CN114402224A - 用于物体跟踪的方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种用于物体跟踪的方法，其中，雷达传感器(2)在连续的测量周期中发送雷达信号，这些雷达信号被物体反射并作为雷达目标(5)被雷达传感器(2)检测，其中，用于物体跟踪的物体运动信息根据雷达目标(5)测定，并根据运动信息规定用于物体的雷达目标(5)的搜索窗口，其中，如果在连续的测量周期中测定出了超过能规定的极限值的运动信息变化和/或针对被跟踪物体不再有雷达目标(5)被检测到，则扩展搜索窗口。

Description

用于物体跟踪的方法

技术领域

本发明涉及一种借助辅助系统或驾驶员辅助系统的雷达传感器进行物体跟踪和事故识别的、尤其是用计算机实现的方法，以及涉及一种驾驶员辅助系统，其中，尤其是根据本发明所述方法进行物体跟踪和事故识别，还涉及一种用于执行所述方法的计算机程序产品和一种可移动的计算机可读存储介质，存储介质上存储用于执行所述方法的计算机程序产品。

背景技术

机动车辆或摩托车等现代交通工具越来越多地配备有驾驶员辅助系统，所述系统可借助适用的传感器或传感器系统检测周围环境、识别交通情形并通过例如制动干预和/或转向干预或通过发出视觉、触觉或音频警告为驾驶员提供支持。雷达传感器、激光雷达传感器、摄像机传感器、超声波传感器或类似传感器常被用作检测周围环境的传感器系统。然后，可通过传感器所测定的传感器数据得出关于周围环境的结论。借助雷达传感器对周围环境的检测是以例如组合电磁波的发送以及所述电磁波从例如其他交通参与者、车道上的障碍或车道边缘的建筑物等物体上的反射为基础的。与物体相关的单一反射或检测被雷达传感器检测为所谓的雷达目标，并通过例如合适的算法被分配给相应物体。在此，这类物体可被跟踪观察或追踪，其中，物体跟踪(物体追踪)应不间断进行，即所跟踪物体不应例如由于所谓的“追踪中断”而丢失，因为由此可导致错误的结论或对交通场景的错误诠释。反过来，这又会导致本车的驾驶员辅助系统在此情形下不进行或过迟进行例如制动干预等干预，以防止发生追尾事故。

对驾驶员辅助系统而言，可能发生的最复杂情形之一是涉及前方行驶车辆的事故情形。在此，例如前方行驶车辆撞上了障碍，其中，本车在该情形中还没被波及。然而，这意味着本车的危险情形增加，因为前方行驶事故车辆的运动状态变化极快，本车必须对此作出反应。存储在驾驶员辅助系统中的追踪算法尽管可在其动态范围内进行调整适配，但在这种情形下发生的动态特性表示的是极端情况，它会导致追踪中断，从而使被检测物体预期的连续性被打断。

例如，对前方行驶物体事故情形的追踪算法会出现以下问题：所述情形往往是突发的，即发生时没有预警，从而使追踪算法无法根据情形调整适配，以作出相应反应。此外，事故发生时出现的物理变量可能超过正常交通流中物理变量的许多倍。

从DE 10 2011 001 248 A1中已知一种用于支持具有驾驶员辅助系统的机动车驾驶员的方法，其中，借助用于物体跟踪的雷达测量装置检测物体的运动信息。在此的问题是，诸如相对加速度等一些运动参数不能由雷达测量装置检测，或有不准确的物体模型，由此可能出现物体丢失。在重新检测到物体时，新的物体被初始化，尽管该测量值源于已被跟踪的物体。如果所述测量值与物体模型预测位置偏差过大时，尤其会出现这类测量情形。在此，由于加速度的突然变化而导致物体的丢失是通用辅助功能的不容忽视的问题。尤其在避免事故的应用中，这类具有较高动态特性的情形是极为重要的。物体丢失和重新初始化意味着损失了几分之一秒的宝贵时间。为解决所述问题，建议借助摄像机检测机动车辆周围环境中的物体信息，通过检测到的物体信息对物体跟踪进行校正，从而改善物体跟踪。然而，这需要附加的硬件(摄像机及其控制装置)和额外的计算工作量(数据融合和校正计算)，并不能消除雷达测量装置的"弱点"。

发明内容

因此本发明的目的是，提供一种用于物体跟踪和事故识别的改进方法以及一种克服了现有技术缺点的相应辅助系统，并以更简单和成本费用更经济合理的方式改进物体追踪。

上述目的通过权利要求1以及独立权利要求的总体理论来解决。在从属权利要求中，根据使用目的对本发明的设计方案提出了要求。

在根据本发明所述的用于物体的物体跟踪的方法中，雷达传感器在多个连续的测量周期中发送雷达信号，然后，这些雷达信号被物体反射，并作为雷达目标被雷达传感器检测。然后，根据这些雷达目标测定用于物体跟踪的物体的运动信息，其中，通过所述运动信息规定用于物体的雷达目标搜索窗口。如果在连续测量周期中测定出超过可规定阈值的运动信息变化和/或针对被跟踪物体不再有雷达目标被检测到，则扩展搜索窗口。由此产生的优点是，被追踪的物体保持连续检测，即不会出现导致跟踪物体丢失的追踪中断，即不会造成例如在本车中进行不希望的控制干预。

优选将物体速度和/或加速度用作运动信息。这些信息通常已在这类雷达传感器或包括雷达传感器的驾驶员辅助系统中确定，从而不需要额外的或只需微不足道的硬件和/或计算工作量。例如，搜索窗口可由此在速度方面进行扩展，例如将速度搜索窗口从1到2米/每秒(初始状态)扩展到至少5米/每秒，优选扩展到7米/每秒，尤其是扩展到10米/每秒。与此相应，也可将运动信息的阈值规定为在两个测量周期之间的超过1米/每秒，优选超过3米/每秒，尤其是超过5米/每秒的所测定的速度差。

根据使用目的，在搜索窗口扩展后，要么可重复当前的测量周期，要么可开始下一个测量周期。

根据本发明有益的设计方案，例如在车辆存储器或驾驶员辅助系统的控制装置中存储用于物体跟踪的运动信息模式。由此，例如可通过将检测到物体的运动信息与存储运动信息模式的匹配和比较，对物体和/或交通情形进行分类。运动信息模式尤其是指表明物体类别(例如事故车辆)或某种交通场景的特定数据、参数和/或变量。例如，如果前方行驶车辆速度突然发生急剧变化，例如在几秒钟内从50公里/每小时变为0公里/每小时，轨迹相应地突然结束并急剧缩短，就可推断出事故场景。由此，通过检测这类交通情形，可证实事故假设，从而可将相应车辆归类为事故车辆。

此外，如果在扩展的搜索窗口中检测到的雷达目标与运动信息模式相对应，则可将雷达目标分配给指定物体。

根据使用目的，如果在可规定的测量周期数内，没有经扩展搜索窗口的雷达目标可被分配给指定物体，则可撤销搜索窗口的扩展。

优选将搜索窗口的扩展限制在可规定的测量周期数内，例如限制在随后的三个测量周期，尤其是限制在随后的五个测量周期，尤其是限制在随后的十个或类似数量的测量周期。

根据本发明有益的设计方案，物体加速度根据速度的差商确定，并分配给所述物体。例如，事故物体或事故车辆的高动态特性可由此报告给本车，因为极高的加速度直接通过差商作为特性无过滤传输给事故物体。

此外，可预先设置装置，其用于转发或发送物体的运动信息、物体的分类和/或交通情形的分类。由此带来的优点是，被归类为事故物体的车辆或事故情形通过接口，例如以无线电传输或类似方式(尤其是以车对车通信或车对外界信息交互通信方式)通知其他交通参与者，从而使其他交通参与者也能对所述情形作出相应反应(例如制动、加速、回避绕行、重新规划轨迹、拨打紧急呼叫、发送视觉、音频和触觉警告等)。

根据使用目的，可将分类限制在运动信息的可规定的范围内。

优选预先设置根据多个测量周期的(例如三个、五个、十个等测量周期)、对所测定的运动信息和/或物体分类和/或交通情形分类进行的可信度测试。

此外，本发明还包括驾驶员辅助系统，所述系统尤其根据本发明所述方法实施物体跟踪。为此，驾驶员辅助系统具有用于物体跟踪的雷达传感器，它在连续的测量周期内发送雷达信号，这些雷达信号被需要跟踪的物体反射，并作为雷达目标被雷达传感器检测。借助雷达目标可测定用于物体跟踪的、如速度和/或加速度的物体运动信息。在此，运动信息被用来规定用于物体雷达目标的搜索窗口。例如，可根据物体速度规定搜索窗口，以便在预测运动或轨迹情况时，物体在随后的测量周期中也处于该搜索窗口内。如果在连续的测量周期中测定的运动信息变化超过可规定的极限值(例如低于或超过可规定的速度或速度变化)，和/或真对被跟踪物体突然不再有任何雷达目标或探测物被检测到，或不再能进行检测，则进行搜索窗口的扩展。

雷达传感器优选是一种借助由被物体反射并重新接收的发送的电磁波进行物体探测的传感器。在此，电磁波可有不同的波段和频率范围。例如，电磁波的波长范围可是1毫米至10公里或频率范围是300千兆赫至30千赫，优选波长范围是1厘米至1000米或频率范围是30千兆赫至300千赫，优选波长范围是10厘米至100米或频率范围是3千兆赫至3兆赫，尤其优选的波长范围是1米至10米或频率范围是300兆赫至30兆赫。此外，电磁波还可在10纳米到3毫米的波长范围内或30拍赫到0.1太赫的频率范围内，优选在380纳米到1毫米的波长范围内或789太赫到300千兆赫的频率范围内，优选在780纳米到1毫米的波长范围内或在385太赫到300千兆赫的频率范围内，尤其优选的是在780纳米到3微米的波长范围内或385太赫到100太赫的频率范围内。

此外，本发明还包括带有程序代码的计算机程序产品，如果在计算机或现有技术中已知的其他可编程计算装置中实施所述计算机程序产品，则该计算机程序产品执行根据本发明所述方法。因此，所述方法也可设置成纯粹的计算机实现方法，其中，本发明意义上的术语“计算机实现方法”描述的是根据计算机实现或实施的过程规划或方法步骤。在此，诸如计算机、计算机网络或现有技术中已知的另一种可编程装置(例如包括处理器、微控制器或类似装置的计算机装置)等计算装置可借助可编程计算规则进行数据处理。有关所述方法的基本特征可通过例如新程序、多个新程序、算法等加以影响。

此外，本发明还包括含有指令的计算机可读存储介质，所述指令使执行该指令的计算机实施根据上述权利要求中至少一个权利要求所述的方法。

本发明还明确包括未明确提及的特征或权利要求的组合，即所谓的从属组合。

附图说明

下面根据有利的实施例对本发明进行更详细的描述。其中：

图1示出交通情形的简化示意图，其中，本车跟随前方行驶车辆并借助适宜的传感器对前方行驶车辆进行跟踪；

图2示出在图1所示交通情形之后的交通情形简化示意图，其中，前方行驶车辆发生了事故；

图3示出图2中交通情形的简化示意图，包括前方行驶车辆的预测的物体位置；

图4示出远程区域雷达传感器扫描模式“近距离扫描”和“远距离扫描”的简化示意图；以及

图5示出对前方行驶事故车辆雷达扫描的简化示意图，所述车辆已被连续检测并突然具有负加速度。

具体实施方式

图1中的附图标记1描述的是配置有驾驶员辅助系统的本车，其可实施或控制诸如ACC(Adaptive Cruise Control(自适应巡航控制)或者说Abstandsregeltempomat(车距调节速度控制))和/或EBA(Emergency Breaking Assist(紧急制动辅助)或Notbremsassisten(紧急制动辅助))和/或LKA(Lane Keep Assist(车道偏离警示系统)或Spurhalte-/Spurwechselassistent(车道保持/车道更换辅助))功能的，并可借助适宜的传感器检测周围环境或车辆周围环境，以及优选借助分类装置进行分类。为实施所述功能，驾驶员辅助系统包括在图中未展示的中央控制单元(ECU：电子控制单元，ADCU：辅助和自动驾驶控制单元)。在此，所述分类装置可作为独立模块或作为软件应用程序或算法存储在驾驶员辅助系统的中央控制单元上。雷达传感器2，尤其是远程雷达传感器预先规定用作具有朝前检测区域3的本车1传感器。此外，在本车1前面还有本车驾驶员辅助系统借助雷达传感器2进行物体跟踪过程中检测到的在本车1前方行驶的另外的车辆4。然后，可根据雷达传感器2的传感器数据，通过从车辆4的反射检测或雷达目标5测定的运动信息(如车辆4的速度或加速度)对车辆4进行跟踪。通过雷达目标5和相关运动信息，本车1可预测车辆4的后续运动或轨迹，并根据与车辆4相关的预期检测或搜索窗口相应对准或调整图2所示的预测物体6。此外，车辆4可通过分类装置进行分类(例如归类为轿车、卡车，在发生事故情况下归类为事故车辆等)。此外，所述分类也可包括在运动预测中。由此，可确定交通情形，从而借助制动干预和/或转向干预或速度调整适配、发送警告或类似方式，对变化或危险作出及时反应。

在接下来的交通情形过程中，如图3所示，前方行驶车辆2由于障碍7发生了事故。例如，事故发生期间，在速度为大约50公里/每小时情况下，在此的平均加速度约为200米/每二次方秒。相比之下，启动时的最大绝对加速度例如只有约3到7米/每二次方秒，紧急制动时的最大绝对加速度约为-10米/每二次方秒。此外，从撞击到停车的持续时间约为72毫秒，每个计算周期的速度变化(假设周期＝70毫秒)约为7米/每秒。这类变量已可导致物体丢失或追踪中断，因为对检测到的物体或所报告的雷达目标而言，搜索窗口不再在“正常行驶”的预期范围内，因为在事故情形下，速度和位置的变化都非常快，而且非常剧烈。为此，作为比较，在图4中展示的是图2中的预期物体位置或预测物体6，以及图3中实际检测到的发生事故车辆4的雷达目标。这些雷达目标5现在处于搜索区域外(在此，所述搜索区域是在预测物体6的区域内)。作为结果，最初物体或前方行驶车辆4被丢失。如果随后重新识别到车辆4，就会建立速度明显更低的新物体或静止物体。在此，关于车辆4从“移动”到“静止”的运动过渡信息被丢失。

根据本发明所述方法，如果车辆4的运动信息低于特定阈值或极限值(英文：Threshold，中文：阈值)，则该车辆被标记为事故物体。例如，如果其绝对加速度低于-12米/每二次方秒，即，不能再用紧急制动加以诠释。这是通过在第一步骤中识别出，对于到目前为止一直被稳定跟踪的物体或车辆，所分配的雷达目标5在两个连续的测量周期之间的速度有过度的巨大变化。在此，雷达目标5依然必须在正常的速度搜索窗口内。作为替代选择，识别出在没有明显原因的情况下不再测量迄今为止被稳定跟踪的物体，即，在当前计算周期内没有为物体分配雷达目标5。这可能是由于例如雷达目标5的速度已剧烈改变，以至于所述雷达目标不再在搜索窗口内。如果识别到这类情形，就会为此物体扩大速度搜索窗口，使得远在迄今为止速度搜索窗口外的雷达目标5也被搜索。在此，雷达目标5的位置必须处于物体前。通过这类措施可进一步降低误报事件的概率。

调整适配搜索窗口后，在当前测量周期中再次进行搜索，或从下一个测量周期开始，对与物体事故假设或存储在存储器中的运动信息模式相对应的雷达检测结果进行搜索。如果找到相应的检测结果，它们被分配给事故候选者。在此，加速度a可根据速度v和时间t通过差商测定，适用的方法是

a＝(v(n-1)–v(n))/Δt

然后，该加速度被转交或分配给物体，以便能为下一计算周期实施正确的运动学预测，即新速度相应减小，以及位置相应移动。由于典型的事故场景通常只持续约70毫秒，整个事故场景只在几个测量周期后，可能情况下(当周期时间为70毫秒情况下)在单一测量周期后就已结束了，并且事故物体达到静止状态。因此，如果可能，搜索窗口的扩展应限制在只有几个测量周期。如果在该时间内没有确认发生事故，就可重新将搜索窗口正常化。

根据本发明所述方法也可应用于所有尤其是以雷达为基础的驾驶员辅助系统，实施例如紧急制动辅助(缩写EBA，英文Emergency Brake Assist)、带转向支持的主动车道保持辅助(缩写LKA，英文Lane Keeping Assist)、用于后续行驶的车距调节速度控制(缩写ACC，英文Adaptive Cruise Control)或类似功能，但是，其中主要关注的是面向前方的传感器系统(前置雷达或远程雷达)。例如，通用雷达传感器可有不同的扫描模式，其中也可包括检测范围的不同张角，以便如图5所示，为针对各相应应用情况分别照亮近距离区域(近距离扫描，SR)和/或远距离区域(远距离扫描，FR)。

为此实施方案是，在两个雷达扫描(近距离扫描SR和远距离扫描FR)中检测所述交通情形，其中，针对这两个彼此独立的扫描在两个连续测量之间的速度差必须大于可规定的数值，优选大于1米/每秒。它激活了速度搜索窗口的扩展，例如在接下来的五个测量周期中，速度搜索窗口扩展到7米/每秒(标准是大约1到2米/每秒)。截至该周期时间结束，潜在事故无论如何都已完全结束。如果在接下来的测量周期中，雷达检测被分配给事故候选者，也同样可借助差商构成加速度。如果加速度值超过例如-12米/每二次方秒的绝对值，则所述物体被归类为事故物体，并且加速度被分配给被跟踪物体。此外，不必强制使用第二次扫描进行可信度测试，但由此可减少误报触发事件的数量，甚至可防止误报触发事件。

这类信息例如可作为数据信息，作为雷达扫描或类似信息，以实用方式通过接口提供给例如(车对车通信或车对外界信息交互通信)其他车辆或接收方客户。图6展示的是作为测量结果的雷达扫描(取决于加速度a(单位：米/每秒)和时间t(单位：秒)的应用)，其中，物体或前方行驶事故车辆被连续检测，并在短时间段内出现-50米/每二次方秒的加速度。给出的参数也可以根据实际情况变化，方法是将事故限制在特定速度范围内，由此可进一步提高确定可靠性。

附图标记列表：

1 本车

2 雷达传感器

3 检测区域

4 车辆

5 雷达目标

6 预测物体

7 障碍

SR 近距离扫描或短程扫描

FR 远距离扫描或远程扫描

a 加速度

v 速度

t 时间

Claims (14)

1.一种用于物体跟踪的方法，其中，雷达传感器(1)在连续的测量周期中发送雷达信号，这些雷达信号被物体反射，并作为雷达目标(5)被雷达传感器检测，其中，用于物体跟踪的物体运动信息根据雷达目标(5)测定，并且

根据运动信息规定用于物体的雷达目标(5)的搜索窗口，其中

如果在连续测量周期中发生下列情况，搜索窗口被扩展：

-测定出了超过能规定的极限值的运动信息变化，和/或

-针对被跟踪物体不再有雷达目标(5)被检测到。

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，将速度和/或加速度用作运动信息。

3.根据权利要求1或2所述的方法，其特征在于，在扩展搜索窗口之后，要么重复当前测量周期，要么启动后续测量周期。

4.根据上述权利要求中至少一项所述的方法，其特征在于，存储用于物体跟踪的运动信息模式，通过这些信息模式能对物体和/或交通情形进行分类，尤其是通过将物体的运动信息与运动信息模式相匹配。

5.根据权利要求4所述的方法，其特征在于，如果在经扩展的搜索窗口中检测到的雷达目标(5)与运动信息模式相对应，则将所述雷达目标分配给所述物体。

6.根据权利要求5所述的方法，其特征在于，如果在能规定数量的测量周期内，没有经扩展的搜索窗口的雷达目标(5)能分配给所述物体，则撤销搜索窗口的扩展。

7.根据上述权利要求中至少一项所述的方法，其特征在于，将搜索窗口的扩展限制到能规定数量的测量周期内。

8.根据上述权利要求中至少一项所述的方法，其特征在于，物体加速度根据速度的差商来确定，并分配给所述物体。

9.根据上述权利要求中至少一项所述的方法，其特征在于，预先设置有能转发物体运动信息、物体分类和/或交通情形分类的装置。

10.根据权利要求4至9中任一项所述的方法，其特征在于，将分类限制在运动信息的能规定的范围内。

11.根据上述权利要求中至少一项所述的方法，其特征在于，预先设置根据多个测量周期的、对所测定的运动信息和/或物体分类和/或交通情形分类进行的可信度测试。

12.一种驾驶员辅助系统，其具有尤其是借助根据上述权利要求中任一项所述的方法进行的物体跟踪装置，所述驾驶员辅助系统具有

用于物体跟踪的雷达传感器(2)，其中，雷达传感器(2)在连续的测量周期中发送雷达信号，这些雷达信号被物体反射，并作为雷达目标(5)被雷达传感器(2)检测，其中，用于物体跟踪的物体运动信息根据雷达目标(5)测定，以及

根据运动信息规定用于物体的雷达目标(5)搜索窗口，其中

如果在连续测量周期中发生下列情况，搜索窗口被扩展：

-测定出了超过能规定的极限值的运动信息变化，和/或

-针对被跟踪物体不再有雷达目标(5)被检测到。

13.一种带有程序代码的计算机程序产品，如果在计算机中实施所述计算机程序产品，则所述计算机程序产品执行根据上述权利要求中至少一项所述的方法。

14.一种计算机可读存储介质，其包括指令，所述指令使执行该指令的计算机实施根据上述权利要求中至少一项所述的方法。

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