CN116552516A - 一种基于激光雷达的驾驶员盲区智能补偿系统 - Google Patents

一种基于激光雷达的驾驶员盲区智能补偿系统 Download PDF

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卢家怿
杨世春
王志腾
张博奥
冯鑫杰
孙玢
闫啸宇
彭朝霞
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Abstract

本发明属于自动驾驶车辆技术领域，提出了一种基于激光雷达的驾驶员盲区智能补偿系统，利用车载激光雷达配识别算法获取车辆周围交通参与者信息，同时结合车内摄像头对驾驶员面部朝向识别并判断驾驶员实时关注区域，实时获取驾驶员观察区域存在的盲区并且依据激光雷达获取的全域消息筛选获得盲区中的物体或交通参与者信息，最后利用显示设备将被遮挡物警示符通过光线反射进入驾驶员的眼睛，形成一种可实时追随驾驶员头部的类透视补偿效果。本发明的驾驶员盲区智能补偿系统可以实现主驾驶位实时的虚拟透视效果，可以令驾驶员在行车的观察过程中获得视野内被遮挡物体的虚拟位置和速度朝向信息，辅助驾驶员更好且更安全地进行行车判断。

Description

一种基于激光雷达的驾驶员盲区智能补偿系统
技术领域
本发明属于自动驾驶车辆技术领域，尤其涉及一种基于激光雷达的驾驶员盲区智能补偿系统。
背景技术
伴随着车辆智能化水平的阶段性提升，人机共驾相关的问题逐渐进入了智能驾驶从业者的视野，再智能的车辆也不能完全脱离驾驶员的掌控范围，在驾驶员为主导控制车辆的时候，智能的车辆需要在一定程度上为驾驶员提供辅助，从而最大程度上达成行车安全的目标。
目前自动驾驶人机共驾方面由自动驾驶系统主动为驾驶员驾驶下提供辅助的主要有两个系统，辅助紧急制动系统和换道辅助系统。其中，辅助紧急制动系统在车辆行驶时，当车辆前方出现碰撞风险的交通参与者时为驾驶员提供紧急制动功能，阻止车辆发生因操作不当或分心产生的部分紧急交通事故。换道辅助系统一般在车辆两个后视镜上放置警示灯，当车辆左右侧后方盲区出现车辆或行人时，通过在相对应区域发出灯光提示来警示驾驶员当前存在换道风险。除上述两者外，还有一部分特殊的人机共驾辅助系统，如特斯拉的主动避障系统，当自动驾驶系统感知到驾驶员驾驶的车辆将会碰撞到后方或侧面的来车时，立即反向接管驾驶员的操作对车辆进行紧急避险控制。
由上可知，目前自动驾驶车辆的人机共驾策略在驾驶员为主导时主要还是提供紧急或驾驶员疏忽时候的安全保障，以直接接管车辆的控制系统为直接介入手段，并没有在常规驾驶时间为驾驶员的主动安全行车能力提供辅助。这在一定程度上造成了感知设备和车辆感知能力的资源浪费。所以，为了使自动驾驶系统中的感知、决策和控制模块得到全方面的充分应用，提高人机共驾的全生命周期安全性，在人为驾驶时应当寻找一种方法或组合系统使得自动驾驶的设备可以实时为驾驶员提供常态时间的安全保障和安全参考，从而最大化利用硬件设备来提升行车质量。
发明内容
为了解决目前现有技术中存在的上述问题，本发明提出了一种基于激光雷达的驾驶员盲区智能补偿系统，该系统利用车载激光雷达配识别算法获取车辆周围交通参与者信息，同时结合车内摄像头对驾驶员面部朝向识别并判断驾驶员实时关注区域，实时获取驾驶员观察区域存在的盲区并且依据激光雷达获取的全域消息筛选获得盲区中的物体或交通参与者信息，最后利用显示设备将被遮挡物警示符通过光线反射进入驾驶员的眼睛，形成一种可实时追随驾驶员头部的类透视补偿效果。本发明在一定程度上解决了自动驾驶车辆人机共驾环节中人类为主导驾驶部分的安全性问题，同时解决了感知设备与算法在人工驾驶时存在闲置的问题，最终形成了一种相对自然的实时驾驶员观察补偿效果，提升了驾驶时对车辆智能程度的直接体会。
本发明的技术方案如下：
一种基于激光雷达的驾驶员盲区智能补偿系统，包括：车载激光雷达组件、激光雷达信息处理模块、车内摄像头、车内摄像头信息识别模块、驾驶员视觉遮挡状态判断模块和抬头显示盲区实时补偿模块，其中，
所述车载激光雷达组件，包括多个搭载于车辆的激光雷达，在车辆行驶过程中对周围环境进行实时扫描；
所述激光雷达信息处理模块，获取车载激光雷达组件检测到的点云信息，对周围环境中的物体进行判断识别，获得周围交通参与者的位置、方向和相对速度信息并提供给驾驶员视觉遮挡状态判断模块；
所述车内摄像头的摄像头，用于实时采集驾驶员的头部图像信息；
所述车内摄像头信息识别模块，基于驾驶员的头部图像信息，利用神经网络图像分割的方式获得驾驶员人脸部分的像素块，对像素块进行区域提取，再利用人类面部特征点识别算法获得驾驶员的五官特征分布情况，根据五官特征分布情况计算获得驾驶员的头部朝向，并提供给驾驶员视觉遮挡状态判断模块；
所述驾驶员视觉遮挡状态判断模块，基于所述激光雷达信息处理模块和所述车内摄像头信息识别模块提供的信息，筛选出本车周围环境中被完全遮挡的交通参与者信息，并提供给抬头显示盲区实时补偿模块。
所述抬头显示盲区实时补偿模块，通过位于车辆前挡风玻璃内侧的显示设备，显示被完全遮挡的交通参与者的位置和方向信息，实现驾驶员视野前方的全显示覆盖功能。
进一步的，所述车内摄像头设置在车辆主驾驶侧仪表旁。
进一步的，所述对周围环境中的物体进行判断识别具体包括：基于点云信息的分布状态，利用聚类判断的方式得到点云团，从而获得周围环境中的物体情况，再根据点云团的模态利用神经网络的方式划分物体属性。(分为小型车辆、大型车辆、行人、摩托车、非机动车、锥桶和树木)
进一步的，所述获得周围交通参与者的位置、方向和相对速度信息具体包括：利用激光雷达组件识别周围交通参与者的朝向状态和与本车的距离；识别周围交通参与者前后两个瞬时状态，从而获得其相对本车的实时运动速度。
进一步的，所述驾驶员的头部朝向通过yaw角表征，即横摆角状态。
进一步的，筛选出本车周围环境中被完全遮挡的交通参与者信息具体包括：
所述驾驶员视觉遮挡状态判断模块接收来自车内摄像头信息识别模块发出的驾驶员的头部朝向，根据驾驶员的头部转向角度判断出驾驶员的实时关注区域，结合周围交通参与者的位置、方向和相对速度信息，判断驾驶员实时关注区域内的前后遮挡关系，在周围交通参与者中筛选出处于关注区域内并且被完全遮挡的交通参与者的位置、方向和相对速度信息。
进一步的，所述显示被完全遮挡的交通参与者的位置和方向信息具体包括：所述抬头显示盲区实时补偿模块接收驾驶员视觉遮挡判断模块提供的被完全遮挡的交通参与者信息，并将该信息中的交通参与者位置和方向转化为相对车辆驾驶员视角与位置的信息，利用抬头显示器综合投影至驾驶员的主视野内。
相比于现有技术，本发明具有以下优势：
本发明提出的一种基于激光雷达的驾驶员盲区智能补偿系统，基于自动驾驶车辆常备的激光雷达和摄像头，实时获取驾驶员头部的角度和周围环境信息，有效判断并识别了驾驶员视觉被遮挡的区域，并对该区域中被完全遮挡的交通参与者进行信息提取，利用全方位的抬头显示器对被遮挡物体的状态进行实时显示，形成一种实时行车过程中的视觉透视效果。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，通过参考附图会更加清楚的理解本发明的特征和优点，附图是示意性的而不应理解为对本发明进行任何限制，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，可以根据这些附图获得其他的附图。其中：
图1为本发明的一种基于激光雷达的驾驶员盲区智能补偿系统的结构示意图；
图2为本发明中车内摄像头检测驾驶员头部转动朝向示意图；
图3为本发明中驾驶员视觉方向内遮挡盲区示意图。
具体实施方式
为了能够更清楚地理解本发明的上述目的、特征和优点，下面结合附图和具体实施方式对本发明进行进一步的详细描述。需要说明的是，在不冲突的情况下，本发明的实施例及实施例中的特征可以相互组合。
在下面的描述中阐述了很多具体细节以便于充分理解本发明，但是，本发明还可以采用其他不同于在此描述的其他方式来实施，因此，本发明的保护范围并不受下面公开的具体实施例的限制。
一种基于激光雷达的驾驶员盲区智能补偿系统，其主要构成如图1所示，具体包括：车载激光雷达组件、激光雷达信息处理模块、车内摄像头、车内摄像头信息识别模块、驾驶员视觉遮挡状态判断模块和抬头显示盲区实时补偿模块，其中，
所述车载激光雷达组件，包括多个搭载于车辆的激光雷达，在车辆行驶过程中对周围环境进行实时扫描；
所述激光雷达信息处理模块，获取车载激光雷达组件检测到的点云信息，对周围环境中的物体进行判断识别，获得周围交通参与者的位置、方向和相对速度信息并提供给驾驶员视觉遮挡状态判断模块；
在一些实施例中，激光雷达信息处理模块通过获取多个激光雷达所检测到的点云信息，融合判断车辆周围环境综合点云情况，依据点云分布状态利用聚类判断的方式得到点云团，从而获得环境中的物体情况，再根据点云团的模态利用神经网络的方式划分出该物体的属性，例如分为小型车辆、大型车辆和行人三个大类，针对物体属性为车辆的物体，可同时获得该车辆相对本车的朝向状态。利用激光雷达识别出来的周围车辆/行人的前后两个瞬时状态，获得其相对本车的实时运动速度，最后将所有被检测测到的周围交通参与者位置、方向、相对速度信息等提供给驾驶员视觉遮挡状态判断模块。
所述车内摄像头的摄像头，用于实时采集驾驶员的头部图像信息；优选的，所述车内摄像头设置在车辆主驾驶侧仪表旁，以便从最佳角度对驾驶员进行检测。
所述车内摄像头信息识别模块，基于驾驶员的头部图像信息，利用神经网络图像分割的方式获得驾驶员人脸部分的像素块，对像素块区域特征提取，再利用人类面部特征点识别算法获得驾驶员的五官特征分布情况，根据五官特征分布情况计算获得驾驶员的头部朝向，并提供给驾驶员视觉遮挡状态判断模块；
在一些实施例中，选择yaw角(即横摆角)来表征驾驶员的头部朝向。
所述驾驶员视觉遮挡状态判断模块，基于所述激光雷达信息处理模块和所述车内摄像头信息识别模块提供的信息，筛选出本车周围环境中被完全遮挡的交通参与者信息，并提供给抬头显示盲区实时补偿模块。
在一些实施例中，驾驶员视觉遮挡状态判断模块接收的信息为周围交通参与者的位置、方向和相对速度信息，同时刻接收驾驶员头部转动朝向信息，根据驾驶员的头部朝向判断出驾驶员的实时关注区域，结合激光雷达的周围交通参与者情况信息，判断该关注区域内的前后遮挡关系(如图3所示)，在周围参与者信息中筛选处于关注区域并且被完全遮挡的物体的位置、方向、相对速度信息。
在一些实施例中，所述驾驶员的实时关注区域包括以其视线为中心的左右两个60度范围，一共120度区域，该范围的放射状中心点为驾驶员在车辆中的位置(如图2所示)；在视野范围遮挡判断时，被部分遮挡的物体不认定为被遮挡物体，其信息将不会提供给抬头显示补偿模块进行显示输出。
所述抬头显示盲区实时补偿模块，通过位于车辆前挡风玻璃内侧的显示设备，显示被完全遮挡的交通参与者的位置和方向信息，实现驾驶员视野前方的全显示覆盖功能。
在一些实施例中，所示显示设备为三块位于车辆前挡风玻璃内侧的HUD投影屏幕，实现驾驶员视野前方的全显示覆盖功能，其接收来自驾驶员视觉遮挡判断模块所提供的遮挡区域内被遮挡交通参与者状态信息，将该信息中的物体位置和朝向转化为相对车辆驾驶员视角与位置的信息，最终利用对应的抬头显示器综合投影至驾驶员的主视野内。
在一些实施例中，HUD投影屏幕为一种特殊的由三个主显示屏幕组成抬头显示系统，该系统中每个单独的屏幕为一个圆盘型可转动原件，可以调整其投影在前挡风玻璃时的角度，从而使图像可以适应驾驶员头部的转动位置，满足实时投影至驾驶员视野内的效果。
本发明的驾驶员盲区智能补偿系统可以实现主驾驶位实时的虚拟透视效果，可以令驾驶员在行车的观察过程中获得视野内被遮挡物体的虚拟位置和速度朝向信息，辅助驾驶员更好且更安全地进行行车判断。
以上所述仅为本发明的实施按例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (7)

1.一种基于激光雷达的驾驶员盲区智能补偿系统，其特征在于，包括车载激光雷达组件、激光雷达信息处理模块、车内摄像头、车内摄像头信息识别模块、驾驶员视觉遮挡状态判断模块和抬头显示盲区实时补偿模块，其中，
所述车载激光雷达组件，包括多个搭载于车辆的激光雷达，在车辆行驶过程中对周围环境进行实时扫描；
所述激光雷达信息处理模块，获取车载激光雷达组件检测到的点云信息，对周围环境中的物体进行判断识别，获得周围交通参与者的位置、方向和相对速度信息并提供给驾驶员视觉遮挡状态判断模块；
所述车内摄像头的摄像头，用于实时采集驾驶员的头部图像信息；
所述车内摄像头信息识别模块，基于驾驶员的头部图像信息，利用神经网络图像分割的方式获得驾驶员人脸部分的像素块，对像素块进行区域提取，再利用人类面部特征点识别算法获得驾驶员的五官特征分布情况，根据五官特征分布情况计算获得驾驶员的头部朝向，并提供给驾驶员视觉遮挡状态判断模块；
所述驾驶员视觉遮挡状态判断模块，基于所述激光雷达信息处理模块和所述车内摄像头信息识别模块提供的信息，筛选出本车周围环境中被完全遮挡的交通参与者信息，并提供给抬头显示盲区实时补偿模块；
所述抬头显示盲区实时补偿模块，通过位于车辆前挡风玻璃内侧的显示设备，显示被完全遮挡的交通参与者的位置和方向信息，实现驾驶员视野前方的全显示覆盖功能。
2.根据权利要求1所述的驾驶员盲区智能补偿系统，其特征在于，所述车内摄像头设置在车辆主驾驶侧仪表旁。
3.根据权利要求1所述的驾驶员盲区智能补偿系统，其特征在于，所述对周围环境中的物体进行判断识别具体包括：基于点云信息的分布状态，利用聚类判断的方式得到点云团，从而获得周围环境中的物体情况，再根据点云团的模态利用神经网络的方式划分物体属性。
4.根据权利要求1所述的驾驶员盲区智能补偿系统，其特征在于，所述获得周围交通参与者的位置、方向和相对速度信息具体包括：利用激光雷达组件识别周围交通参与者的朝向状态和与本车的距离；识别周围交通参与者前后两个瞬时状态，从而获得其相对本车的实时运动速度。
5.根据权利要求1所述的驾驶员盲区智能补偿系统，其特征在于，所述驾驶员的头部朝向通过yaw角表征，即横摆角状态。
6.根据权利要求1所述的驾驶员盲区智能补偿系统，其特征在于，筛选出本车周围环境中被完全遮挡的交通参与者信息具体包括：
所述驾驶员视觉遮挡状态判断模块接收来自车内摄像头信息识别模块发出的驾驶员的头部朝向，根据驾驶员的头部转向角度判断出驾驶员的实时关注区域，结合周围交通参与者的位置、方向和相对速度信息，判断驾驶员实时关注区域内的前后遮挡关系，在周围交通参与者中筛选出处于关注区域内并且被完全遮挡的交通参与者的位置、方向和相对速度信息。
7.根据权利要求1所述的驾驶员盲区智能补偿系统，其特征在于，所述显示被完全遮挡的交通参与者的位置和方向信息具体包括：所述抬头显示盲区实时补偿模块接收驾驶员视觉遮挡判断模块提供的被完全遮挡的交通参与者信息，并将该信息中的交通参与者位置和方向转化为相对车辆驾驶员视角与位置的信息，利用抬头显示器综合投影至驾驶员的主视野内。
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