用于检测路面特性的装置和方法与流程

本发明涉及一种用于检测一个或多个路面特性的装置和方法，并且更特别地涉及一种通过使用安装在车辆前部的单个激光传感器来检测路面状况(例如，几何不规则程度)及其道路的相关特性(例如，下雨、下雪或结冰状况)的装置和方法。

背景技术：
随着车辆变得越来越先进，制造商已经开始提供更高级的技术设备来辅助驾驶者以安全的方式操作车辆。尽管当前存在着传感器和监视设备来检测和监视道路上的其它车辆，但是车辆制造商仍然必须开发一种有效的技术来检测道路状况(诸如道路中的不规则性、下雪、结冰、下雨等)。常规技术利用单个激光传感器来确定即将出现的道路中是否存在颠簸或凹坑。单个激光传感器测量投射的激光束从传感器传播并从路面返回所需的时间。然后使用该数据来提供对车辆的辅助控制以防止事故和对汽车的损伤。然而，这种常规技术无法检测诸如下雪、结冰、下雨等之类的道路特性或状况，而这些状况在极大程度上比道路中的颠簸或凹坑更加危险。因此，需要一种能够有效地确定车辆当前行驶的道路的状况并据此提供对车辆的辅助控制的技术。

技术实现要素：
因此，本发明是考虑到上述问题而做出的。更具体地，本发明提供了一种用于检测至少一种路面特性的装置和方法。路面可以被定义为潮湿状况、下雪状况或结冰状况等。通过使用安装在车辆前部的单个激光传感器测量激光束反射回来的反射比率(反射率)来检测路面特性。根据本发明的一个方面，一种用于检测路面特性的装置包括：反射率表，其被配置成存储下雨道路的反射率相对于参考反射率的大小程度以及下雪道路的反射率相对于参考反射率的大小程度；反射测量单元，其被配置成测量反射量，该反射量是通过激光传感器的光发射单元发射、从路面被反射、并由光接收单元接收的激光束的量；反射率计算单元，其被配置成计算反射率的大小程度(即，由反射测量单元测量的反射量与参考反射率的比率)；以及路面特性确定单元，其被配置成基于反射率表来确定与反射率计算单元计算的反射率的大小程度相对应的至少一种路面特性。根据本发明的另一方面，一种用于检测路面特性的装置包括：反射率表，其被配置成存储下雨道路的反射率相对于参考反射率的大小程度以及下雪道路的反射率相对于参考反射率的大小程度；图像处理单元，其被配置成基于由图像捕获装置捕获的车辆前方道路的表面图像来检测路面的异常；驱动控制单元，其被配置成在图像处理单元检测到路面的异常时操作激光传感器；反射测量单元，其被配置成测量反射量(即，通过激光传感器的光发射单元发射、从路面被反射、并由光接收单元接收的激光束的量)；反射率计算单元，其被配置成计算反射率的大小程度(即，由反射测量单元测量的反射量与参考反射率的比率)；以及路面特性确定单元，其被配置成基于反射率表来确定与反射率计算单元计算的反射率的大小程度相对应的路面特性。根据本发明的另一方面，一种检测路面特性的方法包括：提供反射率表，该反射率表被配置成存储下雨道路的反射率相对于参考反射率的大小程度以及下雪道路的反射率相对于参考反射率的大小程度；由反射测量单元测量反射量(即，通过激光传感器的光发射单元发射、从路面被反射、并由光接收单元接收的激光束的量)；由反射率计算单元通过计算由反射测量单元测量的反射量与参考反射率的比率来计算反射率的大小程度；以及由路面特性确定单元基于反射率表来确定与反射率计算单元计算的反射率的大小程度相对应的至少一种路面特性。根据本发明的另一方面，一种检测路面特性的方法包括：提供反射率表，该反射率表被配置成存储下雨道路的反射率相对于参考反射率的大小程度以及下雪道路的反射率相对于参考反射率的大小程度；由图像处理单元基于由图像捕获装置捕获的车辆前方道路的表面图像来检测路面上的异常；由控制单元在图像处理单元检测到路面上的异常时操作激光传感器；由反射测量单元测量反射量，该反射量是通过激光传感器的光发射单元发射、从路面被反射、并由光接收单元接收的激光束的量；由反射率计算单元计算反射率的大小程度，该反射率的大小程度是由反射测量单元测量的反射量与参考反射率的比率；以及由路面特性确定单元基于反射率表来确定与反射率计算单元计算的反射率的大小程度相对应的至少一种路面特性。附图说明根据结合附图给出的以下详细说明，本发明的上述及其它目的、特征和优点将更清楚地得到理解，在附图中：图1是示出根据本发明的用于检测路面特性的装置的示例性实施例的示意图；图2是示出根据本发明的下雨和下雪道路的反射大小程度的示例性实施例的视图；图3是示出根据本发明的检测路面特性的方法的示例性实施例的流程图；图4是示出根据本发明的检测路面特性的装置的另一示例性实施例的示意图；并且图5是示出根据本发明的检测路面特性的方法的另一示例性实施例的流程图。附图中各要素的附图标记图110：反射率存储单元20：反射测量单元30：反射率计算单元40：路面特性确定单元图3301：提供反射率表，该反射率表存储下雨道路的反射率和下雪道路的反射率相对于参考反射率的大小程度302：测量通过激光传感器的光发射单元发射、从路面被反射、并在光接收单元中被接收的激光束的量(即反射量)303：计算测量的反射量与参考反射率的比率(即反射率)304：基于反射率表确定与计算的反射率相对应的路面特性图410：反射率存储单元20：反射测量单元30：反射率计算单元40：路面特性确定单元50：图像处理单元60：驱动控制器图5501：提供反射率表，该反射率表存储下雨道路的反射率和下雪道路的反射率相对于参考反射率的大小程度502：基于通过摄像机捕获的车辆前方路面图像检测路面的异常503：在检测到路面的异常时驱动激光传感器504：测量通过激光传感器的光发射单元发射、从路面被反射、并在光接收单元中被接收的激光束的量(即反射量)505：计算测量的反射量与参考反射率的比率(即反射率)506：基于反射率表确定与计算的反射率相对应的路面特性具体实施方式在下文中，将参考附图描述本发明的示例性实施例。应理解的是，本文中使用的术语“车辆”或“车辆的”或其它类似术语包括一般的机动车辆(诸如包括运动型多功能车(SUV)、公共汽车、卡车、各种商用车辆在内的客车)、包括各种艇和船在内的水运工具、飞行器等，并且包括混合动力车、电动车、插电式混合电动车、氢动力车以及其它代用燃料车(例如从除石油以外的资源中取得的燃料)。图1是示出根据本发明的用于检测至少一种路面特性的装置的示例性实施例的示意图。尽管在图1中作为实例描述了激光传感器，但应注意的是，可以使用诸如红外传感器之类的使用光的各种传感器。如图1所示，根据本发明的路面特性检测装置包括反射率存储单元10、反射测量单元20、反射率计算单元30和路面特性确定单元40。以下将详细描述各元件。首先，反射率存储单元10(诸如存储器、闪存驱动器、硬盘驱动器等)存储反射率(或反照率)大小程度表，其中存储有下雨道路的反射率相对于干燥道路的反射率(即，参考反射率)的大小程度以及下雪道路的反射率相对于干燥道路的反射率的大小程度。换句话说，反射率存储单元10存储反射率(或反照率)表，在该反射率表中存储有下雨道路的反射率相对于参考反射率(其对于例如干燥道路被设置为“1”)的大小程度以及下雪道路的反射率相对于参考反射率的大小程度。例如，如果干燥道路的反射量是100、下雨道路的反射量是50、下雪道路的反射量是200、并且干燥道路的反射率被设置为“1”，那么下雨道路的反射率是0.5，并且下雪道路的反射率是2。通常，从激光传感器的光发射单元发射的激光束在被反射回来并返回到激光传感器时，由于其发散特性而具有降低的强度。这里，光发射单元沿着车辆行驶的方向朝路面发射激光束。另外，反射并返回的激光束的强度被降低的比率取决于特定的路面特性而变化。通过实验数据获得的反射率表如下面的表1所示。[表1]反射率路面特性0.1～0.5下雨道路1干燥道路2～3下雪道路…………表1示出下雨道路的反射率相对于干燥道路的反射率的大小程度以及下雪道路的反射率相对于干燥道路的反射率的大小程度。换句话说，表1示出下雨道路的反射量与干燥道路的反射量的比率以及下雪道路的反射量与干燥道路的反射量的比率，其中干燥道路的反射量被设置为“1”。这里，反射量表示被反射并返回的激光束的强度。换句话说，如图2所示，与干燥道路相比下雪道路的反射量(或反射强度)非常高，并且下雨道路的反射量由于镜像效应(mirroringeffect)而较低。接着，反射测量单元20测量通过激光传感器的光发射单元发射、从路面被反射、并且由光接收单元接收的激光束的量(在下文中称作“反射量”)。反射率计算单元30计算由反射测量单元20测量的反射量与参考反射率相比的比率(在下文中称作“反射率”)。然后，路面特性确定单元40通过基于存储在反射率存储单元10中的反射率表，使用由反射率计算单元30计算的反射率的大小程度，来确定路面的特性。即，路面特性确定单元40据此确定路面是下雪道路还是下雨道路。另外，本发明还可以包括路面特性供应单元(未示出)以便把路面特性确定单元40确定的路面特性信息提供给例如用于电子地控制车辆的操作的系统。此外，用于通过激光传感器计算距离的技术是公知技术，因此将省略其详细描述。图3是示出根据本发明的用于检测至少一种路面特性的方法的示例性实施例的流程图。首先，反射率存储单元10存储反射率表，在该反射率表中存储有下雨道路的反射率相比于参考反射率的大小程度以及下雪道路的反射率相比于参考反射率的大小程度(301)。接着，反射测量单元20测量通过激光传感器的光发射单元发射、从路面被反射、并由光接收单元接收的激光束的量(在下文中称作“反射量”)(302)。反射率计算单元30计算由反射测量单元20测量的反射量与参考反射率相比的大小程度比率(在下文中称作“反射率”)(303)。随后，路面特性确定单元40基于反射率表来确定与反射率计算单元30计算的反射率相对应的路面特性(304)。通过该处理，本发明可以通过单个激光传感器迅速并准确地确定路面是下雨道路的表面还是下雪道路的表面。图4是示出根据本发明的用于检测路面特性的装置的另一示例性实施例的示意图。执行关于图1描述的类似功能的部件用相同的附图标记来标识。如图4所示，根据本发明的路面特性检测装置包括反射率存储单元10、反射测量单元20、反射率计算单元30、路面特性确定单元40、图像处理单元50和驱动控制器60。这里，反射率存储单元10、反射测量单元20、反射率计算单元30和路面特性确定单元40执行与上述功能相同的功能，因此将省略其进一步的描述。然而，在该实施例中，图像处理单元50基于由图像捕获装置捕获的车辆前方道路的表面图像来检测道路表面上的异常。换句话说，通过使用图像处理单元50，激光传感器不是连续地工作，而是仅在某些情况下工作，从而提高其效率。接着，驱动控制器60在图像处理单元50检测到道路表面中的任何异常时操作激光传感器。因此，驱动控制器60在图像捕获装置检测到道路中的异常时，触发路面特性检测装置的操作的启动。此外，图像处理单元50包括：基于多个偏振图像来计算偏振比图像的偏振比计算器；通过使用多个偏振图像中的一个来提取色彩特性信息的色彩特性提取器；经由多个偏振图像中的一个来提取纹理特性信息的纹理特性提取器；以及经由从偏振比计算器输入的偏振比图像、从纹理特性提取器输入的纹理特性信息、以及从色彩特性提取器输入的色彩特性信息来检测路面的异常的异常检测器。这里，偏振比计算器计算从第一图像捕获装置输入的第一偏振图像和从第二图像捕获装置输入的第二偏振图像，以便计算偏振比。这里，通过计算结果获得的偏振比作为第一偏振图像的亮度和第二偏振图像的亮度之间的比率被提供。另外，第一图像捕获装置和第二图像捕获装置具有以不同的角度安装在其上的偏振透镜(polarizationlens)。因此，由第一图像捕获装置和第二图像捕获装置捕获的图像是以预定角度被偏振化的图像。通常，由冻结的冰或水膜反射的光会取决于反射角度而在特定方向上被偏振化。因此，当拍摄结冰或有水膜的道路时，垂直偏振的图像和水平偏振的图像在亮度上会有显著差异。色彩特性提取器通过使用从第二图像捕获装置输入的偏振图像来提取色彩特性信息。这里，色彩特性信息包括红色(R)图像、绿色(G)图像、蓝色(B)图像及其强度。纹理特性提取器通过使用从第二图像捕获装置输入的偏振图像来提取纹理特性信息。这里，纹理特性与色彩特性的不同之处在于，纹理特性不是由像素产生的，而是由邻近的分布产生的。对纹理特性的研究是在例如取决于纹理特性的区域分割、图像分类或图像合成的领域中进行的。特别地，已经提出了许多这样的方法：执行取决于纹理特性的图像分类，直到图像可以以相似的比例逼真地输入。为了执行图像分类，可以使用从利用滤波器组到利用结构张量(structuretenser)的各种方法。异常检测器基于输入图像信息的总和来确定道路的状况。即，异常检测器通过使用从偏振比计算器输入的偏振比图像、从纹理特性提取器输入的纹理特性信息和从色彩特性提取器输入的色彩特性信息，来检测何时路面是不正常的。图5是示出根据本发明的检测路面特性的方法的另一示例性实施例的流程图。首先，反射率存储单元10存储反射率表，在该反射率表中存储有下雨道路的反射率相比于参考反射率的大小程度和下雪道路的反射率相比于参考反射率的大小程度(501)。接着，图像处理单元50基于通过图像捕获装置捕获的车辆前方道路的表面图像，来检测道路表面上的异常(502)。然后，在通过图像处理单元50检测到路面上的异常时，驱动控制器60操作激光传感器(503)。反射测量单元20测量通过激光传感器的光发射单元发射、从路面被反射、并由光接收单元接收的激光束的量(在下文中称作“反射量”)(504)。接着，反射率计算单元30基于参考反射率计算由反射测量单元20测量的反射大小程度的比率(在下文中称作“反射率”)(505)。路面特性确定单元40基于反射率表来确定反射率计算单元30计算的反射率的大小程度是下雪道路的反射率的大小程度还是下雨道路的反射率的大小程度(506)。通过该处理，本发明可以通过使用单个传感器迅速并准确地确定路面是下雨道路的表面还是下雪道路的表面。如上所述，根据本发明，可以通过基于安装在车辆前部的单个激光传感器测量激光束被返回的比率，来检测路面特性(例如，道路是潮湿还是结冰，即分别是下雨或下雪)，使得对额外传感器的需要得以消除，从而降低成本。另外，本发明可以把无需额外传感器就获得的路面特性应用于例如车辆驱动系统，从而提升驾驶安全性。此外，本发明的控制逻辑可以实施为包含由处理器、控制器等执行的可执行程序指令的非短暂计算机可读介质。计算机可读介质的实例包括但不限于ROM、RAM、压缩盘(CD)-ROM、磁带、软盘、闪存驱动器、智能卡和光学数据存储装置。计算机可读记录介质也可以分布在网络连接的计算机系统中，使得计算机可读介质以分布式方式(例如，通过远程信息处理服务器或控制器区域网(CAN))被存储和执行。在上文中，尽管已经参考附图描述了本发明的实施例，但是本领域技术人员应理解的是，本发明也可以以其它特定形式实施而不脱离其技术精神或本质特征。因此，上述实施例应被解释为在每一方面都是示例性的而不是限制性的。