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HINTERGRUND
DER ERFINDUNG
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Die
vorliegende Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Bestimmung des
Bewegungszustandes eines Kraftfahrzeugs, die bestimmen kann, ob
beispielsweise ein Wachzustand eines Fahrers während des Fahrens so beeinträchtig ist
oder nicht, dass der Fahrer am Steuer einschläft.
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In
den vergangenen Jahren hat sich mit der Entwicklung eines Straßennetzes
und einer Zunahme der Erholungsstunden eine steigende Zahl an Möglichkeiten
zum Fahren eines Automobils ergeben. Der Fahrer soll während des
Fahrens stets physisch und mental stabil sein. Jedoch kann der Fahrer ein
Automobil steuern, obwohl er bzw. sie sich bezüglich seiner bzw. ihrer schlechten
physischen Verfassung bewusst ist. In diesem Fall nimmt während eines
langen kontinuierlichen Fahrens die Müdigkeit des Fahrers bzw. der
Fahrerin zu und seine bzw. ihre Konzentration nimmt ab. Folglich
kann der Wachzustand des Fahrers beeinträchtigt sein, und der Fahrer kann
schläfrig
werden.
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Um
dies zu vermeiden, wird ein Fahrzeug mit einer Kamera bereitgestellt,
die ein vorderes Bild aufnimmt, das die Erkennung von weißen Linien
auf Straßen
ermöglicht,
um zu bestimmen, ob das Kraftfahrzeug gemäß einer Zickzack-Linie fährt oder
nicht. Dieses System bestimmt somit, ob der Fahrer am Steuer einschläft oder
nicht. Wenn das Ergebnis der Bestimmung positiv ist, gibt das System
eine Warnung aus (beispielsweise Japanisches Patent Nr. 3039327).
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Diese
Technik erkennt weiße
Linien an den einander gegenüberliegenden
Seiten einer Straße.
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Somit
ist es, wenn weiße
Linien, die im Fall einer schneebedeckten Straße nicht leicht zu sehen sind,
unmöglich,
zu bestimmen, ob das Fahrzeug gemäß einer Zickzack-Linie fährt oder
nicht.
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KURZE ZUSAMMENFASSUNG
DER ERFINDUNG
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Der
vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Vorrichtung
zur Bestimmung des Bewegungszustandes eines Kraftfahrzeugs bereitzustellen,
die, auch wenn, wie im Fall einer schneebedeckten Straße, weiße Linien
nicht leicht zu sehen sind, bestimmen kann, ob sich ein Fahrzeug
gemäß einer
Zickzack-Linie bewegt oder nicht.
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Gemäß einem
Aspekt der vorliegenden Erfindung wird eine Vorrichtung zur Bestimmung
eines Bewegungszustandes eines Fahrzeugs bereitgestellt, umfassend:
eine
Kamera, die ein Bild einer Straßenfläche in einer Richtung
aufnimmt, in die sich das Fahrzeug bewegt; und
einen Zickzackzustandsdetektionsabschnitt
zur Bestimmung eines Zickzack-Betrags auf der Grundlage des Bildes
der Straßenfläche, das
unter Verwendung der Kamera aufgenommen wurde,
wobei der Zickzackzustandsdetektionsabschnitt
besteht aus:
einem Bestimmungsabschnitt für weiße Linien, der ausgelegt ist,
um Bereiche der Straßenfläche zu ermitteln,
die ähnlich
weißen
Linien sind;
einem Positionsbestimmungsabschnitt für weiße Linien,
der ausgelegt ist, um als weiße
Linien bestimmte Positionen in lateraler Richtung bezüglich einer Mitte
des Straßenflächenbildes
zu detektieren;
einem Näherungsabschnitt,
der ausgelegt ist, um die mittels des Detektionsabschnitts ermittelten
und als weiße
Linien bestimmten Positionen unter Verwendung einer geraden Linie,
die sich in Richtung eines Nullpunktes erstreckt, anzunähern;
einem
Berechnungs- und Bestimmungsabschnitt für einen linksseitigen Zickzackbetrag,
der ausgelegt ist, um einen Zickzackbetrag an einer linken Begrenzung auf
Grundlage der linken geraden Linie zu berechnen, die mittels des
Näherungsabschnitts
angenähert
wurde;
einem Bestimmungsabschnitt für einen rechtsseitigen Zickzackbetrag,
der ausgelegt ist, um einen Zickzackbetrag an einer rechten Begrenzung
auf Grundlage der rechten geraden Linie zu berechnen, die mittels
des Näherungsabschnitts
angenähert
wurde; und
einem Berechnungsabschnitt zur Berechnung eines gemittelten
Zickzackbetrags des Fahrzeugs auf Grundlage der Ergebnisse der Berechnungen
durch den Berechnungsabschnitt für
den linksseitigen Zickzackbetrag und den Berechnungsabschnitt für den rechtsseitigen
Zickzackbetrag.
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Weitere
Gegenstände
und Vorteile der Erfindung sind in der nachfolgenden Beschreibung
dargestellt und ergeben sich teilweise aus der Beschreibung oder
werden durch Anwendung der Erfindung erkannt. Die Gegenstände und
Vorteile der Erfindung können
mittels der Einrichtungen und Kombinationen, die insbesondere nachstehend
ausgeführt
sind, realisiert und erreicht werden.
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KURZBESCHREIBUNG
DER VERSCHIEDENEN FIGUREN DER ZEICHNUNG
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Die
beiliegenden Figuren, auf die in der Beschreibung Bezug genommen
wird und die einen Teil derselben bilden, zeigen Ausführungsformen
der Erfindung und dienen zusammen mit der obigen, allgemeinen Beschreibung
und der unten ausgeführten ausführlichen
Beschreibung der Ausführungsformen zur
Erläuterung
der Grundsätze
der Erfindung.
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1 zeigt
ein Blockschaubild, das eine Vorrichtung zur Bestimmung eines Fahrzeugbewegungszustandes
nach einer Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung darstellt;
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2 zeigt
eine Ansicht, die darstellt, wo eine Kamera bei der Vorrichtung
zur Bestimmung des Fahrzeugbewegungszustandes nach der Ausführungsform
befestigt ist;
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3 zeigt
ein Flussdiagramm, das Funktionen der Ausführungsform erläutert;
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4 zeigt
eine Ansicht, die ein bezüglich
eines Fahrzeugs nach vorne gerichtetes Bild darstellt, das unter
Verwendung der an dem Fahrzeug befestigten Kamera aufgenommen ist;
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5 zeigt
eine Ansicht, die das bezüglich eines
Fahrzeugs nach vorne gerichtete Bild darstellt, das unter Verwendung
der an dem Fahrzeug befestigten Kamera aufgenommen ist, wobei eine
Zickzackrate auf Grundlage des Bildes bestimmt wird;
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6 zeigt
eine Ansicht, die die Position einer Linie darstellt, die mittels
der Bewegungszustandsbestimmungsvorrichtung nach der Ausführungsform
erfasst wird;
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7 zeigt
eine Ansicht, die eine gerade Linie darstellt, die sich gemäß der Ausführungsform
in Richtung eines Nullpunktes erstreckt; und
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8 zeigt
eine Ansicht, die eine rechte Begrenzungslinie und eine linke Begrenzungslinie
gemäß der Ausführungsform
darstellt.
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DETALLIERTE
BESCHREIBUNG DER ERFINDUNG
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Eine
Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung wird unter Bezugnahme auf die Zeichnung beschrieben. 1 zeigt
ein Blockschaubild, das eine Vorrichtung zur Bestimmung eines Bewegungszustandes
eines Fahrzeugs darstellt. In der Figur bezeichnet die Bezugsziffer 11 eine
CCD-Kamera. Ein Bild einer Straßenfläche vor
einem Fahrzeug wird unter Verwendung der Kamera aufgenommen. Das
Bild wird dann an eine Bildverarbeitungsvorrichtung 12 übergeben.
Die Bildverarbeitungsvorrichtung 12 umfasst einen Bildverarbeitungsabschnitt 12a,
der das unter Verwendung der Kamera 11 aufgenommene Bild
verarbeitet, und einen Bilddatenspeicherabschnitt 12b,
der Bilddaten speichert, die mittels des Bildverarbeitungsabschnitts 12a aufbereitet
wurden.
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Die
Bildverarbeitungsvorrichtung 12 ist mit einem Steuerabschnitt 13 verbunden.
Der Steuerabschnitt 13 besteht im Wesentlichen aus einem
Mikroprozessor und umfasst eine Zickzackratenbestimmungseinrichtung 14.
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Die
Kamera 11 ist beispielsweise an der Oberseite eines Führerhauses
des Fahrzeugs in der Mitte befestigt, wie in 2 dargestellt.
Die Kamera 11 nimmt eine Straßenfläche 1 vor dem Fahrzeug
in dessen Bewegungsrichtung auf. 4 zeigt
ein Bild.
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Bezug
nehmend auf das Flussdiagramm nach 3 wird eine
Beschreibung von Funktionen einer Ausführungsform der vorliegenden
Erfindung angegeben, die wie oben beschrieben ausgelegt ist. Zunächst wird
ein Bild der Straßenfläche, das
unter Verwendung der Kamera 11 aufge nommen ist, an die Bildverarbeitungsvorrichtung 12 übergeben.
Das Bild der Straßenfläche wird
verarbeitet und dann in dem Bilddatenspeicherabschnitt 12b abgespeichert (Schritt
S1). Unten beschriebene Funktionen werden ausgeführt zur Speicherung des Bildes
in dem Bilddatenspeicherabschnitt 12b. Bei der vorliegenden Ausführungsform
befindet sich an der linken Seite einer Straßenfläche auf einem Seitenstreifen
der Straße
Schnee 2. Eine undeutliche weiße Linie 3 befindet sich
an der rechten Seite der Straßenfläche 1.
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Zunächst wird
an einer CCD ein mittels der Kamera 11 geladenes Bild der
Straßenfläche erkannt.
Gemäß der vorliegenden
Ausführungsform hat
die CCD eine Größe von 512 × 512 Pixel.
Die horizontale Richtung der CCD ist als X-Achsenrichtung definiert.
Die vertikale Richtung der CCD ist als Y-Richtung definiert. Dann
wird eine Berechnung eines Grauwertes für jede Gruppe von Pixeln durchgeführt, die
in der X-Achsenrichtung angeordnet sind (horizontale Pixelgruppe).
Diese Berechnung wird für jede
der horizontalen Pixelgruppen durchgeführt, die in Y-Achsenrichtung aneinandergereiht
sind. In der unten angegebenen Beschreibung werden die Pixelgruppen,
die in der X-Achsenrichtung angeordnet sind, als Linien y1, y2 und
y3 bezeichnet.
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Der
Grauwert beträgt
für Weiß "0" und für Schwarz "255".
Für Zwischenfarben
wird der Grauwert in Abhängigkeit
von deren Dichte bestimmt. Beispielsweise ist die Straßenfläche 1 schwärzlicher
als der Schnee 2 auf dem Seitenstreifen und als die undeutliche
weiße
Linie 3. Demgemäß hat die
Straßenfläche 1 einen
größeren Grauwert
als der Schnee 3 auf dem Seitenstreifen und als die undeutliche
weiße Linie 3.
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Dann
wird eine Kante in der X-Achsenrichtung ausgehend von dem gewonnenen
Grauwert berechnet. Die Kante ist als Differenzialwert des berechneten
Grauwertes definiert. Die Kante wird an einer Stelle ermittelt,
an der sich der Farbton ändert.
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Dann
wird eine Berechnung des Absolutwertes (Grauwertniveau) des Grauwertes
für die
Stelle durchgeführt,
an der eine Kante aufgetreten ist. Der gewonnene Absolutwert wird
für jede
Steuerperiode in einem zuvor festgelegten Speicher abgespeichert. Auf
diese Weise wird ein aufgenommenes Bild der Kantenverarbeitung unterzogen,
und das verarbeitete Bild wird in dem Bilddatenspeicherabschnitt
abgespeichert.
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Dann
wird das Augenmerk auf die untere Hälfte des Bildes der Straßenfläche gerichtet,
das in dem Bilddatenspeicherabschnitt 12b abgespeichert ist,
wie in 5 dargestellt (Schritt S2). In diesem Fall wird
Schritt S2 ausgeführt,
d.h., das Augenmerk wird auf die untere Hälfte des Bildes der Straßenfläche gerichtet,
da ein Teil des Bildes der Straßenfläche, der
näher bei
dem Betrachter liegt, eine höhere Bildauflösung hat
und somit eine genaue Zickzackbestimmung ermöglicht.
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Dann
werden Bereiche, die weißen
Linien ähnlich
sind, auf der Grundlage der Differenzialwerte der Grauwerte für die Linien
y1, y2 und y3 bestimmt, die in Schritt S1 berechnet wurden (Bestimmungseinrichtung
für weiße Linien).
Der Farbton ändert
sich an dem Übergang
zwischen dem Schnee 2 auf dem Seitenstreifen und der Straßenfläche 1 und
an dem Übergang
zwischen der undeutlichen weißen
Linie 3 und der Straßenfläche. Folglich
werden diese Bereiche als Bereiche erfasst, die weißen Linien ähnlich sind.
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Dann
werden die Positionen, die als weißen Linien ähnliche Bereiche ermittelt
wurden, in einer lateralen Richtung bezüglich der Mitte des zu prüfenden Bildes
erfasst (Schritt S3) (Detektionseinrichtung für weiße Linien). Wenn beispielsweise
die Mittelposition des zu prüfenden
Bildes als X0 definiert ist, detektiert die Vorrichtung die Ortskoordinaten
für die weißen Linien ähnlichen
Bereiche, die mittels der Bestimmungseinrichtung für weiße Linien
ermittelt wurden. Beispielsweise sind (a1, y1) die ermittelten Ortskoordinaten
für den Übergang
zwischen dem Schnee 2 auf dem Seitenstreifen und der Straßenfläche auf
der Linie y1. (b1, y1) sind die ermittelten Ortskoordinaten für den Übergang
zwischen der undeutlichen weißen
Linie 3 und der Straßenfläche auf der
Linie y1. Entsprechend sind (a2, y2) die ermittelten Ortskoordinaten
für den Übergang
zwischen dem Schnee 2 auf dem Seitenstreifen und der Straßenfläche auf
der Linie y2. (b2, y2) sind die ermittelten Ortskoordinaten für den Übergang
zwischen der undeutlichen weißen
Linie 3 und der Straßenfläche auf der
Linie y2. In ähnlicher
Weise sind (a3, y3), ... die ermittelten Ortskoordinaten für den Übergang
zwischen dem Schnee 2 auf dem Seitenstreifen und der Straßenfläche auf
der Linie y3, ..., (b3, y3), ... sind die ermittelten Ortskoordinaten
für den Übergang
zwischen der undeutlichen weißen
Linie 3 und der Straßenfläche auf
der Linie y3, ....
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Dann
wird Folgendes unter Verwendung eines Verfahrens der kleinsten Quadrate
oder dergleichen bestimmt (Schritt S4) (Näherungseinrichtung): eine gerade
Linie L1 (8) (bezeichnet als linke angenäherte gerade
Linie), die die Ortskoordinaten (a1, y1), (a2, y2), (a3, y3), ...,
die den Übergang
zwischen dem Schnee 2 auf dem Seitenstreifen und der Straßenfläche angeben,
miteinander verbindet und die sich zu einem Nullpunkt D erstreckt,
und eine gerade Linie L2 (8) (bezeichnet
als linke angenäherte gerade
Linie), die die Ortskoordinaten (b1, y1), (b2, y2), (b3, y3), ...,
die den Übergang
zwischen der undeutlichen weißen
Linie 3 und der Straßenfläche angeben,
miteinander verbindet und die sich zu dem Nullpunkt D erstreckt.
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Dann
wird für
die linke genäherte
gerade Linie L1, die in Schritt S4 bestimmt wurde, ein Tiefpassfilterprozess
durchgeführt
(Schritt S5). Des Weiteren wird ein Tiefpassfilterprozess für die rechte,
angenäherte
gerade Linie L2 durchgeführt,
die in Schritt S4 bestimmt wurde (Schritt S6). Der Tiefpassfilterprozess
wird eingesetzt, da eine Bewegung in der linken genäherten geraden
Linie L1 und der rechten genäherten
geraden Linie L2, die die aus einem Einschlafen resultierende Zickzack-Fahrt
angibt, eine niedrige Frequenz hat.
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Dann
wird in festgelegten Intervallen der Zickzackbetrag durch Mitteln
des Betrags der Abweichung zwischen der aktuell berechneten linken
genäherten
geraden Linie L1 und der linken genäherten gerade Linie L1 bestimmt,
die auf der Grundlage des Bildes der Straßenfläche berechnet wurde, das unter Verwendung
der Kamera 11 während
des vorherigen Zyklus aufgenommen wurde, d.h. zu einem festgelegten
Zeitpunkt früher
(9) (linke Zickzackbetragsberechnungseinrichtung)
(Schritt S7). Zudem wird in festgelegten Intervallen der Zickzackbetrag ermittelt
durch Mitteln des Betrags der Abweichung zwischen der aktuell berechneten
rechten angenäherten
geraden Linie L2 und der rechten angenäherten geraden Linie L2, die
auf der Grundlage des Bildes der Straßenfläche berechnet wurde, das während des
letzten Zyklus unter Verwendung der Kamera 11, d.h. zu
einem festgelegten Zeitpunkt früher, aufgenommen
wurde (9) (rechte Zickzackbetragsberechnungseinrichtung)
(Schritt S8). Wenn der Fahrer am Steuer nicht einschläft, wird
eine Zickzackbewegung des Fahrzeugs meist verhindert. Folglich ist
der Zickzackbetrag nahe Null. Andererseits steigt der Zickzackbetrag
an, wenn der Fahrer während
des Fahrens einschläft
und sich das Fahrzeug gemäß einer
Zickzacklinie bewegt.
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Dann
werden der Zickzackbetrag, der mittels der Berechnungseinrichtung
für den
linken Zickzackbetrag ermittelt wurde, und der Zickzackbetrag, der mittels
der Berechnungseinrichtung für
den rechten Zickzackbetrag ermittelt wurde, gemittelt, um einen gemittelten
Zickzackbetrag zu berechnen (Schritt S9). Wenn bestimmt wird, dass
sich das Fahrzeug gemäß einer
Zickzacklinie bewegt, wird eine (nicht dargestellte) Warneinrichtung
betätigt,
um dem Fahrer eine Warnung zu vermitteln.
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In
diesem Fall kann eine Bestimmungseinrichtung vorgesehen sein, die
bestimmt, ob der gemittelte Zickzackbetrag, der in Schritt S9 berechnet wurde,
zumindest einem Referenzniveau entspricht (Schritt S10). Dann wird
bestimmt, dass sich das Fahrzeug gemäß einer Zickzacklinie bewegt,
wenn die Bestimmungseinrichtung eine "Ja"-Bestimmung durchführt, d.h.
bestimmt, dass der gemittelte Zickzackbetrag zumindest dem Referenzniveau
entspricht.
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Das
Referenzniveau wird durch Mitteln des Zickzackbetrags für eine bestimmte
Zeitdauer ausgehend von dem Beginn des Fahrens bestimmt. Dies bedeutet,
dass auf der Grundlage der Annahme, dass der Fahrer für eine bestimmte
Zeitdauer ausgehend von dem Fahrbeginn nicht einschläft, der
Zickzackbetrag während
der bestimmten Zeitdauer gemittelt wird. Alternativ kann das Referenzniveau
experimentell voreingestellt werden.
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Bei
dem Beispiel gemäß der obigen
Ausführungsform
ist der Schnee 2 auf dem linken Seitenstreifen der Straßenfläche vorhanden,
und die weiße Linie
an der rechten Seite der Straßenfläche ist
undeutlich. Jedoch kann eine Zickzackbewegung in ähnlicher
Weise auch berechnet werden, wenn Schnee auf beiden Seitenstreifen
der Straßenfläche vorhanden
ist oder die weißen
Linien an beiden Seiten der Straßenfläche undeutlich sind. Des Weiteren kann
eine Zickzackbewegung auch für
eine Straßenfläche berechnet
werden, die an nur einer Seite der Straßenfläche einen Bereich aufweist,
der ähnlich
einer weißen
Linie ist.
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Wie
oben beschrieben, wird gemäß der vorliegenden
Erfindung eine Kante durch Berechnen des Differenzialwertes der
horizontalen Grauwerte aus einem Bild der Straßenfläche bestimmt, das unter Verwendung
der Kamera aufgenommen wurde. Die Kante wird dann als Bereich festgelegt,
der ähnlich
einer weißen
Linie ist. Dann wird der Zickzackbetrag des Fahrzeugs auf der Grundlage
des bestimmten Bereichs berechnet, der ähnlich einer weißen Linie
ist. Daher kann eine Zickzackbewegung des Fahrzeugs auch genau bestimmt
werden, wenn die weißen
Linien an der Straßenfläche nicht
leicht zu sehen sind.
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Weitere
Vorteile und Modifikationen ergeben sich für den Fachmann in naheliegender
Weise. Daher ist die Erfindung in ihrer breiteren Betrachtung nicht
auf die spezifischen Details und repräsentativen Ausführungsformen
beschränkt,
die hier dargestellt und beschrieben sind. Demgemäß können verschiedene
Modifikationen erfolgen, ohne den Geist oder den Umfang des allgemeinen
erfinderischen Konzepts zu verlassen, wie es durch die beigefügten Ansprüche und
deren Äquivalente
definiert ist.