CN1833263A - 安全运动支持装置 - Google Patents

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    • B60K31/00—Vehicle fittings, acting on a single sub-unit only, for automatically controlling vehicle speed, i.e. preventing speed from exceeding an arbitrarily established velocity or maintaining speed at a particular velocity, as selected by the vehicle operator
    • B60K31/0008—Vehicle fittings, acting on a single sub-unit only, for automatically controlling vehicle speed, i.e. preventing speed from exceeding an arbitrarily established velocity or maintaining speed at a particular velocity, as selected by the vehicle operator including means for detecting potential obstacles in vehicle path
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    • G08—SIGNALLING
    • G08G—TRAFFIC CONTROL SYSTEMS
    • G08G1/00—Traffic control systems for road vehicles
    • G08G1/16—Anti-collision systems

Abstract

一种安全运动支持装置，包括：环境三维信息获取单元(1)，用于获取与在以指定有限范围包围运动体或为运动体假想的运动轨迹的虚拟空间内的实际物体相对应的环境三维信息；运动体状态信息获取单元(2)，用于获取关于运动体的状态的运动体状态信息；以及安全运动使能空间计算单元(3)，用于根据从环境三维信息获取单元(1)获得的环境三维信息和从运动体状态信息获取单元(2)获得的运动体状态信息，来计算安全运动使能空间，该安全运动使能空间为推测运动体可在其中安全运动的具有有限范围的虚拟空间。

Description

安全运动支持装置
技术领域
本发明涉及用于支持车辆或其它运动物体安全地运动或行驶的安全运动支持装置。
背景技术
已经提出了一种车辆用预防性安全装置，通过监控车辆的驾驶区来检测障碍物，并基于车辆的速度和行驶方向算出由该障碍物所导致的危险度，由此将诸如接触或碰撞的事故风险通知给驾驶者。根据该方案的装置通过考虑到车辆附近存在的多个危险物体的尺寸、类型、可能未来动作、各驾驶者的驾驶状态等，来评估、判断和处理关于该多个危险物体的危险度，由此保证关于驾驶车辆的安全。还公开了使驾驶环境输出部在与前方驾驶道路表面相对应的实际空间坐标系中，指示与障碍物的尺寸成正比标定的障碍物作为提取数据；根据车辆的驾驶状态，在实际空间坐标系中设置危险因子的分布；并基于所提取的数据和危险因子获得危险度的二维分布，由此使得即使多辆车在附近同时行驶时，也能够同时评估多个方向中的危险度；并且说明由于在对危险度的评估中也考虑了障碍物尺寸，所以提高了安全性(参见专利文献1)。
还公开了一种车辆用外部车辆监控装置，用于使得能够检测侧壁作为形成道路边界(例如防护栏、灌木丛以及塔架)的连续三维物体；并使得能够以容易进行处理的数据的形式检测侧壁的存在、位置和方向。根据该公开的声明，使用这种数据实现了更高级的危险告警以及避免事故的功能(参见专利文献2)。
另一公开的技术是，基于三角定理，根据车辆外物体的一对立体图像中的对应位置的位移，算出整个图像上的距离分布；计算与关于该距离分布的信息相对应的摄影主体的各部分的三维位置；通过使用关于所计算的三维位置的信息来检测多个三维物体；并且算出所检测到的多个三维物体中的每一个中的边缘(即，面向车辆的边缘)与车辆左侧和右侧的各侧面延长线之间的最近距离作为间距，由此将关于所算出的左侧和右侧的间距的信息通知给驾驶者。该方案声明可对驾驶方向上存在的各种三维物体进行确切检测，并可在车辆通过窄路之前，将距车辆的间距通知给驾驶者，由此减轻了驾驶者的负担并因此保证了安全。另外作为用于根据检测结果(即，危险度)来警告驾驶者的示例显示，公开了在照原样继续驾驶将引起接触的适宜侧显示红色警告灯；如果与障碍物的间距大于零并小于约二十厘米，则在驾驶者的不当驾驶将导致接触危险的适宜侧显示黄色警告灯；而如果间距约为二十厘米或更大，则在适宜侧显示绿灯，表示照原样继续驾驶仅存在相当低的接触危险(参见专利文献3)。
用于与上述大致相同的目的的另一方案是关于一种车辆用障碍物检测装置，其使得能够检测车辆前方的障碍物，并同时自动判断车辆是否能够安全通过障碍物。该方案公开了以下内容：在车辆前方的成像的画面内设定车辆通过所需的在该车辆前方指定距离处的空间框；在该空间框内的多个指定位置处设定窗口，其成为作为比较主体的区域；检测至由适宜窗口捕捉的物体的距离；基于对距离的检测结果，判断车辆在前方指定距离处的道路表面上通过的可能性；并且如果判断结果表示车辆不能通过，则警告驾驶者。如果通过在空间框内的上述窗口检测到比车辆前方的指定距离更短的距离，则判断车辆不能通过。即，该方案用于检测车辆前方的障碍物，在避开障碍物的同时自动判断车辆是否能够通过，并且如果不可能通过则通知不能通过(参见专利文献4)。
又一公开方案是一种防碰撞装置，用于通过准确且迅速地评估与车辆驾驶方向上存在的多个车辆或障碍物的碰撞的可能性，来试图确保防止碰撞。该方案公开了以下内容：通过利用存储在存储器中的三维位置信息单独提取实际道路上的白线，并修改和/或改变内置道路模型中的参数以与实际道路形状匹配，由此识别道路形状；基于关于转向角和车速的信息来估计车辆的驾驶路线；并且将根据驾驶速度的驾驶者的一般特性准确地反映到驾驶路线区域，由此通过利用微处理器来判断与自然驾驶更相匹配的自然碰撞危险(参见专利文献5)。
所提出的上述传统技术全部集中于关于运动体(如车辆)的运动或行驶的障碍物识别和障碍避让，或相关的告警显示等，因此并不必然能够充分响应于对以下功能的要求，即通过清晰而直接地给出其本身保证关于运动体的运动或行驶的安全性的路径，在保证运动体的运动安全性的同时，积极支持该运动体运动。也没有提出在下述情况中引发的已知技术问题，即如果算出多条假设可保证一定水平的安全的路径，则通过识别并示出最优路线来积极支持运动或者行驶的情况；自然也没有响应于这种问题而提出技术概念。
考虑到上述这一情况，本发明的目的是提供一种安全运动支持装置及其相关方法，用于通过清晰且直接地显示本身保证关于运动体的运动或行驶的安全的路径来实现在保证运动安全的同时积极支持运动体运动的功能；并且另一目的是提供一种安全运动支持装置及其相关方法，用于通过如果算出多条假设可保证安全性的路径，则从该多条路径中识别并显示最佳路径，来实现积极支持运动或行驶的功能。
[专利文献1]日本专利公报No.3153839，第0001、0005和0015段；
[专利文献2]日本专利公报No.3324821，第0223段；
[专利文献3]日本专利申请公报No.H07-192199，第0021和0160段；
[专利文献4]日本专利公报No.3212235，第0009和0055段；以及
[专利文献5]日本专利申请公报No.H10-283593，第0025和0048段。
发明内容
根据本发明第一方面的安全运动支持装置包括：环境三维信息获取单元，用于获取与在以指定有限范围包围运动体或关于运动体的假想运动轨迹的虚拟空间内的实际物体的状态相对应的环境三维信息；运动体状态信息获取单元，用于获取关于运动体的运动体状态信息；以及安全运动使能空间计算单元，用于基于从环境三维信息获取单元获得的环境三维信息和从运动体状态信息获取单元获得的运动体状态信息，来计算安全运动使能空间，该安全运动使能空间为推测运动体可在其中安全运动的具有有限范围的虚拟空间。
另外，根据本发明第二方面的安全运动支持装置包括：环境三维信息获取单元，用于获取与在以指定有限范围包围运动体或关于运动体的假想运动轨迹的虚拟空间内的实际物体的状态相对应的环境三维信息；纹理获取单元，用于获取关于虚拟空间的纹理；运动体状态信息获取单元，用于获取关于运动体的状态的运动体状态信息；以及安全运动使能空间计算单元，用于基于从环境三维信息获取单元获得的环境三维信息、从运动体状态信息获取单元获得的运动体状态信息、以及从纹理获取单元获得的纹理，来计算安全运动使能空间，该安全运动使能空间为推测运动体可在其中安全运动的具有有限范围的虚拟空间。
另外，根据本发明第三方面的安全运动支持装置包括：环境三维信息获取单元，用于获取与在以指定有限范围包围运动体或关于运动体的假想运动轨迹的虚拟空间内的实际物体的状态相对应的环境三维信息；纹理获取单元，用于获取关于虚拟空间的纹理；运动体状态信息获取单元，用于获取关于运动体状态的运动体状态信息；安全运动使能空间计算单元，用于基于从环境三维信息获取单元获得的环境三维信息、从运动体状态信息获取单元获得的运动体状态信息、以及从纹理获取单元获得的纹理，来计算安全运动使能空间，该安全运动使能空间为推测运动体可在其中安全运动的具有有限范围的虚拟空间；以及稳定运动路径计算单元，用于基于表示从安全运动使能空间计算单元获得的安全运动使能空间的信息和从运动体状态信息获取单元获得的运动体状态信息，来计算推测运动体可在其上稳定运动的路径。
并且，根据本发明第四方面的安全运动支持装置包括：运动体控制单元，用于进行控制以使得运动体沿推测运动体可在其上稳定运动的路径运动，该路径已由上述第三方面中的稳定运动路径计算单元计算出。
同时，代替受限于上述安全运动支持装置，本发明可包括安全运动支持方法。
附图说明
通过参照附图的以下详细说明，本发明将变得更加明了。
图1是根据本发明第一结构的安全运动支持装置的功能框图；
图2是例示出关于安全运动使能空间的计算的处理的流程图，该安全运动使能空间是由根据第一结构的安全运动支持装置所包括的安全运动使能空间计算单元来计算的；
图3示出了直到计算安全运动使能空间的处理进度的多个方面的图像图，该安全运动使能空间是由根据第一结构的安全运动支持装置所包括的安全运动使能空间计算单元来计算的；
图4描述了根据已按时序获得的多条环境三维信息所计算的预期稍后时间的环境三维信息的示例；
图5是根据本发明第二结构的安全运动支持装置的功能框图；
图6是例示出关于安全运动使能空间的计算的处理的流程图，该安全运动使能空间是由根据第二结构的安全运动支持装置所包括的安全运动使能空间计算单元来计算的；
图7示出了直到计算安全运动使能空间的处理进度的多个方面的图像图，该安全运动使能空间是由根据第二结构的安全运动支持装置所包括的安全运动使能空间计算单元来计算的；
图8是根据本发明第三结构的安全运动支持装置的功能框图；
图9是根据本发明第四结构的安全运动支持装置的功能框图；
图10是根据本发明第五结构的安全运动支持装置的功能框图；
图11是根据本发明第六结构的安全运动支持装置的功能框图；
图12示出了当将根据本发明第六结构的安全运动支持装置实际装配到车辆上时的系统的具体示例；
图13示出了立体摄像机的示例结构；以及
图14例示了立体摄像机的装配。
具体实施方式
下面参照附图，对本发明优选实施例进行详细说明。
图1是根据本发明第一结构的安全运动支持装置的功能框图。
图1示出的安全运动支持装置是用于支持车辆或其它运动体安全运动或行驶的装置，其包括：环境三维信息获取单元1、运动体状态信息获取单元2以及安全运动使能空间计算单元3。
需要注意的是，环境三维信息获取单元1、运动体状态信息获取单元2以及安全运动使能空间计算单元3可置于作为支持主体的运动体(以下称“有关运动体”)内，或者前述单元中的一个或更多个可装配在有关运动体外部。即，安全运动支持装置不仅可用于安装到有关运动体(如车辆)上的系统，而且可应用于用于执行对运动体条件的外部识别、安全判断、必要控制等的系统(例如，监控摄像系统、交通控制系统等)中。
环境三维信息获取单元1用于获取与在以指定有限范围包围有关运动体或关于该有关运动体的假想运动轨迹的虚拟空间内的实际物体的状态相对应的环境三维信息，将环境三维信息获取单元本身构造为能够根据需要按时序获得环境三维信息。
这里，环境三维信息获取单元1被构造为通过利用以下系统中的一个或多个来获取环境三维信息，即利用激光或毫米波等的飞行时间系统、利用立体摄像机(包括多眼立体摄像机)的系统、根据运动成形(shapefrom motion)的系统、利用图案投影方法的系统、或利用GPS(全球定位系统)和地图信息的系统。例如，采用利用GPS和地图信息的系统使得能够基于通过GPS获得的位置信息，从地图信息中获取诸如建筑物的环境三维信息。
需要注意的是，获取的数据可以具有包括点群数据、体数据(例如，参见共立出版社出版的“Computer Visualization”；以下称为“参考文献1”)、表面数据(例如，参见参考文献1)的任意格式。
运动体状态信息获取单元2被构造为获取关于有关运动体状态的运动体状态信息，并能够根据需要按时序获取运动体状态信息。
这里，将运动体状态信息定义为关于有关运动体的、在动态范畴和静态范畴内的一条或多条信息，动态范畴内的信息例如为位置&姿态、速度、角速度、体应变、转向角、加速度、角加速度、驱动力、诸如制动器的制动力、驱动力传输系统的齿轮比、环境温度(例如，有关运动体内外的温度)和湿度(例如，有关运动体内外的湿度)、剩余燃料量、剩余电池容量；静态范畴内的信息例如为最大扭矩、车辆尺寸(例如，总长度、宽度和高度、最小离地距离和天线高度)、地面接触面积尺寸、重量、诸如ABS(防锁制动系统)的专用功能的有无、以及最小回转半径。上述静态信息可存储在存储器中。
安全运动使能空间计算单元3用于基于从环境三维信息获取单元1获得的环境三维信息和从运动体状态信息获取单元2获得的运动体状态信息，来计算安全运动使能空间，即其中假设有关运动体可安全运动的、具有有限范围的虚拟空间，该安全运动使能空间计算单元3包括下列单元中的一个或多个：用于计算有关运动体能够在其中运动的区域中的运动使能平面(即，对指定平面的投影)的单元；用于计算运动使能平面上的状态的单元；用于计算运动使能平面内允许有关运动体存在的区域的单元；以及用于针对运动使能平面、运动使能平面上的状态以及运动使能平面内允许有关运动体存在的区域中的至少任一个预测时间推移(transition)的单元。
这里，进一步来详细描述用于计算由安全运动使能空间计算单元3计算的安全运动使能空间的处理。
图2是例示了关于计算的处理的流程图。
首先，安全运动使能空间计算单元3基于环境三维信息获取单元1获取的环境三维信息生成平面数据(S1)。需要注意的是，平面数据可由三角片、矩形片等(其为通过大量平面分片(fragment)近似的三维空间内的体表面)来表示，或者通过利用曲率函数或利用NURB等的近似来表示。
接着，基于由运动体状态信息获取单元2获得的运动体状态信息，参考有关运动体的位置&姿态等，将有关运动体放入上述环境三维信息坐标系内，并预测与有关运动体的当前接触点(S2)。
接着，基于S1中生成的平面数据和S2中预测的接触点，通过跟踪从预测接触点延续的表面(包括平面或曲面，或两者)来评估表面的连续性，并提取推测有关运动体能在其中运动的运动使能平面(S3)。这样计算了运动使能平面，即有关运动体可运动于此的区域对指定平面的投影。
然后，基于上述运动体状态信息，参考有关运动体的尺寸等，并在已在S3中提取出的运动使能平面上提取可以设置有关运动体的空间(S4)。这样计算了运动使能平面内有关运动体可存在的区域。在S4中，如果有关运动体例如是车辆，则不提取关于有关车辆不能通过的隧道或道路的空间。
随后步骤是参考上述运动体状态信息，并在S4中提取的、有关运动体能置于其中的空间内提取有关运动体可在其中安全运动的安全运动使能空间(S5)。在步骤S5中，处理为参考上述有关运动体的运动体状态信息，例如，位置&姿态、速度、角速度、体应变、转向角、加速度、角加速度、驱动力、诸如制动器的制动力、驱动力传输系统的齿轮比、最大扭矩、诸如最小离地距离的车辆尺寸、重量、诸如ABS的专用功能的有无、最小回转半径等；计算允许安全运动或行驶的平面角、允许通过的突起等；通过指定阈值处理，在有关运动体可置于其中的空间内，判断并提取有关运动体可在其中安全运动的安全运动使能空间；等等。
通过图2所示的上述处理，安全运动使能空间计算单元3计算安全运动使能空间。
图3示出了表示直到计算安全运动使能空间的处理进度的多个方面的图像图，安全运动使能空间是由安全运动使能空间计算单元3来计算的。需要注意的是，图3例示了有关运动体是针对其计算安全运动使能空间的车辆的情况。
在图3中，帧A示出了环境三维信息获取单元1获取的环境三维信息，即，与在以指定有限范围包围有关运动体或关于其的假想运动轨迹的虚拟空间内的实际物体的状态相对应的环境三维信息。
帧B示出了基于帧A示出的环境三维信息在上述步骤S1中生成的平面数据。
帧C示出了已通过在上述步骤S2中的处理进行预测的与有关车辆的当前接触点4a和4b，上述处理例如为基于运动体状态信息获取单元2获取的运动体状态信息(即，关于有关车辆的状态信息)参考有关车辆的位置&姿态等，将有关车辆置于帧A示出的环境三维信息坐标系中；并且帧C还示出了推测有关车辆可在其中运动(即，可驾驶)的运动使能平面(驾驶使能平面)5，该运动使能平面5已通过上述步骤S3中的处理提取出来，上述处理例如为基于帧B中示出的接触点4a和4b以及平面数据来跟踪从接触点4a和4b延续的平面以评估平面的连续性，即，运动使能平面5为投影到指定平面表面上的允许有关车辆运动的区域。
帧D示出了在帧C所示的运动使能平面5上可将有关车辆置于其中的空间6a和6b，即其中有关车辆位于运动使能平面5内的区域6a和6b，该区域6a和6b已通过上述步骤S4中的处理提取出，该处理例如为基于上述运动体状态信息参考有关车辆的尺寸等；并且已通过上述步骤S5中的诸如参考上述运动体状态信息的处理，从空间6a和6b(有关车辆可置于其中)中提取出空间6a(即，允许有关车辆安全运动的安全运动使能空间)。
如上所述，本实施例被构造为通过执行图2所示的上述处理，来计算允许有关车辆安全运动的安全运动使能空间6a。
并且，如果安全运动使能空间计算单元3包括用于针对运动使能平面、运动使能平面上的状态以及运动使能平面内允许有关运动体存在的区域中的至少任一个预测时间推移的上述单元，则可以预测性地获取允许有关运动体安全运动的未来安全运动使能空间。
在这种情况下，使安全运动使能空间计算单元3能够基于已由环境三维信息获取单元1按时序获得的多条环境三维信息预测性地计算在预期稍后时间的环境三维信息，还基于已由运动体状态信息获取单元2按时序获得的多条运动体状态信息预测性地计算在预期稍后时间的运动体状态信息，并且基于预测性地计算的环境三维信息和运动体状态信息通过图2中示出的上述处理来预测性地计算在预期稍后时间的安全运动使能空间。
图4描述了根据按时序获得的多条环境三维信息而计算的在预期稍后时间的环境三维信息的示例。
参照图4，帧A是基于环境三维信息获取单元1在时钟时刻T1获得的环境三维信息的距离数据的水平剖面图，其中标号7表示环境三维信息的获取范围，而标号8和9a表示在时钟时刻T1时的距离数据。
另外，如果基于环境三维信息获取单元1获得的环境三维信息和运动体状态信息获取单元2获得的运动体状态信息计算出时钟时刻T1时的运动使能区，则标号10a(即，帧A中的阴影区)表示临时运动使能平面。
帧B是基于环境三维信息获取单元1在T1之后的时钟时刻T2时获得的环境三维信息的距离数据的水平剖面图，其中标号9b表示时钟时刻T2时的距离数据。
另外，如果基于环境三维信息获取单元1获得的环境三维信息和运动体状态信息获取单元2获得的运动体状态信息计算出时钟时刻T2时的运动使能区，则标号10b(即，帧B中的阴影区)表示临时运动使能平面。
并且帧C是基于环境三维信息获取单元1在T2之后的时钟时刻T3时获得的环境三维信息的距离数据的水平剖面图，其中标号9c表示时钟时刻T3时的距离数据。而标号9d表示未来时钟时刻T4时的距离数据，该距离数据是根据分别在时钟时刻T1、T2以及T3时的距离数据9a、9b以及9c而预测性地计算出的。
如上所述，安全运动使能空间计算单元3被构造为基于由环境三维信息获取单元1获得的在时钟时刻T1、T2以及T3时的各条环境三维信息，来预测性地计算在未来时钟时刻T4时的环境三维信息。
另外，如果基于环境三维信息获取单元1获得的环境三维信息和运动体状态信息获取单元2获得的运动体状态信息计算出时钟时刻T3时的运动使能区，则标号10c(即，帧C中的阴影区)表示临时运动使能平面。
并且安全运动使能空间计算单元3类似地基于由运动体状态信息获取单元2获得的在时钟时刻T1、T2以及T3时的各条运动体状态信息，来预测性地计算在未来时钟时刻T4时的运动体状态信息，并基于所预测的环境三维信息和运动体状态信息来计算安全运动使能空间，由此使得可以预测未来时钟时刻T4时的安全运动使能空间。
如上所述，根据第一结构的安全运动支持装置被构成为计算安全运动使能空间，由此使得能够获取保证关于运动体的运动或行驶的安全的空间，并支持运动体安全地运动或行驶。
接下来将说明根据本发明第二结构的安全运动支持装置。
图5是该安全运动支持装置的功能框图。
图5示出的安全运动支持装置是用于支持车辆等或另一运动体更安全地运动或行驶的装置，其包括环境三维信息获取单元1、运动体状态信息获取单元2、纹理获取单元11以及安全运动使能空间计算单元3’。
需要注意的是，环境三维信息获取单元1、运动体状态信息获取单元2、纹理获取单元11以及安全运动使能空间计算单元3’可以位于作为支持主体的运动体(以下称为“有关运动体”)内，或者上述单元中的一个或多个可装配到有关运动体外部。即，与根据第一结构的安全运动支持装置一样，该安全运动支持装置不仅可应用于安装在有关运动体(如车辆)上的系统，而且可应用于用于执行对运动体条件的外部识别、安全判断、必要控制等的系统(例如，监控摄像系统、交通控制系统等)中。
另外需要注意的是环境三维信息获取单元1和运动体状态信息获取单元2与图1中所示的相同，因此此处略去对其的说明。
设置纹理获取单元11以获取关于以指定有限范围包围有关运动体或关于其的假想运动轨迹的虚拟空间的纹理，并将纹理获取单元11构造为根据需要按时序获取用于表示纹理的数据。
这里，纹理获取单元11可以被构造为通过利用下列中的一个或多个元件来获取纹理：即可见光成像元件、红外光成像元件、高灵敏度成像元件、或高动态范围成像元件；或者从预先排列的多个候选中选择一个现有纹理，该纹理被判定为与通过利用前述元件获取的画面图像具有最高相关性。
与图1中示出的安全运动使能空间计算单元3一样，安全运动使能空间计算单元3’被设置为基于从环境三维信息获取单元1获得的环境三维信息、从运动体状态信息获取单元2获得的运动体状态信息以及从纹理获取单元11获得的纹理来计算安全运动使能空间(即，推测有关运动体可在其中安全运动的具有有限范围的虚拟空间)，该安全运动使能空间计算单元3’包括下列单元中的一个或多个：即，用于计算使有关运动体能够在其中运动的区域中的运动使能平面(即，对指定平面的投影)的单元；用于计算运动使能平面上的状态的单元；用于计算运动使能平面内允许有关运动体存在的区域的单元；以及用于针对运动使能平面、运动使能平面上的状态以及运动使能平面内允许有关运动体存在的区域中的至少任一个预测时间推移的单元。
这里，进一步来详细描述用于计算由安全运动使能空间计算单元3’计算的安全运动使能空间的处理。
图6是例示了关于计算的处理的流程图。
参照图6，步骤S1到S4中的处理与图2中示出的步骤S1到S4中的相同，因此此处略去对其的详细说明。
安全运动使能空间计算单元3’基于环境三维信息生成平面数据(S1)，预测与有关运动体的当前接触点(S2)，提取推测有关运动体可在其中运动的运动使能平面(S3)，接着在运动使能平面上提取有关运动体可置于其中的空间(S4)，并且在运动使能平面上提取推测有关运动体可在其中安全运动的安全运动使能平面(S6)。
这里，步骤S6中的安全运动使能平面是通过以下步骤来提取的，即根据已在步骤S3中提取出的运动使能平面和用于表示纹理获取单元11通过所谓的纹理分析(例如，参见参考文献1)等已获得的纹理的数据，来计算运动使能平面上的状态(例如，冻结、潮湿、材料(如柏油、砾石、泥土、混凝土)以及温度)，并且在运动使能平面内提取推测有关运动体可在其中安全运动的安全运动使能平面。
需要注意的是，可以并行地或串行地执行步骤S4和S6中的处理，并且在串行处理的情况下顺序并不重要。
步骤S4和S6中的处理结束后，接着是根据运动体状态信息获取单元2获得的运动体状态信息、在步骤S4中提取出的允许放置有关运动体的空间，以及在步骤S6中提取出的推测允许有关运动体安全运动的安全运动使能平面，提取推测有关运动体可在其中安全运动的安全运动使能空间(S7)。
安全运动使能空间计算单元3’通过图6中示出的处理来计算安全运动使能空间。
图7示出了表示直到计算安全运动使能空间的处理进度的多个方面的图像图，安全运动使能空间是由安全运动使能空间计算单元3’来计算的。需要注意的是，图7例示了有关运动体是针对其计算安全运动使能平面的车辆的情况。
参照图7，标号13示出了表示纹理获取单元11获取的纹理的数据。
标号14示出了环境三维信息获取单元1获取的环境三维信息。
标号15示出了推测允许有关车辆运动(即，行驶)的运动使能平面(即，行驶使能平面)，该运动使能平面是基于环境三维信息14，通过上述步骤S1到S3中的处理提取出来的。
标号16示出了冻结区，即运动使能平面15上的一种状态，其是通过步骤S6中的处理基于运动使能平面15和表示纹理的数据13而获得取的
标号17示出了在运动使能平面15内推测允许有关车辆安全运动的安全运动使能平面，该安全运动使能平面是依据步骤S6中的上述处理提取出的。
如此，根据本实施例，图6中示出的上述处理计算了推测允许有关车辆安全运动的安全运动使能平面，由此使得可以基于安全运动使能平面17、从运动体状态信息获取单元2获得的运动体状态信息(即，关于有关车辆的状态的信息)以及由上述步骤S4中的处理所提取的允许有关车辆放置的空间，来提取允许有关车辆安全运动的安全运动使能空间。
同时，如果安全运动使能空间计算单元3’包括用于针对运动使能平面、运动使能平面上的状态以及运动使能平面内允许有关运动体存在的区域中的至少任一个预测时间推移的单元，则可以预测性地计算允许有关运动体安全运动的未来安全运动使能空间。
在这种情况下，使安全运动使能空间计算单元3’能够基于已由环境三维信息获取单元1按时序获得的多条环境三维信息预测性地计算在预期稍后时间的环境三维信息，还能够基于已由运动体状态信息获取单元2按时序获得的多条运动体状态信息预测性地计算在预期稍后时间的运动体状态信息，还能够基于表示已由纹理获取单元11按时序获得的纹理的多条数据预测性地计算表示在预期稍后时间的纹理的数据，由此能够基于预测性地计算的环境三维信息、运动体状态信息以及纹理通过图6中示出的上述处理来预测性地计算在预期稍后时间的安全运动使能空间。
如到目前所述，根据第二结构的安全运动支持装置被构成为进一步考虑针对运动体的运动使能平面或行驶使能平面的状态，由此使得能够获取保证提高关于运动体的运动或行驶的安全的空间，并使得能够支持运动体更安全地运动或行驶。
接下来将说明根据本发明第三结构的安全运动支持装置。
图8是该安全运动支持装置的功能框图。
图8示出的安全运动支持装置是进一步包括稳定运动路径计算单元18的图5中示出的上述安全运动支持装置。
需要注意的是，环境三维信息获取单元1、运动体状态信息获取单元2、纹理获取单元11、安全运动使能空间计算单元3’以及稳定运动路径计算单元18可以位于作为支持主体的运动体(以下称为“有关运动体”)内，或者上述单元中的一个或多个可置于有关运动体外部。
环境三维信息获取单元1、运动体状态信息获取单元2、纹理获取单元11以及安全运动使能空间计算单元3’分别与图5中示出的相同，因此这里将略去对其的说明。
稳定运动路径计算单元18被构造为基于表示从安全运动使能空间计算单元3’获得的安全运动使能空间的信息和从运动体状态信息获取单元2获得的运动体状态信息，计算推测允许有关运动体安全运动的路径。
例如，稳定运动路径计算单元18参考运动体状态信息中的速度、加速度、角加速度、尺寸等，并从计算出的一个或多个安全运动使能空间中检索符合指定标准的最佳路径，由此计算推测允许有关运动体稳定运动的路径。
这里，指定标准包括对加速度或角加速度沿路径的积分最小，有关运动体与安全运动使能空间的边界间的最小距离最大(即，尽可能远离障碍物)，运动使能平面的不规则度较小，等等。
需要注意的是，可通过常规数学公式表示的以及通用的标准来应用这些用于优化的标准。
根据第三结构的安全运动支持装置被构成为，在计算了多个安全运动使能空间，即计算了推测保证一定水平的安全的多条路径时，获取最佳路径。
接下来将说明根据本发明第四结构的安全运动支持装置。
图9是该安全运动支持装置的功能框图。
图9示出的安全运动支持装置是进一步包括运动体控制单元19的图8中示出的上述安全运动支持装置。
环境三维信息获取单元1、运动体状态信息获取单元2、纹理获取单元11、安全运动使能空间计算单元3’以及稳定运动路径计算单元18与图8中示出的相同，因此这里将略去对其的说明。
运动体控制单元19被构造为控制有关运动体，以使其沿稳定运动路径计算单元18所计算的、推定允许有关运动体稳定地运动的路径运动。这里的控制是在参考运动体状态信息获取单元2获取的运动体状态信息作为反馈信息的同时，使得有关运动体能够沿稳定运动路径计算单元18所计算的路径运动。
另外，传统上已经提出了各种方法，用于控制运动体沿指定路径运动。
由此根据第四结构的安全运动支持装置被构成为能够在保证安全的同时积极支持运动体运动。
接下来说明根据本发明第五结构的安全运动支持装置。
图10是该安全运动支持装置的功能框图。
图10中示出的安全运动支持装置是进一步包括稳定运动路径计算单元18’的图1中示出的上述安全运动支持装置。
需要注意的是，环境三维信息获取单元1、运动体状态信息获取单元2、安全运动使能空间计算单元3以及稳定运动路径计算单元18’可以位于作为支持主体的运动体(以下称为“有关运动体”)内，或者上述单元中的一个或多个可置于有关运动体外部。
环境三维信息获取单元1、运动体状态信息获取单元2、以及安全运动使能空间获取单元3与图1中示出的相同，因此这里将略去对其的说明。
稳定运动路径计算单元18’被构造为基于表示从安全运动使能空间计算单元3获得的安全运动使能空间的信息和从运动体状态信息获取单元2获得的运动体状态信息，计算推测允许有关运动体稳定运动的路径，并执行与上述稳定运动路径计算单元18(例如，参见图8)相同的其它功能。
由此根据第五结构的安全运动支持装置被构造为能够获得与根据上述第三结构的装置相同的效果。
下面将说明根据本发明第六结构的安全运动支持装置。
图11是该安全运动支持装置的功能框图。
图11中示出的安全运动支持装置是进一步包括运动体控制单元19’的图10中示出的上述安全运动支持装置。
环境三维信息获取单元1、运动体状态信息获取单元2、安全运动使能空间计算单元3以及稳定运动路径计算单元18’分别与图10中示出的相同，因此这里将略去对其的说明。
运动体控制单元19’被构造为控制有关运动体，以使其沿稳定运动路径计算单元18’所计算的、推测允许有关运动体稳定地运动的路径运动，并且具有与上述运动体控制单元19(参见图9)相同的其它功能。
由此根据第六结构的安全运动支持装置被构成为能够获得与根据上述第四结构的装置相同的效果。
这里，对当将根据第五结构(或者也可以是第一结构和第四结构)的安全运动支持装置装配到实际车辆上时的系统的具体示例进行说明。
图12示出了这种系统的构成。
该系统包括立体摄像机23(包括稍后描述的立体适配器21和成像装置22)、处理装置24、控制装置25、输入装置26、告警装置27、驾驶装置28、显示装置29、车速传感器30、距离测量雷达31、光强传感器32、外部摄像机33、GPS 34、VICS 35、外部通信装置36、立体摄像机支承装置37、摄像机姿态传感器38、以及车辆姿态传感器39。VICS是车辆信息及通信系统的缩写，该系统是用于传输道路交通信息(例如已在VICS中心编辑并处理过的交通拥堵和交通控制)并通过车载装置(例如通过字符和图像的汽车导航)进行显示的系统。同时，立体摄像机支承装置37装备有立体摄像机连接装置40和支承控制装置41。
这里要注意的是，立体摄像机23和处理装置24构成与环境三维信息获取单元1相对应的构件，而车速传感器30、距离测量雷达31、光强传感器32、车辆姿态传感器39以及控制装置25构成与运动体状态信息获取单元2相对应的构件。并且控制装置25还构成与安全运动使能空间计算单元3、稳定运动路径计算单元18’以及运动体控制单元19’相对应的构件。
如图13所示，安装在诸如摄像机的成像装置22内的成像光学系统22A前面的立体适配器21被用于在成像元件22B上形成视差图像43，并装配有一光学系统(即，镜21B-1和21B-2)，该光学系统通过彼此之间分开预定距离的两个光接收单元(即，镜21A-1和21A-2)接收来自同一被摄主体44的光，将各接收光引入成像装置22的成像光学系统22A中。
包括立体适配器21和成像装置22(或除此之外的处理装置24)的立体摄像机23被构造为在由立体摄像机支承装置37支承的同时能够在各个方向进行拍摄。
如图14示出的图A、B、C、D所示，立体摄像机23可被安装在车辆42内外的任意位置(即，阴影区)上。在将其装配到车辆42外部的情况下，可以装配在遮光板、立柱、头灯等上，由此使得能够对车辆外的景象进行成像。另外，可在装配在车辆42内部的情况下装配立体摄像机23，并可将其装配到仪表盘、后视镜等上。
处理装置24基于成像装置22通过立体适配器21拍摄的图像，执行三维重构等，并由此获得环境三维信息。
内部包括例如CPU(中央处理单元)和存储关于车辆的控制程序、规范数据等的存储器的控制装置25，用于通过CPU读出控制程序并执行控制程序来全面控制本系统。
控制装置25执行诸如上述步骤S1到S5中的处理的处理，即，从立体摄像机23和处理装置24获得的环境三维信息和关于有关车辆的状态信息(即，运动体状态信息)中提取允许有关车辆安全运动的安全运动使能空间，有关车辆的状态信息例如为，车速传感器30检测到的速度、车辆姿态传感器39检测到的有关车辆的位置&姿态、以及可从上述规范数据中得到的有关车辆的尺寸数据；接着，基于表示安全运动使能空间的信息和关于有关车辆的上述状态信息计算推测允许有关车辆稳定地运动的路径；接着，控制驾驶装置28以使得有关车辆可沿路径运动等。另外，在这种情况下，该构成使得所提取的安全运动使能空间和/或所计算的路径能根据需要显示在显示装置29上。依据基于上述环境三维信息和已由上述车速传感器30检测到的关于有关车辆速度的信息对距离信息的分析，控制装置25还能够在需要时令告警装置27启动告警和/或控制驾驶装置28以迫使驾驶者安全驾驶。这里，告警装置27用于警告驾驶者，其包括声音装置27A和振动装置27B，前者利用从扬声器等发出的声音，而后者利用驾驶者座椅中的振动。
并且输入装置26能够通过利用诸如远程控制器的输入设备来指示控制装置25，由此改变模式等。
并且构成立体摄像机支承装置37的立体摄像机连接装置40将立体摄像机23组装并支承到车辆42上。同时，构成立体摄像机支承装置37的支承控制装置41将信号输出到立体摄像机连接装置40，以便控制立体摄像机23的拍摄方向。
并且车辆姿态传感器39如上所述检测车辆的姿态或位置，以及其相对于道路的倾角。支承控制装置41控制立体摄像机23的成像范围，即，基于车辆姿态传感器39检测到的值、处理装置24处理的图像信息以及来自GPS 34的信息来确定成像的视场。即，如果由于车辆倾斜导致成像视场从右范围偏移，则将控制信号输出至立体摄像机连接装置40，以促使将成像视场校正到右范围。在这种情况下，支承控制装置41基于摄像机姿态传感器38(即，用于检测摄像机的姿态或位置的传感器)检测到的输出值算出摄像机的当前状态，并生成控制信号。然后，立体摄像机连接装置40基于该控制信号驱动内置调整机构来将立体摄像机23设定到希望的方向上。
另外，通过控制装置25将上述控制所必需的各种信息和检测信号输入到支承控制装置41。然而，需要注意的是，实施例并不限于此，而是可采用如下结构，即可以使得支承控制装置41直接接收控制所需的各种信息和检测信号，或者另选地，控制装置25和支承控制装置41适当共享这些功能以分别接收控制所需的各种信息和检测信号。
同时，在本系统中，可以设置与环境三维信息获取单元1相对应的构件，来获取关于处于相对运动(即，朝向或远离水平面上的静止构件(如监控摄像机)运动)中的运动体的环境三维信息。另选地，与环境三维信息获取单元1、运动体状态信息获取单元2以及安全运动使能空间计算单元3相对应的一个或多个构件可被构造为装配到车辆外部，在这种情况下，将通过外部通信装置36执行与安装在外部的组件的数据交换。
尽管已经详细说明了根据本发明的安全运动支持装置及其相关方法，但上述实施例并非限制本发明，另外，不言自明，可以在本发明范围内进行各种改进和修改。
本发明能够提供一种安全运动支持装置及其相关方法，用于通过清晰且直接地示出本身保证关于运动的安全的路径或驾驶运动体，在保证运动安全的同时，实现积极支持运动体运动的功能；并且能够提供一种安全运动支持装置及其相关方法，用于通过在计算出推测保证安全的多条路径时在该多条路径中识别并示出最佳路径，来实现积极支持运动或驾驶的功能。

Claims (19)

1、一种安全运动支持装置，包括：
环境三维信息获取单元，用于获取与在以指定有限范围包围运动体或关于运动体的假想运动轨迹的虚拟空间内的实际物体的状态相对应的环境三维信息；
运动体状态信息获取单元，用于获取关于运动体的状态的运动体状态信息；以及
安全运动使能空间计算单元，用于基于从环境三维信息获取单元获得的环境三维信息和从运动体状态信息获取单元获得的运动体状态信息，来计算安全运动使能空间，该安全运动使能空间为推测运动体可在其中安全运动的具有有限范围的虚拟空间。
2、一种安全运动支持装置，包括：
环境三维信息获取单元，用于获取与在以指定有限范围包围运动体或关于运动体的假想运动轨迹的虚拟空间内的实际物体的状态相对应的环境三维信息；
纹理获取单元，用于获取关于虚拟空间的纹理；
运动体状态信息获取单元，用于获取关于运动体的状态的运动体状态信息；以及
安全运动使能空间计算单元，用于基于从环境三维信息获取单元获得的环境三维信息、从运动体状态信息获取单元获得的运动体状态信息、以及从纹理获取单元获得的纹理，来计算安全运动使能空间，该安全运动使能空间为推测运动体可在其中安全运动的具有有限范围的虚拟空间。
3、一种安全运动支持装置，包括：
环境三维信息获取单元，用于获取与在以指定有限范围包围运动体或关于运动体的假想运动轨迹的虚拟空间内的实际物体的状态相对应的环境三维信息；
纹理获取单元，用于获取关于虚拟空间的纹理；
运动体状态信息获取单元，用于获取关于运动体的状态的运动体状态信息；
安全运动使能空间计算单元，用于基于从环境三维信息获取单元获得的环境三维信息、从运动体状态信息获取单元获得的运动体状态信息、以及从纹理获取单元获得的纹理，来计算安全运动使能空间，该安全运动使能空间为推测运动体可在其中安全运动的具有有限范围的虚拟空间；以及
稳定运动路径计算单元，用于基于表示从安全运动使能空间计算单元获得的安全运动使能空间的信息和从运动体状态信息获取单元获得的运动体状态信息，来计算推测运动体可在其上稳定运动的路径。
4、根据权利要求3所述的安全运动支持装置，进一步包括：
运动体控制单元，用于进行控制以使得运动体能够沿推测运动体可在其上稳定运动的路径运动，并且该路径是由稳定运动路径计算单元计算出的。
5、根据权利要求2所述的安全运动支持装置，其中
所述纹理获取单元被构造为按时序获取表示纹理的多条数据。
6、根据权利要求2所述的安全运动支持装置，其中
所述纹理获取单元被构造为通过利用下列元件中的一个或多个来获取纹理，这些元件例如为可见光成像元件、红外光成像元件、高灵敏度成像元件、或高动态范围成像元件。
7、根据权利要求1所述的安全运动支持装置，其中
所述环境三维信息获取单元被构造为按时序获取多条环境三维信息。
8、根据权利要求1所述的安全运动支持装置，其中
所述环境三维信息获取单元被构造为通过利用如下系统中的一个或多个来获取环境三维信息，这些系统例如为飞行时间系统、利用立体摄像机的系统、根据运动成形的系统、利用图案投影方法的系统、或利用GPS和地图信息的系统。
9、根据权利要求1所述的安全运动支持装置，其中
所述运动体状态信息获取单元被构造为按时序获取多条运动体状态信息。
10、根据权利要求1所述的安全运动支持装置，其中
所述运动体状态信息获取单元被构造为获取关于以下信息中的一条或多条的运动体状态信息，这些信息例如为关于运动体的位置和姿态、速度、角速度、体应变、转向角、加速度、角加速度、驱动力、制动力、驱动力传输系统的齿轮比、环境温度和湿度、剩余燃料量、剩余电池容量、最大扭矩、车辆尺寸和重量、专用功能的有无、以及最小回转半径。
11、根据权利要求1所述的安全运动支持装置，其中
所述安全运动使能空间计算单元包括如下单元中的一个或者多个，这些单元例如为：用于计算使得运动体能够在其中运动的区域中的运动使能平面的单元，该运动使能平面为对指定平面的投影；用于计算运动使能平面上的状态的单元；用于计算运动使能平面内允许运动体存在的区域的单元；或者用于针对运动使能平面、运动使能平面上的状态以及运动使能平面内允许运动体存在的区域中的至少任一个预测时间推移的单元。
12、根据权利要求1所述的安全运动支持装置，其中
车辆适合于运动体。
13、根据权利要求1所述的安全运动支持装置，其中
环境三维信息获取单元、运动体状态信息获取单元以及安全运动使能空间计算单元中的一个或多个安装在运动体的外部。
14、根据权利要求2所述的安全运动支持装置，其中
环境三维信息获取单元、纹理获取单元、运动体状态信息获取单元以及安全运动使能空间计算单元中的一个或多个安装在运动体的外部。
15、根据权利要求3所述的安全运动支持装置，其中
环境三维信息获取单元、纹理获取单元、运动体状态信息获取单元、安全运动使能空间计算单元以及稳定运动路径计算单元中的一个或多个安装在运动体的外部。
16、一种安全运动支持方法，包括以下处理：
获得与在以指定有限范围包围运动体或关于运动体的假想运动轨迹的虚拟空间内的实际物体的状态相对应的环境三维信息，和关于运动体的状态的运动体状态信息；以及
基于环境三维信息和运动体状态信息，计算安全运动使能空间，该安全运动使能空间为推测运动体可在其中安全运动的具有有限范围的虚拟空间。
17、一种安全运动支持方法，包括以下处理：
获得与在以指定有限范围包围运动体或关于运动体的假想运动轨迹的虚拟空间内的实际物体的状态相对应的环境三维信息、关于虚拟空间的纹理，以及关于运动体的状态的运动体状态信息；以及
基于环境三维信息、运动体状态信息以及纹理，计算安全运动使能空间，该安全运动使能空间为推测运动体可在其中安全运动的具有有限范围的虚拟空间。
18、一种安全运动支持方法，包括以下处理：
获得与在以指定有限范围包围运动体或关于运动体的假想运动轨迹的虚拟空间内的实际物体的状态相对应的环境三维信息、关于虚拟空间的纹理，以及关于运动体的状态的运动体状态信息；
基于环境三维信息、运动体状态信息以及纹理，计算安全运动使能空间，该安全运动使能空间为推测运动体可在其中安全运动的具有有限范围的虚拟空间；以及
基于表示安全运动使能空间的信息和运动体状态信息，来计算推测运动体可在其上稳定运动的路径。
19、根据权利要求18所述的安全运动支持方法，进一步包括进行控制以使得运动体能够沿所述路径运动的处理。
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