帮助拖车附接的动态相机视图的制作方法

本申请要求于2014年5月6日提交的美国临时申请第61/989,024号以及于2014年5月13日提交的美国临时申请第61/992,419号的优先权，每个申请案的全部内容以引用的方式并入本文。

技术领域

本发明的实施例涉及用于协助驾驶员将车辆钩与拖车联接器（或者联接件）对齐的方法和系统。

背景技术：

在客运车辆中，拖车钩通常位于车辆后方驾驶员看不见的较低位置处。拖车的连接至钩的拖车联接件位于类似较低位置处。为了将车辆连接至拖车，驾驶员必须将车辆定位为使拖车钩相当接近拖车联接件，而不利于能够直接看到拖车钩、拖车联接件、或者可以定位在拖车钩与拖车联接件之间的任何障碍物。同样，使该对齐过程自动化（例如，通过自动地驾驶车辆）需要精确性。例如，为了防止对车辆和拖车造成损坏，与其它自动车辆操纵（诸如，平行停车辅助）不同的是，必须对该钩和联接件的位置在有限变动内进行准确地追踪。因此，用于钩附接的自动化系统较复杂并且因此研发成本高。

技术实现要素：

相应地，本发明的实施例提供用于协助驾驶员将车辆钩与拖车联接器对齐的系统和方法。一种系统包括图像采集装置，该图像采集装置具有包括车辆后方的区域的视野。该系统还包括控制器，该控制器构造为：对来自图像采集装置的图像数据进行分析并且对位于该区域中的拖车或者其部分（例如，拖车舌片或者联接件）进行检测。该控制器还构造为：当车辆朝着拖车移动时确定车辆与检测到的拖车之间的距离并且基于所确定的距离自动地改变图像采集装置的视角。

类似地，一种方法包括：通过控制器来从具有包括车辆后方的区域的视野的图像采集装置获取图像数据，并且通过控制器来对该图像数据进行分析以便检测位于该区域中的拖车的至少一部分。该方法还包括：当车辆朝着拖车移动时确定车辆与检测到的拖车之间的距离并且基于所确定的距离通过控制器来自动地改变图像采集装置的视角。

例如，本发明的一个实施例提供一种用于在将车辆联接至拖车时协助驾驶员的方法。该方法包括：（a）获取车辆后方的区域的图像数据，（b）基于该图像数据对拖车的至少一部分进行识别，（c）确定车辆与拖车的识别出的部分之间的距离，（d）基于所确定出的距离来确定视角，（e）使用车辆中包括的控制器基于图像数据来生成拖车的视图，该视图具有确定出的视角，以及（f）显示所生成的视角。该方法还包括：（g）当车辆靠近拖车时重复（c）至（f），其中，所确定出的视角随着车辆接近拖车而改变。

本发明的另一个实施例提供一种用于在将车辆联接至拖车时协助驾驶员的系统。该系统包括：图像采集装置、用户界面、以及至少一个控制器。该图像采集装置构造为采集车辆后方的区域的图像数据。该用户界面包括在车辆中。该至少一个控制器构造为：（a）获取图像数据，（b）基于该图像数据对拖车的至少一部分进行识别，（c）确定车辆与拖车的所识别出的部分之间的距离，（d）基于所确定出的距离来确定视角，（e）基于图像数据来生成拖车的视图，该视图具有所确定出的视角，以及（f）在用户界面上显示该视图。所述至少一个控制器还构造为：当车辆靠近拖车时重复（c）至（f），其中，所确定出的视角随着车辆接近拖车而改变。

通过考虑具体实施方式和附图，本发明的其它方面将变得明显。

附图说明

图1示意性地示出了车辆和拖车。

图2示意性地示出了包括在图1的车辆中的控制器。

图3是流程图，示出了一种用于协助由图2的控制器执行的图1的车辆的驾驶员将车辆连接至拖车。

图4示意性地示出了包括在车辆中的具有固定物理位置的图像采集装置。

图5是处于固定物理位置处的由图4的图像采集装置收集的图像数据生成的视图。

图6示意性地示出了包括在车辆中的具有模拟位置的图像采集装置。

图7是处于模拟位置处的由图4的图像采集装置收集的图像数据生成的视图。

图8是图2的控制器生成的视图的序列。

具体实施方式

在对本发明的任何实施例进行详细解释之前，应理解，本发明在其应用上不限于如下说明书中列出的或者附图中示出的部件的构造和布置的细节。本发明能够实现其它实施例并且以多种方式进行实践或者执行。

同样，应理解，本文所使用的措辞和术语是用于描述的目的并且不应看作具有限制性。本文使用的“包含”、“包括”、或者“具有”及其变型意在涵盖其后列出的项目和其等同物以及附加项目。术语“安装”、“连接”和“联接”的用法广泛并且涵盖直接和间接安装、连接和联接。进一步地，“连接”和“联接”不限于物理或者机械连接或者联接，并且可以包括直接或者间接的电气连接或者联接。同样，电子通信和通知可以使用任何已知的方式（包括直接连接、无线连接等）来执行。

还应注意，还可以使用多个基于硬件和软件的装置、以及多个不同结构的部件来实施本发明。还应注意，还可以使用多个基于硬件和软件的装置、以及多个不同结构的部件来实施本发明。此外，应理解，本发明的实施例可以包括硬件、软件、以及电子部件或者模块，为了讨论的目的，这些硬件、软件、以及电子部件或者模块可以示出和描述为似乎大部分部件仅以硬件实施。然而，基于阅读本具体实施方式，本领域的技术人员将意识到，在至少一个实施例中，本发明的基于电子器件的方面可以在可由一个或多个处理器执行的软件中实施（例如，储存在非暂时性计算机可读介质上）。以此，应注意，多个基于硬件和软件的装置、以及多个不同结构的部件可以用于实施本发明。例如，说明书中描述的“控制单元”和“控制器”可以包括标准处理部件，诸如，一个或多个处理器、包括非暂时性计算机可读介质的一个或多个存储器模块、一个或多个输入/输出界面、以及联接部件的多个连接器（例如，系统总线）。

如上文所指出的，本发明的实施例提供用于协助驾驶员定位车辆以使车辆的拖车钩恰当地与拖车的拖车联接件对齐的系统和方法。如在图1中示出的，一种系统可以包括：控制器10、图像采集装置12、以及用户界面14。该控制器10、图像采集装置12、以及用户界面14包括在车辆16中，该车辆16包括用于将拖车19联接至车辆16的钩18。

如在图2中示出的，控制器10包括：处理单元20（例如，微处理器、特定用途集成电路（“ASIC”）等）、一个或多个存储器模块22、以及输入/输出界面24。还应理解，控制器10可以包括除了本文所描述的部件之外的附加部件。此外，在一些实施例中，控制器10的功能（在下文描述）可以分布在多个系统或者装置之间。同样，在一些实施例中，控制器10的功能可以与其它系统或者装置结合。

存储器模块22包括非暂时性计算机可读介质，诸如，随机存取存储器（“RAM”）和/或只读存储器（“ROM”）。处理单元20通过输入/输出界面24通过一个或多个有线或者无线连接器（例如，控制器局域网（“CAN”）总线）从控制器10外部的装置和系统获取数据。例如，控制器10通过输入/输出界面24从图像采集装置12接收输入。类似地，控制器10可以构造为通过输入/输出界面24向用户界面14提供输出。

处理单元20（从存储器模块22和/或输入/输出界面24）接收信息并且通过执行一个或多个指令来处理该信息。该指令储存在存储器模块22中。处理单元20也将信息（例如，通过输入/输出界面24接收的信息以及/或者由处理单元20执行的指令生成的信息）储存至存储器模块22。储存在存储器模块22中的指令在由处理单元20执行时提供特定功能。通常，指令在由处理单元20执行时使用来自图像采集装置12的信息来为车辆16的驾驶员提供车辆16后方的区域的图像，以便协助驾驶员将拖车19联接至车辆16的钩18。

图像采集装置12包括至少一个图像传感器（例如，静物或者视频彩色或者黑白相机），并且在一些实施例中包括处理单元（例如，专用控制器），该处理单元构造为对至少一个图像传感器采集到的图像数据进行处理（失真校正、图像拼接等）。图像采集装置中包括的至少一个图像传感器可以具有包括车辆16后方的区域（即，钩18所处的位置）的视野。

图像采集装置12向控制器10提供图像数据（例如，通过有线或者无线连接，包括直接链路或者总线或者网络连接，诸如，控制器局域网（“CAN”）总线）。控制器对图像数据进行处理，如下文更加详细地描述的。控制器10还将所接收到的图像数据（例如，如从图像采集装置接收到的和/或在处理之后接收到的）输出至用户界面14。在一些实施例中，图像采集装置12直接将图像提供至用户界面，这作为将图像数据提供至控制器10的替代或者附加。同样，在一些实施例中，控制器10包括在图像采集装置12和/或用户界面14中。

用户界面14包括至少一个显示器，该至少一个显示器包括在车辆16的内部（例如，在车辆的仪表盘和/或中央控制台中）。在一些实施例中，用户界面14包括触屏。替代地或者此外，用户界面14可以与一个或多个输入机构（例如，按钮、刻度盘、开关、光标等）相关联，该一个或多个输入机构允许用户与图像数据和用户界面14上显示的其它信息相互作用。

控制器（通过储存在存储器模块22中和由处理单元20执行的指令）构造为在车辆16的驾驶员试图将拖车19连接至车辆16的钩18时协助该驾驶员。由控制器10执行的方法使用图像采集装置12采集到的图像数据通过改变场景（即，改变背景）来追踪拖车19的位置。图3示出了该方法的一个实施例。如在图3中示出的，该方法包括：通过控制器10来接收由图像采集装置12采集的图像数据，以及对该图像数据进行处理以便识别在图像数据内的拖车19或者其部分（例如，拖车联接件、拖车舌片、粘附至拖车19的标记等）（在框30处）。在一些实施例中，控制器10通过执行自动图像数据处理来识别拖车19，该自动图像数据处理寻找通常与图像中的拖车相关联的特定形状或者其它独特特征。为了使得这种自动检测更为容易，控制器10可以构造为寻找与车辆16相距预定距离（例如，约3.0米至约5.0米）的拖车19。控制器10还可以构造为检测放置在拖车19上的预定标记（例如，便签或者附接至拖车19的具有预定形状、图案等的其它装置）。

在其它实施例中，控制器10在用户界面14上显示采集到的图像数据并且允许用户手动地选择或者识别所显示的图像数据内的拖车19。例如，如果用户界面14包括触屏，则用户可以手动地触摸与拖车19（例如，拖车联接件）相对应的所显示的图像数据上的位置。替代地或者此外，用户可以使用与用户界面14相关联的输入机构（例如，按钮、光标、光笔等）来详细说明与拖车19相对应的所显示的图像数据上的特定位置。同样，在一些实施例中，控制器10可以构造为自动地识别图像数据中的拖车19并且在用户界面14上显示具有自动识别的指示的图像数据。用户然后可以确认或者拒绝自动识别并且请求控制器10试图再次进行自动识别或者手动地指示（例如，移动该指示或者生成新的指示）图像数据内拖车19的位置。

在控制器10识别出图像数据中的拖车19之后，控制器10确定所识别出的拖车19与车辆16之间的距离（在框32处）。在一些实施例中，控制器10使用接收到的图像数据来计算该距离（例如，通过使用图像采集装置12的已知参数来计算图像采集装置12与采集到的图像数据中表示的物体之间的距离）。替代地或者组合地，控制器10可以使用来自距离测量系统的数据来计算该距离。例如，控制器10可以构造为与车辆16中包括的一个或多个距离测量系统（诸如，雷达或者超声波装置）通信，该一个或多个距离测量系统可以测量车辆16与外部物体之间的距离。同样，在一些实施例中，用户可以使用用户界面14来输入距离和/或确认计算出的距离。应理解，所确定的距离可以包括车辆16的特定部分（例如，图像采集装置12、车辆16的后保险杠、拖车钩18等）与拖车19的特定部分（例如，拖车舌片、最接近车辆16的拖车联接件的端部、拖车主体的后表面、拖车车轮等）之间的距离。例如，控制器10可以构造为使用用于车辆16的多个方面（和/或普通拖车的多个方面）的预定尺寸来准确地确定车辆16与拖车19之间的距离。

如下文更加详细地描述的，控制器10构造为初始地确定车辆16与拖车19之间的距离并且随着车辆16移动而反复地确定该距离。替代地或者此外，控制器10可以构造为初始地确定车辆16与拖车19之间的距离并且基于车辆16的移动（例如，速度、加速度、和/或车辆16的行进方向）来自动地调节该距离。在这种实施例中，控制器10可以构造为与提供车辆操作参数（例如，速度、速率、齿轮选择等）的一个或多个车辆系统通信以便确定车辆16的移动。

控制器10使用计算出的距离和图像数据来生成车辆16后方的视图。尤其，控制器10可以构造为使用取决于车辆16与拖车19之间的当前距离的针对所生成视图的特定视角。例如，控制器10可以构造为自动地将所生成的视图的视角从第一视图改变为第二视图，该第一视图具有与地面或者车辆的驾驶表面呈约45°至约90°的第一视角，该第二视图具有与地面呈约0°的第二视角，（并且可选地在第一视图与第二视图之间提供附加视角）。应理解，视角的该改变可以出现在一个或多个步骤中（例如，在预定时间段内改变几度）或者连续地出现。

在一些实施例中，控制器10使用车辆16与拖车19之间所确定的距离来确定视角（在框34处）。尤其，控制器10可以储存表格或者将距离映射至视角的其它模型或者函数。在一些实施例中，该表格将多个距离中的每一个（例如，单个距离或者距离范围）映射至预定视角。因此，在控制器10确定了车辆16与拖车19之间的距离之后，控制器10可以访问该表格并且选择表格中包括的与多个距离中与所确定的距离相配的一个距离相对应的视角。例如，控制器10可以构造为当车辆16位于与拖车19相距多于约5.0米时使用第一视图，并且可以构造为当车辆16位于与拖车19相距少于约1.0米时使用第二视图。因此，控制器10使用如上文所描述的车辆16与拖车19之间的所确定的距离来识别视角。

控制器10然后基于所确定的视角来生成视图（在框36处）。例如，在一些实施例中，控制器10通过自动地改变图像采集装置12的物理构造（例如，使用电机或者改变该装置的线性位置、角位置等的其它机构）来改变所生成的视图的视角。例如，如果控制器10基于车辆16与拖车19之间的所计算出的距离确定保证了与地面呈约30°的视角（以便提供钩18的清晰视图），则控制器10可以使一个或多个电机或者其它装置操作以便使图像采集装置12旋转，从而使该装置12采集该视角。

在其它实施例中，控制器10通过修改由图像采集装置12收集的图像数据来改变所生成的视图的视角。例如，美国公开申请第2011/0050886号（其全部内容以引用的方式并入本文）提供了一种用于提供这种图像处理的构造。该并入的专利申请案公开了动态地改变相机视图的系统和方法。例如，如在图4中示出的，图像采集装置12可以具有在车辆16上的提供固定视野50的固定物理位置。该视野50可以提供诸如图5中示出的视图52的视图。然而，使用美国公开申请第2011/0050886号中公开的系统和方法或者其它类似方法，控制器10可以生成提供模拟视野54的图像采集装置12’（见图6）的模拟位置。该模拟视野54可以提供诸如图7中示出的视图56的视图（例如，顶视图或者鸟瞰图）。因此，尽管图像采集装置12的物理位置不改变，控制器10也可以生成模拟视野，如同该装置的位置物理地改变一样。

在生成具有所确定的视角的视图之后，控制器10在用户界面14上显示所生成的视图（在框60处）。相应地，由控制器10显示的视图基于与拖车19相距的距离而动态地发生变化。尤其，车辆16移动得越接近拖车19，模拟视野或者视角就越接近垂直于地面，这提供了拖车19（例如，拖车滚珠（trailer ball）和拖车舌片）的顶视图或者鸟瞰图（见图7）。该顶部视角特别有助于任何后退操纵，但尤其有助于在试图将拖车19联接至钩18时。

相应地，在确定车辆16与拖车19之间的初始距离之后，控制器10可以构造为生成具有第一视角（例如，由图像采集装置12提供的视角）的初始视图。此后，如在图3中示出的，随着车辆16移动，控制器10可以构造为确定车辆16与拖车19之间的新距离（例如，通过感测新距离或者通过调节初始确定的距离）并且生成具有取决于该新距离的视角的新视图。控制器10可以重复该过程直到车辆16与拖车19之间的距离达到预定最小距离（在框62处）（或者直到达到预定视角，诸如，鸟瞰图视角）。例如，图8示出了随着车辆16接近拖车19而显示给驾驶员的视图的序列64。应理解，该序列64可以仅仅包括视图中的一些，并且可以在特定情景下呈现附加视图或者更少的视图。

在一些实施例中，控制器10还在车辆朝着拖车移动的同时为驾驶员提供指导。例如，如在图5和图7中示出的，在一些实施例中，控制器10在所显示的图像数据内自动地或者手动地识别出的所显示的视图上对拖车19进行标记（例如，见叠加在拖车舌片上的红点）。该指导还包括可听指导（例如，口头文本，诸如，“车轮左转”、“车轮右转”或者“减速”，警告音或者警报等）和/或视觉指导（例如，标记，诸如，在图像数据上显示的指导或者计划的车辆轨迹，或者单独的用户界面）。在一些实施例中，控制器10还可以构造为：如果车辆16（例如，钩18）太接近拖车19以至于车辆16可能与拖车19碰撞，则自动地使车辆16停止。相应地，控制器10可以构造为防止或者缓解车辆16与拖车19之间的碰撞。然而，在其它实施例中，在该协助方法期间，驾驶员保持对车辆16的控制（例如，通过方向盘、油门、刹车等）。

因此，本发明的实施例提供用于为驾驶员提供视图的方法和系统，该视图帮助驾驶员将车辆联接至拖车。例如，当车辆朝着拖车移动时（例如，逆行），为驾驶员呈现拖车的动态改变视角，这允许驾驶员更加准确地追踪拖车（即，拖车联接件）的位置。尤其，视图的视角可以随着车辆靠近拖车而改变，从而最终提供车辆钩的顶视图或者鸟瞰图。

本发明的多个特征和优点在所附权利要求书中列出。