TWI798021B - 一種車輛偏離的測定方法及其系統 - Google Patents

Abstract

一種車輛偏離的測定方法及其系統，該方法包括以下步驟：先取得一行駛在一路面上的車輛的至少一車前影像，接著對該車前影像進行一影像辨識，以在該車前影像辨識出一可行駛區域，然後，取得該可行駛區域及一預期行駛範圍之間的一交集面積，再取得該交集面積與該預期行駛範圍的面積之間的一比例，當該比例低於一閾值時，判斷該車輛可能偏離該可行駛區域。該方法並不需要辨識道路上的標線(例如車道線)，因此，可以在無標線的道路上輔助駕駛人行駛。

Description

一種車輛偏離的測定方法及其系統

本發明是有關於一種車輛控制的輔助方法及其系統，且特別關於一種提醒使用者車輛可能偏離道路的測定方法及其系統。

現今的車輛大多搭載有安全駕駛系統，以提升行車安全，並降低行車意外或事故的可能。最廣為應用的為先進輔助駕駛系統（Advanced Driver Assistance Systems，ADAS），該系統提供的功能包括自動緊急煞車、車道偏離警示、防撞警示及主動式巡航定速等等。

以車道偏離警示來說，現有技術可見於美國專利公開第US20210097865號、第US20200108867號、第US10384681號、第US10635911號等，其中，US20210097865是根據車輛震動或晃動的資訊來判斷是否偏離車道，以在能見度不佳的情況下提供車道偏離警示，US20200108867、US10384681及US10635911是根據影像來判斷是否偏離車道。

在現有方法中，大多是針對所獲取的車前影像進行影像辨識，判別出該車前影像中道路的兩側車道線，據此定義出車輛應行駛的車道，以作為判斷是否偏離的依據；或也可以說，現有方法的基礎乃建立於道路上設置有輔助駕駛人辨識車道的車道線。然而，對於無車道線的道路或車道線能見度不高的駕駛環境，可能會有判斷失準，甚至無法判斷的問題。

本發明提供車輛偏離的測定方法及其系統，能在無車道線或車道線標示不清的道路，仍提供準確的辨識結果。

本發明一實施例提供一種車輛偏離的測定方法，包括以下步驟：

步驟S1：取得一行駛在一路面上的車輛的至少一車前影像；

步驟S2：對該車前影像進行一影像辨識，以在該車前影像辨識出一可行駛區域；

步驟S3：取得該可行駛區域及一預期行駛範圍之間的一交集面積；

步驟S4：取得該交集面積與該預期行駛範圍的面積之間的一比例；以及

步驟S5：當該比例低於一閾值時，判斷該車輛可能偏離該可行駛區域。

本發明另一實施例提供一種車輛偏離的偵測系統，包括：至少一影像擷取裝置，安裝在一車輛上，該影像擷取裝置取得該車輛行駛在一路面上的車輛的至少一車前影像；一處理單元，耦接至該影像擷取裝置，該處理單元被配置為：針對該車前影像辨識出一可行駛區域及一不可行駛區域；取得該可行駛區域及一預期行駛範圍之間的一交集面積；取得該交集面積與該預期行駛範圍的面積之間的一比例；以及當該比例低於一閾值時，判斷該車輛可能偏離該可行駛區域。

在本文中，儘管一些實施例以特定順序來執行步驟，但是仍可以另一合理之順序來執行這些步驟。對於不同的實施例，以下說明的某些特徵可以替換或消除。應理解的是，一些額外的操作可以在所敘述的方法之前、之中或之後執行，並且在該方法的其他實施例中，某些操作可以被替換或省略。

在本文中，對各種實施例的描述中所使用的術語只是為了描述特定示例的目的，而並非旨在進行限制。除非上下文另外明確地表明，或刻意限定元件的數量，否則本文所用的單數形式“一”、“一個”及“該”也包含複數形式。

『圖1A』至『圖1B』是根據本發明一實施例的系統應用於車輛的示意圖，該系統10包括一處理單元11以及至少一影像擷取裝置12，該系統10安裝在一車輛上。在『圖1A』的實施例中，該車輛為一房車20A，該影像擷取裝置12安裝在該房車20A的一駕駛艙21的前方，而該處理單元11裝設於該房車20A中；在『圖1B』的實施例中，該車輛為一高爾夫球車20B，該影像擷取裝置12安裝在該高爾夫球車20B的一頂篷22，而該處理單元11裝設於該高爾夫球車20B中。

『圖2』是根據本發明一實施例的車輛偏離的測定方法的流程圖，各個步驟的說明如下。

當該車輛行駛時，取得該車輛的至少一車前影像30(步驟S1)，該車前影像30如『圖3』所示，該車前影像30是利用該影像擷取裝置12所取得從該車輛所觀看的一環境的一前方部分，該影像擷取裝置12係面對該車輛的一行進方向，因此，該前方部分包括該車輛所行駛的一路面以及鄰接於該路面的一部分。

在本例中，該車輛是行駛在一道路31上，該道路31上並無劃分或指引車道的標線(例如白實線、雙白實線、白虛線、黃實線、雙黃實線等等)，且該道路31的兩側為一非道路的崎嶇地形(rough terrain)32。由於適合車輛行駛的路面大多具有較為平整的表面及/或經鋪設而具有特定的顏色(例如柏油路面)；相對來說，不適合車輛行駛的路面大多具有崎嶇的表面及/或在顏色上與可供車輛行駛的路面不同(例如泥土路面或草地)。因此，適合車輛行駛的路面及不適合車輛行駛的路面在該車前影像30上將呈現出不同的影像特徵，而形成影像上可辨識的差異，例如不同的影像紋理、顏色或明亮度等。

接著，參閱『圖4』，對該車前影像30進行一影像辨識，以辨識出一可行駛區域(步驟S2)。本實施例中，是透過該處理單元11或經由該處理單元11連接至一遠端伺服器來執行該影像辨識(例如採取一神經網路演算法)，進而執行可定義出該可行駛區域的一影像辨識處理。

藉由執行該影像辨識處理，可以在該車前影像30上定義出關聯於該可行駛區域的一第一部分41。在一例子中，可先預先定義複數個關聯於該可行駛區域的特徵，該些特徵可儲存於裝設於該車輛的一記憶單元或位於該遠端伺服器的一儲存單元，藉此建立一資料庫。利用比對該車前影像30以及該資料庫內的該些特徵，即可獲知該第一部分41。在其他例子中，除了在該車前影像30上定義出關聯於該可行駛區域的該第一部分41之外，也可以進一步地在該車前影像30上定義出關聯於該不可行駛區域的一第二部分421、422，如『圖5』所示。

待辨識出該可行駛區域後，取得該可行駛區域及一預期行駛範圍之間的一交集面積(步驟S3)。在執行本步驟前，先定義出該預期行駛範圍，該預期行駛範圍係指該車輛在下一時間時，該車輛在該車前影像30上的一預期軌跡的一位置，該位置在該車前影像30上以一第三部分43表示，如『圖6A』及『圖6B』所示。對該車前影像30進行一影像處理，即可取得該可行駛區域的該第一部分41及該預期行駛範圍的該第三部分43之間的一交集面積50。在如『圖6A』的實施例中，顯示該車輛係依循該道路31行駛，因此，該第三部分43完全地落在該第一部分41之中，該交集面積50即相當於該第三部分43。

本發明中，該第三部分43的尺寸、形狀及/或方位可能為固定或可調，對於該第三部分43的尺寸與形狀來說，是根據至少一車輛資訊、至少一行駛資訊、至少一路面資訊的任一或前述的組合而定義，該車輛資訊例如該車輛的尺寸(長度)、輪距或軸距等，該行駛資訊例如為該車輛在當前時間或上一時間的一移動軌跡、一轉向角或一速度等，該路面資訊例如該車輛所行駛的道路的一彎道曲率、一路面寬度或一坡度等。該第三部分43在該車前影像30上的一尺寸比例可能相等於該車輛在實際環境中的一尺寸比例，而在某些實施例中，該第三部分43在該車前影像30上的一尺寸比例可能大於或小於該車輛在實際環境中的一尺寸比例。在一實施例中，該預期行駛範圍可以在行駛前先被設定，而在行駛的過程中，該預期行駛範圍的一尺寸與一形狀可為固定或可動態地調整。舉例來說，依據該車輛在該車前影像30上的尺寸比例，該預期行駛範圍的寬度可預設為該車輛寬度或該車輛之輪距，而該預期行駛範圍的長度與形狀可在行駛的過程中根據該車輛的至少一行駛狀態而調整。該行駛狀態例如該車輛的速度與、即時轉向或預期轉向。在一例子中，該調整可以採用以下任一或多個方式：

1.      根據該車輛的轉向資訊調整該預期行駛範圍的形狀。例如，可依據該車輛的轉向角與軸距等資訊取得該車輛的預期路徑曲率，並依據該車輛的預期路徑曲率調整該預期行駛範圍的形狀，以符合該車輛下一時刻的預期路徑。該轉向資訊可為利用扭力感測器或電動助力轉向系統(EPS)取得該車輛方向盤轉向資訊，或可為利用陀螺儀、慣性測量單元(IMU)或其他車載感測器取得之車輛轉向資訊。

2.      根據該車輛的行駛速度調整該預期行駛範圍的長度，例如，該預期行駛範圍的長度可與該車輛的行駛速度成正比，當車輛行駛速度愈快時，該預期行駛範圍的長度愈長，以更能提早示警。在一實施例中，該預期行駛範圍的長度可為車輛行駛速度與一預設警告時間的乘積。

在一實施例中，可參閱『圖6B』，當該車輛20B行駛在一直線道路時，該預期行駛範圍的(即該第三部分43)為一第一面積；參閱『圖7』，當該車輛20B行駛在一彎曲道路時，判斷或計算該車前影像30中該第一部分41兩側邊界的曲率，並依據該曲率即時調整該預期行駛範圍的該尺寸與形狀(即該第三部分43)將從該第一面積調整為一第二面積，該第二面積小於該第一面積。

回到步驟S3，在得到該交集面積50後，再取得該交集面積50與該預期行駛範圍的該第三部分43之間的一比例(步驟S4)。本發明中，係利用判斷該比例高於或低於一閾值，來判斷該車輛是否有偏離該可行駛區域的可能(步驟S5)，在一實施例中，該閾值介於70%至100%之間，該閾值可依據實際應用場景而決定。

參閱『圖8A』及『圖8B』，舉例來說，當該車輛20B前方的該道路31為彎道，而該車輛20B並未對應地轉彎時，該預期行駛範圍的該第三部分43將會部分地落在該可行駛區域的該第一部分41，換言之，該交集面積50係小於該第三部分43，『圖8A』顯示該交集面積50與該預期行駛範圍的該第三部分43之間的該比例低於該閾值，該處理單元11可產生一警示訊號，例如一警示音或一呈現在顯示螢幕上的訊息。

參閱『圖9』，又例如當該車輛的前方的該道路31狹小至該車輛無法通行時，該第三部分43也僅部分地落在該可行駛區域的該第一部分41之中，該第三部分43的兩側落在該可行駛區域的該第一部分41之外，該交集面積50與該預期行駛範圍的該第三部分43之間的該比例低於該閾值。

『圖10』顯示當該車輛的前方的該道路31的彎道曲率較大時，該處理單元11可增加該第三部分43的寬度及/或長度，以更能提早示警，或增加示警的效果。

以下進一步舉例該預期行駛範圍的該第三部分43在不同道路行駛且在不同車速時的調整。

『圖11A』至『圖11B』顯示該車輛20B的前方的該道路31為一彎曲道路，若該車輛20B尚未轉向，即直線行駛，該第三部分43的形狀將為矩形，而該第三部分43的尺寸可根據該車輛20B在不同的速度而動態調整。在『圖11A』中，該車輛20B係於一低速下行駛，例如時速為40km/h，該第三部分43具有一對應該低速的第一尺寸，該第一尺寸為一第一寬度W1及一第一長度L1；在『圖11B』中，該車輛20B係於一高速下行駛，例如時速為70km/h，該第三部分43’具有一對應該高速的第二尺寸，該第二尺寸為一第二寬度W2及一第二長度L2，該第二寬度W2等於該第一寬度W1，該第二長度L2大於該第一長度L1。換言之，本實施例中，該預期行駛範圍(該第三部分43)的長度可與該車輛20B的行駛速度成正比，當車輛行駛速度愈快時，該預期行駛範圍的長度愈長，以更早示警。

『圖12A』至『圖12B』顯示該車輛20B的前方的該道路31為一直線道路，若該車輛20B正在轉向(如取得即時轉向資訊)或準備轉向(如取得預期轉向資訊)時，該第三部分43的形狀將為側邊為弧線的平行四邊形，而該第三部分43的尺寸可根據該車輛20B在不同的速度而動態調整。在『圖12A』中，該車輛20B係於一低速下行駛，例如時速為40km/h，該第三部分43具有一對應該低速的第一尺寸，該第一尺寸為一第一寬度W1及一第一長度L1；在『圖12B』中，該車輛20B係於一高速下行駛，例如時速為70km/h，該第三部分43具有一對應該高速的第二尺寸，該第二尺寸為一第二寬度W2及一第二長度L2，該第二寬度W2等於該第一寬度W1，該第二長度L2大於該第一長度L1。

由於本發明描述的方法及系統，並不需要辨識道路上的標線(例如車道線)，因此，可以在無標線的道路上輔助駕駛人行駛，適合用於例如山區或郊區道路、私人道路或特定場域(例如高爾夫球場)的道路。

10:系統 11:處理單元 12:影像擷取裝置 20A:房車 20B:高爾夫球車 21:駕駛艙 22:頂篷 30:車前影像 31:道路 32:崎嶇地形 41:第一部分 421、422:第二部分 43、43’:第三部分 50:交集面積 S1、S2、S3、S4、S5:步驟 W1:第一寬度 L1:第一長度 W2:第二寬度 L2:第二長度

『圖1A』至『圖1B』分別是根據本發明一實施例的系統應用於車輛的示意圖。 『圖2』是根據本發明一實施例的車輛偏離測定方法的步驟流程圖。 『圖3』至『圖12B』說明本發明根據不同一實施例的車輛偏離測定方法的示意圖。

S1、S2、S3、S4、S5:步驟

Claims (10)

1. 一種車輛偏離的測定方法，包括以下步驟：步驟S1：取得一行駛在一路面上的車輛的至少一車前影像；步驟S2：對該車前影像進行一影像辨識，以在該車前影像辨識出一可行駛區域；步驟S3：取得該可行駛區域及一預期行駛範圍之間的一交集面積；步驟S4：取得該交集面積與該預期行駛範圍的面積之間的一比例；以及步驟S5：當該比例低於一閾值時，判斷該車輛可能偏離該可行駛區域。
2. 如請求項1的方法，其中該預期行駛範圍是根據至少一車輛資訊、至少一行駛資訊、至少一路面資訊或前述的組合而調整。
3. 如請求項1的方法，其中該預期行駛範圍的一寬度於該車輛行駛前預先設定為該車輛之寬度或輪距。
4. 如請求項1的方法，其中該預期行駛範圍的一尺寸在該車輛行駛時為可調，該尺寸是根據該車輛的行駛速度而調整。
5. 如請求項1的方法，其中該預期行駛範圍的一形狀在該車輛行駛時為可調，該形狀是根據該車輛的一轉向資訊而調整。
6. 如請求項1的方法，其中在步驟S2是對該車前影像的至少一影像特徵進行辨識，該影像特徵為紋理、顏色或明亮度。
7. 如請求項1的方法，其中在步驟S2是利用一神經網路演算法辨識出該可行駛區域。
8. 一種車輛偏離的偵測系統，包括：至少一影像擷取裝置，安裝在一車輛上，該影像擷取裝置取得該車輛行駛在一路面上的車輛的至少一車前影像； 一處理單元，耦接至該影像擷取裝置，該處理單元被配置為：對該車前影像進行一影像辨識，以在該車前影像辨識出一可行駛區域；取得該可行駛區域及一預期行駛範圍之間的一交集面積；取得該交集面積與該預期行駛範圍的面積之間的一比例；以及當該比例低於一閾值時，判斷該車輛可能偏離該可行駛區域。
9. 如請求項8的系統，其中當該比例低於該閾值時，該處理單元對該車輛產生一警示訊號。
10. 如請求項8的系統，其中該預期行駛範圍是根據至少一車輛資訊、至少一行駛資訊、至少一路面資訊或前述的組合而調整。

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