用于车辆测距的方法和系统、车辆及程序产品与流程

1.本发明涉及车辆领域，具体而言涉及一种用于车辆测距的方法。此外，本发明还涉及一种用于车辆测距的系统。本发明还涉及一种具有这种系统的车辆以及一种计算机程序产品。


背景技术：

2.随着车辆的智能化和全自动化的发展。越来越多昂贵的传感器应用于车辆中并且对车辆周围环境进行探测。
3.尤其在自动驾驶过程中，这些传感器要实时对车辆周围的环境中的对象进行探测并且将传感器数据传输给车辆中的处理器。在此，为了确保车辆行驶安全，必须实时地检测本车辆与周围环境中的对象，尤其是其他车辆之间的距离，以便能够确保在行驶过程中，本车辆始终与其他车辆保持安全距离。
4.在现有技术中通常利用测距传感器借助tof(飞行时间)原理直接对目标车辆进行测距。这种直接测量的方式需要特别精确的且昂贵的传感器。
5.此外，这些传感器有时对光线会十分敏感，并因而会出现测量精度或者可靠性问题。
6.因此，仍然存在对车辆测距的简单且可靠的方案的技术需求。


技术实现要素：

7.基于此，本发明提出一种高效方案，所述方案不仅能够克服现有技术方案中的不足，而且能够作为特别简单的车辆测距方案集成到尤其自动驾驶车辆中并提供特别可靠的测距结果。
8.根据本发明的第一方面，提供一种用于车辆测距的方法，所述方法包括以下步骤：
9.s1由本车辆的传感器检测目标车辆的车牌；
10.s2基于所检测的车牌成像识别所述车牌信息并获知车牌尺寸；
11.s3在传感器坐标系中对所述车牌成像进行校正；
12.s4在传感器坐标系中计算所述传感器与车牌的距离；
13.s5将传感器坐标系转换成本车辆坐标系；
14.s6在本车辆坐标系的情况下对所述目标车辆的车牌位置进行建模；和
15.s7基于车牌模型获得本车辆与目标车辆的距离。
16.本发明的基本构思在于，利用现有的传感器，尤其是单目摄像头来检测目标车辆的车牌，并且将检测的车牌成像在传感器坐标系中进行校正，从而计算出车牌各个角点在传感器坐标系中的坐标位置并且然后将传感器坐标系转换成本车辆坐标系，由此能够在本车辆坐标系下对目标车辆的车牌进行建模，从而可以特别简单地获知目标车辆与本车辆的距离。通过本发明能够在利用现有装置的情况下利用间接测量实现可靠的车辆测距。由此还能够实现一种对车辆测距的简单的冗余方案，从而在车辆测距装置例如激光雷达等失效
的情况下仍然确保车辆行驶的安全性。
17.本发明的用于车辆测距的方案的有利构型能够从以下可选的实施方式中获得。
18.根据本发明的用于车辆测距的方法的一个实施方式设置，在步骤s2中，通过识别所述车牌信息获知所述车牌的实际长度和宽度，其中，所述车牌的至少三个角点被识别。由此能够通过直接识别车牌信息特别简单地获知车牌长度和宽度，而无需占用车辆的计算能力。
19.根据本发明的用于车辆测距的方法的一个可选的实施方式设置，在步骤s3中，所述校正包括去除车牌成像失真并且在传感器坐标系下对所检测的车牌进行旋转，使得经校正的车牌成像相对于所述传感器被垂直化。通常，由于传感器的布置位置和目标车牌的固定位置之间存在高度差和角度差，因此在检测、例如拍摄车牌时，车牌在传感器中的成像会偏转甚至失真。通过将车牌成像校正和旋转，能够实现车牌成像的去失真并且在传感器坐标系下被垂直化，也就是说车牌成像平面与传感器坐标系的y轴垂直。在此，传感器坐标系的x轴规定为横向于车辆行驶方向，y轴规定为平行于车辆行驶方向，z轴规定为竖直方向，其中，传感器的光心构成传感器坐标系的原点。
20.根据本发明的用于车辆测距的方法的一个可选的实施方式设置，通过深度学习、例如仿射变换获得用于经校正的车牌成像的相对于x，y，z轴的旋转角度。由此能够特别快速且准确地实现车牌成像的旋转。
21.根据本发明的用于车辆测距的方法的一个可选的实施方式设置，在步骤s4中，对所述距离的计算通过三角形原理来进行，其中，计算所述传感器到所述车牌的至少三个角点在传感器坐标系中的坐标。这种三角形原理本身已知并且能够基于成像原理和在步骤s3中获得的旋转角度特别简单地计算出目标车辆的车牌各个角点在本车辆的传感器坐标系中的相应坐标位置。
22.根据本发明的用于车辆测距的方法的一个可选的实施方式设置，所述车牌信息包括以下信息车牌字符和/或车牌类型和/或车牌颜色和/或车牌字符排列方式。由车牌信息、例如车牌字符的位数以及排列方式能够获知车牌的长度和宽度数据。在此，具有不同车牌字符位数以及排列方式的车牌规格根据不同国家的规定都已标准化，由此能够特别简单地通过直接识别车牌信息获得车牌尺寸。
23.根据本发明的用于车辆测距的方法的一个可选的实施方式设置，所述传感器是摄像头，例如是单目摄像头。在此，可以利用低成本的现有的单目摄像头来实现车牌检测。
24.根据本发明的用于车辆测距的方法的一个可选的实施方式设置，所述车牌的车牌字符位于一排。
25.根据本发明的用于车辆测距的方法的一个可选的实施方式设置，所述目标车辆是位于本车辆前方或/或后方的车辆。也就是说，本发明的方法不仅能够通过利用前视摄像头检测前方车辆的尾部车牌来实现前方车辆与本车辆之间的距离测量，而且还能够通过利用后视摄像头检测后方车辆的前部车牌来实现对后方车辆与本车辆之间的距离测量。由此能够从前后两个方向为本车辆提供车距信息，并从而提高驾驶安全性。
26.根据本发明的第二方面，提供一种用于车辆测距的系统，所述系统包括：
27.传感器，所述传感器用于检测目标车辆的车牌；
28.校正模块，所述校正模块用于将所检测的车牌成像在传感器坐标系中进行校正；
29.坐标变换模块，所述坐标变换模块用于传感器坐标系与本车辆坐标系之间的坐标变换；和
30.建模模块，所述建模模块用于在本车辆坐标系中对目标车辆的车牌进行建模；
31.其中，所述系统配置为用于实施上述方法之一。
32.根据本发明的第三方面，提供一种车辆，所述车辆包括所述用于车辆测距的系统。
33.根据本发明的第四方面，提供一种计算机程序产品，所述计算机程序产品包括计算机程序信号，所述计算机程序信号被处理器执行时至少用于辅助实施上述用于车辆测距的方法之一。
34.本发明的更多的特征从权利要求、附图和附图的描述中变得显而易见的。在上述说明中提到的特征和特征组合以及在下文的附图描述中提到的和/或只在附图中示出的特征和特征组合不仅可以以相应指定的组合使用，而且可以在不脱离本发明的范围的情况下以其它组合使用。因此，下述内容也视作被本发明涵盖和公开：这些内容未在附图中明确示出并未被明确解释，而是源自由来自所解释的内容的分离的特征所组成的组合并由这些组合产生。下述内容和特征组合也被视作是被公开的：其不具有原始撰写的独立权利要求的所有特征。此外，下述内容和特征组合被视作尤其被上文内容所公开：其超出或偏离权利要求的引用关系中所限定的特征组合。
附图说明
35.下面，通过参看附图更详细地描述本发明，可以更好地理解本发明的原理、特点和优点。在附图中：
36.图1示出了根据本发明的一个实施方式的车辆的示意图；
37.图2示出了根据本发明的一个实施方式本车辆对目标车辆进行测距的示意性场景；
38.图3示出了根据本发明的一个实施方式的车牌的示意图；
39.图4示出了根据本发明的一个实施方式对车牌进行校正的示意图；
40.图5示出了根据本发明的一个实施方式的对车牌进行旋转的原理图；
41.图6示出了根据本发明的一个实施方式的坐标变换的示意图；
42.图7示出了根据本发明的一个实施方式的用于车辆测距的方法的流程图。
43.在附图中，有时为了明确起见，夸大表示了每个构成要素的大小、层的厚度或区域。因此，附图中每个构成要素的形状和大小不反映真实比例。
具体实施方式
44.为了使本发明所要解决的技术问题、技术方案以及有益的技术效果更加清楚明白，以下将结合附图以及多个示例性实施方式对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施方式仅用于解释本发明，而不用于限定本发明的保护范围。
45.在本说明书中，为了方便起见，使用“中部”、“上”、“下”、“前”、“后”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”等指示方位或位置关系的词句以参照附图说明构成要素的位置关系，仅是为了便于描述本说明书和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本公开的限制。构成要素的位置
关系根据描述每个构成要素的方向适当地改变。因此，不局限于在说明书中说明的词句，根据情况可以适当地更换。
46.图1示出了根据本发明的一个实施方式的车辆的示意图。在图1中示例性地画出了本车辆1的功能部件。本车辆1包括用于车辆测距的系统10，该系统10包括传感器100，所述传感器100布置在本车辆1的外部并且示例性地向本车辆1的前方进行探测。当然，传感器100也可以布置在车辆的其他位置上并且可以向其他方向进行探测。该系统10还包括校正模块101，所述校正模块101用于对传感器100检测出的车牌成像进行校正。该系统10还包括坐标变换模块102和建模模块103，所述坐标变换模块102用于传感器坐标系xyz与本车辆坐标系x’y’z’之间的坐标变换，所述建模模块103用于在本车辆坐标系中对所述目标车辆2的车牌20进行建模。
47.图2示出了根据本发明的一个实施方式本车辆对目标车辆进行测距的示意性场景。根据该实施方式，目标车辆2行驶在本车辆1的前方。在此，布置在本车辆1上的传感器100(在此为单目摄像头)对目标车辆2的尾部车牌20进行检测。
48.此外，在图2中的下部分示出，在传感器100中对目标车辆2的车牌进行了成像。f代表传感器100的焦距，h代表传感器100与目标车辆2的车牌的距离。可以看出，在传感器坐标系xyz中，真实世界中的车牌根据成像原理被成像(倒像)在图像(左边)中。
49.图3示出了根据本发明的一个实施方式的车牌的示意图。在此，示例性地示出了具有七个车牌字符的车牌20。因为根据各个国家的车管所的规定，车牌的宽度和长度是标准化的并且与车牌字符和字符排列方式相关，所以根据车牌类型和车牌字符的排列可以特别容易的得到车牌的宽度和长度。因而通过传感器100检测到的车牌成像可以特别简单地获知车牌尺寸。
50.图4示出了根据本发明的一个实施方式对车牌进行校正的示意图。由于车牌20相对于传感器100的位置关系，在由传感器100对车牌成像时会出现车牌成像20’的失真。在此，通过校正模块101将车牌成像20’去失真。在图4中可见，左上部的视图代表车牌成像20’失真变窄，而中间上部的视图和右上部的视图代表车牌成像20’失真偏转。中间下部的视图代表经校正的车牌成像20”。
51.下面结合附图继续描述本发明。
52.图5示出了根据本发明的一个实施方式的对车牌进行旋转的原理图。在此可以看到，以传感器100的镜头光心构成传感器坐标系xyz的原点o，其中，y轴相应于车辆1的行驶方向，x轴相应于横向于行驶方向的方向，而z轴相应于竖直方向。
53.在此，目标车辆2的车牌20被传感器100检测到并且在传感器100中成像。车牌20的实际宽度和长度为l
ab
和l
ac
，这可以通过前面介绍的方式简单地获知。而经校正的车牌成像20”的宽度和长度为l
ab
和l
ac
，该宽度和长度能够通过传感器测量出。
54.然后将经校正的车牌成像20”在传感器坐标系xyz中旋转并且使其与y轴垂直。在此以角点a点为旋转点，角点b’例如旋转到角点b”处，而车牌20的角点b也相应地旋转至b’并且车牌20在平面yoz中的投影，因而车牌20在传感器坐标系xyz中也垂直于y轴。在此，l
ab
＝l
ab’。
55.车牌20现在相距传感器100的距离d’是未知的。通过三角形原理能够计算出该距离d’：
56.其中，f是传感器100的焦距。
57.由此得到角点a的坐标：ya＝d’。
58.以同样的方式能够计算出xa和za。
59.此外能够通过深度学习技术获得旋转角度∠bab’。因此，yb通过以公式计算出：
60.yb＝sin∠bab’*l
ab
。
61.以同样的方式，可以计算出xb和zb。
62.同样地，也能够通过上述方式计算出xc，yc和zc。
63.由此得到车牌20的角点a，b，c在传感器坐标系xyz中的坐标。
64.图6示出了根据本发明的一个实施方式的坐标变换的示意图。在此，通过坐标变换模块102将传感器坐标系xyz变换为车辆坐标系x’y’z’。在此车辆坐标系的原点是车辆的重心。因而，得到车牌20的角点a，b，c在车辆坐标系x’y’z’中的坐标。然后通过建模模块103在车辆坐标系x’y’z’中对车牌20进行建模并且基于该车牌模型获知本车辆1与目标车辆2的距离。
65.图7示出了根据本发明的一个实施方式的用于车辆测距的方法的流程图。在步骤s1中，由本车辆1的传感器100检测目标车辆2的车牌20。然后在步骤s2中，基于所检测的车牌成像20’识别所述车牌信息并获知车牌尺寸。在步骤s3中，在传感器坐标系xyz中对所述车牌成像20’进行校正。接着在步骤s4中，在传感器坐标系xyz中计算所述传感器100与所述车牌20的距离。在步骤s5中，将传感器坐标系xyz转换成本车辆坐标系x’y’z’并在步骤s6中，在本车辆坐标系x’y’z’的情况下对所述目标车辆2的车牌位置进行建模。最后，在步骤s7中，基于车牌模型获得本车辆1与目标车辆2的距离。
66.利用单目摄像头能够持续地检测车牌并且通过本发明的系统能够连续地检测本车辆与目标车辆的距离。该方案不仅能够单独地作为车辆测距来实现而且也可以作为冗余方案集成到车辆测距系统中。
67.对于本领域的技术人员而言，本发明的其它优点和替代性实施方式是显而易见的。因此，本发明就其更宽泛的意义而言并不局限于所示和所述的具体细节、代表性结构和示例性实施方式。相反，本领域的技术人员可以在不脱离本发明的基本精神和范围的情况下进行各种修改和替代。