專(zhuān)利名稱(chēng)：使用紅外反射材料區(qū)分視頻圖像中物體的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及產(chǎn)生并分析電子圖像的光學(xué)物體檢測(cè)系統(tǒng)，如用于檢測(cè)機(jī)動(dòng)車(chē)輛中乘員存在的系統(tǒng)；更具體地說(shuō)，涉及用于區(qū)分圖像中具有相同顏色的不同物體的技術(shù)。
背景技術(shù)：
現(xiàn)代機(jī)動(dòng)車(chē)輛在正對(duì)著前座乘員的儀表板內(nèi)部包括有氣囊。人們正在提出為前座乘員旁邊的門(mén)設(shè)置其它的氣囊。在意外事件中，檢測(cè)到機(jī)動(dòng)車(chē)輛的突然減速并啟動(dòng)氣囊充氣，該氣囊隨后為乘員提供緩沖保護(hù)。雖然氣囊已極大地降低了源自機(jī)動(dòng)車(chē)輛碰撞的傷害的嚴(yán)重程度，但人們有時(shí)會(huì)由于氣囊必須展開(kāi)的飛快速度而受傷。特別是，氣囊可能會(huì)嚴(yán)重地傷害坐在機(jī)動(dòng)車(chē)輛前座的兒童或幼兒。相對(duì)較小的成年人也容易受傷。
因此，現(xiàn)在建議兒童和幼兒坐在機(jī)動(dòng)車(chē)輛的后座，以致不遭受在意外事件中氣囊展開(kāi)的力量?？墒?，這不能解決當(dāng)這一建議被忽視且兒童坐在前座時(shí)出現(xiàn)的狀況。而且，在諸如跑車(chē)和卡車(chē)之類(lèi)的沒(méi)有后座的車(chē)輛中，兒童或幼兒必須被安置在面對(duì)氣囊的座位上。在后一種情況，已提出提供一超越控制開(kāi)關(guān)以使氣囊在兒童面前禁用。然而，這一方案要求每當(dāng)有兒童時(shí)，人工操作這一開(kāi)關(guān)，并且在此之后，對(duì)于成年乘員重置該開(kāi)關(guān)以激活氣囊。忘記適當(dāng)?shù)卦O(shè)置該開(kāi)關(guān)可能會(huì)在意外事件中造成可怕的后果。因此，需要提供一種用于根據(jù)車(chē)輛座位上人的類(lèi)型自動(dòng)控制氣囊的操作的系統(tǒng)。
為滿(mǎn)足該需要，開(kāi)發(fā)出了一種產(chǎn)生機(jī)動(dòng)車(chē)輛中座位區(qū)的電子圖像并分析該圖像以檢測(cè)乘員的存在及大小的光學(xué)系統(tǒng)。美國(guó)專(zhuān)利6,493,620描述了這樣一種機(jī)動(dòng)車(chē)輛乘員檢測(cè)系統(tǒng)。這些系統(tǒng)通常使用單色固態(tài)成像器，該成像器產(chǎn)生座位區(qū)的黑白圖像。為了在晚上產(chǎn)生圖像，必須提供不干擾駕駛員察看道路的能力的人工照明。一種解決方案是在正捕獲圖像時(shí)，利用近紅外(MR)光照明車(chē)輛內(nèi)部。近紅外光對(duì)人眼是不可見(jiàn)的，但是可被固態(tài)成像器檢測(cè)到。
然而，當(dāng)穿黑色衣服的人坐在黑色座椅上時(shí)，辨認(rèn)此人輪廓的黑白圖像分析的能力被大大降低，其不利地影響了為氣囊控制而對(duì)人體大小的確定。成年人和青少年所穿衣服的很高百分比是黑色的。這樣，正確地使人的輪廓區(qū)分于黑色座椅的圖像分析的無(wú)能為力呈現(xiàn)了對(duì)乘員檢測(cè)系統(tǒng)的可靠性的一個(gè)很大限制。

發(fā)明內(nèi)容
為了使機(jī)動(dòng)車(chē)輛中的視頻圖像處理系統(tǒng)能夠區(qū)分具有相同顏色的鄰接物體，正被成像的物體中的一個(gè)被涂上一層增加該物體對(duì)紅外輻射的反射率的材料。優(yōu)選地，此材料實(shí)質(zhì)上不改變?cè)撐矬w對(duì)可見(jiàn)光的反射率，以便該物體的外表對(duì)人眼來(lái)說(shuō)將不會(huì)有很大變化。
可被應(yīng)用到這些物體以改變紅外輻射反射率的一類(lèi)材料包括在載體中的顏料。例如，為了在黑色物體中進(jìn)行區(qū)分，可將一種對(duì)紅外光高度反射的黑色顏料與一載體混合，該載體是從包括乙烯基油墨、丙烯酸清漆、聚氨酯、及聚氨酯漆的組中選擇的，以產(chǎn)生用于應(yīng)用到該物體的一種方案。這一材料使物體看來(lái)非常光亮，因此，在紅外圖像中具有灰色的外表。
作為一可選方案，在諸如丙烯酸清漆和溶解在氯仿中的丙烯酸脂的載體中的玻璃細(xì)珠的解決方案可被應(yīng)用到該物體。作為一可選項(xiàng)，這些玻璃細(xì)珠可被涂上一層反射的金屬。這些玻璃細(xì)珠同樣地改變?cè)撐矬w對(duì)紅外輻射的反射率，從而改變它在電子圖像中的外表并將該物體與在可見(jiàn)光中具有相同顏色的其他物體區(qū)分出來(lái)。


圖1是包括有根據(jù)本發(fā)明的乘員檢測(cè)系統(tǒng)的機(jī)動(dòng)車(chē)輛側(cè)視圖；圖2是用于將機(jī)動(dòng)車(chē)輛中的物體分類(lèi)的示例性系統(tǒng)的方框示意圖；圖3和4顯示利用根據(jù)本發(fā)明的材料以?xún)煞N不同圖案被處理的機(jī)動(dòng)車(chē)輛中的部分室內(nèi)裝飾。
具體實(shí)施例方式
參照?qǐng)D1，汽車(chē)10乘員室的前部包括儀表板12，從該儀表板突出一方向盤(pán)14。前座16與儀表板12隔開(kāi)一段距離且該前座包括用于乘客或駕駛員的標(biāo)準(zhǔn)頭枕18。方向盤(pán)14具有一容納氣囊20的中央室且儀表板12具有容納位于前座16的右部的前方的第二氣囊的另一室(未示出)。
攝像機(jī)24安裝在乘坐室的頂棚上擋風(fēng)玻璃的上方，優(yōu)選地，該攝像機(jī)使用固態(tài)CMOS成像器25，也見(jiàn)圖2。成像器25對(duì)由一個(gè)或多個(gè)源26產(chǎn)生的近紅外(NIR)光是敏感的，源26被安裝于鄰近所述攝像機(jī)，以照明該機(jī)動(dòng)車(chē)輛的前座16。源26產(chǎn)生在對(duì)人眼不可見(jiàn)的850-910nm范圍內(nèi)的輻射。這種照明使乘員檢測(cè)系統(tǒng)10能在晚上操作而不影響乘員察看道路的能力。此外，來(lái)自源26的照明在白天操作中填充圖像陰影。
參照?qǐng)D2，由攝像機(jī)24產(chǎn)生的圖像被加到圖像處理器30的視頻輸入電路32。每一視頻圖像包括圖像元素(像素)的二維陣列。視頻輸入電路32控制像素在隨機(jī)存取存儲(chǔ)器(RAM)34中的存儲(chǔ)，這兩個(gè)裝置均被連接到一組信號(hào)總線(xiàn)36。RAM 34還存儲(chǔ)圖像分析的可變值、中間數(shù)據(jù)及最終結(jié)果。已捕獲的電子圖像的分析由微型計(jì)算機(jī)38所控制，該微型計(jì)算機(jī)執(zhí)行存儲(chǔ)在只讀存儲(chǔ)器(ROM)40中的程序。例如，可利用美國(guó)專(zhuān)利6,493,620中所描述的技術(shù)來(lái)處理該圖像。微型計(jì)算機(jī)38還操作光控制電路45，該光控制電路在攝像機(jī)24捕獲圖像時(shí)激活近紅外(NIR)光源26。
控制接口電路42也被連接到該組信號(hào)總線(xiàn)36并作為圖像處理器30到該機(jī)動(dòng)車(chē)輛10中其他部件的接口。在該示例性系統(tǒng)中，圖像分析控制氣囊20的操作且控制接口電路42被連接到該車(chē)輛的氣囊控制器44。氣囊控制器44還接收當(dāng)意外事件發(fā)生時(shí)來(lái)自常規(guī)的碰撞傳感器46的信號(hào)。氣囊控制器44通過(guò)激活駕駛員和乘客氣囊20來(lái)響應(yīng)這些輸入。
確定在車(chē)輛座椅16上人的存在及該人的大小的圖像處理需要有區(qū)分空的黑色座椅和在該座椅上穿黑色衣服的人的能力。此區(qū)分可以通過(guò)將該座椅涂上一層具有與傳統(tǒng)車(chē)輛內(nèi)部裝飾不同的對(duì)近紅外光的反射特性的材料，而不會(huì)很大地影響被涂物體在人眼中的外表，即該物體的可見(jiàn)光的反射率來(lái)實(shí)現(xiàn)。一種方案是對(duì)該黑色座椅使用對(duì)近紅外輻射高度反射的或至少比未處理過(guò)的座椅材料更加反射的顏料。由此，該座椅對(duì)于對(duì)近紅外輻射敏感的CMOS成像器來(lái)說(shuō)，在顏色上看來(lái)將更加明亮。適合于這一應(yīng)用的顏料包括由俄亥俄州辛辛那提的Shepherd Color公司售出的“Black411”及可從新澤西州Iselin的Engelhard公司獲得的“Meteor Plus 9895High IR Black”。
對(duì)于在座椅上的應(yīng)用，這些顏料可以被分散在許多可購(gòu)買(mǎi)到的快速固化載體中，這些載體如由美國(guó)Illinois芝加哥的Nazdar有限公司售出的Nazdar GV 170乙烯基涂料；由美國(guó)俄亥俄州Strongville的PPGIndustries公司售出的Duracryl DCA 468 Acrylic Lacquer；由美國(guó)新澤西州Upper Saddle River的Minwax公司售出的Minwax Ultra Fast DryingPolycrylic Protective Finish和Acrylic Lacquer或Minwax Fast DryingPolyurethane，一種聚氨酯漆?？雌饋?lái)用這一反射材料處理過(guò)的座椅的相對(duì)亮度并不十分地依賴(lài)于載體中顏料的濃度。當(dāng)將其中顏料對(duì)載體比為25∶100的方案與另一個(gè)顏料對(duì)載體比為50∶100的方案對(duì)比時(shí)，觀(guān)察到在這兩個(gè)方案之間座椅的最終亮度的很小差別。
利用這一顏料材料處理過(guò)的黑色乙烯基內(nèi)部裝飾產(chǎn)生了比可從美國(guó)紐約羅徹斯特的Eastman Kodak公司獲得的標(biāo)準(zhǔn)灰卡參照更高的相對(duì)亮度。在由CMOS成像器產(chǎn)生的圖像中，黑色乙烯基材料的已處理過(guò)的部分顯得與未處理過(guò)的部分或其他如車(chē)輛乘員所穿的衣服的未處理過(guò)的黑色物體非常不同。因此，通過(guò)利用這些顏料材料中的一種來(lái)處理前座的裝飾材料，在電子圖像中，座椅看起來(lái)與穿黑色衣服的人非常不同。
為了區(qū)分用這一顏料處理過(guò)的座椅和穿著成像器看來(lái)同樣明亮的高灰度衣服的人，該顏料材料可以以一種圖案被應(yīng)用于車(chē)輛座椅，以便該座椅有處理過(guò)的和未處理過(guò)的裝飾區(qū)域。例如，如圖3所示，一種水平延伸條紋的圖案提供一組在其中處理過(guò)的裝飾材料將座椅與穿黑色衣服的人區(qū)分開(kāi)的區(qū)域，而另一組未處理過(guò)的裝飾材料的區(qū)域?qū)⒆闻c穿灰色衣服的人區(qū)分開(kāi)?？商娲兀鐖D4所示的水平和垂直條紋的圖案或方格圖案以二維來(lái)提供這一區(qū)分。顯然，在本發(fā)明的情境中可以使用其他圖案。
提供電子圖像中不同黑色物體間的區(qū)分的另一方案是將某些這樣的物體涂上一層包含細(xì)小玻璃珠而不是顏料的近紅外反射涂料?？梢允褂眉儍舨Ａе?，如可從美國(guó)賓夕法尼亞州Valley Forge的Potters Industries公司獲得的“T-4”珠，或其一個(gè)半球被涂上了一層金屬的玻璃細(xì)珠，如美國(guó)明尼蘇達(dá)州圣保羅的3M公司制造的“145 Type A Metalized Glass Spheres”。這些細(xì)珠可以被分散在丙烯酸混合料中，如“Minwax Ultrafast DryingPolyacrylic Protective Finish”，其是由Minwax公司售出的一種丙烯酸清漆?？梢酝ㄟ^(guò)將150克可從美國(guó)得克薩斯州Fort Worth的FresnelTechnologies有限公司獲得的基于“IR6”丙烯酸的NIR傳輸過(guò)濾材料溶解在560克氯仿中，來(lái)形成另一種混合料。
最終的溶液利用傳統(tǒng)處理被應(yīng)用到機(jī)動(dòng)車(chē)輛內(nèi)的乙烯基或其他裝飾材料。這些細(xì)珠的表面對(duì)近紅外光是高度反射的，并對(duì)已被處理過(guò)的表面提供比未被處理過(guò)的表面更加有光澤和更加明亮的外表。如利用前面描述的反射材料一樣，機(jī)動(dòng)車(chē)輛的內(nèi)部可以被涂上一層圖案以便可與機(jī)動(dòng)車(chē)輛座椅上乘員所穿的衣服區(qū)分開(kāi)。
由于來(lái)自人們不斷坐到或離開(kāi)機(jī)動(dòng)車(chē)輛座椅的磨損，使用玻璃細(xì)珠的涂料已顯示出逐漸耗損的趨勢(shì)。因而，最好在經(jīng)受磨損的機(jī)動(dòng)車(chē)輛表面上使用上述第一類(lèi)反射涂料。然而，玻璃細(xì)珠材料可被用到機(jī)動(dòng)車(chē)輛中很少經(jīng)受磨損的其他表面，如車(chē)門(mén)面板和車(chē)廂頂篷內(nèi)襯。這種涂料將這些表面與座椅的表面區(qū)分開(kāi)，從而使圖像分析能夠確定機(jī)動(dòng)車(chē)輛內(nèi)活動(dòng)座椅的位置。
此外，由于擺動(dòng)和被乘員碰觸，機(jī)動(dòng)車(chē)輛內(nèi)攝像機(jī)24的定向可以能會(huì)改變。這種攝像機(jī)相對(duì)于機(jī)動(dòng)車(chē)輛的運(yùn)動(dòng)改變了由該攝像機(jī)所產(chǎn)生的圖像且特別是其他固定物體(如方向盤(pán)和門(mén))在該圖像中的相對(duì)位置。如果圖像分析是基于在不同時(shí)間點(diǎn)捕獲的兩個(gè)或更多圖像間物體的位置的比較，則這種攝像機(jī)的運(yùn)動(dòng)破壞了該分析。通過(guò)在機(jī)動(dòng)車(chē)輛中放置在電子圖像中可容易被識(shí)別的標(biāo)記，如通過(guò)將車(chē)輛內(nèi)部的特定部件涂上一層一種前面描述的NIR反射材料，由于攝像機(jī)運(yùn)動(dòng)而產(chǎn)生的那些部件在該圖像中的移動(dòng)可容易地被確定。例如，在汽車(chē)每邊的門(mén)之間的支柱以及后門(mén)和后窗之間的支柱可以被標(biāo)記為NIR反射材料以提供車(chē)輛中的位置參照。
因此，對(duì)機(jī)動(dòng)車(chē)輛內(nèi)部的物體的紅外反射涂料的應(yīng)用提供一種機(jī)制，通過(guò)該機(jī)制在電子圖像中這些物體可被與其他物體區(qū)分開(kāi)，而不影響人眼對(duì)機(jī)動(dòng)車(chē)輛內(nèi)部的認(rèn)識(shí)。
上述說(shuō)明主要針對(duì)本發(fā)明的一個(gè)優(yōu)選實(shí)施例。雖然關(guān)注了在本發(fā)明范圍內(nèi)的各種可選方案，但可以預(yù)料，本領(lǐng)域的技術(shù)人員將很可能會(huì)根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例的公開(kāi)而實(shí)現(xiàn)其它變化。因此，本發(fā)明的范圍將由所附權(quán)利要求所確定，并不限于以上的公開(kāi)。
權(quán)利要求
1.一種使機(jī)動(dòng)車(chē)輛(10)中的紅外視頻圖像處理系統(tǒng)能夠區(qū)分物體的方法，所述方法包括將物體(16)涂上一層增加該物體對(duì)紅外輻射的反射率的材料，從而改變?cè)撐矬w在紅外圖像中的亮度。
2.如權(quán)利要求1所述的方法，其中所述材料實(shí)質(zhì)上不改變所述物體(16)對(duì)可見(jiàn)光的反射率。
3.如權(quán)利要求1所述的方法，其中所述材料以一預(yù)定的圖案被應(yīng)用到所述物體(16)。
4.如權(quán)利要求1所述的方法，其中所述材料包含處于一載體中的顏料，該載體是從包括乙烯基油墨、丙烯酸清漆、聚氨酯、及聚氨酯漆中選擇的。
5.如權(quán)利要求1所述的方法，其中所述材料包含對(duì)紅外輻射反射的細(xì)珠。
6.如權(quán)利要求5所述的方法，其中所述細(xì)珠是由玻璃制成的。
7.如權(quán)利要求5所述的方法，其中所述細(xì)珠被涂上一層金屬。
8.如權(quán)利要求1所述的方法，其中所述材料包括分散在由包括丙烯酸清漆和溶解在氯仿中的丙烯酸脂的組中選擇的一種溶液中的細(xì)珠。
9.一種使機(jī)動(dòng)車(chē)輛(10)中的視頻圖像系統(tǒng)區(qū)分對(duì)紅外輻射具有相似反射率的第一和第二物體的方法，所述方法包括對(duì)所述機(jī)動(dòng)車(chē)輛(10)中的所述第一物體(16)施加一種材料，其中所述材料改變所述第一物體對(duì)紅外輻射的反射率且對(duì)人眼是覺(jué)察不到的；感應(yīng)由所述第一和第二物體反射的紅外輻射，產(chǎn)生電子圖像；以及根據(jù)所述電子圖像的部分的相對(duì)亮度區(qū)分所述電子圖像中的所述第一和第二物體。
10.如權(quán)利要求9所述的方法，其中所述材料以一預(yù)定的圖案被施加到所述物體。
11.如權(quán)利要求9所述的方法，其中所述材料包含一在人眼看來(lái)具有與所述第一物體(16)在應(yīng)用該材料之前的顏色實(shí)質(zhì)上相同的顏色的顏料。
12.如權(quán)利要求9所述的方法，其中所述材料包含處于一載體中的顏料，該載體是從包括油墨、丙烯酸清漆、聚氨酯、及聚氨酯漆中選擇的。
13.如權(quán)利要求9所述的方法，其中所述材料包含對(duì)紅外輻射反射的細(xì)珠。
14.如權(quán)利要求13所述的方法，其中所述細(xì)珠由玻璃制成。
15.如權(quán)利要求13所述的方法，其中所述細(xì)珠被涂上一層金屬。
16.如權(quán)利要求9所述的方法，其中所述材料包括分散在由包括丙烯酸清漆和溶解在氯仿中的丙烯酸脂的組中選擇的一種溶液中的細(xì)珠。
全文摘要
機(jī)動(dòng)車(chē)輛(10)具有一視頻系統(tǒng)，該視頻系統(tǒng)分析該機(jī)動(dòng)車(chē)輛的內(nèi)部的圖像以檢測(cè)用于控制該機(jī)動(dòng)車(chē)輛的功能的某一特性，如檢測(cè)座椅上人的存在以控制在碰撞事件中氣囊(20)的展開(kāi)。該系統(tǒng)使用紅外光照明該車(chē)輛內(nèi)部而不影響駕駛員察看道路的能力。為了區(qū)分圖像中具有相似顏色的不同物體，如坐在黑色座椅上穿黑色衣服的人，所選定的物體，如座椅，被涂上一層改變?cè)撐矬w對(duì)紅外光的反射率，而不改變對(duì)可見(jiàn)光的反射率的材料。這樣，紅外圖像的分析可區(qū)分這些物體，而不影響人眼對(duì)該車(chē)輛內(nèi)部的認(rèn)識(shí)。
文檔編號(hào)B60N2/00GK1537751SQ20041003273
公開(kāi)日2004年10月20日 申請(qǐng)日期2004年4月16日 優(yōu)先權(quán)日2003年4月17日
發(fā)明者M·B·喬爾杰維奇, M B 喬爾杰維奇 申請(qǐng)人:伊頓公司