專利名稱：車輛翻覆預(yù)防安全系統(tǒng)及其方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種車輛翻覆預(yù)防安全系統(tǒng)及其方法，特別是指一種可估算出車道曲率及路面傾角，并求出翻覆預(yù)測點(diǎn)及翻覆臨界速度，以警示駕駛者或控制減速動(dòng)作的車輛翻覆預(yù)防安全系統(tǒng)及其方法。
背景技術(shù)：
隨著車輛普及廣泛應(yīng)用于人類社會，使得各地差距不斷縮短，逐漸成為全球化一體的社會形態(tài)，但所謂一正必有一反，近幾年因交通事故傷亡事件層出不窮，大部分交通事故的肇事原因，主要是以駕駛?cè)宋醋⒁饴窙r的情形居多，由于駕駛者的粗心不注意或是精神不集中，很容易導(dǎo)致車禍意外的發(fā)生。
為提高車輛行駛的安全性，并降低交通事故發(fā)生率，因此，目前以衛(wèi)星監(jiān)控系統(tǒng) (GPS)配合圖資，來達(dá)到偵測前方道路曲率信息的技術(shù)為主，或是以影像辨識為基礎(chǔ)，藉由影像辨識技術(shù)來達(dá)到車道線及車道曲率估算，都可持續(xù)進(jìn)行車輛行駛狀態(tài)與車道路況的分析，當(dāng)發(fā)生車輛偏離車道或是過彎速度過快的情況時(shí)，便可立即警告駕駛者修正車輛方向或減慢車速，以避免事故發(fā)生。惟，衛(wèi)星監(jiān)控系統(tǒng)誤差范圍大，約3-30公尺不等，應(yīng)用在分秒必爭的車輛翻覆預(yù)防系統(tǒng)上，準(zhǔn)確度稍嫌不足；此外，若以影像辨識技術(shù)來辨識具有傾斜的道路時(shí)，容易造成車道曲率估測錯(cuò)誤。
有鑒于此，本發(fā)明遂針對上述習(xí)知技術(shù)的缺失，提出一種車輛翻覆預(yù)防安全系統(tǒng)及其方法，以有效克服上述的該等問題。發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的主要目的在提供一種車輛翻覆預(yù)防安全系統(tǒng)及其方法，利用立體視覺處理法來估算出精確的車道傾角與車道曲率變化，并輸出對應(yīng)警示以供駕駛者能預(yù)先采取減速應(yīng)變措施，或由系統(tǒng)自動(dòng)修正車輛速度，使其維持翻覆臨界車速之下，以避免車輛側(cè)滑或翻覆的意外發(fā)生。
本發(fā)明的另一目的在提供一種車輛翻覆預(yù)防安全系統(tǒng)及其方法，其可應(yīng)用平面道路或有傾角的道路的影像辨識，可利用立體視覺處理法估算出一影像傳感器傾斜角度的誤差校正值，藉以修正先前技術(shù)中影像傳感器的傾斜角度與實(shí)際值的誤差現(xiàn)象。
為達(dá)上述的目的，本發(fā)明提供一種車輛翻覆預(yù)防安全方法，包括下列步驟擷取一車輛前方的至少一道路影像；判斷道路影像中是否有車道線，若否，則重新擷取道路影像， 若是，則根據(jù)車道線以計(jì)算出車道曲率、道路傾斜角度、車輛與車道線的相對位置；根據(jù)車輛的動(dòng)態(tài)信息、車道曲率及道路傾斜角度以估算出一翻覆預(yù)測點(diǎn)及一翻覆臨界速度；及判斷車輛的車速是否超過翻覆臨界速度，若否，則重新計(jì)算出車道曲率、道路傾斜角度、車輛與車道線的相對位置，若是，則輸出一警示訊號或?qū)?yīng)該翻覆預(yù)測點(diǎn)及翻覆臨界速度，來進(jìn)行車速的減速控制動(dòng)作。
本發(fā)明更提供一種車輛翻覆預(yù)防安全系統(tǒng)，設(shè)于一車輛上，車輛翻覆預(yù)防安全系統(tǒng)包括至少一影像傳感器，用于擷取車輛前方的道路影像；一影像處理器，連接影像傳感器，影像處理器辨識道路影像的車道線，并根據(jù)車道線以計(jì)算出車道曲率、道路傾斜角度、 車輛與車道線的相對位置；一車況感測模塊，用于感測車輛的轉(zhuǎn)角角度、傾斜角度及車速的動(dòng)態(tài)信息；一微處理器，連接影像處理器及車況感測模塊，微處理器依據(jù)道路曲率、道路傾斜角度及動(dòng)態(tài)信息以估算出一翻覆預(yù)測點(diǎn)及翻覆臨界速度，并對應(yīng)輸出一警示訊號或一控制訊號；及一油門與煞車控制器，連接微處理器，油門與煞車控制器根據(jù)控制訊號以控制車輛的減速動(dòng)作。
下面藉由具體實(shí)施例詳加說明，當(dāng)更容易了解本發(fā)明的目的、技術(shù)內(nèi)容、特點(diǎn)及其所達(dá)成的功效。


為了更清楚地說明本發(fā)明實(shí)施例或現(xiàn)有技術(shù)中的技術(shù)方案，下面將對實(shí)施例或現(xiàn)有技術(shù)描述中所需要使用的附圖作簡單地介紹，顯而易見地，下面描述中的附圖僅僅是本發(fā)明的一些實(shí)施例，對于本領(lǐng)域普通技術(shù)人員來講，在不付出創(chuàng)造性勞動(dòng)性的前提下，還可以根據(jù)這些附圖獲得其他的附圖。
圖1為本發(fā)明的架構(gòu)圖2為本發(fā)明的步驟流程圖3為本發(fā)明將世界坐標(biāo)轉(zhuǎn)換成以影像坐標(biāo)表示的車道模型的示意圖4為本發(fā)明計(jì)算道路傾斜角度的步驟流程圖5為本發(fā)明使用立體影像處理法取得道路深度影像的示意圖6為本發(fā)明另一使用立體影像處理法取得道路深度影像的示意圖7為本發(fā)明的車輛過彎行駛的示意圖。
附圖標(biāo)記說明10車輛翻覆預(yù)防安全系統(tǒng)；12影像傳感器；14影像處理器；16車況感測模塊；18微處理器；20油門與煞車控制器；22傾斜傳感器加速度傳感器J6方向盤轉(zhuǎn)角傳感器。
具體實(shí)施方式
請一并參閱圖1及圖2，圖1為本發(fā)明的架構(gòu)圖，圖2為本發(fā)明的步驟流程圖。車輛翻覆預(yù)防安全系統(tǒng)10設(shè)在一車輛上，車輛翻覆預(yù)防安全系統(tǒng)10包括至少二影像傳感器 12、一影像處理器14、一車況感測模塊16、一微處理器18及一油門與煞車控制器20，微處理器18連接影像處理器14、車況感測模塊16及油門與煞車控制器20。其中車況感測模塊 16更包含一傾斜傳感器22、一加速度傳感器M及一方向盤轉(zhuǎn)角傳感器沈，傾斜傳感器22 偵測車輛的傾斜角度，加速度傳感器M偵測車輛的車速，方向盤轉(zhuǎn)角傳感器26偵測車輛的轉(zhuǎn)角角度。影像傳感器12連接影像處理器14，影像傳感器12可為CCD或CMOS攝影機(jī)，較佳可裝設(shè)于車輛的后視鏡或擋風(fēng)玻璃上，如步驟S10，利用影像傳感器12擷取車輛前方的道路影像。再步驟S12，利用影像處理器14判斷道路影像的車道線，若否，則執(zhí)行步驟S10， 重新擷取車輛前方的道路影像；若是，則執(zhí)行步驟S14，影像處理器14根據(jù)車道線以計(jì)算出車道曲率、道路傾斜角度、車輛與車道線的相對位置。其中影像處理器14利用一車道線模型以計(jì)算出車道斜率、車道曲率、車輛與車道線的相對位置，車道線模型的方程式如下
Xw = k · Yw2+m · Yw+b
其中，)(W、YW、4表示為世界坐標(biāo)軸，k、m、b表示為車道線模型的參數(shù)。藉由車道線模型經(jīng)一次微分，可推算求得車道斜率，車道斜率的公式為ε i = 2 · k · Yff+m, ε χ表示為車輛的行進(jìn)路線斜率。再將車道斜率的公式執(zhí)行第二次微分，可進(jìn)一步求出車道曲率，其公式為4 = 2· k。藉由上述車道斜率，可以進(jìn)一步推算車輛橫向位移量，其公式為ΔΥ = YL-LX eL, ΔΥ表示為車輛橫向位移量，Y,表示為參考點(diǎn)的車輛偏移量，L表示為預(yù)視距離斜率。當(dāng)計(jì)算出車道斜率后，即可推算出車輛距車道邊線距離，換言之，可得知車輛與車道線的相對位置，如下公式所示—+ {—-Yl-Lxsl^
Δ7 = | 2 ) 2(12 U L)
其中，bK表示為車道寬度，bv表示為車輛寬度。請同時(shí)參閱圖3，為世界坐標(biāo)轉(zhuǎn)換成以影像坐標(biāo)表示的車道模型，其中車道線模型以世界坐標(biāo)為基準(zhǔn)，可藉由一影像處理器 14將車道模型投影至一以影像坐標(biāo)為基準(zhǔn)的車道模型，再進(jìn)行相對應(yīng)的坐標(biāo)轉(zhuǎn)換，其中影像坐標(biāo)的車道線模型的公式如下keuevHbeu (、
U=~~ + meu +—^ψνηιθ-ν)Hev
m0 = tan θ +tan α
其中，u表示為影像平面的橫坐標(biāo)，ν表示為影像平面的縱坐標(biāo)，eu表示為u方向影像傳感器12焦距轉(zhuǎn)換到影像坐標(biāo)的基本量，單位為像素(Pixel)，ev表示為ν方向影像傳感器12焦距轉(zhuǎn)換到影像坐標(biāo)的基本量，單位為像素(Pixel)，H表示為影像傳感器12裝設(shè)于車輛上的高度，k、m、b表示為車道線模型的參數(shù)，Ms表示為影像傳感器12的傾斜角度。 影像傳感器12的傾斜角度定義為影像傳感器12中心線與實(shí)際道路的夾角，若實(shí)際道路是具有傾角或有上坡，會使影像處理器14在估算車道曲率上造成誤差的現(xiàn)象。
本發(fā)明為改善車道曲率有誤差的現(xiàn)象，請同時(shí)配合圖4及圖5，上述步驟S14中，利用影像處理器14計(jì)算道路傾斜角度更包含下列步驟如步驟S142，影像處理器14使用立體視覺處理法取得一道路深度影像，其藉由兩個(gè)影像傳感器12擷取兩張相對應(yīng)的影像，以還原影像中實(shí)際道路影像與擷取道路影像的影像傳感器12的實(shí)際距離，計(jì)算實(shí)際距離的方程式為ΔχΙ X Ax2 X-b 7 bf
其中，X、Z分別為該實(shí)際道路影像的X軸及Y軸，兩個(gè)影像傳感器12的成像平面中心點(diǎn)相互平行，b表示為二影像傳感器的實(shí)際距離，實(shí)際道路空間中的一點(diǎn)投影至右影像平面的投影點(diǎn)與右影像平面的影像中心點(diǎn)的距離為Δχ ，實(shí)際道路空間中的一點(diǎn)投影至左影像平面的投影點(diǎn)與左影像平面的影像中心點(diǎn)的距離為ΔΧ2，f表示為影像傳感器的焦距。再如步驟S144，影像處理器14依據(jù)道路深度影像定義出車道線所在的道路為平面道路或非平面道路。最后再執(zhí)行步驟S146，計(jì)算道路水平與垂直以求出道路傾斜角度，請配合圖 6，道路的對應(yīng)點(diǎn)在成對影像中的位置差(Δ xl-Δ U)稱為相差(disparity)，使立體視覺6處理器可實(shí)時(shí)求出空間中的深度影像。將原始影像利用立體比對的方法找出每一像素點(diǎn)的景深信息圖，亦稱為相差影像(disparity map)，將相差影像投影至影像平面Y軸上(V)，Y 軸為影像縱軸坐標(biāo)，X軸(Δ)為相差值，離影像傳感器12最近的特征點(diǎn)會有越大的相差值， 在影像中，同一平面的點(diǎn)會在V-disparity map上呈現(xiàn)一條直線，再搭配使用U-disparity map，來輔助判斷若道路水平是否有角度變化，藉此，即可求出道路傾斜角度；藉此，本案即可求解前方道路的傾斜角度變化。
因此，影像處理器14可利用立體視覺處理法估算出車道傾斜角度的誤差校正值， 誤差校正值由下列公式所求得
權(quán)利要求
1.一種車輛翻覆預(yù)防安全方法，包括下列步驟(A)擷取一車輛前方的至少一道路影像；(B)判斷該道路影像中是否有車道線，若否，則回到步驟(A)，若是，則執(zhí)行步驟(B)；(C)根據(jù)該車道線以計(jì)算出車道曲率、道路傾斜角度、該車輛與該車道線的相對位置；(D)根據(jù)該車輛的動(dòng)態(tài)信息、該車道曲率及該道路傾斜角度以估算出一翻覆預(yù)測點(diǎn)及一翻覆臨界速度；及(E)判斷該車輛的車速是否超過該翻覆臨界速度，若否，則回到該步驟(C)，若是，則輸出一警示訊號或?qū)?yīng)該翻覆預(yù)測點(diǎn)及該翻覆臨界速度來進(jìn)行該車速的減速控制動(dòng)作。
2.如權(quán)利要求1所述的車輛翻覆預(yù)防安全方法，其中該步驟(C)利用一車道線模型以計(jì)算出該車道斜率、該車道曲率、該車輛與該車道線的相對位置。
3.如權(quán)利要求2所述的車輛翻覆預(yù)防安全方法，其中該車道線模型以世界坐標(biāo)為基準(zhǔn)，可藉由一影像處理器將該車道模型投影至一以影像坐標(biāo)為基準(zhǔn)的車道模型，再進(jìn)行相對應(yīng)的坐標(biāo)轉(zhuǎn)換，再利用一立體視覺處理法估算出該車道傾斜角度的誤差校正值。
4.如權(quán)利要求1所述的車輛翻覆預(yù)防安全方法，其中該步驟(C)中，根據(jù)該車道線以計(jì)算該道路傾斜角度，更包括下列步驟(Cl)使用一立體視覺處理法取得一道路深度影像；(C2)依據(jù)該道路深度影像定義出該車道線所在的道路為平面道路或非平面道路；及(C3)計(jì)算該道路水平與垂直以求出該道路傾斜角度。
5.如權(quán)利要求4所述的車輛翻覆預(yù)防安全方法，其中該立體視覺處理法所取得該道路深度影像藉由兩張相對應(yīng)的影像以還原該影像中實(shí)際道路影像與擷取該道路影像的至少二影像傳感器的實(shí)際距離，計(jì)算該實(shí)際距離的方程式為
6.如權(quán)利要求1所述的車輛翻覆預(yù)防安全方法，其中該翻覆臨界速度利用下列方程式取得
7.—種車輛翻覆預(yù)防安全系統(tǒng)，設(shè)于一車輛上，該車輛翻覆預(yù)防安全系統(tǒng)包括至少一影像傳感器，用于擷取該車輛前方的道路影像；一影像處理器，連接該影像傳感器，該影像處理器辨識該道路影像的車道線，并根據(jù)該車道線以計(jì)算出車道曲率、道路傾斜角度、該車輛與該車道線的相對位置；一車況感測模塊，用于感測該車輛的轉(zhuǎn)角角度、傾斜角度及車速的動(dòng)態(tài)信息；一微處理器，連接該影像處理器及該車況感測模塊，該微處理器依據(jù)該道路曲率、該道路傾斜角度及該動(dòng)態(tài)信息以估算出一翻覆預(yù)測點(diǎn)及翻覆臨界速度，并對應(yīng)輸出一警示訊號或一控制訊號；及一油門與煞車控制器，連接該微處理器，該油門與該煞車控制器根據(jù)該控制訊號以控制該車輛的減速動(dòng)作。
8.如權(quán)利要求7所述的車輛翻覆預(yù)防安全系統(tǒng)，其中該車況感測模塊更包含 一傾斜傳感器，用于偵測該車輛的該傾斜角度；一加速度傳感器，用于偵測該車輛的該車速；及一方向盤轉(zhuǎn)角傳感器，用于偵測該車輛的該轉(zhuǎn)角角度。
9.如權(quán)利要求7所述的車輛翻覆預(yù)防安全系統(tǒng)，其中該影像處理器利用一車道線模型以計(jì)算出該車道斜率、該車道曲率、該車輛與該車道線的相對位置。
10.如權(quán)利要求9所述的車輛翻覆預(yù)防安全系統(tǒng)，其中該車道線模型以世界坐標(biāo)為基準(zhǔn)，可藉由該影像處理器將該車道模型投影至一以影像坐標(biāo)為基準(zhǔn)的車道模型，再進(jìn)行相對應(yīng)的坐標(biāo)轉(zhuǎn)換，再利用一立體視覺處理法取得該車道傾斜角度的誤差校正值。
全文摘要
本發(fā)明提供一種車輛翻覆預(yù)防安全系統(tǒng)及其方法，包括擷取一車輛前方的至少一道路影像，利用影像處理器判斷道路影像中是否有車道線，若有，則根據(jù)車道線以計(jì)算出車道曲率、道路傾斜角度、車輛與車道線的相對位置。再藉由微處理器根據(jù)車輛的動(dòng)態(tài)信息、車道曲率及道路傾斜角度以估算出一翻覆預(yù)測點(diǎn)及一翻覆臨界速度，并判斷車輛的車速是否超過翻覆臨界速度，若否，則重復(fù)計(jì)算出車道曲率、道路傾斜角度、車輛與車道線的相對位置；若是，則輸出一警示訊號或?qū)?yīng)翻覆預(yù)測點(diǎn)及翻覆臨界速度來進(jìn)行車速的減速控制動(dòng)作。
文檔編號B60W10/06GK102529959SQ201010617130
公開日2012年7月4日 申請日期2010年12月31日 優(yōu)先權(quán)日2010年12月31日
發(fā)明者廖學(xué)隆, 徐子建, 蘇一峯, 許骔譁, 陳俊雄 申請人:財(cái)團(tuán)法人車輛研究測試中心