尤其涉及一种基于AR-HUD的汽车前向碰撞预警 检测系统及方法。
背景技术
传统的抬头显示系统，驾驶员可以看到投在挡风玻璃上的重要信息，这可 以帮助驾驶员在不低头或视线转移的情况下，更安全的观察紧急情况并及时采 取行动。
但是传统的抬头显示系统由于显示界面的FOV(视场角6°*2°)较小、不 能覆盖前方的车道，显示的内容不能与环境和交通场景相结合，仅能够支持显 示前向碰撞预警检测系统等简单的图标信息，使相关的报警信息带来图标的形 态颜色变化不容易被驾驶员察觉和感知，对辅助驾驶的作用有限。
发明内容
本发明要解决的技术问题在于针对现有技术中的缺陷，提供一种基于 AR-HUD(AR-HUD：Augmented Reality-Head Up Display增强现实抬头显示) 的汽车前向碰撞预警检测系统及方法。
本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：一种基于AR-HUD的汽车前向 碰撞预警检测系统，包括：
检测单元，用于获取本车的车辆行驶状况，包括车辆行驶速度信息和加速 度信息；
感知单元，用于获取本车前方的目标车辆或环境障碍物与本车的车间纵向 距离信息、横向距离信息以及本车前方的目标车辆速度信息和加速度信息；
处理单元，用于实时接收检测单元和感知单元获取的信息，计算目标车辆 的距离碰撞时间TTC(time to collision)，并根据TTC发出报警信号，若TTC 结果为负或TTC>2.6s，则发出报警信号为安全；若TTC结果为1.6s<TTC<2.6s， 则发出报警信号为有碰撞风险；若TTC结果为TTC≤1.6s，则发出报警信号为碰 撞风险高；若TTC>4s，则发出报警信号为无目标车辆的报警信号；
显示单元，通过AR-HUD系统，用于将处理单元的报警信号生成对应的预警 图片投射到前风挡玻璃上，与环境和交通场景叠加显示，辅助提醒驾驶员可能 存在前向碰撞风险的状况；
报警信号为安全时，生成图片显示为：在前风挡玻璃的现实目标车辆下部 对应处投射显示绿色的图标，在本车和目标车辆中间地面上投射显示两段绿色 的地面引导箭头；
报警信号为有碰撞风险时，生成图片显示为：在前风挡玻璃的现实目标车 辆下部对应处投射显示黄色的图标，在本车和目标车辆中间投射显示1段黄色 的地面引导箭头；
报警信号为碰撞风险高时，生成图片显示为：在前风挡玻璃的现实目标车 辆下部对应处投射显示红色的图标，在本车和目标车辆中间地面上投射显示1 段红色的地面引导箭头；
报警信号为无目标车辆时，生成图片显示为：不投射显示目标车辆下部的 图标，在本车前方地面上投射显示两段绿色的地面引导箭头。
按上述方案，所述目标车辆的距离碰撞时间TTC计算采用以下公式：
Figure BDA0002839915250000031
其中，vTV为目标车辆的车速；vSV为本车车速；aTV为目标车辆的加速度；aSV为本车加速度；xc为车间纵向距离。
按上述方案，所述显示单元中，通过AR-HUD系统将生成对应的预警图片投 射到前风挡玻璃上，与环境和交通场景叠加显示，具体如下：
根据目标车辆和环境障碍物与本车的车间纵向距离信息、与本车的横向距 离信息，通过AR-HUD显示算法生成目标车辆和环境障碍物的环境坐标系，并使 AR-HUD投影显示图片的坐标系与环境坐标系进行叠加标定，最终将图标显示在 目标车辆等障碍物的下方，地面引导箭头图片显示在本车和目标车辆中间的地 面上。
一种基于AR-HUD的汽车前向碰撞预警检测方法，包括以下步骤：
1)获取本车的车辆行驶状况，包括车辆行驶速度信息和加速度信息；
2)获取本车前方的目标车辆或环境障碍物与本车的车间纵向距离信息、横 向距离信息以及本车前方的目标车辆速度信息和加速度信息；
3)实时车辆行驶速度信息和加速度信息以及本车前方的目标车辆或环境障 碍物与本车的车间纵向距离信息、横向距离信息以及本车前方的目标车辆速度 信息和加速度信息，计算目标车辆的距离碰撞时间TTC，并根据TTC发出报警信 号，若TTC结果为负或TTC>2.6s，则发出报警信号为安全；若TTC结果为 1.6s<TTC<2.6s，则发出报警信号为有碰撞风险；若TTC结果为TTC≤1.6s，则 发出报警信号为碰撞风险高；若TTC>4s，则发出报警信号为无目标车辆的报警 信号；
4)通过AR-HUD系统，将处理单元的报警信号生成对应的预警图片投射到 前风挡玻璃上，与环境和交通场景叠加显示，辅助提醒驾驶员可能存在前向碰 撞风险的状况；
报警信号为安全时，生成图片显示为：在前风挡玻璃的现实目标车辆下部 对应处投射显示绿色的图标，在本车和目标车辆中间地面上投射显示两段绿色 的地面引导箭头；
报警信号为有碰撞风险时，生成图片显示为：在前风挡玻璃的现实目标车 辆下部对应处投射显示黄色的图标，在本车和目标车辆中间投射显示1段黄色 的地面引导箭头；
报警信号为碰撞风险高时，生成图片显示为：在前风挡玻璃的现实目标车 辆下部对应处投射显示红色的图标，在本车和目标车辆中间地面上投射显示1 段红色的地面引导箭头；
报警信号为无目标车辆时，生成图片显示为：不投射显示目标车辆下部的 图标，在本车前方地面上投射显示两段绿色的地面引导箭头。
按上述方案，所述目标车辆的距离碰撞时间TTC计算采用以下公式：
Figure BDA0002839915250000051
其中，vTV为目标车辆的车速；vSV为本车车速；aTV为目标车辆的加速度；aSV为本车加速度；xc为车间纵向距离。
按上述方案，所述步骤4)中，通过AR-HUD系统将生成对应的预警图片投 射到前风挡玻璃上，与环境和交通场景叠加显示，具体如下：
根据目标车辆和环境障碍物与本车的车间纵向距离信息、与本车的横向距 离信息，通过AR-HUD显示算法生成目标车辆和环境障碍物的环境坐标系，并使AR-HUD投影显示图片的坐标系与环境坐标系进行叠加标定，最终将图标显示在 目标车辆等障碍物的下方，地面引导箭头图片显示在本车和目标车辆中间的地 面上。
本发明产生的有益效果是：
1、本发明显示的报警图片内容可以与环境和交通场景相结合，使驾驶员可 以方便直观的感知前向碰撞预警信息；
2、利用AR-HUD设备针对不同报警信号显示的目标车辆等障碍物图形的颜 色、地面引导箭头的颜色、形态等报警显示方案，使驾驶员可以根据所述AR-HUD 显示的报警方案判断出碰撞风险，采取相应的驾驶行为以防止碰撞。
附图说明
下面将结合附图及实施例对本发明作进一步说明，附图中：
图1是本发明实施例的基于AR-HUD的汽车前向碰撞预警检测系统架构示意 图；
图2是本发明实施例的系统运行流程示意图；
图3是本发明系统判断为安全的AR-HUD界面状态参考图；
图4是本发明系统判断为有碰撞风险/碰撞风高的AR-HUD界面状态参考图；
图5是本发明系统前方无目标车辆等障碍物的AR-HUD界面状态参考图。
具体实施方式
为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合实施例， 对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅用以解 释本发明，并不用于限定本发明。
如图1所示，一种基于AR-HUD增强现实抬头显示汽车前向碰撞预警系统， 包括：
检测单元，主要用于获取本车的车辆行驶状况，包括车辆行驶速度信息、 加速度信息(可根据车辆行驶速度计算得出)等；
感知单元，主要获取本车前方的目标车辆等障碍物的车间纵向距离信息、 横向距离信息、速度信息、加速度信息；
处理单元，通过车辆的CAN信息系统实时接收检测单元传输的本车行驶速 度信息、加速度信息，感知单元传输的本车前方的目标车辆等障碍物的车间纵 向距离信息、速度信息、加速度信息，综合收到的信息计算出目标车辆等障碍 物距离碰撞时间TTC(timeto collision)，并根据TTC发出安全、有碰撞风险、 碰撞风险高的报警信号；
显示单元，通过AR-HUD系统，用于将CAN信息系统传输的前向碰撞预警系 统报警信号通过不同的显示方案投射到前风挡玻璃上，通过获取到的目标与环 境和交通场景叠加显示，辅助提醒驾驶员可能存在前向碰撞风险的状况：
如图2所示为本发明实施例的系统运行流程示意图；检测单元和感知单元 通过CAN信息系统将本车行驶速度信息、加速度信息，目标车辆等障碍物的车 间纵向距离信息、速度信息、加速度信息等传输给处理单元，处理单元经过计 算并根据TTC时间发出报警信号；显示单元通过车辆的CAN信息系统接收到报 警信号后，生成预警图片，投射在前风挡玻璃上；通过感知系统探测的目标车 辆等障碍物前向和横向距离信息，创建环境坐标系，经过计算分析将投射的预 警图片坐标系与目标车辆及交通场景等环境坐标系进行叠加标定，使最终目标 预警图标投射显示在目标车辆下方，地面引导箭头图片投射显示在本车和目标 车辆中间的地面上。
若TTC结果为负或TTC>2.6s，则发出报警信号为安全；若TTC结果为 1.6s<TTC<2.6s，则发出报警信号为有碰撞风险；若TTC结果为TTC≤1.6s，则 发出报警信号为碰撞风险高；若TTC>4s，则发出报警信号为无目标车辆的报警 信号；
目标车辆的距离碰撞时间TTC计算采用以下公式：
Figure BDA0002839915250000081
其中，vTV为目标车辆的车速；vSV为本车车速；aTV为目标车辆的加速度；aSV为本车加速度；xc为车间纵向距离。
如图3所示，当系统探测到目标车辆等障碍物，系统判断为安全时，AR-HUD 投射在前风挡玻璃界面上的图片显示为：在目标车辆下部投射显示绿色的图标， 在本车和目标车辆中间地面上投射显示2段绿色的地面引导箭头；
如图4所示，当系统探测到目标车辆等障碍物，系统判断为有碰撞风险时， AR-HUD投射在前风挡玻璃界面上的图片显示为：在目标车辆下部投射显示黄色 的图标，在本车和目标车辆中间投射显示1段黄色的地面引导箭头；若系统判 断为碰撞风险高时，AR-HUD界面上在目标车辆下部投射显示红色的图标，在本 车和目标车辆中间地面上投射显示1段红色的地面引导箭头；
如图5所示，当系统探测不到目标车辆等障碍物时，AR-HUD投射在前风挡 玻璃界面上的图片显示为：不投射显示目标车辆下部的图标，在本车前方地面 上投射显示2段绿色的地面引导箭头；
一种基于AR-HUD的汽车前向碰撞预警检测方法，包括以下步骤：
1)获取本车的车辆行驶状况，包括车辆行驶速度信息和加速度信息；
2)获取本车前方的目标车辆或环境障碍物与本车的车间纵向距离信息、横 向距离信息以及本车前方的目标车辆速度信息和加速度信息；
3)实时车辆行驶速度信息和加速度信息以及本车前方的目标车辆或环境障 碍物与本车的车间纵向距离信息、横向距离信息以及本车前方的目标车辆速度 信息和加速度信息，计算目标车辆的距离碰撞时间TTC，并根据TTC发出报警信 号，若TTC结果为负或TTC>2.6s，则发出报警信号为安全；若TTC结果为 1.6s<TTC<2.6s，则发出报警信号为有碰撞风险；若TTC结果为TTC≤1.6s，则 发出报警信号为碰撞风险高；若TTC>4s，则发出报警信号为无目标车辆的报警 信号；
目标车辆的距离碰撞时间TTC计算采用以下公式：
Figure BDA0002839915250000101
其中，vTV为目标车辆的车速；vSV为本车车速；aTV为目标车辆的加速度；aSV为本车加速度；xc为车间纵向距离。
4)通过AR-HUD系统，将处理单元的报警信号生成对应的预警图片投射到 前风挡玻璃上，与环境和交通场景叠加显示，辅助提醒驾驶员可能存在前向碰 撞风险的状况；
报警信号为安全时，生成图片显示为：在前风挡玻璃的现实目标车辆下部 对应处投射显示绿色的图标，在本车和目标车辆中间地面上投射显示两段绿色 的地面引导箭头；
报警信号为有碰撞风险时，生成图片显示为：在前风挡玻璃的现实目标车 辆下部对应处投射显示黄色的图标，在本车和目标车辆中间投射显示1段黄色 的地面引导箭头；
报警信号为碰撞风险高时，生成图片显示为：在前风挡玻璃的现实目标车 辆下部对应处投射显示红色的图标，在本车和目标车辆中间地面上投射显示1 段红色的地面引导箭头；
报警信号为无目标车辆时，生成图片显示为：不投射显示目标车辆下部的 图标，在本车前方地面上投射显示两段绿色的地面引导箭头。
步骤4)中，通过AR-HUD系统将生成对应的预警图片投射到前风挡玻璃上， 与环境和交通场景叠加显示，具体如下：
根据目标车辆和环境障碍物与本车的车间纵向距离信息、与本车的横向距 离信息，通过AR-HUD显示算法生成目标车辆和环境障碍物的环境坐标系，并使 AR-HUD投影显示图片的坐标系与环境坐标系进行叠加标定，最终将图标显示在 目标车辆等障碍物的下方，地面引导箭头图片显示在本车和目标车辆中间的地 面上。
应当理解的是，对本领域普通技术人员来说，可以根据上述说明加以改进 或变换，而所有这些改进和变换都应属于本发明所附权利要求的保护范围。

Claims (6)

1.一种基于AR-HUD的汽车前向碰撞预警检测系统，其特征在于，包括：
检测单元，用于获取本车的车辆行驶状况，包括车辆行驶速度信息和加速度信息；
感知单元，用于获取本车前方的目标车辆或环境障碍物与本车的车间纵向距离信息、横向距离信息以及本车前方的目标车辆速度信息和加速度信息；
处理单元，用于实时接收检测单元和感知单元获取的信息，计算目标车辆的距离碰撞时间TTC，并根据TTC发出报警信号，若TTC结果为负或TTC>2.6s，则发出报警信号为安全；若TTC结果为1.6s<TTC<2.6s，则发出报警信号为有碰撞风险；若TTC结果为TTC≤1.6s，则发出报警信号为碰撞风险高；
显示单元，用于通过AR-HUD系统将处理单元的报警信号生成对应的预警图片投射到前风挡玻璃上，与环境和交通场景叠加显示，辅助提醒驾驶员可能存在前向碰撞风险的状况；
报警信号为安全时，生成图片显示为：在前风挡玻璃的现实目标车辆下部对应处投射显示绿色的图标，在本车和目标车辆中间地面上投射显示两段绿色的地面引导箭头；
报警信号为有碰撞风险时，生成图片显示为：在前风挡玻璃的现实目标车辆下部对应处投射显示黄色的图标，在本车和目标车辆中间投射显示1段黄色的地面引导箭头；
报警信号为碰撞风险高时，生成图片显示为：在前风挡玻璃的现实目标车辆下部对应处投射显示红色的图标，在本车和目标车辆中间地面上投射显示1段红色的地面引导箭头；
报警信号为无目标车辆时，生成图片显示为：不投射显示目标车辆下部的图标，在本车前方地面上投射显示两段绿色的地面引导箭头。
2.根据权利要求1所述的基于AR-HUD的汽车前向碰撞预警检测系统，其特征在于，所述处理单元中，目标车辆的距离碰撞时间TTC计算采用以下公式：
Figure FDA0002839915240000021
其中，vTV为目标车辆的车速；vSV为本车车速；aTV为目标车辆的加速度；aSV为本车加速度；xc为车间纵向距离。
3.根据权利要求1所述的基于AR-HUD的汽车前向碰撞预警检测系统，其特征在于，所述显示单元中，通过AR-HUD系统将生成对应的预警图片投射到前风挡玻璃上，与环境和交通场景叠加显示，具体如下：
根据目标车辆和环境障碍物与本车的车间纵向距离信息、与本车的横向距离信息，通过AR-HUD显示算法生成目标车辆和环境障碍物的环境坐标系，并使AR-HUD投影显示图片的坐标系与环境坐标系进行叠加标定，最终将图标显示在目标车辆等障碍物的下方，地面引导箭头图片显示在本车和目标车辆中间的地面上。
4.一种基于AR-HUD的汽车前向碰撞预警检测方法，其特征在于，包括以下步骤：
1)获取本车的车辆行驶状况，包括车辆行驶速度信息和加速度信息；
2)获取本车前方的目标车辆或环境障碍物与本车的车间纵向距离信息、横向距离信息以及本车前方的目标车辆速度信息和加速度信息；
3)实时车辆行驶速度信息和加速度信息以及本车前方的目标车辆或环境障碍物与本车的车间纵向距离信息、横向距离信息以及本车前方的目标车辆速度信息和加速度信息，计算目标车辆的距离碰撞时间TTC，并根据TTC发出报警信号，若TTC结果为负或TTC>2.6s，则发出报警信号为安全；若TTC结果为1.6s<TTC<2.6s，则发出报警信号为有碰撞风险；若TTC结果为TTC≤1.6s，则发出报警信号为碰撞风险高；
4)通过AR-HUD系统，将处理单元的报警信号生成对应的预警图片投射到前风挡玻璃上，与环境和交通场景叠加显示，辅助提醒驾驶员可能存在前向碰撞风险的状况；
报警信号为安全时，生成图片显示为：在前风挡玻璃的现实目标车辆下部对应处投射显示绿色的图标，在本车和目标车辆中间地面上投射显示两段绿色的地面引导箭头；
报警信号为有碰撞风险时，生成图片显示为：在前风挡玻璃的现实目标车辆下部对应处投射显示黄色的图标，在本车和目标车辆中间投射显示1段黄色的地面引导箭头；
报警信号为碰撞风险高时，生成图片显示为：在前风挡玻璃的现实目标车辆下部对应处投射显示红色的图标，在本车和目标车辆中间地面上投射显示1段红色的地面引导箭头；
报警信号为无目标车辆时，生成图片显示为：不投射显示目标车辆下部的图标，在本车前方地面上投射显示两段绿色的地面引导箭头。
5.根据权利要求4所述的基于AR-HUD的汽车前向碰撞预警检测方法，其特征在于，所述步骤3)中目标车辆的距离碰撞时间TTC计算采用以下公式：
Figure FDA0002839915240000041
其中，vTV为目标车辆的车速；vSV为本车车速；aTV为目标车辆的加速度；aSV为本车加速度；xc为车间纵向距离。
6.根据权利要求4所述的基于AR-HUD的汽车前向碰撞预警检测方法，其特征在于，所述步骤4)中，通过AR-HUD系统将生成对应的预警图片投射到前风挡玻璃上，与环境和交通场景叠加显示，具体如下：
根据目标车辆和环境障碍物与本车的车间纵向距离信息、与本车的横向距离信息，通过AR-HUD显示算法生成目标车辆和环境障碍物的环境坐标系，并使AR-HUD投影显示图片的坐标系与环境坐标系进行叠加标定，最终将图标显示在目标车辆等障碍物的下方，地面引导箭头图片显示在本车和目标车辆中间的地面上。
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